聶潤秋

《義務教育小學科學課程標準》將“宇宙”列為四大領域的一部分，囊括日、月、四季星空等若干天文學內(nèi)容。天文學是一門以觀測為主要手段的學科，然而，現(xiàn)在的學生雖然課外書的閱讀量相當可觀，但實地觀測的機會越來越少;知識面雖然很廣，但往往知其然，而不知其所以然。

執(zhí)教《日食和月食》一課時，通過前測發(fā)現(xiàn)，雖然大多數(shù)學生沒有親眼見過日食，但能大致繪出日食形成時三個天體的位置關系?？墒?，當被問及示意圖的一些基本細節(jié)和原因時，學生的回答就五花八門了。即使課堂中學生能回答出“標準答案”，也未必真正理解。因此教師必須針對實際學情設計教學，讓學生不光在知識上有所得，更是在科學思維方法上學有所得。

基于以上思考，本節(jié)課設計了三個環(huán)節(jié)：第一，學生進入教師創(chuàng)設的情境，觀察視頻中的日食現(xiàn)象，并根據(jù)全息交互協(xié)作學習終端（下文簡稱“全息終端”）中呈現(xiàn)的太陽系天體運轉(zhuǎn)情況，對日食成因進行假設;第二，學生通過模擬實驗探究日食發(fā)生時的天體位置關系;第三，通過全息終端所提供的資料，分析出遮擋物的身份，明確日食成因。

觀察日食現(xiàn)象，進行成因假設

課前的準備階段，我先將每個全息終端下部4個不同方向的互動屏用黑紙遮住，然后將全息終端放置在小組的實驗桌中央（每桌1臺，每組8人，圍實驗桌而坐，每2人使用終端的同一面互動屏），接好電源并開機，然后用遮光罩將全息終端完全遮住，拉上教室的遮光簾。

上課伊始，我關閉教室燈光，請學生摘下遮光罩，此時，全息屏上清晰地呈現(xiàn)出“太陽系”在黑暗中持續(xù)運轉(zhuǎn)。我講解道：全息終端由上下兩部分組成，上半部分是金字塔形狀的全息投影屏幕，四面都是透明的，運用無藍光技術將動態(tài)運轉(zhuǎn)的“太陽系”投影在里面。這種無藍光技術，一來不易使學生產(chǎn)生視覺疲勞，二來空間立體感非常強，在黑暗環(huán)境中觀看，非常逼真，仿佛身處宇宙之中。

學生仔細地觀看后，開展了交流。

有的同學說：“我看到了太陽和八大行星。”

有的說：“我看到了地球身邊有一個‘小跟班，也就是月亮。”

有的說：“地球排在從里往外數(shù)的第三個?！?/p>

還有的說：“我看到了行星是繞太陽轉(zhuǎn)的，而且速度不一樣?！?/p>

學生觀察到的信息表面上和日食沒有什么關系，但涉及的天體大小、運行周期、位置關系等內(nèi)容，不僅是分析日食現(xiàn)象時涉及的，更是所有天文學問題共同關注的。一般來說，現(xiàn)在的學生課外閱讀面比較廣泛，很容易回答出日食的成因，但我希望學生形成“拿到天文問題，先從最重要的幾個維度（即天體大小、運行周期、位置關系等維度）入手”的思維習慣，而不是直接給出通過課外閱讀知道的答案。因此，我一開始沒有提出需探究的問題，而是讓他們先自主觀察，廣泛收集信息。

我又播放了兩段日食現(xiàn)象的視頻，請學生描述現(xiàn)象并對其成因提出假設。一位學生提出：日食是因為月球運動到太陽和地球中間，如果三者正好處在一條直線時，月球就會擋住太陽射向地球的光，月球身后的黑影正好落到地球上，這時就發(fā)生了日食現(xiàn)象。馬上有學生質(zhì)疑：“從全息終端中可以看到，許多天體都能擋住太陽，憑什么就斷定是月亮？”此時第一個學生沒有更多證據(jù)來論證，而我轉(zhuǎn)而詢問：“不管那個天體到底是什么，當它運行到太陽和地球之間時，真如大家所說，會出現(xiàn)日食現(xiàn)象嗎？你怎么證明？”引導學生先關注天體的位置與現(xiàn)象之間的關系。

由于之前的活動一直圍繞著全息終端，有學生脫口而出：“只要看這個設備就明白啦！”而有的學生發(fā)現(xiàn)，全息屏中的視角是宇宙空間視角，既無法呈現(xiàn)日食發(fā)生時地面上的人們觀察到的情形，也不能直接告訴我們其他天體經(jīng)過太陽和地球中間時會不會發(fā)生日食現(xiàn)象。因此要想得到確切的答案，除了“看”，還需要自己動動手，進行模擬實驗。

用模擬實驗探究形成日食的天體位置關系

怎樣做模擬實驗？有的學生提出：“用三個大小不一的球體，擺放到一條直線上，看看有沒有‘日食現(xiàn)象。”我先請兩三位同學簡單地試一試，他們發(fā)現(xiàn)，充當?shù)厍虻那蝮w是多余的，因為如果使用一個球充當?shù)厍?，作為觀察者的這位同學的眼睛，則一定在“地球”外。那么，當太陽、地球和月亮處在同一直線上時，觀察者的眼睛并不在這條直線上，也就看不到日食現(xiàn)象。因此，要讓學生的眼睛處于地球所在的位置，同組的學生觀察“日食”現(xiàn)象出現(xiàn)時的天體位置關系，兩位同學合作，就能將天體位置與現(xiàn)象對應起來了。

當所有同學明確了實驗計劃和目的后，教室燈再次關閉，學生進行模擬實驗。開燈后，通過實驗匯報和討論，學生得出結論：三個天體在一條直線上時，就會出現(xiàn)日食現(xiàn)象。另外，學生還在模擬實驗中發(fā)現(xiàn)，日食現(xiàn)象發(fā)生時，觀察者的眼睛處在遮擋物小球的陰影當中。這為學生在應用環(huán)節(jié)，思考“木星上有一個圓形黑影是怎么回事”埋下了伏筆。

通過全息終端，解決遮擋物的身份問題

解決了遮擋物的位置問題，我們又回到了最開始學生提出的質(zhì)疑：那個遮擋的天體，是不是月亮？有的學生說道：“從全息終端中可以看到，能運行到太陽和地球中間的天體，除了月亮，還有水星和金星;即使同為地球的衛(wèi)星，除了月亮外，還有許多人造衛(wèi)星也能運行到太陽和地球之間，不知道它們在太陽和地球之間時是不是也有日食現(xiàn)象。”其他學生也紛紛表示疑惑。

此時，我通過全息終端，為學生解決遮擋物的身份問題。我請同學將一直蓋著互動屏的黑紙摘下，互動屏呈現(xiàn)了四個可以點選的天體（含人造天體）：月亮、水星、金星、國際空間站。我請學生兩兩一側自由點擊，每點擊一個天體圖片，都會看到該天體的掩食現(xiàn)象。學生切換對比觀察后恍然大悟：金星、水星、國際空間站位于太陽和地球之間時，只是太陽前面的一個“小黑點”，只有月球，才能出現(xiàn)大面積的遮擋，形成日食（如上圖）。

全息終端的互動屏設計在這個環(huán)節(jié)中發(fā)揮了較大的作用：

在進行對比觀察時，每個學生的節(jié)奏往往不同，有些學生傾向于在快速切換中對比，而有的學生則喜歡先看清楚一個，再看另一個。在傳統(tǒng)的課堂中，教師控制一個大屏幕，全班40人一同收看，學生不能自主地按自己喜歡的方式觀察，全息終端有四個面，每兩位同學就能使用一塊屏幕，學習更加自主，能一邊觀看一邊討論;

運用全息終端觀察“太陽系”各種天體的運轉(zhuǎn)規(guī)律，不僅清楚明了，不用擔心傷眼，而且學生可以像查字典一樣，遇到問題，隨時查看天體動態(tài)運轉(zhuǎn)情形;

天體運行是復雜的、立體的、持續(xù)的，學生立體空間感的建立是個緩慢漸進的過程，全息屏幕透明的屬性讓觀感更加立體逼真，視覺效果更震撼，對學生建立空間想象力也更有裨益。