科学概念在小学科学教学中如何建构,在今后小学科学教学研究中将作为重点研究的项目。小学科学概念的体系在小学科学教材中并不连续,而且也是点到为止。所以,我们是否可以根据教材中的一些主题,来编写一些相应的、适合小学生的科普小短文。我想,我们科学教师有责任写一些结合自己、结合学生的科普小短文。比如科普童话等等。
为地球作证
如果把地球缩小到篮球这样大小,那么居住在大地上的人们远比蚂蚁小几百倍(小得连肉眼都看不到了)。那么,人们是怎样认识到大地原来是个球体的呢?
在宇宙航行以前,人们不能像观察太阳和月亮那样去眺望地球。地球比起人类的视野又是如此广大,人们伫立在地面上,所看到的只是自己眼界所能达到的一小部分,就是四周被地平线所限制的约以4.6千米为半径的一块平地,因而对大地的形状只能从直觉出发来推测。
人类对地球形状的认识
我国古代就有“天苍苍圆如穹盖,地茫茫方如棋盘”的说法,就是把地球看作扁平状,把天空看作罩在地面上的圆罩子。古俄罗斯人想像着大地是驮在三条鲸鱼背上的盘子,这三条鲸鱼又是浮游在海洋上的。古印度人则认为大地是一个隆起的圆盾,由三只大象扛着,这三条大象站在龟背上,而这个龟又是浮游在广阔海洋之中的。
后来,人们感到“天圆地方”实在难以自圆其说,如果大地是一个平面,日月星辰又落向何处?大地的另一面又是什么样子?
公元前五百多年,毕达哥拉斯(前560-前480,古希腊哲学家、数学家、天文学家)认为球形是最完美的形状,因而提出大地是球状的假想。公元前三百年,亚里斯多德(前384-前322,古希腊哲学家、科学家和教育家)看到月食时地球投到月亮上的影子是弧形等现象,从而使“地球是球状的”有了科学证据。我国战国时期的哲学家惠施(前370-前310)也曾提出地球是球形的看法,但这一见解当时却很少人接受。直到公元1522年麦哲伦及其伙伴完成绕地球一周之后,人们才确立了地球为球体的概念。
17世纪末,英国大科学家牛顿研究了地球自转对地球形态的影响,从理论上推测地球不是一个很圆的球形,而是一个赤道处略为隆起,两极略为扁平的椭球体。1735-1744年,法国巴黎科学院派出两个测量队分别赴北欧和南美进行弧度测量,测量结果证实地球确实为椭球体。
1968年12月21日,载人宇宙飞船阿波罗8号带回了人类首次在太空中拍的地球照片,它既不像梨,也不像橘子或鸡蛋,倒像一个滚圆的球。在这个行星上,辽阔的海洋呈蔚蓝色,突出在水体上呈褐色的是陆地,青葱翠绿的是地面上的植被,还有萦绕在上空不断变化着的白云。
人类对地球运动的认识
正如大地是一个球体那样,地球在一刻不停地自转对于现代的人们来说,已经是一个不容置疑的真理了。但如果要你对此作出证明,或许并不是一件简单的事情。
傅科(1819-1868),法国物理学家。早年学医,后转入实验物理学研究,在光学领域有很深的造诣。 |
16世纪时,“日心说”的创始人哥白尼根据日月星辰东升西落的现象,提出了地球自转的理论,但人们一直没有找到可靠的证据来证明这一理论。甚至有的科学家这样断言:要想直接证明地球的自转,除非人类离开地球。
岁月流逝,转眼到了1851年。一天,法国巴黎的街头上突然人声鼎沸,人们奔走相告:“我看见地球自转了!”接连几天,巴黎的万神庙(又名“先贤祠”)人山人海。高高的圆屋顶上悬挂着一个前所未见的超级单摆,摆长67米,相当于一座20层楼房的高度,下面是一个篮球那么大的沉重铅球(不过,那时还没有篮球这个新鲜事物呢)。单摆在缓慢、单调地摆动,每分钟还不到四个来回。“这有什么稀奇,不过是巨大的单摆而已!”人们不无失望地说。
“请注意单摆的摆动方向!”一个衣着朴素的年轻人提醒大家。人们安静下来,顺着他手指的方向望去,只见台面上撒了一层细砂,巨摆紧贴着台面摆动,细砂上留下了一条又一条清晰的痕迹。
几分钟过去了,人们不禁惊奇起来。原来,单摆的每一次摆动,方向都有一点微小的变化。一小时以后,居然变化了十几度!
这时候,那个年轻人站出来大声地说:“女士们、先生们,单摆摆动的方向并没有变,是我们脚下的地球在时刻不停地转动!”
这位年轻人就是法国物理学家傅科(1819-1868),当年他才32岁。这个证明了地球自转的巨摆,后来被人们称为“傅科摆”。
当地球自转时,赤道上的速度要比其他纬度快,地表的速度要比地球内部的速度快,于是人们又想出用炮弹法和深井测量法来观察地球的自转。当一枚炮弹朝正南或正北方向发射后,落地点会出现右偏(出现在北半球)或左偏(出现在南半球);而重物在下落到一定深度时,会撞到深井的东侧。不过,这些方法不如傅科摆那样直观有效。
[编者寄语]
因为有了事实证据,大地的形状和运动才得以从科学家的理论中解脱出来,从而被普通百姓认识。“用证据说话”,不仅是科学家开展科学研究的基础,也是我们进行科学学习的重要手段。你可以继续查阅资料,找一找有关地球运动的其它证据。