《萬物有科學》:孩子這樣學科學,只會覺得有用又有趣

2021-01-08 峭壁兒

假如在生活中,你不小心將生雞蛋和熟雞蛋混在一起了,那麼此時你要如何分辨,哪個雞蛋是生的,哪個是熟的呢?

假若你曾學過力學,那你一定能夠輕易的分辨這個生熟問題。

我們把這兩個雞蛋放在桌上,接著把他們旋轉起來。此時你會發現,有一個雞蛋,旋轉的特別快,以至於你幾乎只能看到一片白影,那麼必定是一個熟雞蛋。另外一個幾乎無法旋轉起來的,絕對是生雞蛋沒跑了。

這個方法其實就是利用了慣性的問題。生雞蛋裡面的蛋黃和蛋白都是液體,旋轉起來時,由於自身的慣性,沒辦法保持穩定,蛋黃和蛋白更是起到了「剎車的作用」,以至於生雞蛋最多轉個兩三圈就會停下來。

而熟雞蛋裡面的蛋黃和蛋白已經是固態的,順著慣性,熟雞蛋在轉了一定的圈數之後,甚至會反過來旋轉好幾次。

熟雞蛋順著慣性,能夠快速持續的旋轉一段時間。而與之不同的是,人類卻一直希冀,能有一種機器,在利用慣性的情況下,永遠持續轉動,比如永動機。

幾百年來,永動機一直被人類所熱烈追捧,他們試圖希望有種機械裝置,能夠實現不消耗能量卻能源源不斷的輸出。

永動機最初的想法,其實是來源於公元七世紀的印度佔星家婆羅摩笈多,他被認為是第一個設計永動機的人。而後這種想法,開始傳往歐洲。

婆羅摩笈多

十三世紀,法國人亨內考提出了一個非常著名的永動機設計方案:輪子中央有一個轉動軸,輪子邊緣安裝著12個可活動的短杆,每個短杆的一端裝有一個鐵球。當鐵球每次下擺時,重力勢能會轉化為動能,從而使魔輪轉動。

如果你學過分析力學,那麼你就會發現,這個機械裝置的總力矩,只會在零附近微小地擺動,最終歸於平衡。

而一向腦洞大開的達文西,也曾一度痴迷永動機,並製作出了一個平衡輪。即是說,滾動的輪子會持續地給一個向下的力,平衡輪從而轉動起來。

一直到十九世紀初之前,各種永動機層出不窮。但大多數純機械工具,最後都以失敗告終。

1870年,來自康乃狄克州的威利斯,號稱已攻破難題,並發明了世界上第一臺永動機,不僅申請了專利,甚至還被當時的權威雜誌《科學美國人》大幅度報導,並稱為「迄今為止最偉大的發明」。而最後卻被揭穿,這個設備裡面竟然非常隱蔽的,隱藏了一個電源。

同一時間內,美國人基利也根據自己所發明的所謂「感應共振電機」,騙取了一大筆投資,最後卻被發現,他的電機裡隱藏了一個氣壓管。基利因騙局被拆穿,而鋃鐺入獄,投資者也損失了將近五百萬美元。

基利和他的永動機

事實上,在中世紀時代,之所以會出現形形色色的永動機設計方案,甚至產生上面所說的巨大騙局,都是因為當時熱力學第一定律尚未形成。

儘管當時的「熱質說」風靡一時,然而,它卻無法解決很多熱力學中的關鍵性問題。

直到無數次的實驗過後,能量守恆定律,也就是熱力學第一定律的橫空出世:

能量既不會憑空產生,也不會憑空消失,它只會從一種形式轉化為另一種形式,或者從一個物體轉移到其他物體,而能量的總量保持不變。

我們說,能量守恆定律的正確性,是毋庸置疑的,在沒有外力的作用下,永恆運動是不可能實現的。

但即使是這樣,永動機也不是絕無用處。

在16世紀到17世紀之間,荷蘭有一個個性非常突出的數學家西蒙·斯臺文。他在對永動機進行了深入的了解 和分析後,不僅提出了斜面上的力量平衡定律,還發明了小數,並在代數學中,首次提出了指數的概念。

而直到現在,這些發明和理論,都對我們生活中產生了巨大的影響。

從生熟雞蛋的區分,到對永動機原理的延申,都是源於人們對世界的探索欲望。比如說:

太陽為什麼東升西落?

水為什麼會從水管裡流出來?

為什麼站在地球另一端的人不會掉下去?

... ... ...

現代科學幻想著之父凡爾納曾經說過:」只有探索才能知道答案「。牛頓因為好奇一顆蘋果的掉落,而發現了萬有引力,萊特兄弟根據竹蜻蜓的原理,發明了飛機,或許這些在生活中你非常常見的場景,但科學家之所以能從最普通的場景中,取得偉大成就,是因為他們永遠有一顆探索科學的心。

事實上,我們生活的世界,往往就是科學的世界:

冒著氣泡的可樂,遊樂場裡的過山車,地球上的風雨雷電,隨處搭乘的地鐵... ...其實都蘊含著科學原理。

萬事萬物皆有科學。

這套由清華大學物理系副教授季帥華審校,地質博物館、國家天文臺、人大附中等眾多專家老師權威審定的《萬物有科學》,則將我們身邊的科學挖掘出來,讓孩子在輕鬆幽默的故事中,一起探索隱藏在生活中的科學秘密,了解身邊發生的一切及其原理!

不僅能激發孩子的探索熱情,培養孩子愛思考的習慣,還能為孩子成為未來的科學家,打下堅實的基礎!

《萬物有科學》全套共8冊,分別是——

這套書圍繞科學主題中的物理、化學、地理、天文、人體,介紹了五大類別的科學知識,涵蓋了光、電、元素。。。11個科學主題——

涉及800多個孩子學習中需要掌握的科學知識點——

整套書參照教育部頒布的《小學科學課程標準》編寫:

《萬物有科學》之《力學喜歡捉迷藏》

覆蓋知識點及對應課本內容

而且它的可讀周期特別長,從孩子準備進入小學開始,一直到畢業,都可以覆蓋到。

全套書的內容設計合理,每冊書都按照由易到難來安排,深淺適中,所以適讀年齡很廣,像學齡前的孩子可以親子共讀,6~12歲的孩子可以獨立閱讀。

故事不但有趣,而且剛開始都很容易理解,即使是年齡較小,剛剛開始接觸科學的孩子也可以進行親子閱讀。

比如物理《力學喜歡捉迷藏》中——

第一個故事「竹蜻蜓飛上天了」講的物理概念是作用力和反作用力——

在滑冰的時候,小魯一不小心撞倒了阿布,「啪」好疼啊!結果兩個人朝著相反的方向滑了很遠——

這個故事用好朋友相撞摔倒的例子,很淺顯易懂的展示物理原理——在力學的世界裡,力總是成對出現的,就像是兩個好朋友,一個叫作用力,另一個叫反作用力。

粗心的小魯撞倒了阿布,給了他一個作用力,同時自己也受到了反作用力的推動,所以兩個人都被撞得滑出了很遠。

書中從咱們的生活實際出發,孩子讀完這套書,正好可以和初中物理、化學、地理、生物。。。科目銜接,提前把基礎打牢固,將來學習這些科目時,也能輕鬆應對。

《萬物有科學》雖然是涉及學科的科普書,但一點也不枯燥,每個章節內容都包含故事、概念、遊戲或實驗、知識拓展四個版塊,孩子可以邊玩邊學,毫無壓力地長知識。

全套書 把一個個重要的概念、公式、知識點,全都變成了好玩的故事。

而每本書中的每個章節的知識點,都是以故事的形式講述。

書中每個故事都不長,但結構清晰,邏輯性很強,幾分鐘就能讀完。每天讀懂一個科學故事,幾個月積累下來,小學階段要掌握的相關概念和知識,就牢牢印在孩子腦子裡了。

在講解科學概念時,書中特別注重結合實際生活,讓孩養成善於觀察思考的習慣——

也讓孩子發現,原來可以利用科學原理解決實際問題——

這些故事或與日常生活息息相關,或來源於歷史中,讓孩子記得比上課還要牢,而且也不會覺得枯燥、有壓力。

另外,故事配有形象生動的圖例,有近600幅,細緻地給孩子剖析原理,讓孩子一眼就能看懂科學。

比如,月食現象——

摩擦生電的原理——

酸雨的形成過程——

每冊書前面都有作者專門設計、插畫師精心繪製的思維導圖,幫助孩子梳理知識點,讓故事中涉及的科學原理和定律一目了然。

而每個故事中穿插的概念知識「小貼士」,故事結尾的「肯博士說」,作為拓展補充,儘可能地讓科學內容更加豐富、充實,讓孩子獲得更多的收穫。

隨處可見的概念知識「小貼士」

書中精心設計的趣味遊戲、小實驗,都與本章節知識點相結合,旨在讓孩子們掌握知識點的同時,能快樂讀書,輕鬆學習。

小實驗

為了貼合孩子們的學習需求,保證書中知識點的專業準確,《萬物有科學》邀請了清華大學物理系副教授季帥華審校——

清華大學物理系副教授

中國科學院物理研究所博士

美國哥倫比亞大學博士後

美國IBM T.J. Watson研究中心博士後

而且,每本書的作者都是相關專業領域的精英,更有地質博物館、國家天文臺、人大附中等專家老師權威審定!

為故事內容的準確性、嚴謹性提供了可靠的保障。

在創作中,作者們結合了全球都在大推廣的先進學習理念——PBL項目式學習法,將深奧的科學原理變得簡單有趣,容易掌握,讓小學階段的孩子也能輕鬆駕馭科學。

那PBL項目式學習法在這套書中是如何體現,並讓孩子輕鬆讀懂科學,鍛鍊科學思維的呢?

模擬真實情境

《萬物有科學》創作了6個性格迥異的主人公——

迷迷糊糊的肯博士

熱情莽撞的小魯

細心敏感的阿布

聰明開朗的小米

兩個功能強大的小機器人布馬1號、布馬2號。。。

不管哪種性格的孩子都能從他們身上找到自己的影子。主人公們共同演繹了一段段趣味橫生的故事,從溫暖的孩子視角感受科學的魅力,激發孩子探索世界的欲望。

比如,在化學《元素兄弟大比拼》中——

小魯、阿布、小米、肯博士一起去尋找開派對所缺的汽水的配方——

在尋找汽水配方的過程中,他們乘坐時空穿梭機來到18世紀,看汽水發明家普裡斯特利是怎樣把二氧化碳溶解在水中製作出汽水的——

還了解到自然界中竟然還有一種「天然汽水」——碳酸泉。

打破學科界限,構建立體知識網

比如,沒開封的薯片袋裡竟然充滿了化學氣體氮氣——

地理中,地球經緯度和遊戲棋盤竟也有相似之處——

不同學科之間,科學知識也是緊密相關的。比如,語文的古詩裡蘊藏著物理原理——

歷史中,銀針試毒原來是根據「銀與砒霜中的硫發生化學反應變黑」而來的——

這些新奇有趣的故事帶給孩子的不僅僅是豐富的知識儲備,還有跨學科思維和能力。

讓孩子像科學家一樣思考,學會提問

德國教育家雅思貝爾斯曾說過「我們常能從孩子的言談中聽到觸及哲學奧秘的話來。」

我們可以從身邊常見的現象入手,激發孩子的好奇心,引導他們提出更與眾不同、富有挑戰性的問題。

比如,在《聲光電磁熱總動員》中——

元宵節玩的兔子燈為什麼會發光?

能提出問題,才能積極思考,進而動手去解決問題,這不僅僅是在教孩子怎樣做科學,無論孩子將來學什麼,這種思維方法都將使他受益終身。

親自驗證對錯,培養孩子的論證思維和習慣

孩子學科學,最重要的科學教育三部曲:發現問題→探尋原理→親自驗證。

比如《力學喜歡捉迷藏》中,有趣的自由落體運動問題——

之後,為了探尋原理,肯博士還給阿布和小魯講了伽利略著名的「比薩斜塔」實驗——

在知道原理後,阿布和小魯還通過肯博士告訴他們的方法——身體站直,手握兩個不同大小、相同材質的紙團,同時撒手去觀察紙團落地,來親自驗證「自由落體」。

另外,每個故事後都安排小實驗或小遊戲,孩子讀完故事後,同樣可以自己去動手體驗一下,加深對科學原理的認知。

比如,製作晶體棒棒糖,感受化學中的結晶現象——

再比如,肺部呼吸小實驗,讓孩子更加直觀看到,咱們呼吸時肺部是怎樣活動的——

這些小實驗和遊戲不僅有趣,最難得的是實驗的材料都是生活中隨處可見的——竹籤、白糖、飲料瓶、氣球、彩泥、小蘇打、橡皮筋。。。操作起來簡單方便。

其實,科學不僅需要被發現,還需要他們親自動手去試一試,畢竟「紙上得來終覺淺」。

下面給大家介紹一下各個分冊:

1.《力學喜歡捉迷藏》——物理1

這本書用有趣的故事介紹了物理力學中常見的一些力,包括作用力和反作用力、彈力、摩擦力、萬有引力、重力、液體浮力、液體表面張力等15個物理概念。

2.《機械和能量有辦法》——物理2

這本書用有趣的故事介紹了物理中各種各樣的機械、能量,以及能量的轉化,包括動能和勢能、能量轉化、功、槓桿、輪軸、滑輪等15個物理概念。

3.《聲光電磁熱總動員》——物理3

這本書用有趣的故事介紹了聲、光、電、磁、熱,包括聲音的產生、聲速、光的直線傳播、小孔成像、磁場、磁力、電流、熱傳遞等15個物理概念。

4.《元素兄弟大比拼》——化學1

這本書用有趣的故事介紹了化學世界中的各種元素,包括原子的構成、二氧化碳、氦氣、氫氣、銀、銅、鐵等15個化學概念。

5.《化學是個魔術師》——化學2

這本書用有趣的故事介紹了我們身邊常見的化學現象,包括結晶、酸雨的形成、沉澱、發酵現象、酯化現象、金屬生鏽等15個化學概念。

6.《地理帶你去發現》——地理

這本書用有趣的故事介紹了和地理相關的知識,包括地球形狀、大氣層、氣候、經緯度、時區、地貌形態、海洋等15個地理概念。

7.《太空總是閒不住》——天文

這本書用有趣的故事介紹了和太空相關的知識,包括宇宙大爆炸、太陽系、銀河系、月球、衛星、彗星、黑洞等15個天文概念。

8.《身體悄悄告訴你》——身體

這本書用有趣的故事介紹了和身體相關的知識,包括染色體、DNA、循環系統、呼吸系統、骨骼、感覺、精子和卵子、新陳代謝等15個人體概念。

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