古人问天的智慧——二十四节气的“前世今生”
推介语
在农耕社会，我国古人早已意识到“风雨不节则饥”。中国人对于气候的最高希望，便是“风调雨顺”。无数祭祷，几多拜谢，无非是希望一切都能够顺候应时。农桑国度，人们细致地揣摩着天地之性情，观察天之正气、地之愆伏，因之而稼穑；恭谨地礼天敬地，顺候应时。
纵观世界文明史，二十四节气是中国独有的一种文化现象。中国古人通过观察太阳周期运动，发现了一年中时令、气候、物候等方面的变化规律，并结合农业生产的特点，形成这样一套知识体系。
你知道什么是二十四节气吗？你想探索二十四节气是如何产生的吗？你想了解二十四节气对中国农业的发展起到何种作用吗？让我们带着这些问题到登封观星台一探究竟吧！
学习目标
● 观察周公测景[1]台，说出周公测景台确定二分二至日的方法和依据。
● 对比周公测景台与观星台，说出两者确定二分二至日方法的异同。
● 根据我国农业生产特点，探究二十四节气产生在中国的主要原因及其对我国农业生产的影响。
课程小贴士
实践地点
登封观星台
推荐实践季节
室外观测活动为主，夏、秋季节最佳
课程建议时长
1天
实践装备
徒步鞋、运动长裤、遮阳帽、直尺、写字板、记录本、手机及指导老师要求的其他必带装备
安全事项
以小组为单位统一行动，一切行动听从教师和景区工作人员指挥；不私自做决定，有问题报告带队老师。
区域资源—课程标准双向对照表
教学设计流程
教学实施
任务1
描述周公测景台确定二分二至日的方法和确定地中的依据。
【地点】
河南省登封市告成镇周公测景台。
【情境】
周武王灭商后，武王四弟姬旦辅佐成王摄政。周公制订历法、发展农业生产，开始了中国历史上第一次大规模的天文测量。他以颍川阳城（今登封告成）为中表，开始筑土圭、立木表，测量日影。通过日复一日、年复一年的测量，周公把测量的数据一一记录下来，发现日中日影有一个由长到短，再由短变长的周期。他根据每天日中日影的变化，找出了季节的变化规律，并用于指导农业生产。
图11-1 周公测景台
【活动】
1.绘制周公测景台简图。
2.描述周公测景台确定二分二至日的方法和依据。
3.探讨夏至日周公测景台正午无影的原因。
4.根据所学知识论证《周礼》确定地中方法的科学性。
阅读
中国古代对地中的理解和周公测影
“凡日景于地，千里而差一寸。”中表一尺五寸，代表地之一万五千里。中表就是天圆地方三万里数之中，这就是地中。
《周礼·大司徒》记载了确定地中的具体方法：“以土圭之法测土深，正日景，以求地中……日至之景，尺有五寸，谓之地中。天地之所合也，四时之所交也，风雨之所会也，阴阳之所和也。”即是说，在夏至的时候，立八尺之表，测其影长，如果影长为一尺五寸，则立表处即为地中。
对周公测定地中之事，后人有所追述，明学者陈耀文撰《天中记》，其卷一引《太康记》云：“河南阳城县，是为地中，夏至之景，尺有五寸，所以为候。”古人关于周公测影定地中的说法，虽然系后人追述，历史真相如何，难以断言，但阳城地中说与立表测影密切相关，则是不争之事实。鉴于阳城地中说在中国天文学史上具有独一无二的地位，古人把阳城视为进行天文测量的最佳处所。自西周以后，历代都有天文官或在这里进行天文观测，或运用这里的观测结果编制历法。天文学上的阳城为地中的概念从其出现之后，一直延续到唐代。唐代对阳城地中说格外重视，这才有了皇帝特别下诏在该地树表纪念的行为。树立的石表的规制与《周礼》对地中的规定完全相符，表上大书“周公测景台”，显然表现了对古代地中概念的认可，表现了对周公在地中测影行为的纪念。过去人们多认为周公测景台是古人用于实际测影之设施，其实不然，它是唐代建立的纪念古人地中测影行为的标志物，表现的是某种象征性而不是实用性。
任务2
描述郭守敬利用观星台测出二分二至日准确时间的方法。
【地点】
河南省登封市告成镇观星台。
【情境】
观星台是世界九大古天文台之一，始建于元朝初年，是一座具有测影、观星和计时等多种功能的天文台。当时，元世祖忽必烈从巩固封建统治出发，也为了适应农牧业发展的需要，任用著名科学家郭守敬等进行历法改革。郭守敬等人进行了大规模的天文观测活动，以改进、修订历法，这就是著名的“四海测验”。改历之初，郭守敬就提出实际观测是治历之本的原则，认为“历之本在于测验，而测验之器莫先仪表”。在简要实用原则的指导下，他先后创制了简仪、高表、仰仪、景符等十八种天文仪器，其中简仪和高表是最重要的两种仪器。观星台实际就是郭守敬创建并改进的高表。景符的制作，克服了因为增加表的高度而带来影虚的困难。郭守敬根据针孔成像的原理，制成景符，又改表端为横梁，使日光可从梁之上下通过，用以分像取中，且梁影细如发丝，所存误差可达毫米以下，实为一项重大的革新。
图11-2 观星台
【活动】
1.绘制二分二至日观星台日影变化示意图。
2.描述郭守敬利用观星台测出夏至、冬至、春分、秋分准确时间的方法。
3.了解景符制作应用的原理并制作相关模型。说出郭守敬对周公土圭法测影的改进措施。
4.在郭守敬的故里，河北省邢台市的达活泉公园内，也建有一座观星台，该观星台是按登封观星台1∶1的比例仿建的。推测该观星台测量的数据是否准确，并说明理由。
阅读
郭守敬创制高表，编制《授时历》
郭守敬之所以改“八尺表”为“高表”，是因为“高表”比“八尺表”更为精确。据《元史·天文志》说：“表短，则分寸短促，尺寸之下，所谓分、秒、太、半、少之数，未易分别。”而把表扩大五倍以后，“表长则分寸稍长”，“旧一寸，今申而为五，厘毫差，易分别”。
郭守敬通过在观星台的实地观测，掌握了地球运转的规律，并准确地测出二十四节气，特别是夏至、冬至、春分、秋分的准确时间，于至元十七年（1280年）编制出了当时世界上最先进的历法。该历法的一个回归年长度为365.2425天，合今天的365.2422天，即365天5小时49分12秒，同现代科学测定的回归年长度365天5小时48分46秒相比，一年仅长0.0003日即26秒，而与现今世界上通用的格里高利历相比一秒不差，但比它早了三百多年。历法编成后，元世祖忽必烈根据《尚书》中“敬授民时”一句定名为《授时历》。《授时历》使用长达364年之久，是我国历史上施行时间最长的历法。后来皇帝还下诏书把《授时历》赐给高丽（今朝鲜）、日本、安南（今越南）等国家使用。
任务3
说出你熟悉的节气及天气特点。
【地点】
观星台。
【情境】
二十四节气是中国古代劳动人民伟大智慧的结晶，是古人通过观察太阳周年运动，认知一年之中时节、气候、物候的规律变化所形成的知识体系和应用模式。二十四节气的命名，反应了气候和万物生长的变化及民俗，也使从事生产的后代子孙们有了科学而精准的农事活动对照。2016年，“二十四节气”正式列入联合国教科文组织人类非物质文化遗产代表作名录。
【活动】
二十四节气中的大部分节气，描述的并非太阳的运行情况，而是物候状况。由于物候因冷暖变化而变化，总是与太阳周年运动有关，所以二十四节气是根据太阳在黄道上的周年视运动推算出来的。黄道一圈为360度，如果以春分日太阳在黄道所处的位置为黄道0度，每隔15度取一个点，恰好可以得到24个点。这24个点所在的位置，从理论上说就是太阳在二十四节气的位置。
1.请在地球公转示意简图（图11-3）中，标记二十四节气的位置。
图11-3 地球公转示意简图
2.二十四节气的命名反映了季节、气候现象、物候现象等，请完成下表。
3.描述此时离我们最近的节气及天气特点。
4.探讨二十四节气在中国形成而非在古希腊、古埃及或古印度形成的主要原因。
学习评价
1.举例说明二十四节气在我国南方、北方地区使用时的差异。
2.以小组为单位，走访观星台附近居民，收集整理涉及二十四节气的谚语，并和同学们分享交流其含义，制作相关宣传作品（手绘或电脑制作），重点阐述二十四节气的“前世今生”，以及对这一文化的保护和传承措施，并在校内展示，让同学们感悟先贤的智慧和中国传统文化的博大精深。
本节教学实施评价要点
任务1
【活动】
1.
2.根据一年中影长的变化确定二分二至日。夏至时，正午太阳高度最大， 影长最短；冬至时，正午太阳高度最小，影长最长；春秋分时，正午太阳高度相同，影长等长，位于冬至后的为春分，位于夏至后的为秋分。
3.夏至时，正午太阳高度角与周公测景台的石圭北侧的倾角相同或正午影长与石圭顶部北侧的长度相等。
4.周公根据《周礼·大司徒》记载的方法在登封测影确定地中，即夏至时，立八尺之表，测其影长，影长为一尺五寸。由于同一纬线圈上所有点的正午太阳高度角相等，则在同一纬线上只要立表高度相同，影长相同。因此周公确定地中的说法是不科学的，或者说该地点不是唯一的。
任务2
【活动】
1.
2.原理同周公测景台。
3.郭守敬改“八尺表”为“高表”，同时利用“景符”克服了因为增加表的高度而带来影虚的困难。景符，元郭守敬于至元十三年（1276）至十六年所制，是圭表测影时用的辅助仪器。其结构为一个二寸见方的铜框，旁边有枢轴以连接一片宽二寸、长四寸的铜板；其中心有一针孔。使用时让铜板绕枢轴转动，调节到与正南太阳光相垂直的角度，然后用一竿支撑，北高南低斜在圭面上。观测时来回移动，当小孔、高表上的横梁、日面中心三者在同一直线上时，由于针孔成像原理，在圭面上可看到一米粒大小的太阳像，中间还有一条细而清晰的横梁。当横梁影子平分太阳时，所得影长即为日面中心的影长。据试验， 用景符来测定的影长可准到2毫米以内。它既克服了过去所得影长是太阳上边缘影长，比日面中心影长短的缺点，又解决了由于太阳光漫射而产生的表高影虚而淡，量度不准的困难。
4.根据邢台达活泉公园内的观星台的测影结果可以确定二分二至日，但由于正午太阳高度角随纬度变化，邢台与登封的纬度存在差异，故其影长与登封观星台相比有所不同。
任务3
【活动】
1.略。
2.
3.略。
4.古希腊位于地中海沿岸，气候为地中海气候，夏季炎热干燥，冬季温和多雨，气候条件对于古代农业发展不利。古希腊主要发展航海业，对天气要求较高，更多地关注天气的变化。古埃及的气候为热带沙漠气候，其农业发展最重要的依托是尼罗河。尼罗河流经热带草原气候区和热带沙漠气候区，流域内旱涝灾害频发。对于古埃及的农业发展而言，由于位于热带，热量条件充足，水源是制约古代农业发展的主要因素。古埃及人在发展农业的进程中更多地关注尼罗河的水量变化，而非水热组合的时间变化。古印度由于受西南季风和东北季风影响，形成典型的热带季风气候。对于古印度而言，农业发展主要有三个时期，即雨季、旱季和凉季，古印度人在发展农业的进程中更多地关注夏季风。
学习评价要点
1.差异举例：二十四节气主要是根据黄河中下游流域的气候特征确定的，各节气的农事活动主要围绕春耕、夏种、秋收、冬藏安排，中国幅员辽阔，各地存在差异。如对于冬小麦的播种时间，各地有不同的适宜时期，华北北部是“白露早，寒露迟，秋分种麦正当时”，河南是“秋分早，霜降迟，寒露种麦正当时”，而四川是“寒露早，立冬迟，霜降种麦正当时”。
2.学生走访调查要注意拍照、录音和后期整合，海报制作要注意知识的准确性、时间线索，以及节气和农业、生活、饮食、文化等方面的具体联系，同时注重科学性、趣味性。
我们要加强对二十四节气的保护与传承。二十四节气历史久远，文化形式多样，文化内涵丰富，贯穿着天人合一的价值理念。它遵循着顺天应时、循时而动的法则，反映的是我们中华民族对人和自然之间关系的深刻理解：人是万物之灵，又是自然之子，我们要尊重生命的节奏，要遵循自然规律，要根据自然界的变化来调整自己的行为，要循时而动、以合时宜。今天，二十四节气仍然可以发挥指导农业生产的作用。中国仍然是农业大国，农业生产仍然是国民经济最基本的物质生产部门，也是经济发展的基础。尤其是近年来我国开始实施乡村振兴战略，把“三农”工作置于重中之重，这就使得二十四节气在指导农业生产方面，仍然大有可为。长期以来，我国各地民众因地制宜，创造出很多具有本地特色、发挥本地优势的节气文化，尤其是出现了数量众多的节气谚语。这些都是智慧和经验的结晶，它对于指导农业生产仍然具有十分重要的价值。
【注释】
[1]景，“影”的古字，下同。