巧用“参照物”和“解比例”，科学认识“太阳系”

马海军　许秀娟

【教材和学情分析】

《太阳系》是教科版小学科学六年级下册第三单元《宇宙》的第五课。本课分为“认识太阳系”“建立太阳系模型”两个部分。根据八大行星距太阳的平均距离及各行星赤道直径数据表建立太阳系模型是本课的重要活动。

通过对五年级下册《地球的运动》单元及六年级下册第三单元《宇宙》前四课的学习，学生已经掌握了许多天文知识，但对于太阳系的基本结构和空间分布仍以“太阳系挂图”为标准。他们认为八大行星体积相差不大，都以太阳为中心，间距基本相等，在同心圆上做循环运动。在数学计算方面，六年级学生已经学习了关于比例的知识，掌握了解比例的算法，通过实物高度和给定的比例尺，能计算出模型的高度。

【教学目标】

1.鼓励学生自主学习，制作太阳系思维导图，认识太阳系的结构。

2.选择合适的行星作为“参照物”，并以“参照物”的赤道直径为标准设置太阳系模型的缩放比例尺。

3.按设定的比例尺计算出太阳系模型中八大行星的赤道直径和距太阳的平均距离。

4.通过计算得出的建模数据，制作太阳系模型。

【实验材料】

1.给每个小组提供一份《八大行星的赤道直径及各行星距太阳的平均距离数据表》和一个12位计算器。

2.按缩放比例制作的八大行星的模型，以及代替太阳模型的大号红色气球。

【教学过程】

一、建立“参照物”概念，为建模奠基

师：同学们，去年夏天老师在野外采了一个蘑菇，特别大（出示蘑菇的照片），你们估计一下，这个蘑菇有多大。

（生进行估计并用手比画大小）

师：看这张手拿蘑菇照片（图1），请你再次估计一下蘑菇的大小。

（生再次进行估计，较第一次准确）

图1                                           图2

师：看这张蘑菇和乒乓球放在一起的照片（图2），乒乓球的直径是4厘米，这个蘑菇的直径大概是几厘米？

（生能比较准确地估计蘑菇的直径）

师：为什么直到第三张照片，大家才能准确地估计蘑菇的大小呢？

（生交流自己的想法）

师：原来是有了乒乓球做对比物。在科学上，这种用来做对比的物体叫作 “参照物”。与手相比，为什么乒乓球更适合做蘑菇的参照物？

生：手有大有小，但乒乓球的大小是固定不变的。

师：为什么不选择橄榄球，而选择乒乓球呢？

生：因为我们更熟悉乒乓球。

师：看来参照物最好选择人们熟悉的、大小固定的物体。

（设计意图：为了帮助学生清晰认识八大行星的大小差异，理解行星在巨大的太阳系空间中是渺小的，教师从学生熟悉的生活入手，利用對比的方法，引导学生建构“参照物”概念以及选择“参照物”的要求。“参照物”概念的建立有助于学生感受太阳系乃至整个宇宙的空旷与浩渺，对太阳系空间产生正确的认识，也为后续建立太阳系模型设置比例尺打下伏笔。）

二、辩证认识太阳系，培养批判性思维

师：课前，老师请大家查阅有关太阳系结构的资料并绘制思维导图，谁能来介绍一下？

（生借助自己绘制的思维导图介绍太阳系结构，如图3）

图3

师：通过这几位同学的讲解，你能说说太阳系是由哪几大行星组成吗？

生：太阳系是由八大行星组成，分别是水星、金星、地球、火星、木星、土星、天王星、海王星。

师：为什么有九大行星的说法？

生：不是很清楚。

师：1930年，由美国天文学家汤博发现的冥王星曾被认为是太阳系的大行星，所以国际上一度有太阳系有九大行星的说法。但随着一颗比冥王星更大、更远的天体被发现，国际天文学联合会在2006年8月24日召开的第26届大会上将其定义为矮行星，冥王星被逐出行星体系。“人非圣贤，孰能无过”，科学家也是如此。在今后的学习中，我们也要用批判性思维去探索科学。

（设计意图：教师鼓励学生自主学习，在课前查找有关太阳系结构的资料并绘制思维导图，课堂上由学生自行讲解八大行星，摸清了学生对行星概念的掌握情况。教师又抛出“太阳系曾有九大行星”的话题，激起学生学习的兴趣，通过讲解冥王星被逐出行星体系的缘由，在帮助学生进一步厘清和了解行星的特征和太阳系结构的同时，暗示和鼓励学生对现有的“太阳系挂图”和“太阳系模型”教具的比例差异提出质疑，培养学生的批判性思维。）

三、选择合适参照物，直观呈现差异

师：选择恰当的“参照物”将有利于认识新物体的结构和特性。了解太阳系要选择一个“参照物”。你们会从八大行星中选哪一颗行星来作为“参照物”呢？

生：地球。因为在八大行星中，地球是我们最熟悉的行星，用它作“参照物”可以进行有效对比，能帮助我们更清楚地认识和了解太阳系。

师：那我们就选地球作“参照物”。地球赤道直径是1275600000厘米，我们以地球的赤道直径为标准，将比例尺设为1∶1275600000，等比例缩放整个太阳系，来制作一个太阳系模型。

（设计意图：与之前所学的造环形山、日食和月食有所不同，太阳系模型是根据数据来建模的。选择合适的参照物、设置合适的比例尺、等比例缩小天体及天体之间的距离等教学内容对学生有一定的难度。教师引导学生把地球作为参照物，将赤道直径看作单位1，设置了1∶1275600000的比例尺，由此计算出其他建模数据。选择地球作参照物的优势在于：一是利用有效的对比，直观呈现八大行星悬殊的大小差异;二是有利于模型的制作。因为比例尺如果设置太大，水星等小模型就难以制作;如果设置太小，木星等大模型耗材较大，也不利于学生制作。）

四、计算建模数据，感知“太阳系”空间

师：在数学练习中有一道题是关于“北京世界公园里的埃菲尔铁塔模型高度的计算方法”（见图4）。请各小组根据《八大行星的赤道直径及各行星距太阳的平均距离数据表》，讨论并计算八大行星模型的赤道直径（见表1）。

图4

表1   八大行星的赤道直径及各行星距太阳的平均距离数据表

[行星 赤道直径

（千米） 与太阳的平均距离

（万千米） 水星 4880 5800 金星 12104 10800 地球 12756 15000 火星 6792 22800 木星 143000 77800 土星 120500 142900 天王星 51120 287100 海王星 49500 450400 ]

师：（生计算并汇报完毕）从计算得出的数据中，你们发现了什么？

生1：木星比地球大很多。

生2：如果木星是中空的，就可以容纳下其他七个行星。

生3：讲桌上摆放的“太阳系模型”有问题，各大行星的大小比例是错的。

……

师：通过计算得出的数据，同学们发现了这么多问题。如果根据这些数据，你能用橡皮泥捏出八大行星的模型吗？

（生讲述制作过程后，师提供课前准备的按这个比例制作的八大行星模型）

师：接下来做什么？

生：等比例缩放八大行星与太阳的平均距离。

师：那缩放的比例尺应该设置成多少？

生： 1∶1275600000。否则就不是等比例缩放。

（设计意图：教师融合不同学科的知识，让学生亲自计算建模数据。计算得出建模数据差异巨大，与学生原有的认知产生冲突并发现现有的“太阳系模型”的错误。这样的学习方式是一次新的有益尝试，使学生重新认识太阳系中的行星和空间结构，为学生建立正确的太阳系空间提供了帮助。）

五、尝试摆放模型，深刻认识太阳系

师：请各小组根据建模数据在课桌上摆出太阳系模型。

（学生发现根据1∶1275600000比例尺计算得出的数据，教室里根本摆不下太阳系模型）

师：你们有什么解决方法吗？

生1：可以再缩小。

生2：再缩小，水星就看不见了。

生1：只缩小行星与太阳的平均距离，不缩小行星的大小。

生3：只缩小距离，不缩小大小，就不叫等比例缩放。

生4：不按等比例缩放制作的模型是不科学的。

生5：我们可以到操场甚至广场上去摆“太阳系”模型。

……

师：以地球为参照物，按1∶1275600000的比例制作的太阳系模型难以在教室里摆放。因为相对于行星本身的尺寸来说，太阳系的各大行星之间的距离是超级远的。曾有几个喜欢刨根问底的美国年轻人，为了科学直观地呈现等比例缩小的太阳系模型，做出了一个疯狂的举动：他们花费了36个小时，在一個干涸多年的湖底中制造出一个等比例缩放的太阳系模型。这个模型有11千米大，其中太阳的直径是1.5米，地球与太阳相距176米，木星与太阳相距920米。下面我们一起来看看。（播放网址：http：//www.sohu.com/a/205868021_100023985）

师：现在请再仔细观察实验室里的这个太阳系模型教具，你发现了什么？

生：这个太阳系模型不论是行星大小还是距离，在比例上都存在错误。

师：既然这个太阳系模型是错的，那为什么不建一个等比例缩放的太阳系模型呢？

生1：因为教室里放不下等比例缩放的模型，如果把模型缩小到教室里能放下，那水星、金星等行星就小得看不见了。

（设计意图：根据建模数据亲自摆放各大行星，有助于学生理解太阳系空间之大、行星在这个空间内之小。教师借助网络资源展示了一个真实的太阳系建模过程，克服了时间和空间的限制，让学生在课堂中较为直观、深刻地认识太阳系的空间。）

【评析】

本节课在教学目标、方法和活动方面有三点突破。

一是学习目标不仅关注教材知识，还融合了其他学科的知识。教师引导学生借助数学课所学的“解比例”知识，计算出建模数据。学科融合的理念在教学中得到充分的体现。

二是借助“参照物”对比的方法，引导学生将人类生活的地球设为参照物，把地球的赤道直径看作单位1来设置比例尺，为计算出建模数据、感知太阳系的构建和空间奠定了基础，有效突破了本课的教学难点。

三是利用“数据建模”的方法，尝试摆放太阳系模型。利用计算得出的建模数据来摆放太阳系模型是从另一个角度来认识数据的作用，它比视频或挂图更直观，学生的感受会更强烈，有利于学生建立正确的太阳系概念。

这节课的成功之处体现在学生三次表现出来的惊诧上：第一次是学生按1∶1275600000比例尺计算出八大行星的赤道直径和与太阳的平均距离时，满脸惊诧甚至以为算错了，又重新计算了一遍;第二次是学生计算出八大行星模型与太阳模型的平均距离后，发现无法在教室里摆放模型时;第三次是得知教师用来教学的太阳系模型有误时。这三次惊诧说明，教师引领学生三次刷新了对太阳系的构建和空间结构的原有认识，层层推进，逐步建构起正确的太阳系概念。

这节课有一个地方尚需改进。摆放模型时，教师给每个小组提供了按缩放比例制作的八大行星的模型和代替太阳模型的大号红色气球。由于气球太大，学生现场吹气球花费时间过长，有些小组还把气球吹破了，课堂教学秩序有些混乱。如果教师将“摆放模型”的环节作为课外拓展活动，安排在室外操场等空旷场地进行，或许会让学生对“太阳系空间之大、行星在这个空间内之小”有更为深刻的认识。

（青海省西宁市昆仑路小学   800001

青海省西宁市城西区教研室   800001）