在西安，必上的七节科学课（下）

○家庭实验室全国学校联盟 陈 耀

对于大多数游客来讲，来西安参观城墙、兵马俑，跟着导游听故事，是常规的方式。我们课程团队对西安课程的设计中，考虑最多的还是如何让小朋友们感悟工匠精神。工匠精神的内核是技术创新，再将创新的技术做到精益求精。在西安，工匠精神的事例最少跨越6000 年，前有半坡遗址彩陶制作技艺，后有秦直道的惊人设计，当代还有西北工业大学的航空工业设计。

NO.4 科学课——“半坡遗址与工匠精神”

相对于陕西省博物馆需要购买黄牛票的热闹场面，半坡遗址博物馆显得有些冷清，感觉有些难过，半坡遗址，那可是中华文明的重要发源地。旅游市场的盲从现象和没有品质的研学，让这些重量级场所的教育价值，湮没在浩瀚的热闹和喧嚣之中。这也加深了我们必须做好半坡遗址科学课的决心，“一定要好玩、一定要有深度”，这是我们对这个课程的期待。

半坡遗址位于西安市东郊浐河东岸的二级台地上，面临浐河、背倚白鹿原，地理位置十分优越，因为南临半坡村，因此而得名。这里保存着一座距今6000 多年的新石器时代仰韶文化母系氏族的聚落遗址。仰韶文化对中华文明最大的贡献，是出现了彩陶文化，所以仰韶文化又称彩陶文化。

1954 年—1957 年，我国考古工作者对这里进行大面积勘察，第一次大规模地发掘出一处新石器时代的部落遗址。

半坡遗址的发现和发掘，为研究我国仰韶文化提供了重要的实物资料（仰韶文化因最早发现于河南渑池仰韶村而得名）。在半坡遗址中出土的石器、骨器和陶器，表明半坡先民是我国农业文化的先驱者之一，同时也说明华夏民族是世界上历史最悠久的民族之一。

如此重要的半坡遗址，却被太多来到西安参观的人们所忽略，真的是不应该。

为了筹备半坡遗址科学课，我们设计了一个立体的方案。出发前先带大家去科考老鼠山古人类遗址（新石器时代浙江好川文化的代表遗址），结合现场走访和文物的探究，了解新石器时代人们的农耕、狩猎、制作石器陶器等基础的信息，还发现了水稻耕种的一些遗迹（半坡遗址发现了粟米的遗迹）。

一个多月的准备，大家积累了相当多的关于新石器时代文化的信息。

科考半坡遗址的第一项任务，是现场走访。科考队员们走进半坡遗址博物馆的古村落遗址大厅，迎面是一座圆形房屋的遗迹，墙壁底部保存较好，屋内有门坎和门道，大门朝南侧开设，门道两边有隔墙。中部有长方形灶坑，灶坑北边有两个柱洞。这些发现，让大家非常惊讶，惊讶在一是遗址保存得如此完好，二是6000 年前的房子，居然设施如此完善，这也说明了新石器时代的人们在制造房屋方面已经具备了巧夺天工的技术。这与历史课本上写的寥寥无几的介绍对比，形成了强烈的视觉冲击感。在大部分人的认知中，新石器时代的古人应该是那种住在山洞或者树洞里的。如今看来，显然不是。

紧接着，孩子们发现了一个连通灶的遗迹，这是由两个形状不同的灶坑组成的。连通灶呈东西向排列，底部有一条火道相连，上半部分已经不存在。通过现场提供的介绍，发现在发掘时，灶坑内堆满红烧土和木炭残块。由此大家得出结论，半坡古人是已经掌握了一定的热学原理的，说明6000 年前的老祖宗就懂得运用科学原理。

在半坡村落遗址中，孩子们的发现一件接着一件。还有孩子发现整个村落的中心是氏族成员的居住区，有密集的房屋，储藏用的窖穴和饲养牲畜的圈栏。房屋有半地下室和地面木架建筑两种，建筑材料主要为泥草、木料；结构匀称，地面铺设地板。

更让孩子们惊讶的是，围绕居住区有一道宽约6 米、长约3000 米的大沟，是保证村落安全的重要设施——防御沟。这不就是北京故宫的护城河原理吗？原来6000 年前的老祖宗就已经懂得如何防御了！看来，是我们对老祖宗的智慧缺乏了解。

我们相信，如果不是我们事先设计了整个课程框架，很多孩子就是跟普通游客一样走马观花，然后说一声“不好玩”，就埋头玩手机去了！

所以，好的教育，是需要精心设计的，也需要工匠精神。

我们需要工匠精神的课程，去发现先人们充满工匠精神的创造。

在古村落的东北部是制陶区，结合陈列的彩陶照片，大家比较起了新石器时代不同地区陶器的区别。他们发现，半坡遗址的彩陶，题材多数是劳动对象和大自然景物、景象，如栩栩如生的奔跑着的鹿，构图非常精致的山形、水波等。陶器上还有各种装饰的纹路。

结果有个孩子问，为什么在温州地区发现的新石器时代老鼠山古人类遗址中没有彩陶？这个发现非常重要，也为孩子们研究新石器时代不同地区的生产水平打下了学术基础。

之后，孩子们还发现了半坡遗址的兽骨、果核和腐烂的谷子（粟）等，和温州的老鼠山古人类遗址的明显不同。

（这次参观回去之后不久，一个孩子就专门建了研究“稻、黍、稷、麦、菽”的五谷家庭实验室，还发现了古书上记载的第六谷“菰米”。后续专题会介绍这个家庭实验室的经历。）

孩子们通过近3 个小时的认真探索，发现了这里的生产工具以石质、骨质为主，可以分为农业工具和渔猎工具。在研讨中，大家通过证据进行了证明：半坡人以农业生活为主，兼经营打猎、捕鱼、饲养家畜等生产活动。

在经历了紧张的科考之后，我们还设计了让孩子们体验古人钻木取火的活动环节，通过团队合作，利用原始的方法进行取火，还一起用古老的方法制作了古人的陶器，让整个半坡遗址的科学课，做到了学术研究和寓教于乐的结合。张弛有度的课程，让大家对6000 年前的老祖宗产生了深深的敬意！

NO.5 科学课——“航空飞行器”

在西工大的公众展示区，孩子们看到了ARJ21 客机的原型机。

ARJ21 属于支线客机，是中国按照国际标准研制的具有自主知识产权的飞机，主要用于满足从中心城市向周边中小城市辐射型航线的使用要求。孩子们觉得很奇怪，为什么飞机的涡扇发动机要放在尾部，跟机场看到的大型客机发动机在主机翼下方的设计不一样。大家猜测，可能是支线客机机身比较小，机翼距离地面近，装在机翼上容易碰到地面，为了避免这种情况，才放到尾部。大家的猜测五花八门。

在航空设计教室，孩子们一起亲自动手进行设计。设计的材料是几片泡沫板子，很多孩子刚开始有点儿轻视，觉得非常简单，结果发现自己肤浅了。手掷试飞，马上就落到地面。主要是因为飞机左右不对称、前后重心不对称等问题。

导师团准备了配重小铅块（调节重心的小铅块），让大家耐心进行重心校准，还调试左右的对称布局，经过一番研究，终于，一架架小飞机冲天而起。

在3 个多小时的探索课程中，孩子们发现，制造一架小小的泡沫飞机都这么难，那制造大飞机，该是多大的挑战！

所以，道理不需要靠说教，只要让他们经历，就足以激发内心的思想。每个孩子都是思想家。

NO.6 科学历史课——“华清池”

华清池景区由唐城墙和汤池遗址两部分组成。汤池遗址是唐明皇在此修建唐长安城西华门外兴庆门的所在地，建于唐玄宗时期的公元713 年—734 年，是中国历史上最大的皇家温泉景区。作为科考课程，唐玄宗、杨贵妃的历史故事，不是我们科考华清池的重点，我们的重点还是古代劳动人民的工匠精神。

孩子们拿着科考笔记，认真测量记录温泉浴池的数据和发现，惊叹于古人的智慧。但是大家比较疑惑的是，古时候温泉水是否真的是热的？

在泉眼位置触摸后，大家解开了谜团，发现流出来的真的是热水。

大家马上坐下来讨论，弄清楚了华清池水是恒温水的原因。原来，华清池的下面是一座死火山，地下有着很高的温度，所以让它拥有了热气腾腾的温泉水。华清池温泉水是从骊山北麓两组断裂构造的交叉部位上的前震旦系片麻岩中流出来的。

谁在这里泡温泉不重要，关键是温泉是从哪里来的。

对华清池的科学考察中，孩子们发现了每个池子、每个石雕都非常精致，他们得出结论，古人总是用一生时间做一件事情，所以特别精致。

因为华清池的科考，孩子们决定回温州后继续研究火山岩。结果在2023 年的国庆节，他们在距离雁荡山50 公里之外的地方发现了可能是1.2亿年前的一个火山口，岩浆流过形成的流纹岩从底部延伸到地表，蜿蜒1000 多米。

所以，好的教育，就是相互启发，由此及彼。

NO.7 遗憾的科学历史课——“秦直道”和“泾渭分明”

尽管我们在课程设计中已经把西安的代表性地点都尽可能考虑了，也尽可能让孩子们都看了，但是秦直道，是我们这次科考课程的遗憾。因为，这个地点是孩子们在几天的科考中自己发现的，在研讨中，有孩子发现秦直道的起点可能在西安。我们一听，突然灵机一动。

通过资料查阅，发现秦直道位于内蒙古自治区、甘肃省和陕西省咸阳境内，该道路始建于秦始皇三十五年（公元前212 年）。建成之后的秦直道在清朝之前都有使用，至清朝时逐渐废弃。目前已经对外开放的有秦直道遗址、秦直道起点遗址和秦直道遗址延安段、秦直道遗址庆阳段等。

关于秦直道，大家最感兴趣的传说，是路面不长草，这是为什么？大家展开了各种各样的猜测。

为什么是遗憾？因为今年不能去秦直道进行实地考察了。大家决定，明年带盐度计去实地测探秦直道的路面是否含有盐分。听着孩子们的发言，我们又对明年的西安科考有了期待！

跟“秦直道”课程一样，“泾渭分明”课程，也是今年西安科考的遗憾。

“泾渭分明”是个成语，也是发生在西安市高陵区的奇特景观。渭河属于黄河的支流，泾河是渭河的支流，泾河和渭河交汇形成了一清一浊的现象，主要是因为泾河和渭河的含沙量是不同的，两者交汇后形成了互不相融的壮丽景观，也形成了比较明显的界线。

我们只能通过数据和信息分享的方式，讨论“泾渭分明”的原因。

但是，我们也很奇怪，为什么到西安的旅游线路中压根就没有介绍“泾渭分明”的，这么伟大的自然奇观，怎么没有去关注。

好奇不断，继续科考。