《航海家的發現》教學片段與評析

于鳳菊

《航海家的發現》一課主要讓學生了解人們對地球的認識經歷了一個漫長的過程，人們由猜想到實地勘察，再到運用現代技術準確測繪，才使得我們對地球的形狀、大小等概貌有了越來越準確的認識。對這一科學史的了解有助于學生形成科學是不斷發展的觀點。本課設計了5個活動：交流對地球的認識;古人認識地球的歷程;歷史上人們證明地球是球體的歷程：麥哲倫環球航海、做個航海家自由活動;生活中能夠證明地球是球體的事實有哪些;拓展活動——搜集人類探索地球歷程的資料。

四年級學生對于地球與宇宙有著強烈的好奇心和求知欲，他們知道地球是圓的，但對人類探究地球的歷史過程知之甚少。本課內容時空跨度大，涉及古今中外的科學人物和科學事件。學生對動手操作模擬實驗、重溫麥哲倫船隊航線很感興趣。基于以上分析，我們確定了以下教學目標：

1.搜集整理人類對地球形狀認識歷程的資料，知道地球的形狀、大小。

2.了解人們對地球形狀認識的典型事例，能依據事實解釋假設，尊重證據，大膽質疑。

3.了解人類對地球形狀認識的歷史，相信科學是不斷發展和深化的。

教學片段

片段一：想象

師：地球是一個球體，這個在今天看來是再簡單不過的問題，在古代卻是一個難解的謎。古人眼中的地球是什么樣的？

生：古人認為天圓地方，天圓如張蓋，地方如棋盤。

師：這就是“蓋天說”。古人認為大地像個棋盤，你們知道棋盤是什么形狀的嗎？

生：方的。

師：表面呢？

生：平的。

師：古希臘人繪制的地圖上，在海的盡頭畫著一個巨人，巨人手中舉著路牌，上面寫著：到此止步，請勿前進。你們認為前進會怎樣？

生：會掉下去。

師：他們為什么認為地是平的呢？

生：人們在地上走的時候，感覺地是平的。

師：古代人由于活動范圍狹小，往往憑自己的直覺認識世界，看到眼前的地面是平的，就以為整個大地都是平的。天圓地方的觀點在當時提出來合理嗎？

生：合理，因為當時科技水平不發達。

師：天圓地方說是古人智慧的結晶。（出示古印度人的宇宙觀圖片）誰能解釋一下這張圖片上的內容？

生：底下是一條蛇，蛇馱著烏龜，烏龜馱著大象，大象馱著地球。

師：地球是什么形狀的？

生：圓形的。

生：圓盾形的。

師：別看這是神話，卻很有道理。大地到這個時候就不是平的了，是什么形狀？

生：半球形的。

師：半球形或弧形。其實在古代，人們也發現了這種現象，修正以后的蓋天說是：天如斗笠，地如覆盤。這種觀點同原來的蓋天說最明顯的區別是什么？

生：大地不是平的了，而是呈拱形。

評析：從天圓地方到拱形大地， 學生在贊賞古人對自然充滿好奇、積極探索精神的同時，也意識到要尊重古人的研究成果。

片段二：推測

師：隨著時間的推移，人類對地球形狀的認識不斷向前發展。在這方面，古希臘人處于領先地位。公元前500年左右，古希臘數學家畢達哥拉斯，首先提出大地是球形的設想，誰來說說他的主張？

生：他主張用數學來解釋宇宙，認為在所有立體圖形中，球形是最完美無缺的形態。宇宙中包括地球在內的所有天體都應該是球形的。

師：這一說法曾遭到人們的普遍質疑，甚至是嘲諷。你能提出質疑嗎？

生：如果大地真是圓球狀的，為什么住在地球另一端的人沒有掉向下面的空中呢？

生：因為有地心引力。

師：那時候，由于人們不懂得地心引力，要回答這個問題是很難的。畢達哥拉斯之后兩個世紀，亞里士多德對地球是圓的論點進行了第一次全面的論證。

生：亞里士多德觀察月食時，發現地球在月球上的投影是圓弧形，當時的人們已經知道月食是由于地球擋住太陽光對月球的照射所形成的，由此推斷地球的形狀為球形。

師：同學們看到2018年1月31日的月全食了嗎？

生：看到了。

師：我們來做一個光影游戲，（演示）在大屏幕上貼一個黃色小圓片，面對光源，分別手拿藍色大圓片、半球體、球體、圓錐體，從右邊向左邊慢慢移動，讓它們產生的投影投射在黃色小圓片上。它們投在黃色小圓片上的影子是什么形狀的？

生：圓弧形的。

師：月食發生時，誰的影子投在月亮上？

生：地球。

師：根據圓弧形的影子來判斷遮住太陽光的物體可能是什么形狀的？

生：地球可能是圓片，也可能是半球體，也可能是球體或者圓錐體。

師：公元前3世紀，亞歷山大學者埃拉托色尼首創子午圈弧度測量法，用實際測量緯度差來估測地球半徑，最早證實了“地圓說”。在西方文明苦苦探求真理的同時，東方文明也未停止追尋的腳步。緊接著，我國東漢時期的天文學家張衡提出了“渾天說”，張衡認為“天之形狀如鳥卵，天包地外，猶卵之裹黃”。誰來解釋一下“渾天說”？

生：他說天地好像雞蛋一樣，天是蛋殼，包在地的外面，地像蛋黃，在天的中間，為了形象地說明“渾天說”，張衡創造了渾天儀。“渾天說”根據天體現象進行推測，比“天圓地方”說又前進了一步。在海濱人們觀察到了一種有趣的現象，用天圓地方的說法解釋不了。

生：我從百科全書上看到，從海濱觀察遠方駛來的輪船，先看到桅桿，然后才能看到船身。

師：人們認為海平面并不是真正的平面，實際上是個曲面，于是推測大地的表面是球形的。同學們想不想體驗一下帆船進港的現象？

生：想。

師：根據帆船進港的現象，設計模擬實驗，探究大地是平的還是弧形的。你準備用什么來模擬海面？

生：用傘面和桌面分別模擬海面。

師：組長慢慢駕船進港，其余同學到對面水平觀察，船由遠及近靠近同學們。怎樣叫水平觀察呢？在桌面上，視線要與桌面平行;在傘面上，彎下腰，視線與地面平行。觀察先看到什么，然后看到什么，最后看到什么（如圖1）。

（學生實驗，教師巡視指導。）

師：在對比實驗中，你們分別看到了什么現象？

生：船在桌面上行駛，自始至終都能看到整個小船。船在傘面上行駛，先看到紅旗，然后看到旗桿，最后看到船身。

師：兩次實驗，觀察到的現象有什么不同？

生：假如大地是平面，人們始終會看到整條船;假如大地是弧形的，就會先看到船帆，再看到船身。

師：由此推測，你們認為地球表面是什么形狀的？

生：我們推測地球表面是圓弧形的。

師：帆船進港產生的現象說明大地在大范圍內應該是彎曲呈弧形的。但這看到的畢竟是地球的局部，有沒有可能地球是個半球體？

生：有可能。

評析：從拱形大地到渾天說，學生在不斷的證偽過程中尋找證據，支撐自己的觀點，這對培養他們的實證意識大有裨益。從想象到有根據的推測，讓學生用觀察到的現象論證事物的本質，培養他們實事求是的科學態度。

片段三：驗證

師：到了15世紀末16世紀初，隨著航海技術的發展，人類對地球形狀的認識才進入到科學探索的階段。請聽王若曦同學為我們講麥哲倫船隊環球航行的故事。

（學生介紹麥哲倫歷經艱辛，成功繞地球航行了一周的故事，首次實現了人類環繞地球一周的航行。）

師：非常欣賞她的演講。這次環球航行歷時幾年？

生：三年。

師：犧牲了多少人？

生：二百多人。

師：聽了這個故事，你有什么感想？

生：麥哲倫不怕困難，非常勇敢。

生：麥哲倫很了不起。

師：我們應學習麥哲倫的什么精神？

生：勇敢、無畏的精神。

生：勇于探索的精神。

生：堅持不懈的精神。

師：500年后，我們回顧人類歷史上破天荒的壯舉，看到的是非凡的勇氣和執著。科學探索有時要付出生命的代價，我們要學習麥哲倫的探險精神。我們來做一個小小航海家，重溫一下麥哲倫船隊的航線。

（學生在地球儀上用雙面膠貼航海路線。）

師：哪個組上臺匯報一下你們的環球航線？

生：從西班牙出發，一直向西，穿過大西洋，到達南美洲南端，進入太平洋，到達菲律賓群島，進入印度洋，經過非洲南端好望角，最后回到西班牙。

師：這是人類歷史上對于地球形狀認識的最偉大的實踐，驗證了地球是球形的，所以我們把這個地理大發現稱為航海家的發現。但是，麥哲倫船隊環球航行真的能說明地球是球體嗎？

生：不能。

生：能。

師：能不能舉出反例？

生：如果地球是圓柱體也能回到原點。

師：（出示圓錐、環形、不規則但封閉的圖形）如果是這樣的呢？

生：都能回到起點。

師：麥哲倫船隊環球航行不足以說明地球是球體，但是能說明什么呢？（學生沉默）說明地球是個閉合體。麥哲倫通過實地勘察為地球是球形的論斷提供了有力的證據。

評析：從拱形大地到環球航行成功，學生在歷史事件中質疑與求真，體會人類探究活動的艱辛。這樣教學，有助于發展學生勇于獻身科學事業的品質和嚴謹的科學態度。

片段四：哪些是直接的證據？

師：地球是球體的最直接的證據是什么？

生：親眼看到。

師：俯瞰地球，親眼看見，這是證明“地球是球體”的最直接、最科學的證據。從熱氣球到飛機再到人造衛星，人們從不同高度看地球，視點越高，看到的地面范圍越大。

（教師介紹航天員加加林、楊利偉拍下的地球照片。）

師：隨著太空觀測的發展，人們對地球形狀的認識也越來越深入和精確了。地球是個正圓球嗎？

生：經過精密測量，人們發現地球并不是一個正圓的球體，而是一個兩極稍扁、赤道略鼓的不規則球體，人們稱為“梨形地球”，確切地說，是個三軸橢球體。

師：誰能分享一下精確的數據？

生：地球的平均赤道半徑為6371千米，極半徑為6356.76千米。北極地區約高出18.9米，南極地區則低下24—30米。看起來，地球的形狀像一只梨子，它的赤道部分鼓起，是它的梨身。北極有點放尖，像個梨蒂，南極有點凹進去，像個梨臍。整個地球像個梨形的旋轉體，因此人們稱它為“梨形地球”。

評析：人類對地球的認識是一個十分漫長而曲折的進步過程，其進步的方式是“否定之否定”式的螺旋狀上升。科學沒有止境，人類對地球的認識過程遠沒有結束，仍在不斷地發展中。

總評

本課教學充分運用模擬實驗、科學故事、資料研習、建構模型等方法，引導學生充分體驗和感受，形象直觀地感知地球的形狀。對人類對地球形狀認識的科學史的了解，有助于學生形成科學是不斷發展的觀點。這樣教學能夠點燃學生的求知欲，遠比直接告訴他們地球的半徑、赤道周長等事實更重要！

科學思維是科學素養的重要內涵，批判性思維的實質是嚴密的、全面的、有自我反省的思維。這種反省認知是對自己思維觀念的充分批判，是在進行實證之后才能接受某種觀念或信念的思維過程。認識地球形狀的科學史就是對已有結論不斷證偽、不斷質疑、不斷求證的過程。經歷一次次的質疑與求真，學生的認識才能從不正確到正確，從不完善到完善，逐步走近真理。