9.2: Плоска Місяць Аристотеля

Існує давня теорія - іноді приписується Арістотелю - яка враховувала місячні фази інакше, ніж ми сьогодні. Ця теорія стверджувала, що Місяць насправді був плоским (або, можливо, випирає з одного боку, скоріше, як щит воїна). Одна сторона Місяця була сріблясто-білою, інша сторона була чорною, і саме орбіта цієї напівчорної, напівбілої Місяця навколо Землі спричинила місячні фази.

Чому сказали, що Місяць плоска? Дуже важко, якщо не неможливо, насправді побачити сферичну форму Місяця. Якщо ви подивитеся на м'яч на відстані витягнутої руки або навіть по всій кімнаті, є багато тонких підказок затінення та тіні, які дозволяють нам побачити, що м'яч насправді круглий. Це не стосується Місяця! Повний місяць виглядає ідеально рівно - так само, як люди за часів Аристотеля, ми стверджуємо, що бачимо те, що нас вчать бачити!

Якщо це здається вам дурним, нагадаю, що найпоширеніша помилка серед дорослих про місячних фазах полягає в тому, що вони вважають, що падаюча на Місяць тінь Землі якось викликає або створює місячні фази! Можливо, що Арістотель хлопець не був таким дурним, як він з'являється на перший погляд! У будь-якому випадку, давайте перевіримо теорію Аристотеля так, як це робив Галілей, і подивимося, що станеться.

Академічні стандарти

Наука та інженерні практики

• Розробка і використання моделей.
• Планування та проведення розслідувань.
• Аналіз і інтерпретація даних.
• Побудова пояснень.
• Аргумент з доказів.

Наскрізні концепції

• Візерунки в природі.
• Причина і наслідок.
• Системи і моделі систем.

Наукові стандарти наступного покоління

• Космічні системи (К-5, 6-8, 9-12).
• Будова і функції (К-5, 6-8, 9-12).
• Хвилі і електромагнітне випромінювання (6-8, 9-12).
• Система Земля-Місяць (6-8, 9-12).
• Гравітація і орбіти (6-8, 9-12).

Вихователю

Факти, які потрібно знати

1. Місяць насправді кругла, а не плоска. (Гаразд, ви вже знали, що!)
2. Модель робить прогнози - ми записуємо ці прогнози і перевіряємо їх проти того, що ми бачимо в природі. Хороші моделі роблять точні прогнози!

Навчання та педагогіка

Ця діяльність вчить набагато більше про процес науки як культурної діяльності, ніж про Місяць. Сьогодні немає суперечок щодо того, як працюють фази Місяця, наскільки далеко знаходиться Місяць або як має форму Місяця - але це не завжди було правдою!

Сьогодні у нас є галузі науки, які мають потужні суперечки про них. Теорії про глобальні зміни клімату, як (і якщо!) Вакцини працюють, еволюція видів та життя на інших планетах - лише деякі з них, які студенти, можливо, бачили в новині.

Коли студенти бачать, як одна група дорослих кричить, що «наука вирішена!» , або «96% вчених згодні з нашою теорією!» з одного боку питання. З іншого боку, є ті, хто так само рішуче наполягає на тому, що переважаюча теорія неправильна; клімат ніколи не змінюється, види не еволюціонують, а вакцини викликають аутизм, але насправді не захищають людей від хвороб.

Багато студентів (і дорослих!) знайти ці аргументи дуже бентежними. У мене сотні студентів і дорослих зверталися до мене як до науковця і запитують: «Що з них є правдою?» , або навіть більше до того, «Як ми знаємо, яка з цих ідей є правильною?»

Звичайно, наука не стосується голосів чи опитувань, і люди не вирішують, яка теорія є дійсною. Справжні вчені використовують експерименти та дані, щоб вирішити ці речі, і з природою не можна сперечатися! Незважаючи на це, іноді експериментальні результати нам не зрозумілі; частіше ми просто не знаємо, як інтерпретувати і зрозуміти, що нам говорить експеримент.

Тим менше, іноді ми отримуємо остаточні результати; потужні експерименти можуть показати нам, що теорія явно неправильна. На даний момент, як би ми не любили ту чи іншу ідею чи теорію, настав час відкинути її на користь більш точних і потужних ідей. Навчання студентів тому, як ми вирішуємо між теоріями, зберігаючи одну та відкидаючи іншу в сторону, - це потужний урок про науку, яка охороняє дітей проти майбутніх помилок та маніпуляцій.

Студентські результати

Що відкриють для себе ваші учні?

• Дані експерименту не завжди підтверджують нашу гіпотезу! Це важлива ідея. Викладачі майже завжди мають учнів, які проводять експерименти, які працюють. Чому б ви витрачали дорогоцінний час класу, роблячи експеримент, який, як ви знали, зазнає невдачі?

Причина того, що нам потрібно робити таку діяльність іноді, полягає в тому, що експерименти не вдаються. Далеко не кожна гіпотеза правильна, і перевірено набагато більше неправильних гіпотез, ніж правильні. Це знає кожен авторитетний вчений, але дуже мало студентів це роблять.

• Місяць не плоска. (Серйозно — це те, що ми тестували з цією діяльністю!)

Що ваші учні дізнаються про науку?

• Ваші учні дізнаються, що теорії є помилковими, людськими творіннями, які піддаються помилкам та неправильному тлумаченню. Ми занадто часто бачимо теорії, які тримають як євангеліє і непогрішні в засобах масової інформації та в класах. Студенти повинні знати, що теорії завжди відкриті для запитань та запитів.
• Теорії вигідні лише тоді, коли вони роблять певні, перевірені прогнози. Теорія, яка взагалі не робить перевірених прогнозів, науково марна.
• Якщо теорія робить прогнози, які демонструються як помилкові, то ця теорія повинна бути переглянута або відкинута. У науці немає місця для настроїв, бажання чи політкоректності — ми повинні бути смиренними перед фактами.

Проведення діяльності

Матеріали

1. Модель планети для пінг-понгу Землі, Сонця та Місяця (див. Діяльність #19)
2. Три фішки для покеру, одна біла, дві чорні. (Ви можете пофарбувати ці необхідні кольори, якщо у вас немає потрібного кольору. Пофарбовані монети також можуть бути замінені.)
3. Епоксидний, гарячий клей або супер клей

Побудова моделі плоского місяця

1. Склейте одну чорну і одну білу фішку для покеру разом лицем до лиця. Цим послужить чорно-біла Місяць Аристотеля.
2. [Учитель] Епоксидна смола або склейте подвійний чіп з кроку #1 на краю на другому чорному чіпі, як показано нижче. Я підпиляв рівну пляму по краю, щоб полегшити склеювання. Для цього ви можете використовувати гарячий клей або епоксидну смолу, я виявив, що силіконовий клей недостатньо міцний для цього крайового нанесення, і суперклею потрібно більше поверхні для ефективного зчеплення. Незалежно від того, який клей ви використовуєте, обов'язково тримайте краю на відколі на місці до повного затвердіння клею.

Вивчення моделі плоского місяця

1. Тепер настав час спробувати версію Activity #23 (Моделювання місячних фаз), використовуючи плоску Місяць Аристотеля замість круглої. Нехай учні пограють з цією моделлю, і попросіть їх побачити, чи зможуть вони отримати з неї щось, схоже на звичні місячні фази.
2. Як би там не було, вони не зможуть це зробити успішно. Немає жодної позиції, яка б працювала і показувала нам знайомі фази півмісяця, чверті та півмісяця. Плоска Місяць з одним білим обличчям і одним чорним обличчям конфліктує з усім, що ми знаємо про Сонце, освітлюючи планети і створюючи день і ніч.
3. Оскільки ця модель плоского Місяця не показує нам того, що ми бачимо в Природі, ми повинні відкинути цю модель. Модель може бути цікавою, але стає зрозуміло, що Природа не працює таким чином, тому наша модель марна нам, як вченим.

Питання для обговорення

1. Що показує ця діяльність про теорію Аристотеля?
   • Відповідь: Уявлення Аристотеля про місячних фазах були невірними. Його теорія не робила правильних прогнозів і не підтримувала і не пояснювала вже відомих нам фактів.
2. Чому ми, як вчені, вирішуємо зберегти одну теорію і викинути іншу?
   • Відповідь Коли теорія не може пояснити нові факти, її потрібно змінити, щоб врахувати нову інформацію. Коли нова інформація остаточно доводить, що прогнози, зроблені старою теорією, були неправильними — тоді ця теорія невірна. Вона повинна бути суттєво змінена або відкинута все разом на користь нової теорії, яка працює краще.
3. Що відбувається, коли у нас є дві різні моделі, які роблять подібні прогнози? Як ми вирішуємо між ними?
   • Відповідь Іноді ми з'ясовуємо, що те, що ми вважали двома різними моделями, насправді однакові, коли ми дивимось на них по-іншому. Інший раз ми просто недостатньо знаємо про моделі, щоб розробити експеримент, який би вирішив, яка модель є правдою, а яка ні. Такого роду розбіжності часто вказують на те, що ми недостатньо знаємо про предмет і що нам потрібно продовжувати вивчати і дізнаватися більше про Всесвіт, перш ніж ми зможемо вирішити між нашими конкуруючими теоріями!

Додаткові матеріали

Заглиблюючись

Хоча може здатися дивним налаштовувати студентів на випробування експерименту, який є досить нездійсненним і приреченим на провал, ця діяльність дійсно служить важливій меті. Ідея Аристотеля про плоску Місяць була просто прийнята на основі великого імені мислителя і залишалася неперевіреними століттями. Ці неперевірені (і некоректні!) ідеї викладалися в коледжах, записувалися в книги, і приймалися без сумніву майже дві тисячі років! Саме Микола Коперник розробив першу сучасну геліоцентричну модель Сонячної системи, але він ніколи не пропагував свої ідеї за життя і фактично стримував публікацію своєї роботи майже до дня смерті.

Галілей був вирізаний з іншої тканини зовсім. Він дивувався теорії Коперника, орієнтованої на Сонце, і поставив собі за мету перевірити її. Галілей не тільки винайшов сучасний астрономічний телескоп, він поодинці зібрав необхідні експериментальні дані, щоб довести, що ідеї Коперника були правильними. Галілей розробив багато простих дій, подібних до тих, що в цій книзі, і писав про них простою мовою, щоб повсякденні люди могли спробувати ці експерименти для себе і побачити, що теорії Коперника про те, як працює Сонячна система, перевершували теорії Аристотеля. Галілей боровся за прийняття цих ідей і стояв швидко, відмовляючись здаватися перед лицем жахливої опозиції.

Боротьба Галілея за наукову правду коштувала йому роботи, свого стану і навіть посадила його до в'язниці на все життя, але він ніколи не відмовлявся від істини. Впертість Галілея звільнила нас від тиранії помилкових ідей і запустила сучасну наукову епоху. Кожен раз, коли ми запитуємо дані, а не сліпе переконання, ми теж стоїмо швидко і підтримуємо правду. Коли дані вимагають цього, Галілей навчив нас, що ми повинні відмовитися від старих усталених ідей, щоб рухатися вперед. Ми не викидаємо теорії, тому що вони непопулярні або незручні, ми не приймаємо їх, тому що наші вчителі чи громадські лідери говорять нам про це. Ми стоїмо швидко і підтримуємо правду, підкріплену обґрунтованими науковими даними та успішними експериментами.

Можливо, ви вже здогадалися, що Галілей - це щось на зразок мого героя, я сподіваюся, що він стане одним для вас і для ваших учнів. Ідіть вперед і знайдіть фотографію старого джента і повісьте його в класі. Ще краще, попросіть дітей намалювати власні картини Галілея і написати трохи про те, що він зробив і що ми йому зобов'язані за його вперту позицію і рішучість захищати і пропагувати наукову правду!

Слідуючи вгору

Іноді вчителі незручні щодо викладання науково суперечливих предметів і вирішують уникати їх - іноді викладачі представляють ці предмети так, ніби вони зовсім не суперечливі; тут на думку приходить фраза «Наука вирішена».

Я вважаю, що обидві ці педагогічні моделі роблять школяреві погану послугу. Коли ми уникаємо спірних тем разом, ми вчимо студентів думати про спірні питання як неприємні і уникати їх, коли це можливо. Існує також основна течія неповаги, неявне твердження, що студент не здатний мати справу або зрозуміти питання під рукою.

З іншого боку, коли ми твердо проголошуємо, що немає суперечок, що вчені знають Істину, ми неявно брешемо про природу науки. За часів Коперника і Галілея 99% освіченого населення погодилися з тим, що Сонце обертається навколо Землі, яка сама була центром космосу. Галілей був звільнений як небезпечний кривошип - сьогодні Галілео також шанується як один з найбільших героїв в науковій історії.

Ми можемо викладати суперечливі предмети. Ми можемо навчити їх, якщо нічого іншого, як приклад того, як працює наука, як чоловіки та жінки кидають виклик ідеям один одного і борються за краще розуміння Природи. Ми можемо навчити, що наука ніколи не є 100% впевненою, і що жодна ідея не вище критики чи виклику. Ейнштейн прославився в 1905 році, тому що він був першим вченим за 250 років, який кинув виклик уявленням Ньютона про гравітацію. Сто років по тому вчені досі зайнято проектуванням і проведенням експериментів, щоб довести (або спростувати!) Ідеї та передбачення Ейнштейна.