谢寅，科学教育搬运工(._.) 阅读原文 一、问题的回答 土星的环是由冰组成的。这一条你在百科全书中经常会读到。 这是一张太空画，描述的就是土星探测器接近土星的时候，我们看到的情景。[1] 不过，这张图和我们平时看到的土星环的照片是不太一样的。不知道你是不是对这两张图有疑问？这两张图都是对的吗？这些冰和“环”又有什么关系？ （有的时候孩子问“为什么”的原因，是他知道他在接触到了一些知识后，自己仍然有没有想明白的部分，但又缺少表达清楚的能力，所以笼统的就问了“为什么”，这里就对他的疑问做了一个猜测和相应的解释） 我们通过一个实验解释一下，提供一个容易理解的版本： 你应该在学校里做过“陀螺”的手工 1.用白色的硬纸板剪一个圆盘，然后在圆盘的中央用工字钉打一个孔，再把牙签的尖端传过去，立在桌子上一转，一个旋转的“陀螺”就做好了。 现在我们做点更好玩的 2.在圆盘的边缘，间隔一段距离，画上黑色的点 3.当圆盘不转的时候，所有的点都是“点”，对吧？但是现在把圆盘转起来，你再看看圆盘会变成什么样子呢？ 是不是所有的黑色的点，似乎连成了一条线？[2] 在陀螺旋转的时候，圆盘上似乎出现了一个“环”。现在你知道了，所谓的环，只是看起来的样子像个“环”，其实是所有的黑色的点旋转起来后造成的视觉上的一种错觉。但是因为它看起来的确像个环，我们就给它起了个“环”的名字。 现在我们进行解释。 第一，构成土星环的冰，其实都围绕着土星的环在旋转。为什么会旋转？就像是月亮绕着地球转是一样的 第二，我们站在地球上，用照相机拍摄到这些旋转的小冰块，就像我们看到“旋转的陀螺”一样，拍到的同样是一个“像环一样的东西”，我们就把它叫做土星环。 （我原先认为在地球上也可以看到旋转的冰块形成的环，但是评论区已经指出这种说法的不严谨性） 对于两种土星环图片的差别的解释，你明白了吗？ 利用一个塑料罐头罐，一个迷你电风扇，其实也可以做一个实验来模拟一下“土星环”。 用白乳胶把黑色的硬卡纸粘在罐头盖上，然后把罐头盖粘在电风扇上，这样电风扇旋转的时候，就会带动黑色的卡纸一起转起来。[3] 我们在硬卡纸的边缘，同样涂上一圈乳胶，然后再撒上粗盐颗粒，用来模拟土星附近的冰。 在离的太远的时候，这些冰看上去就像环的形状。 当这些冰粘牢以后，我们就可以打开开关，让罐头盖旋转起来。看看它制造的“环”是什么样子的了，如图所示。[4] 这个图中用到的是那种类似老式 CD 播放器的东西 当然，为了这个环看起来更好看，可以放一些彩色的盐块或塑料块进去 这一步说明的是：土星环照片的形成原理 实验做完了，我们来总结一下： 第一，许多的冰组成了土星环，但是这些冰离地球太远了，我们远远的看去，能看见一个环的形状。 所以，看上去的效果和观看的距离是有关系的？ 没错 第二，因为它们一直在绕着土星转，我们在拍摄的时候，可以拍摄到一个“环”。 第三，这个实验仅仅是做个解释，解释一下为什么有的土星照片拍出来能够看到一个环的形状。实际上土星环中的冰块，没有实验中的电机转的那么快。 那么问题来了，我们先来说一个很有趣的事实：科学家其实很早就知道土星环是由冰块构成的，早在 100 年前，还没有发明现代火箭和土星探测器的时候就知道了。[5]那时候我们并没有探测器飞近土星，也没有望远镜能看的很清楚土星附近是什么样子，科学家们又是怎么在看不清的时候，知道土星附近的情况是什么样子的呢？你愿不愿意去查查相关的图书，去了解一下？[6] 二、为什么这么回答？（父母版和老师版） 1.写给父母的 这个问题其实一开始难倒了我。因为我第一想到的答案，也是百科全书上提到的“土星环的构成”以及有些答案提到的“洛希极限”。 直到我通过搜索找到了这下面这个网站，这个答案，其实主要的想法是来自于这里的： 灵感的出处 不过这个答案在我最初的转述中，严谨性是有些问题的，评论区已经有人指出 不过这个答案我最初的转述中，严谨性是有些问题的，评论区已经有人指出 “土星环的构成”以及“洛希极限”，我觉得这些答案都不够好。因为他们和孩子的认识太遥远了。而且要求有一定的知识积累。在没有积累的时候，这些都是零碎的“知识” 给孩子科普，我们需要通过简单的、体验式的方式帮助他去理解一个复杂的概念（这一点这个答案也做到了），但是更重要的，是让他能通过一个“小知识”去帮助自己构建一个认知系统，这一点对认知和好奇心的发展都很重要。 举个例子解释一下 当我遇到一个新知识的时候，我发现其实它和之前学过的知识有很相似的地方。 看到的这些相似的地方，我不会对新知识有畏惧，而且还能够把它整理到自己的知识网络中去 重要的是理解，而不是总是像“集邮”一样的记忆。 更重要的，是看到一种可能，科学的魅力就在于可以把复杂的事物简单化，这就是培养一种对知识的好奇心 土星环属于“行星科学”的范畴，看上去是个有些冷门的领域，但是用日常生活中的例子来解释出来之后，它的感觉就不一样了。 “原来不过如此。” "原来这个世界是可以被理解和解释的,，还有其他的例子吗？" 日常的例子，其实就是孩子已有的学习经验，我们把它和孩子已有的经验连接起来，知识才能够被孩子真正的吸收到他的心里。否则，科学教育就只是在凭着孩子的兴趣，来学习一些有的没的“常识”。随着孩子的成长和好奇心的消退，这些其实都失去了往日的吸引力。 我之前提到过，好奇心其实是一种能力，是一种建构认识系统的能力。[7]好奇心的缺失，其实不是因为别的，我们没有一个很好的认识系统，知识一直在哪里，却没有把知识联系在一起的机会和途径，进而想去联系的意愿和能力也逐渐消散了。 爱因斯坦说，“教育就是你忘掉了学校所教授的一切后，还剩下来的东西”。我觉得很可惜的一点是，我们忘掉了自己学习的东西后发现，除了当初的儿时的“初心”，什么也没有在教育中获得（至少是不够多）。我们有好奇的初心不假，但是更重要的是让“初心”成长起来。 这就是我觉得这个回答做的很好的一个点：把知识和孩子已有的经验联系在了一起，这是在帮助他自己建构认知系统 2.写给老师和科普工作者的 我觉得第二个很有价值的点，是这个回答很好的阐释了天文学的核心概念： 在天文学上有很多的内容，其实都和“看上去是这样的”这条基本原理分不开。 例如日月食，并不是天狗吃掉了月亮，而是天体之间遮挡的“视觉效果”。 为什么木星和土星看上去很近，却不会相撞？其实这也是同样的原理。 也可以看看这里的文章 如何用小孩子也能听懂的话来解释为什么土星、木星、天王星不会相撞？ 你所在的行业有哪些给儿童科普启蒙的好书？ 为什么目前中国中小学阶段不开设天文课程？ 天文学其实就是不断的分析和发现产生这种“视觉效果”的原因，进而构建模型去解释这些原因，甚至是原因的原因（引力导致了公转现象，公转现象进而导致了日月食这种现象的产生）。 太阳比月球大得多，为什么看上去和月亮一样大？这其实和日月之间与地球的距离有关系。 首先让孩子知道的，就是这种“视觉效果”的存在，即某些现象是一个视觉上的、看上去的样子，然后再探讨产生这样的“视觉效果”的原因，让孩子去把握天体之间的位置和视觉效果之间的因果关系，这是在逐渐体验和使用模型来解释自然现象。 这个答案，其实很好的利用用了上面提到的天文学的核心概念：看上去的样子和天体的位置关系。之前我们提到土星环，想到的都是“行星科学”中的那些知识，像这个答案这样的处理方式，是很少见的 我觉得这个案例，十分值得我们在工作中学习。学会把一个旧的知识，以一个新的方式重新解读出来。这个对于“行星环”的解读是让我眼前一亮的。 作为科普工作者，甚至说是科研行业中愿意做科普的人，其实真的应该好好研究下这些核心概念，然后从科研的素材中找出适合阐释核心概念的内容出来。因为这些东西，作为老师是做不了的：我们不了解科研，但是我们了解孩子，了解如何做教学系统，只是我们缺乏合适的教学素材。 传统的素材已经无法吸引孩子了，现在的孩子认识的东西已经很多很广，特别需要新的东西引入。这项工作离不开老师，也离不开你们，这是我特别想说的。 阅读原文
