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编者按:
还记得孩子第一次看到头顶上灿烂的星空时,那种不由自主的欢呼雀跃吗?还记得孩子第一次解出方程时,那种溢于言表的欣喜吗?还记得孩子看到从未见过的动植物时,那种目不转睛的专注吗?
好奇心是上天赐给我们的神秘礼物,它引领着我们向未知的世界不断地探索。孩子的好奇心更是他们保持童趣的重要关节点,他们天生对科学充满了好奇,渴望了解大自然,了解未知的世界。然而很多时候,这种好奇心却被我们无形中泯灭了。如何激发孩子的好奇心,并使之长久地保持下去,继而积极地去发现科学、探索科学?这是教育工作者必须面对的问题。
【科学家寄语】
别忽视那些星空下的仰望
■ 首都师范大学数学科学学院教授 李毓佩
今年 7 月 22 日日全食的来临,使得天文学成为公众关注的热点。我经常说,人类天生就是 “ 追星族 ” ,在追逐日月群星的过程中,渐渐找到了自己在宇宙中的地位。因此,我始终希望天文学能进入中小学的课堂,让青少年对人类探索宇宙的历程有一个基本的了解,同时也为他们 “ 仰望星空 ” 创造基本的条件。我深信,我国的天文学家有足够的智慧和实力,能以最恰当的方式把最精彩的内容奉献给孩子。
宇宙奥秘对于孩子来说有着无穷的魅力。依稀记得,我在上小学以前,父母就给我买了许多好看的书,它们都是《幼童文库》的成员。《幼童文库》中的每本书都很薄,但每张纸都厚厚的,书中文字不多,彩色的图画很美丽。其中有一本书是我最喜欢的,它是一本介绍太阳系的书,说到地球绕着太阳转,月亮绕着地球转,还说到水星、金星、火星、木星等,它们都是绕着太阳打转的行星。
我的小学阶段在 20 世纪 50 年代初度过,在我们幼小的心灵中, “ 科学 ” 这个词语有着无与伦比的吸引力。 1956 年,我上初二的时候,祖国大地上响彻了 “ 向科学进军 ” 的嘹亮号声,科普书刊变得多了起来。我看了不少天文通俗读物,开始学习认星星。我发现,认识星空其实并不难,但要持之以恒。当时,我们已经有了自己的憧憬: “ 我想当飞行员 ” , “ 我想当老师 ”…… 当我说自己想当一名天文学家时,老师非常认真地注视着我,他的目光中包含着深深的期待。
时间过得很快,我成了一名高中生。那时没有题海战术,参加课外兴趣小组也不是为了加分。我对古典文学、历史等都很感兴趣,但最令我着迷的还是数学。高考来临,我填报的第一志愿是南京大学数学天文系,很荣幸,我被录取了。
后来,南京大学数学天文系分成了数学、天文两个系,我在天文系学习。南京大学不仅有许多著名的教师,而且有读不尽的藏书。天天有好书可读,常常有精彩的演讲可听,其乐趣确实难以言状。当时我们的系主任是戴文赛教授,那时他有 50 来岁,深受全系师生尊敬。他数十年如一日热心于科普事业,直到 1979 年病危之际,还写下了这样的话语: “ 科学工作者既要做好科研工作,又要做好科学普及工作,这两者都是人民的需要,都是很重要的工作。 ”
1965 年,我大学毕业后来到中国科学院北京天文台(今国家天文台)从事科研工作。我为少年朋友撰写科普作品,则始于 30 年前科学的春天来临之际。当时,国际上利用空间探测器考察太阳系各大行星的成果迭出。《我们爱科学》杂志这时也邀我撰稿,向少年朋友介绍相关的新知识。 “ 太阳系中的蒙面巨人 ” 、 “ 地球的姐妹 ” 、 “ 红色的行星 ”…… 就这样,我的科普作品一篇接一篇刊出,读者反响也不错。郑延慧老师当初说: “ 卞毓麟的文章科学性肯定没问题,文字也顺畅,但是还缺乏鲜明的儿童特色。 ” 克服这一缺点,成了我日后不断努力的目标。
后来,我发表的作品越来越多,不时会收到读者来信。有一位少年朋友在信中说: “ 您懂得那么多,一定要看许多书,还要写那么多文章,那您就没有多少时间可以用望远镜看星星了,这不是很可惜吗? ” 还有一位少年朋友告诉我,他很喜欢父母为他订阅的《天文爱好者》,看了不少天文书,所以很熟悉我的名字。他很直率地问: “ 我将来能成为天文学家吗? ” 前一位少年朋友已经懂得时间的宝贵,后一位更是有自己的理想,这是多么可贵的精神财富啊!
十多年前,《不知道的世界》初版时,我国老一辈出版家、科学和文学作家叶至善先生特地为之撰文,题为 “ 在知识的长河中注入一点水 ” 。叶老在文章中说: “ 看内容和行文,这部丛书是为初中生和小学生编写的,每一本讲一个方面。以读者已有的知识为基础,讲这一方面最近有了什么新成就,正在研究哪些新课题,将来可能朝哪个方向发展。就这样,把读者领进一个不知道的世界 …… 我看照着这个格局编下去,这部丛书会得到成功的。 ”
是的,《不知道的世界》成功了。我是该丛书中《天文篇》的作者,接受这项写作任务时,我已在中国科学院北京天文台从事天文学科研 30 年。然而,整个写作过程仍像经受了一次考试:在整个天文学中究竟如何选定二三十个题目纳入这本书?如何用已经知道的科学知识为不知道的世界作铺垫?像 “ 黑洞 ” 、 “ 大爆炸 ” 、 “ 外星人 ” 这样的题材,怎样才能言简意赅地介绍给青少年?所有这些,都不是三言两语就能说明白的。但是,只要肯下苦功夫,问题总是可以解决的。 “ 没有枯燥的科学,只有乏味的叙述 ” 这句话说得真好!一路走来如履薄冰,《天文篇》总算没有辜负众多读者深情的期待。
做少儿科普工作不容易,甚至很辛苦。正是在这种繁忙而又充满朝气的工作中,我自己也从青年跨入了中年,又进入了老年。天长日久,曾经有许多人问我, “ 你是怎样治学和写作的? ” 我用 16 个字作了回答: “ 分秒必争,丝毫不苟,博览精思,厚积薄发。 ”
【作家心得】
我们千万不要忽视数学有好玩的一面,只有觉得数学好玩,才能喜欢数学,才能主动学好数学,这也正是我写科普作品的目的
■ 中国科普作家协会常务理事 卞毓麟
数学也能 “ 动 ” 起来
哪个父母不盼望孩子成才?但是,在如何培养孩子成才上不同的人会有不同的理解。有的父母急盼孩子成才,让孩子课余时间学习音、体、美,说这是让孩子全面发展。有的父母让孩子学习数学、外语,目的是参加各种比赛,如果能考取好成绩,就可以上重点学校,将来好上重点大学。
这里存在的问题是:你的孩子愿不愿意学习这些内容?对所学的内容有没有兴趣?是觉得这些内容好玩,还是觉得这是无比痛苦的差事?
我从事教育工作几十年,很多老师得出一个共同的结论:最不好教育的学生就是那些对学习不感兴趣的学生。我是教数学的,我国数学教学的课时数是各科中最多的,数学作业的量也是各科中最重的,但真正喜欢数学的学生却不多,特别是女学生,提起数学往往是眉头紧皱。
30 年前一次偶然的机会,我参加了一部面对少年儿童的科普读物的编写工作。我发现,课堂上由于教材和教学进度的限制,不能把数学生动有趣的一面充分展现出来,但在科普读物中,数学是可以被写得生动有趣的。 30 年来,我一共出版了各类数学科普读物 100 多本,这些作品很受小读者的欢迎。我写科普作品的目的是告诉小读者,数学是多么有趣,数学天地里有数不清的好玩东西,有许许多多未解之谜,以此来让他们喜欢数学。
我写过一本数学侦探故事叫《爱克斯探长》。看到这个书名,有读者难免会好奇地问: “ 这位探长为什么叫爱克斯? ” 其实这里的 “ 爱克斯 ” 就是数学里的字母 X ,也就是解方程时一开始设的未知数 X 。
堂堂一位大探长,为什么要把自己称为未知数呢?我认为,探长破案就如同数学中的解方程:一开始,作案嫌疑人是谁探长并不知道,在破案过程中,通过作案嫌疑人留下的蛛丝马迹,一步步地由浅入深,由表及里,他会慢慢揪住作案嫌疑人的狐狸尾巴,最后抓住嫌疑人。解方程和破案类似,一开始并不知道答案是多少 , 要先把寻求的答案设为未知数 X ,根据题目给出的条件列出相应的方程 , 通过解方程,最后求出未知数 X 的数值来。
《爱克斯探长》这本书从故事来讲,是精彩的侦探故事。从数学角度来看,它介绍了各种类型的方程,讲述了解方程常用的方法。这本书已在中国销售了近 10 万册,读者多为中小学生,他们在博客中谈了自己的读后感,一个共同点是:他们觉得这本书好读,内容好玩。我们千万不要忽视数学有好玩的一面,著名数学家陈省身给青少年数学爱好者曾题词: “ 数学好玩 ” 。只有觉得数学好玩,才能喜欢数学,才能主动学好数学,这也正是我写这本书的目的。
科普作品是非常不好写的,作品成功与否的关键是通俗化和趣味性,一部科普作品即使科学性再强,内容再现代化,但是读者看不懂,或者读起来索然无味,也算不上一部成功的科普作品。对于少儿科普来说,这个问题就更加突出。
数学科普通俗化和趣味性的道路有许多条,数学和文学结合是一条重要的途径。一位教育家说过,不爱学习的孩子有不少,不爱听故事的孩子却一个也没有,借助故事这个载体向孩子讲数学是一条很好的道路。经过多年的摸索,我发现小读者最喜欢 4 类故事:童话故事、侦探故事、探险故事、斗智故事。这 4 类故事有助于培养小读者的想象能力、推理能力、探索精神和凡事多问一个为什么的怀疑精神。
少儿科普作品应该朝两个方向努力,一个是深挖数学的内在趣味,也就是在深入浅出上下功夫。杨振宁先生在北大讲演时曾提到读过刘薰宇先生发表在《中学生》杂志上关于排列组合的科普文章,我至今仍印象深刻,刘薰宇先生就是深挖数学内在趣味的高手。另一个努力的方向就是努力创造少儿科普更新的表现形式,我正在探索 “ 画 ” 数学,以此让数学更生动,更直观,尝试利用多媒体技术,真正使数学 “ 动 ” 起来。
(《不知道的世界》升级版 [ 共 10 册 ] ,卞毓麟等著,中国少年儿童出版社 2009 年 2 月出版)
【教师实践】 一枚鸡蛋带来的惊奇
根据学生的需求,我们能不能设计出周全的活动方案,在活动中学生能不能得到满足和收获,这是我们设计科学活动的基本条件,也是这个活动能否成功的必要条件
■ 北京师范大学实验小学 杨志伟
学生对科学的喜爱不仅仅是对科学的好奇,这种喜爱是孩子天生固有的。他们渴望了解大自然,渴望了解社会,在学校里教师能不能满足孩子的这种渴望,如何保护孩子探究科学的好奇心并长期保持下去,是我们教师和父母必须面对的现实。
然而,在给孩子讲解科学、学习科学的过程中,我们有时会忽略他们参与的过程,只是让他们死记硬背,接触到一些简单生硬的科学词汇、科学概念,这种枯燥的学习难免会挫伤他们热爱科学的幼小心灵。因此在引导学生学习科学的过程中,始终注意保护孩子学习科学的热情,是每一个教师的责任。
人的好奇心天生有之,孩子也不例外。在学习科学的过程中,最好的办法就是让孩子直接参与到科学活动中来。这种科学活动的设计,教师要考虑到学校周边社会资源的支持,也要考虑到所在学校学生的状态及学生家长的支持力度。
在进行四年级教科版科学教材 “ 新的生命 ” 这一章的教学时,我决定利用北京师范大学的科学资源,发动学生进行 “ 鸡卵 ” 的孵化科学观察活动,让学生了解小鸡是怎样从一枚鸡蛋变成一只小鸡的。我们的学生都是在城市里长大的,一些高科技的电子玩具应有尽有,但是小鸡是怎么孵化出来的,他们却没有见过,大家都觉得很新鲜,积极性当然会很高。为了保证这项活动能够达到预想的目的,我前期作了一些调查,了解到北京师范大学生命科学学院鸟类研究室有孵化器,昌平种鸡场有人工授精的鸡卵,同时我也就孵化后的小鸡与禽流感的问题向有关专家进行了咨询,得到确切的答复后,关于小鸡孵化的科学观察活动就正式启动了。
孩子们平时鸡蛋没少吃,但是什么样的鸡蛋才能孵化,这个问题很多学生都不知道。为了弄清楚这个问题,我在课堂上注意引导他们分析讨论,课后指导他们查资料,学生们最后明白了只有交配过的母鸡生出的蛋才可以孵化。接下来的问题是,这样的鸡蛋什么地方有呢?有的学生说:到农村去买。有的反驳说:即使到了农村,你怎么区别哪些是交配过的母鸡生的蛋呢?大家犯难了。在孩子们的感动下,有学生家长从种鸡场自购了鸡卵 800 枚,无偿提供给学校。之后,学生从北师大生命科学学院借来了从德国进口的孵化器,这样,我们的活动要求基本得到了满足。
为了让学生在这项观察探究活动中掌握更多的知识,我们请来了北师大生命学院的张燕云教授,为我们介绍孵化器的有关原理,原来孵化器是仿照老母鸡孵鸡蛋的过程设计的。学生们还了解了什么叫翻蛋、晾蛋,知道了孵化小鸡的温度和湿度,以及孵化小鸡需要 21 天等知识。
我们把鸡蛋放进孵化器开始了小鸡的孵化,孵化器前每天都吸引着很多前来观察的学生,他们利用照蛋器每天观察胚胎在里面的发育情况并详细记录下来。时间一天天过去,距离小鸡出生的时期越来越近了,性急的学生恨不得马上打开一枚鸡蛋,想亲眼看看小鸡在鸡蛋里到底是怎样的。更多的学生开始了迎接小鸡的准备,他们要说服父母,在家里给他们的小鸡开辟一个饲养场地,有的学生还为小鸡的到来准备了小箱子、取暖的灯和饲料。
在 21 天的观察过程中,孩子们的积极性始终很高,每天都能坚持观察记录小鸡的发育变化,这培养了他们坚持不懈、持之以恒的科学态度。在这过程中学生有很多新奇的发现,比如:在孵化器工作到第十九天的时候,他们像往常一样,想继续观测胚胎的发育,刚打开孵化器的门时有一阵凉风吹了进去,小鸡在蛋壳里叫了起来。 “ 老师!小鸡叫了,这是我们第一次听到未出生的小鸡叫! ” 学生们兴奋极了,奔走相告,他们还发现,每当小鸡叫的时候,总会有鸡蛋在晃动。
当第一只小鸡千辛万苦破壳而出趴在箱子里的那一刻,学生们看到的不是想象中小鸡那种毛茸茸的可爱样子,而是满身湿漉漉的、精疲力竭气喘吁吁、站都站不起来的丑小鸡。那一刻,孩子们惊呆了,全场变得鸦雀无声。他们看到一个新的生命的诞生是多么不容易,这给他们的内心带来了极大的震撼。
培养学生对科学的热爱、对科学的兴趣不是说一说就可以办得到的事情,这需要教师和家长首先要知道学生的兴趣点在什么地方。根据他们的需求,我们能不能设计出周全的活动方案,在活动中学生能不能得到满足和收获,这是我们设计科学活动的基本条件,也是这个活动能否成功的必要条件。在小学阶段培养孩子学习科学的兴趣是最重要的,所以要开展科学活动,让他们在教师的指导下去探索,去参与,去发现事物产生的原因和规律,从而学到各自感兴趣的知识。只有这样,他们热爱科学、探究科学的热情才可以长时间地保持下去。
保护学生热爱科学的热情,我们还要注意在平时的科学教学中,根据教材有意识地向学生提供最前沿的科学信息,培养他们的好奇心和兴趣,引导他们去思考、去争论。在我们的科学课上,有时孩子们争论的面红耳赤甚至放学了依然不愿离开,这个争论的过程就是一个交流和学习的过程,为了说服对方,回家之后他们还可能去向父母请教,或者查阅资料,寻找支持自己的论据。为学生量体裁衣地设计一些好的科学活动、不断提供新鲜的科学信息,让他们参与、思考、争论、探索,这些科学要素一旦融入孩子们的生活,他们热爱科学、享受科学的乐趣永远都不会熄灭。
【精彩书摘】 走 一起探秘寻奇去
■ 杨文翻、杨靖 等
与众多展现已知世界的科普读物不同,《不知道的世界》是一套有关未知世界的小百科。它选取了各学科中的科学谜案,描写了人们在探疑解秘中作出的努力和遭遇的障碍,介绍了各种有代表性的假说、猜想和目前达到的研究水平,能够充分激发读者的科学探索和创造。
植物体中的动物现象
植物和动物是完全不同的两类生物,它们之间的差别实在太大了,但令人吃惊的是,植物体内常常会表现出动物现象。
植物的血型:最早发现植物血型的是一位日本法医。他在一个偶然的机会,惊奇地发现荞麦皮也有与人类相似的血型 ――AB 型!充满好奇心的他很快就迷上了植物血型的研究。他广泛采集了 600 多种植物的果实和种子,并且化验、分类。例如,葡萄、山茶等属 O 型植物,桃叶等属 A 型,扶芳藤、大黄杨等被划为 B 型,荞麦、李树等成为 AB 型植物的代表。
当然,这里所说的植物 “ 血 ” 实际上是植物体内的液汁,与人体中的血有所不同。但是,植物汁液中的各种糖蛋白成分,也就是血型物质,与人体内的血型物质很相似。
植物的记忆:不久前,科学家们进行了一项有趣的实验,结果证明,有些植物不仅具有接受信息的能力,而且还有一定的记忆能力。
科学家们选取了几株刚刚发芽的三叶鬼针草进行实验。幼小的植株上,总共只有两片形状很相似的子叶。科学家们用细针在其中几个植株的右边叶片上穿刺,使植物的对称性受到破坏。 5 分钟后,他们用锋利的手术刀把两片子叶全部切除,再把失去子叶的植株放到良好的环境中,让它们继续生长。
大约 5 天后,有趣的情况出现了。那些曾经受到针刺的植株,左边萌发的芽生长很旺盛,而右边的芽生长明显缓慢。这个结果表明,植物依然 “ 记得 ” 以前那次破坏对称性的针刺,没 “ 忘记 ” 针刺给它带来的痛苦。
地球的第九颗行星哪儿去了
1930 年人们发现了冥王星,并把它当作太阳系的第九颗行星。从那以后,人们寻找第十颗行星的热情就从未衰退过。在海王星的公转轨道以外,冥王星并不孤独,那里还存在着一个 “ 柯伊伯带 ” ,是短周期彗星的聚居地,有许多由岩石、水冰、干冰、冻结的甲烷等化合物构成的天体,它们被统称为 “ 柯伊伯天体 ” 。
2002 年,美国天文学家迈克尔 ・ 布朗等人宣布,在柯伊伯带中发现了一个直径约 1300 千米的新天体,被命名为 “ 夸奥尔 ” 。布朗因此宣称 “ 如果冥王星是今天发现的,那就不会有人把它称为一颗行星了,因为它显然是一个柯伊伯天体。 ” 这话的确有一定的道理。不仅如此,冥王星环绕太阳的轨道非常扁长,它有时还可以进入海王星的圆形轨道以内。
自此之后,不断有新的柯伊伯天体被发现,到 2005 年底为止,人们发现的柯伊伯天体数量已经近千个,但是它们的大小都没有超过冥王星。 2005 年 7 月 29 日,布朗教授宣布,他们发现的柯伊伯天体 2003UB313 个头比冥王星更大!如果冥王星被称为行星的话,那么 2003UB313 完全可以归入行星之列。布朗认为,它就是太阳系的第十颗行星!
可是,究竟什么是行星呢?在 2006 年 8 月,国际天文学联合会作出决议:行星必须有足够大的质量,因而其自身的引力足以使其保持接近于圆球的形状,它必须环绕自己所属的恒星运行,并且已经清空了其轨道附近的区域(这意味着同一轨道附近只能有一颗行星)。因此,冥王星等因未能 “ 清空其轨道附近的区域 ” (它们身处柯伊伯带中,那里有很多其他天体),最终被列入了 “ 矮行星 ” 的行列。
蚊子是怎样找到你的
蚊子也不是个个叮人,只有雌蚊子在交配后、卵发育时才需要吸血。那么,蚊子是怎样找到要叮咬的人呢?日本的高木正阳教授认为,是人的体温和湿度吸引蚊子找到吸血对象。蚊子触角上有一个热敏器,可以感受到 0.05℃ 的温度变化。体温高的婴儿容易被叮咬,生病发热的病人、喝了啤酒体温上升的人也容易被叮咬。
后来,科学家通过电子显微镜研究发现,蚊子通过触角上的感觉毛,感受到二氧化碳气流,从而找到目标。但是,人体周围二氧化碳气体浓度最高的地方应该是鼻孔和嘴附近,然而人被蚊子叮咬最多的部位并不是脸部,而是远离口鼻之处。所以有的科学家认为,蚊子是靠乳酸味找到人的。蚊子的触角上有一种较粗的短毛,上面布满了乳酸感受器。包括人在内的哺乳动物,都会分泌出挥发性代谢产物 ―― 乳酸,并通过每一个毛孔排出体表。
最近,荷兰昆虫学家克诺尔斯研究发现,蚊子是靠 “ 脚臭气 ” 找到人的。他在蚊帐内放满了蚊子,自己亲自钻进去实验。他吃惊地发现,蚊子主要是叮咬他的脚。他用药皂洗了脚,除去脚臭,饥饿的蚊子便开始攻击他的肢体。为了证明蚊子喜爱脚臭,他和其他研究人员使用了当地生产的一种奶酪,其味酷似人的脚臭味,这一招很灵验,蚊子趋之若鹜。克诺尔斯说,下一步的计划是合成 “ 脚臭剂 ” 以吸引蚊子,并将它喂饱,免得人类受叮咬。
(摘自《不知道的世界》)