三叶草故事家族在线微讲堂NO.期
《星光的速度》
编辑：Diana
儿童有必要进行物理启蒙吗？
——《星光的速度》线上分享
8月28日晚19：00-20：00
叶楠：北京四中天文教师、中国科普作家协会会员、国内天文奥赛竞赛评委。
《星光的速度》
儿童有必要进行物理启蒙吗？那些艰深难懂的概念、规律，孩子能理解吗？我们说，不能因为大人的局限而限制了儿童探索世界的高度。以阅读《星光的速度》为一个教育契机，开始孩子的物理之旅，培养儿童成为思考问题的主人。这本兼顾实用与趣味的天文物理书，把抽象、让人望而生畏的科学知识阐释得易于理解。全书分物理学、声学、光学与色彩、太空四大主题，非常适合给儿童做物理启蒙。极简、现代的画风配合别出心裁的讲解视角，让儿童感受科学之美。北京四中的天文教师叶老师还将结合教学经验，与家长和学生们分享一些好用的学习方法。
01
那些仰望星空的人
各位读者朋友们，大家好，很荣幸收到出版社邀请与各位一起分享一下关于《星空的速度》这本书的一些心得体会。我可能算是这本书除了译者之外国内最早的读者，既然先看过这本书所以就从读者的角度来跟大家交流一下。
人类对于科学的探索其实很早就已经开始，可以说没有科学也不会有现代人类文明。我在学校是教天文学的，天文学是科学中最古老的学科之一，无论哪个时代也都不缺少仰望星空的人。
比如这位，泰勒斯，古希腊爱奥尼亚学派的创始人，是一位哲学家、数学家和天文学家。图片中的泰勒斯一边下台阶，一边仰望星空，这个不太建议，你看他一只脚已经悬空了，这个就比较危险。观星的时候绝对不能一边溜达一边看，最好的观星姿势是躺着，一张行*床，一瓶花露水，标准配置。而且确实历史上有泰勒斯由于看星星而掉到井里的记载。不过泰勒斯被后人尊称为“哲学与科学之父”还是很能说明问题的，他能够找出尼罗河泛滥的规律，从而确定一年的长度，能够通过影子测金字塔的高度，甚至通过计算能够预测日食，对于年以前的人来说这是很厉害的。
这位比泰勒斯年轻大约岁，他叫托勒密，是我个人很崇拜的一位。可能大家对托勒密了解最多的是他提出的地心说，其实这只是他对科学上的贡献之一。他一生中有三部书对后人影响最大，一本叫《天文学大成》，一共13卷基本上代表了西方天文学的最高水平，这部书直到开普勒，也就是公元年左右，都是学习天文学的必修书籍。第二部书叫《地理学指南》一共八卷，天文学叫大成，地理学叫指南，可以看出托勒密对自己天文学方面的造诣更得意一些。还有一部叫《占星四书》从名字就可以看出这本书实际上是研究人的。
刚才发的图片中的托勒密手持一个量角器在测量月球的高度，但估计这个图是后人杜撰的，一方面图片中是残月，残月是出现在后半夜，凌晨日出前，反正这个时间让我爬起来干活是挺有难度的。另外拿量角器这样去测误差太大了，看图片也不像是四分仪，而且四分仪六分仪这些东西还得再过年才会被发明。
02
好奇心会带来什么？
这两张是年天宫二号与神舟十一号交会对接的图片，和今年天问一号发射时的照片。现在我们有了自己的空间站，玉兔号月球车已经登上了月球，后面再过几个月我们的天问一号就将抵达火星。现代的太空探测发展也是很快的，我们的上一代人见证过人类登上月球，相信不久的将来我们的下一代就有可能登陆火星，再下一代说不定就能飞出太阳系亲自去寻找下一个地球。所有这些已经发生的以及未来即将要发生的科学奇迹都来自于数千年来人类对自然的科学探索，在前人的基础上不断攀登科学之塔的更高一层。
很多人以为科学知识是艰深而又枯燥的，但很多小朋友却又对这些东西充满好奇。现代信息爆炸的社会有着各种各样的渠道获取信息，小朋友有时候提出的问题很可能就是一个现代科研正在寻求攻克的前言课题。我儿子今年不到三岁，大概一两周以前抱着他晚上看星星，他会找天上最亮的星星，会把临近的星星连起来说像个什么形状，然后我会告诉他每颗星星叫什么，但是他不可能全记住，就会自己编个名字。有剑龙星，霸王龙星，副栉龙星等等，他做的这些其实和当年托勒密命名星座是差不多的，但是人家已经命名，并用了两千多年了，所以我儿子自己命名的也就他自己知道了。直到第二天他还是能记得哪个方向是哪颗星，但我估计过俩月他就找不到了，因为由于地球自转星星的位置是会变化的，这一点相信很多成年人也不知道。
《小学生科学课程标准》中有这么一段：“每一位生活在科学技术高速发展时代的人必须具有科学素质。”从这个角度来讲，科学启蒙对现在孩子来说是至关重要的。科学包含内容非常广泛，其中最核心的实际上是物理学，虽然我是教天文学的但是可以这么说，没有物理学的天文学和占星术没有区别，天文学就是利用物理学的方法去研究各种天体。当然物理和各种现代科学之间都有密切的联系，不仅和数学化学生物学这些自然科学，甚至历史地理哲学艺术都有联系。与实际生活也息息相关。
帮助孩子物理启蒙，从现实角度讲，不仅能培养孩子的物理思维以及科学思维，助力于他们的学业发展，也能影响孩子未来的择业方向；从人的发展角度，物理启蒙不仅能保护孩子的好奇心、想象力，还能帮助孩子建立正确的世界观。一个人知道的越多，就会明白未知的越多，才能慢慢走出狭隘，提升格局。人类从地心说到日心说，直到现在我们知道太阳也不是宇宙的中心，我们所在的银河系也不是宇宙的中心，甚至我们知道宇宙没有中心。就像达伽马首次绕过非洲南端抵达亚洲，哥伦布无意发现新大陆一样，我们最近几年发现了引力波，发现了第一颗闯入太阳系的非太阳系天体，发现了好几颗很像地球的系外行星，等等。人类的疆域终将冲破地球的限制。
我是一名中学老师，主要教高中，之前也教过小学和初中，这张照片是我之前工作单位的楼顶，可以看到三位小学生大白天在拿着望远镜看东西。这是在年的6月6日，一个星期三的上午，那一天有一个天象不知道有没有朋友看过，叫金星凌日，原理很简单，当金星运行至地球和太阳之间时，从地球上看能够看到太阳上有金星的影子。这个天象不是很常见，大概每一百年左右出现两次，没看过的朋友可以等下次，下次是年12月11日，好好锻炼身体说不定有希望。
刚才说那一天是周三，这仨学生可能是请假了也可能是逃课了来找我看金星凌日，他们对天文的兴趣可见一斑。当时他们仨应该是五年级，现在都已经上大学了。其中两位同学去了北大，一个进了天文系，另一个好像是物理系，第3位去了北师大天文系。我不知道如果那天它们没请假来找我看金星凌日，他们还会不会学天文，相信是对科学有着如此强烈的兴趣和信念才能够支撑他们在科学的道路上一直走下去。当然，也得我给他们提供这样一个房顶才能发现他们的兴趣所在。我一直以为孩子的兴趣不是去培养的，而是去发现的，教育的本质不是去逼着学生学习做题解题，而应该是去发现学生最擅长的一面。那如何才能知道孩子喜欢什么呢？就得广撒网捞大鱼了，作为家只能尽力为孩子提供一个更广阔的世界，让他自己去多接触才能慢慢发现吧。
03
聊聊本书的创作
科林·斯图尔特，他是英国非常有名的科普作家，是皇家天文学会会员，他为英国不少权威媒体撰稿，比如BBC、观察家报道、卫报。因为他对天文学的推广得到认可，小行星就以他的名字命名。他非常喜欢到学校给孩子们讲物理、天文里有趣的知识和故事，年他和一位插画师提莫·阿巴迪亚，一起创作了这本深受孩子喜欢的物理天文书《星光的速度》
提莫·阿巴迪亚是一个脑洞非常大的人，大家可以从《星光的速度》这本书的插画感受到。后面我们会讲到这一点。他曾经获得巴塞罗那漫画沙龙最佳新秀艺术家提名，凭借《星光的速度》入选年博洛尼亚儿童插画大展。
《星光的速度》授权到多个国家和地区，其中德语版荣获奥利地年年度科学书籍。
这个奖项是奥地利科学部主办，也是肯定了这本书内容上的专业度，同时，也入选年英国图书设计和制作大奖短名单，这个奖项是用来表彰该年度出版的有创意的图书。这本书也入选年博洛尼亚儿童插画大展，这个插画展是一年一度的全球童书盛会——博洛尼亚童书展的一个单元。从内容上来看，《星光的速度》打破了科普类图书的固有框架，将物理、天文等学科知识和艺术融合在一起，这是一本既讲科学知识，又有科学情怀的书。
04
聊聊这本书的内容
书中一共有30多个专题，50多个物理概念或现象。其中，小至我们看不见的“原子”，作者将原子比喻成了积木，这些原子积木组合出世界上的万事万物”，积木是孩子非常熟悉的玩具，通过这种孩子熟悉的东西入手点明的原子最重要的作用。
还有关于宇宙中我们无法直接看到的那些东西，将宇宙中我们看不到的那些东西比喻成隐藏在海面下的冰山，通过绘图展示了出来。对于读图能力比较强的小朋友来说，很容易可以明白这个道理，我们看不到的并不代表它不存在，虽然我们看不到，但可以通过其他手段去感知到他们的存在。像银河系内的暗物质，宇宙中的暗能量也是这样。
物理是一门和生活息息相关的学科，很多物理原理都是在日常生活中总结归纳出来的，所以在接触物理学科之前，很多儿童都会或多或少地接触到一些物理知识，这些知识大多是感性认识，大多是不够全面甚至错误。物理启蒙教育的作用之一就是将这些来源于生活感性认识进行纠正和补充，从而帮助儿童形成一个更加完整立体的物理思维体系。
雨过天晴，能见度非常好的时候，天空会出现这种现象（下图），可能很多朋友知道这两条彩虹应该叫霓虹，它是由霓和虹两部分组成的，而中间的暗影则被称为“亚历山大暗带”，虹是我们比较熟悉的，颜色由内向外，分别是红色、橙色、*色、绿色、蓝色、靛蓝色和紫色，而霓的颜色次序正好和虹相反，最外侧是紫色，最内侧是红色。
还有，以我们普通人的视角，都认为彩虹是弧形的，其实只是因为地面挡住彩虹的其余部分，有时候登山者和飞行员能看到完整的圆形彩虹。所有，有些我们习以为常的现象并不是事物的本质，而需要物理帮我们了解的更深入，接近事物的本质。《星光的速度》的画家用超乎现实的想象力描绘出物理学、光学、声学、天文学的种种概念。
这张图（上图）介绍的是宇宙中引力最强的怪物——黑洞。当接近黑洞的时候，由于物体时有体积的，在接近黑洞的一侧受到的引力大于距离黑洞较远的一侧，这种引力差就会将物体撕裂，当然如果物体足够柔韧，那么便会被引力拉成面条的形状。这在理论上是成立的。作者就直接将这名宇航员画成了面条，还是挺形象的。
标准烛光测距。原理就是假设有两个完全一样亮的星点，那么肯定是看起来亮一些的近，远一些的暗，这就叫标准烛光测距法。实际上宇宙里有很多可以作为标准烛光的天体，比如说造父变星，Ia型超新星。这里描绘的就是根据各种超新星爆发的照片画出的图像，当然其实这里很多是非可见光波段的，也就是我们应该是看不到的，这里用不同颜色代表不同波段从而让我们看到那些看不到的东西。
像黑洞、超新星这些概念可能在听的各位大朋友很多都不太理解，这很正常，毕竟学过天文学的极少数人。但是对与孩子来说，这些才是他们最感兴趣的地方，至少他们记住了这个黑洞给、超新星这个词，或许有可能这就是他一辈子为之奋斗的方向。当然，大部分孩子肯定不会去搞天文的，不过拿天文知识去跟同学吹牛也挺酷的。
天空为什么是蓝色的?晴朗的天空就是蓝色的，这是大家习以为常的事情，但这个问题的背后也隐含着非常重要的科学道理。与此类似，各位朋友也可以思考一下，太阳是什么颜色的？平时的太阳可能时白色的？但天文上说太阳时*色的？日出时的太阳是红色的？沙尘暴时的太阳是蓝色的？这些背后又是为什么？我是在北京，所以沙尘暴并不罕见，当我第一次知道沙尘暴时候太阳是蓝色的，我就特别期待一次沙尘暴，然后当别人都往家走的时候我冲到外面去拍太阳。
牛顿三定律是非常古老而又经典的力学理论。这里用三幅漫画分别介绍每个定律的含义，挺有意思。也让我想起小时候的一个悖论，用手打脸，力的作用是相互的，但为什么脸比手更疼呢？想让一枚火箭上天需要什么条件呢？首先你需要一个力，没有力的作用火箭只会待在地球上，这是牛顿第一定律；火箭那么重，你需要多少力才能将它打出地球，而不是上去又下来呢？这是牛顿第二定律加开普勒第三定律；最后，力的作用是相互的，你需要一个坚实的发射场地能够承受火箭最初的推力。
当孩子了解了更多的知识，当他抬头看太阳的时候可能想的都和别人不一样，别人想的是太阳好亮好亮好亮，他想到的是太阳还能亮多久，太阳的未来是什么样子？也许他也会期待自己有一天去探索这背后的奥秘。作者科林说“我从来没有低估孩子们的智商。多年与孩子们在一起的工作经验让我意识到，他们其实比大多数成年人都要聪明。因此在讲解科学知识的时候我不必降低难度；我只需要把这些知识跟孩子们在日常生活中常见的事物联系起来就可以了。”
《星光的速度》还是一本有科学情怀的科学启蒙书，书中大篇幅的致敬了物理学的2位重要奠基者——艾萨克·牛顿和阿尔伯特·爱因斯坦，还介绍了至少8位科学家的重大物理发现，还包括第1个飞上太空的地球生物——小狗莱卡。莱卡是在年跟着卫星二号飞向太空的。莱卡并未在文字中出现，但是在图画中两次出现，表达了创作者对第一位前往太空的地球生物的怀念。
这本书开本很大，比PAD要大很多。就个人来说，我曾经翻译过的一本书，在国外开本很大，但在国内出版的时候小了一圈，看上去就没原版那么爽。这种以图为主的书籍大一些挺好的，可能不太好存放，但看起来绝对是很爽的。毕竟描绘的好多都是天文级别的事物，大也是应该的。至少对保护视力也有好处。
在“宇宙中的声音”这一章节展示“引力波”这个概念时，画面中两个黑洞在相互绕转中交相辉映，随着距离的不断接近，绕转速度不断加快，产生引力波的频率也在加快，面下方有一排琴键，在琴键上跳跃着一位宇航员，来类比引力波的频率。这是一个宏大又充满想象力的画面。
书中还有不少的幽默的小细节等着孩子去发现，扎着领结、弹着吉他的太阳、坐着星星，喝着饮料的宇航员、手握刀叉静候食物的蝙蝠。孩子们可以去琢磨一下这些图像的后面隐藏着哪些科学原理呢？
当孩子打开正文的第1页，仿佛进入到一个闪闪发光、深不可测的探索空间内，而孩子如同页面右下角的宇航员一样，带着被激发的好奇心、带着迫切的求知欲，开始本书的阅读，也开始物理启蒙之旅。
这几张图是本书原作者和编辑之间的对话，介绍个为何要写这本书的缘由，大家也别光听我说，也可以看看原作者是怎么想的。
05
如何和孩子一起做好科学启蒙？
如何和孩子一起做好科学启蒙呢？下面介绍一些个人看法：
首先，从生活中常见的现象入手，发现背后的规律和原理，激发思考兴趣。
很多孩子学不好物理，是因为感觉这里面有些知识距离实际生活太遥远，太抽象，所以很难理解，解决办法是拉近学科与生活的距离，这样可以激发孩子的学习兴趣，减轻认知困难。
例如在夏季或者去高原地区，我们会涂抹防晒霜。孩子会问为什么要防晒，我们可以告诉孩子防晒防的是什么，是紫外线，但不是全部的紫外线。而紫外线是紫色以外的，人眼看不见的光；红光以外的不可见光，则被称为红外线。那么不可见光还有哪些呢？我们可以在《星光的速度》中“不可见光”中找到答案。
它还包括短波端的X射线、伽玛射线，长波端的微波和无线电波。人类能看到的只是波长纳米至纳米那么一小段波长范围内的光。而地球上只能接收到可见光和无线电波两个窗口。所以人类为了看到这些光，又发明了射电望远镜，所以地面上有光学望远镜和射电望远镜。而像紫外、X射线、伽马射线望远镜都只能送入太空。
其次，引导孩子自己思考
我们可以向孩子提问“我们怎么听到声音”“我们是怎么说话的”“我们是怎么看到东西的”引导孩子从耳朵、嗓子、眼睛，自己熟悉的身体器官出发，发现身边世界里的物理奥秘。当孩子问我们为什么的时候，我们也不要马上给出答案，而是引发他们进一步思考。
还可以从有趣的概念入手。
物理学中有很多概念都是以发现者或者该领域做出突出贡献的科学家命名的，在《星光的速度》中提到力的单位是N（来源于牛顿），声音的大小分贝（来源于电话的发明者“贝尔”和拉丁文“十分之一”这个词的组合），声速的单位是以奥地利物理学家恩斯特·马赫命名的
从这些概念入手，讲一讲科学家的故事，还能激发孩子的求知欲、主动性，由此还可以可以举一反三，联想其他由物理学家名字命名的物理单位，再引申出物理分支学科和主要知识点。
最后还可以多利用图像说明。
对于小朋友们来说读图比文字更直观更有效率。图形直观，能将抽象问题形象化，不仅如此，在物理中，经常会用到概念图，有物理概念组成的网络图，能发现各种物理概念之间的相互关系，比如我们前面举例的不可见光，还有声波图谱，恒星的演化等...
可以通过图像、视频等直观形式，方便孩子对于概念或者定理进行理解，这样能够降低他们学习的难度，还能加深理解和记忆。推荐家长假期多带孩子们看纪录片，不论人文还是科普都好，或者逛逛科技馆。
艾萨克·牛顿说过”如果我看得更远，是因为我站在巨人的肩膀上”。
希望《星光的速度》能帮助孩子们站在巨人的肩膀上，接过科学的接力棒，在未来深入更广袤深邃的宇宙空间。
也许下一个飞向太空的英雄，曾被这道星光照亮！
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