依托天文美育激發高中生認知內驅力的策略淺探

摘要：認知內驅力是學生學習的內部動機，直接決定了學習是否能夠有效進行。依托南菁天文美育課程的實施，通過對“司空見慣”的日出方位問題進行真相深究、對天文望遠鏡使用問題進行深化研究、對簡易日晷的制作和使用進行活動探究，在實踐活動中讓學生體驗天文之美，享受學習研討之樂，提升認知內驅力。

關鍵詞：認知內驅力；天文；美育；高中學生

康德曾言：“有兩樣東西，越是經常而持久地對它們進行反復思考，它們就越是使心靈充滿常新而日益增長的驚贊和敬畏：我頭上的星空和我心中的道德法則[1]。”這種持久而自覺的“反復思考”，用奧蘇泊爾的成就動機理論解釋，就是在認知內驅力作用下學有收獲并持續自覺地學習。認知內驅力是一種要求理解事物、掌握知識、系統闡述并解決問題的需要，作為目標，從知識獲得中得到滿足，是學習的內部動機。內因是事物變化的根據，外因是變化的條件，外因通過內因起作用。期待贊許、獲取威望等都是學習的外部動機，可能會帶來學習的成功，但顯然遜色于認知內驅力。蘇霍姆林斯基指出：“強烈的學習愿望、掌握知識的愿望，是這一活動的重要動因。”在高中階段，對理解知識、掌握知識、運用知識解決問題的渴望是學生學習成功的關鍵。筆者借助學校開設天文美育課程，與學生共同研究，在領略天文之美的同時，有效激發學生認知內驅力做出一些嘗試。

一、真相深究，理解客觀存在——日出是否在東方

天文學的博大精深造就了“高處不勝寒”的意境，讓世人向往卻敬畏，對于一些“常識”則會放棄思考。然而，這就導致了思維的僵化，逐漸被“常識”淹沒，放棄對真相的深究。曾問選修天文美育課程的學生“太陽從哪邊升起”這一問題時，很多學生脫口而出“東邊”，只有個別學生問，“這是個問題嗎？”日出東方是“司空見慣”的客觀存在，可日出真在東方？真相深究步驟如表1（以P點日出方向為例）。

深究日出方向，選擇的時間點還可以拓展到北半球的夏半年任一天、冬半年任一天，選擇的研究對象可以拓展到南半球任一地點。對日落方向也可以同樣深究。帶領學生通過大量繪制日照圖和太陽周日視運動圖一步步向真相逼近，并在繪圖基礎上播放動畫“周日視運動軌跡全解”，深刻理解太陽的視運動現象。在理解日出方向基礎上，與學生一起看日出，一起追問事實真相。同時還創設動手操作晨昏儀分享日出方向問題探究的成果，讓“小天文學者們”與其他學生共同領略周日視運動的對稱之美、運動之美、科學之美。對日出方向真相的深究，可打破對“日出東方”的固有思維，培養學生的科學精神，讓他們揭開謎團、揭示真相，理解客觀現實的熱情高漲。

二、問題研究，掌握必備知識——用什么望遠鏡能看清天上的星星

宇宙的浩瀚給人無盡的想象空間，這讓大多數人放棄把宇宙看清的嘗試。仰望星空，人們自然會想到用天文望遠鏡。望遠鏡是天文觀測的必備工具，可以說沒有天文望遠鏡，就沒有現代天文學。但接觸天文，幾乎所有人都會問這樣一個問題，“用什么望遠鏡能看清天上的星星？”筆者與學生就此問題展開深入研究。

1.天文望遠鏡能否看清天上的星星

對于提出想看清天上星星要求的人來說，須糾正一個認識誤區：夜空中大多數肉眼看到的星星，本質是恒星。在地球上用天文望遠鏡對恒星進行觀測，結果肯定令人大失所望。可能想象著在這些星星上看到藍天白云、大海綠樹。事實上望遠鏡放大足夠倍率，最后只看到不停發光發熱的“太陽”。當然，選用合適的望遠鏡，可以看到天然衛星——月球表面豐富的地貌形態，看到有美麗光環的土星，也可以看到許多神奇美妙的星云。是否能看清，先要看觀測對象是否具備可看清的屬性，并要看其“看清”的要求是什么。

2.天文望遠鏡到底能看多遠

這是天文新手的常見問題，希望依賴天文望遠鏡，將最遙遠的星辰看得清清楚楚、明明白白。這其實是一個“假”天文問題。天文望遠鏡的分辨能力主要受其硬件條件、觀測環境及觀測者自身因素共同制約（如表2）。

曾組織學生對校內不同型號的天文望遠鏡進行比較研究，讓其對望遠鏡的功能、特性有比較深刻、全面的認識（圖1為組織學生進行反射式、折射式天文望遠鏡比較研究）；還組織學生利用不同型號的天文望遠鏡，對月球、木星、土星等天體進行不同天氣狀況下的觀測、拍照，在直接領略天文景觀之美的同時對觀測結果比較分析，真正掌握天文望遠鏡使用的技能技巧。對學生好奇的問題進行操作性探究，促使學生自覺掌握知識并構建起科學的知識體系和綜合的實踐能力。“用什么望遠鏡能看清天上的星星？” 來自學生的問題在研究中找到了最清晰且最有價值的答案。

三、活動探究，踐行學以致用——如何制作日晷進行計時

當今天文學快速發展，科學家的探索大踏步向深空邁進，越來越巨大的宇宙開發投資和越來越深奧的天文原理讓人們覺得天文學僅適合精英染指。而事實是每一天都可以接觸到最“樸實無華”的天文現象。設置解決實戰問題的探究活動，可以讓學生在最平常的生活與實踐中發現學習樂趣與意義，日晷的制作與應用就是一個很好的案例。

1.理解日晷“樸素”的工作原理

日晷，本義是指太陽的影子。當今的“日晷”指人類古代利用日影測時刻的一種計時儀器，又稱“日規”。日晷通常由晷針和晷面組成，其原理是利用太陽的投影方向來測定并劃分計時，一般有赤道式日晷（日晷的晷面為赤道面）、水平式日晷（地平日晷的晷面必須嚴格水平）等類型。

2.動手制作“適合當地”的赤道時日晷[2]

依據赤道式日晷原理，設計日晷模型紙（如圖2），圖中緯度調整區的折疊a線和折疊b線與0°線夾角度數為筆者所在的江陰緯度值。圖中實線剪開，虛線折疊，將黏貼區上下對應黏貼，用一根牙簽作為晷針插入圖中？茚處，使之與日晷面（紙面）垂直，這樣簡易的日晷模型就制作完成。將其在陽光下放置水平即可實現計時觀測（如學生整合使用簡易日晷和手機校驗12時江陰的晷針日影指向）。通過動手操作，看似深奧的天文原理直觀呈現，看似“遙不可及”的天文觀測“信手拈來”。

3.“修正”日晷顯示的時間

在利用簡易日晷模型進行計時過程中，有一個在江陰很難發現但不容忽視的現象，即通常日晷顯示的時間與手表顯示時間并不完全吻合。此處可設置探究分析，引導學生從地方時、時區、區時的角度深入探討。日晷顯示地方時時刻，晷針影子指向12點時，而通常手表采用北京時間，即北京所在東八區中央經線120°E的地方時。若在北京（116°E）使用此日晷模型，調節圖中折疊線a、折疊線b到40°N，可發現實測12時與手表12：00存在時差。為什么在江陰就沒有這樣的時差，原因在于江陰的經度約120°16′E，與東八區中央經線幾乎重合。

在利用此日晷模型進行全年計時的過程中，還會觀察到一個現象，春分至秋分，太陽高度大于59.5°，陽光可以直接照射晷面，日晷可以正常觀測計時。而秋分至春分，太陽高度低于59.5°，陽光無法直接照射到晷面，觀測計時需要進行換算。

子曰：“知之者不如好之者，好之者不如樂之者。”以上涉及的日晷進一步“修正”，讓學生探知欲在實踐與操作中得到強化，通過自主研究與合作探究，將相關“難題”逐一突破，對日晷計時原理的理解不斷深入，最終達到“樂之”的境界。

北京天文館館長曾言：“假如我們沒有好奇心、沒有對未知的探索精神，有些天文災變（小行星撞擊、伽馬射線暴）瞬間就可能會把我們毀滅。”當然，我們仰望星空，更多不是因為擔心毀滅，而是對宇宙之美的強烈好奇心。羅丹曾說過，美是到處都有的，對于我們的眼睛不是缺少美，而是缺少發現。天文美育，帶著學生一起向美前行，并在“路上”收集天文美圖美景，整理成《星辰》小報，在自己領略天文之美的同時，將美傳遞擴散，讓美深入升華。▲

參考文獻：

[1]葉先進，徐海龍. 開發地理美育課程 培養學生創新能力[J].創新人才教育，2015（1）.

[2]郭紅鋒.自制日晷測時間[J].軍事文摘，2015（4）.