致永不墜落的“天宮”:孩子喜歡的天文知識都在這裡了

作為我國第一個空間目標飛行器,“天宮一號”於2011年9月發射升空,此後分別與神舟八號、神舟九號、神舟十號3艘飛船6次交會對接,成為中國首個“太空之家”。

日前,服役已滿的天宮一號完美落幕,從太空中永遠地消失了,但是孩子們對未知宇宙的好奇心和探索欲卻並不會因此而停止,孩子心目中的那個充滿無窮無盡奧秘的“天上宮殿”將永遠存在。

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大概在5、6歲左右,很多孩子會開始對天文現象感興趣,經歷所謂的“敏感期”。這種說法的科學依據我沒有找到,但是我家娃確實是在這個年齡段上無可救藥地迷戀上了日月星辰。我分析原因,5歲以前的孩子還沉迷於童話王國,6歲以後的孩子更喜歡現實主義的故事,5、6歲恰好處於亦真亦幻的過渡階段,而宇宙本身就是虛無縹緲和科學現象的統一體。比如,孩子會想,童話裡面說月亮上有廣寒宮和嫦娥,而科普書上說月球上只有隕石坑,到底孰對孰錯,孰真孰假,就會吸引他們探索下去。

喜歡天文的孩子尤以男孩居多,估計可能是跟男孩喜歡冒險、求知慾旺、喜歡挑戰、以及受科幻作品影響有關。另外,我猜想,男孩的空間想象力比同齡女孩強,更容易接受和理解月相變化、日食月食等天文現象。

爸媽如果捕捉到孩子的“天文敏感期”,可以因勢利導,從生活實踐出發,引導孩子注意觀察日月星辰的變化,藉助科普書籍、視頻、電影、APP軟件等,結合模擬實驗,有條件可以買個望遠鏡(先確定所在地區霧霾嚴重度),和孩子一起研究各種宇宙自然現象,挖掘背後隱藏的科學奧秘,開展天文學知識的“大預習”(參見《大預習原理》)。

在此,我把當年和娃一起看過玩過的天文啟蒙視頻資料進行彙總和梳理,分享給各位爸媽。

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 太陽的後裔 

恆星太陽給予萬物光照和能量,地球上的能源直接或間接依靠日光供給,從而形成食物鏈。太陽澤被蒼生,沒有太陽就沒有生物界,所以我們都可以說是“太陽的後裔”。

《比爾教科學》(參見《科學啟蒙總教材》)中有專門一集講太陽(S2E13 - 太陽 The Sun),在這一集中,比爾利用身邊的一事一物、從多個角度向大家闡述所有的能量都直接或間接來自太陽。

太陽能(Solar Energy)

對孩子來說,太陽的光和熱是可以直接感受到的,能量卻是無影無形的。用太陽能電池板做一個小實驗,就可以讓孩子對太陽能利用有初步的感性認識。

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 反轉地球 

太陽太孤單,地球來作伴。

劉德華有一首科普歌曲《愛你一萬年》是講太陽和地球的戀情:

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地球自轉一次是一天

那是代表多想你一天

……

地球公轉一次是一年

那是代表多愛你一年

……

所以,劉老師在這首科普歌曲中委婉地講述了兩個天文學知識:地球自轉一圈是一天,地球繞太陽公轉一圈是一年。爸媽可以藉助視頻或模型幫助孩子搞清楚太陽和地球間的位置關係,以及地球自轉和日夜更替之間的關係。

閏年(Leap Year)

完美的戀情總要留下一些缺憾,地球繞太陽公轉一週並非完完整整365天,還要多1/4天。於是人們為了方便,把這1/4天收集起來,臨存整取,每過4年就會多出1天,這就是對閏年一個通俗的解釋。下面一段動畫非常形象地解釋閏年的由來,可以和孩子一起看一下。

四季(Four Seasons)

地球自轉,轉出日夜;地球公轉,轉出閏年;還嫌事情不夠多,轉著轉著又斜了(tilt),這一斜就斜斜出了四季——地球自轉軸的傾斜,造成了地球南北半球陽光照射角度不同,進而造成日照輻射強度不同,南北半球無法雨露均霑,形成了溫差分明的四季,讓人類體驗世間冷暖,循環往復。《比爾教科學》專門有一集介紹地球四季的成因(S1E15 - 地球四季 Earth's Seasons)。

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如果視頻對孩子來說還是比較抽象的話,一個最直觀的體驗就是,觀察冬季和夏季太陽透過窗戶射入室內的距離。除了季節以外,這和所在城市的維度、房屋的朝向都有關係。如果你家是在中國偏北方地區,房間朝向向南,那麼冬季太陽斜射,在遠離窗戶的室內也能享受冬季的暖陽;而夏季太陽直射,陽光透過窗戶射不到那麼遠,可能就是“一米陽光”而已。

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 都是月亮惹的禍 

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太陽和地球本來自轉公轉玩得好好的,又冒出個第三者月亮,於是上演日食、月食、潮汐等鬧劇,這些自然現象顯然都是月亮惹的禍。《比爾教科學》專門有一集介紹月球(S1E11 - 月球 The Moon)。在上節劉老師課的基礎上,再增加一個知識點,月球繞地球一圈是一個月。

月相(Phase of the Moon)

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老外看太陽編出了陽曆(公曆),我們的老祖宗看月亮編出了陰曆(農曆)。所以月亮的圓缺對於我們中國人來說是非常重要的。有時晚飯後出去遛娃,娃都會留意月相變化,驗證月相和陰曆的對應關係。有一點是需要指出的,月相是由於月球不停繞地球運轉、我們在地球上只能看到月球上被太陽照到發光的那一部分所造成的,而不是由於地球遮住太陽所造成的(這是月食)。說來慚愧,我有很長一段時間都誤以為月相陰暗部分都是地球投射的陰影造成的。

日食與月食(Eclipse)

和孩子解釋日食和月食,不要說得太複雜太專業,簡單地說就是,太陽地球月球轉來轉去,總有轉到一直線上的時候,如果此時月球在太陽和地球之間,就發生日食;如果地球在太陽與月球之間,就發生月食。此時,你會發現文字的蒼白乏力,還是看動畫來得直觀。

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如果看了上面的動畫後孩子問你,按照動畫示意,每個月都能看到一次日食和月食啊?那麼恭喜你,你養了一個天文牛娃,趕快給他買望遠鏡吧,不要捨不得錢。

解釋一下日食月食為什麼總是難得一見,這是因為月球繞地球公轉的軌道和地球繞太陽公轉的軌道不是在一個平面上。兩個軌道間有5度左右的夾角,文字很難表述清楚,自己去想象吧。

潮汐(Tide)

帶孩子去錢塘江看大潮時,別忘了告訴孩子這也是月亮惹的禍。潮起潮落也怪月亮,是不是太扯了?沒錯!就是月亮的引力在扯!白天漲落為“潮”,夜晚漲落為“汐”,一天兩次,準時報到。是什麼原因,看下面的視頻解釋就知道了。

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 來自星星的你 

說到行星,除了地球,別忘了太陽系( Solar System)另外七個小夥伴(還有一個小夥伴被開除出太陽繫了)。

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八大行星

娃對天文的喜好就是從八大行星開始的。自從我給他看過太陽系的科普視頻後,他對那些行星就非常痴迷,我很懷疑是不是把它們當成彩色糖豆了?!不但能說出各大行星的相對位置,還能說出它們的英文名稱(我都說不全、還會搞混),以至於現在給娃讀初章書時如果讀到英文行星名稱,我會向娃不恥下問。

關於太陽系入門知識可以先看一下《比爾教科學》中的相關劇集(S3E01 - 行星與衛星 Planets and Moons、S1E19 - 外太空 Outer Space)。其中,比爾不遺餘力地對比八大行星的大小、遠近、溫度、形態、自轉週期、公轉週期、衛星數量等等。

行星公轉

關於行星圍繞太陽公轉,這個旋轉的英語不叫rotate,有個專用名詞叫orbit,在S3E01末尾,比爾用“甩流星錘”的實驗來介紹orbit是很形象的,除此之外,下面這個實驗也可以讓孩子快速理解和記住orbit。其實,這部分內容其實已經進入天體動力學的範疇。

星系

就像金庸武俠小說的套路,高手總是最後才登場。一開始你覺得江南七怪很牛逼了,馬鈺一登場才知道內功的厲害,七怪和馬道長聯手都對付不了的梅超風算夠牛的了吧,人家還有師傅呢!同樣道理,太陽系夠浩瀚夠牛掰的了吧,和銀河系( Milky Way Galaxy)一比又算個毛?銀河系剛一挺胸,本星系群(Local Group)不樂意了:“跟我比大?!”……話還沒說完,總星系群(Local Supercluster)已經在遠處冷笑了。

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 帶你啟蒙帶你飛 

上面說的都是宇宙自然現象,接下來談談人類對宇宙的探索和征服了。從美國登月時Neil Armstrong的那句“One small step for man, one giant leap for mankind”(注意和小便池上標語區分),到哈勃望遠鏡的發射、國際空間站建立、以及我們中國自己的太空實驗室“天宮一號”的建成,人類的giant leap是一個接著一個。

天宮一號太空授課

前幾天我和娃一起全程觀看了2013年6月20日宇航員王亞平在“天宮一號”中直播的太空授課。2013年那時娃還小,看不懂,現在看剛好。

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其中涉及很多天體動力學和物理學的知識,說實話,看了後我也受益匪淺。原來在太空中的失重,並不是重力沒有了,“天宮一號”距離地面340km,萬有引力只減小了9.9%,那麼重力都到哪裡去了?——重力都用作繞地球orbit運動的向心力上,和離心力相互抵消了。

影視作品推薦

關於航天題材的電影,推薦《火星救援(Martian)》和《地心引力(Gravity)》這兩部電影,我和娃一起觀看過,給娃留下深刻印象,效果很好。在我看來,這兩部基本可以當成天文知識科普片,故事情節不復雜,科普知識卻非常豐富。

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《比爾教科學》中和航天技術相關劇集是S5E02 - 太空探索 Space Exploration。

 總結 

爸媽看出來了嗎?我是按照不斷層進的體系進行介紹的:

① 太陽

② 太陽-地球

③ 太陽-地球-月亮

④ 太陽系八大行星等

⑤ 航天技術以及人類對宇宙的探索

這樣方便爸媽瞭解,同時也方便資源歸類和分享。文章和知識是結構化的,但給孩子進行科普啟蒙時不要太苛求系統化,最好是針對孩子的興趣點、提出的問題等隨時隨地開展,效果會更好。天文學啟蒙過程中,對科普知識的講解要根據孩子具體情況,點到為止,孩子感興趣自己會鑽研,搞得太深太細當心把孩子惹毛、產生牴觸就不好了。


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