慈暉

摘 要：地球概論課程旨在引導學生從宇宙視角認識地球的運行機制及各種天象，并培養(yǎng)師范生勝任中學地理學科相關(guān)內(nèi)容的教學工作。通過對比多款星圖軟件的應用功能和特點，梳理教學全過程中星圖軟件融合教學的內(nèi)容及策略，旨在以創(chuàng)設(shè)豐富的教學情境、助力課外天文觀測、樹立時空綜合思維、鍛煉學生地理實踐力等途徑，體現(xiàn)學生主體地位，為交互可視化教學及培養(yǎng)復合型地理師范人才提供參考。

關(guān)鍵詞：星圖軟件；融合教學；教學情境；地球概論；Stellarium

中圖分類號：G642.3? ? ? ?文獻標識碼：A? ? ? ?文章編號：1005-5207（2023）08-0076-05

地球概論課是高師院校地理科學專業(yè)的先行基礎(chǔ)課，主要闡述行星地球在宇宙空間的地位及其運動規(guī)律。由于學生缺乏對宇宙空間的直觀感受，教師教授行星地球類知識的最大難點在于其空間性、抽象性、運動性。《全日制義務(wù)教育地理課程標準（2022年版）》中與“地球的宇宙環(huán)境”“地球的運動”相關(guān)的部分，明確要求學生能夠運用數(shù)字技術(shù)手段或模型軟件對相關(guān)教學內(nèi)容進行演示說明。教育部發(fā)布的《關(guān)于實施全國中小學教師信息技術(shù)應用能力提升工程2.0的意見》指出，信息技術(shù)應用能力是新時代高素質(zhì)教師的核心素養(yǎng)。因此，作為高師院校與中學的“橋梁課”［1］，地球概論課程教學中合理高效地應用星圖軟件，能夠幫助學生多視角觀察并全面認識地球與地外系統(tǒng)的運動特征及地理意義［2］，這不僅有助于創(chuàng)設(shè)豐富的教學情境，還能夠提高師范生信息技術(shù)應用能力，保障師范生從事中學地理教學的科學性和技能，有效培養(yǎng)學生的科學精神［3］。

相關(guān)星圖軟件在中學地理教學中的應用研究較多，主要涉及軟件基本功能和針對教學重難點的具體應用等方面［4-8］，而在地球概論課程教學過程中的應用研究較少。本文通過對比多款星圖軟件的應用功能，并結(jié)合《地球概論》教材（金祖孟主編，第三版），梳理星圖軟件融合教學的內(nèi)容及策略，以期進一步推進信息技術(shù)與教育教學融合創(chuàng)新發(fā)展。

一、星圖軟件的功能特點

隨著計算機技術(shù)在現(xiàn)代天文觀測中的應用與發(fā)展，天文觀測的方便性與準確性得到了進一步保障。以呈現(xiàn)和模擬演示各類天文天象為核心功能的星圖軟件，作為重要教輔工具，既有助于提升學生的地理空間思維能力，又可為實現(xiàn)交互可視化地理教學提供無限可能。本文選取五款星圖軟件，對比分析其通用及特色功能（表1）。相較于傳統(tǒng)觀星教具，星圖軟件能夠擺脫時間、地點、氣象等觀測條件的限制，實現(xiàn)自定義搜索并顯示亮度、光譜型、表面溫度等屬性參數(shù)，具有地理性、動態(tài)性、美觀性及可操作性等教學優(yōu)勢，其夜間模式還能方便用戶瀏覽對比模擬星空與實際星空，助力野外天文觀測。各星圖軟件具備其特色功能，通過“星圖”設(shè)置天體展示距離單位，可觀測不同尺度范圍下的星空，方便學生理解天球的概念并掌握宇宙中天體系統(tǒng)的分級；通過“星空”中的增強現(xiàn)實技術(shù)混合虛擬天體與現(xiàn)實情境，能夠充分調(diào)動學生的課堂參與度，為傳統(tǒng)課堂注入新活力，并綜合光污染、云量、風力等因素評估觀星條件；“Sky Guide”獨特的聲景功能，能夠方便學生辨識天體類型及恒星的溫度和光度；通過“Celestia”可多視窗對比不同視角下的目標天體天象；“Stellarium”允許運行并撰寫腳本，可計算兩天體的星歷及目標天體的中天時間與坐標、天文事件、地平高度曲線等。

二、星圖軟件在地球概論課程中融合運用的策略

1.改變傳統(tǒng)學習方式，體現(xiàn)學生課堂主體地位

大多數(shù)高校仍將課件和視頻作為地球概論課程主要授課方式［9］，涉及天體及天體系統(tǒng)空間運動的抽象概念缺乏實踐應用，理論與實際問題聯(lián)系不足，容易導致學生學習動力下滑。本文按照章節(jié)順序梳理歸納了“地球概論”教學全過程中星圖軟件融合教學的內(nèi)容及具體的軟件操作步驟（表2），在辨識星座、理解天球上的視運動、總結(jié)太陽高度變化規(guī)律、區(qū)別恒星日與太陽日、認識行星逆行、觀察行星同太陽的會合運動等教學過程中，能夠充分發(fā)揮星圖軟件時間流逝、精準控制和跨時空模擬等功能優(yōu)勢［10］。首先，通過創(chuàng)設(shè)多樣化教學情境，改變教學模式所營造的環(huán)境氛圍，為學生提供自主學習、探究學習和合作學習的開放空間，讓學生跨越時空限制感受天文天象的發(fā)生全過程，引起學生在感知宇宙空間及天體天象時的極大震撼；其次，設(shè)計多層次學習任務(wù)，幫助學生熟悉并借用軟件功能模擬探究，增強學習積極性，有助于提升學習效果并培養(yǎng)學生動手能力和團隊協(xié)作能力；最后，積極開展戶外天文觀測，使學生深度參與地理學習活動，經(jīng)歷對提升核心素養(yǎng)有意義的學習過程，最大程度激發(fā)學生對天文宇宙的探究興趣，充分發(fā)揮學生學習的主體性和自主性。

2.升級教學環(huán)境，創(chuàng)設(shè)多樣化地理教學情境

憑借星圖軟件模擬演示的清晰直觀性和感知沖擊性，有助于為接受式、問題式、實踐式、實驗式和探究式等各類情境教學注入新的活力［11］，有利于培養(yǎng)學生利用地理思維解決生活中地理問題的能力［12］?！叭帐澈驮率场币徽n蘊含廣泛的天體運動及天體系統(tǒng)繞轉(zhuǎn)概念，創(chuàng)設(shè)合理、科學、新穎的天文地理情境，能夠更好地向?qū)W生演示日月食天文現(xiàn)象及其發(fā)生原理。另外，Stellarium具備開發(fā)速度快、平臺兼容廣、模擬仿真度高等特點，且在定點觀測和具體觀察天體形態(tài)方面優(yōu)勢突出［13］。因此，本文以此課為例，探討不同教學情境下Stellarium軟件在“地球概論”課程中的融合運用。圍繞日食和月食的形成原因、發(fā)生條件、觀測種類、發(fā)生過程、課堂討論及課后拓展環(huán)節(jié)，創(chuàng)設(shè)形式豐富的多種教學情境（表3），學生根據(jù)教師布置的探究任務(wù)，能夠自行操作軟件并在真實情境中發(fā)現(xiàn)問題、分析問題并解決問題，既能夠促進學生對日食與月食相關(guān)知識的整合和內(nèi)化，同時還能夠提高學生的動手能力和觀察能力，幫助學生完成對所學知識的意義構(gòu)建，引導學生生成知識而不是記憶知識。

3.培育時空綜合思維，提升學生地理實踐力

隨著我國航天事業(yè)的不斷發(fā)展，天文學迎來新機遇。在情境主題“21世紀最長月食”的基礎(chǔ)上，以真實的航天航宇事件作為情境背景，設(shè)計情境內(nèi)容，加深情境感知（圖1）。首先，通過Stellarium模擬演示2021年11月19日發(fā)生的長達208秒的21世紀最長月食，記錄月食發(fā)生全過程中月球和太陽/黃白交點間及月球和本影/半影間的位置關(guān)系，梳理月食的發(fā)生原因及時空條件；其次，選擇夜半球不同緯度區(qū)域的多個地點，如長春（125°19'22"E 43°52'48"N）、雅加達（106°50'42"E 6°12'53"S）、珀斯（115°51'41"E 31°57'8"S）等地，對比觀測到月食的食相類型，區(qū)分地球上不同地點觀測同一次月食與日食的差異（地球處于夜半球的所有人都能看到相同類型的月食），并選擇固定地點，如北京（116°23'50"E 39°54'27"N），分析月全食初虧—食甚—復原階段的食相；最后，結(jié)合“玉兔二號”和人造衛(wèi)星“鵲橋”當天的探測任務(wù)，探討21世紀最長月食對“玉兔二號”和“鵲橋”探測任務(wù)的影響，當進入月食階段，月球?qū)⒔邮詹坏教柟?，只能接收周圍其他星球微弱的太陽反射光線，結(jié)合探測任務(wù)可知，當天“玉兔二號”已處于休眠狀態(tài)，而“鵲橋”將失去所有的太陽能源，完全依靠自身儲能保障人造衛(wèi)星內(nèi)部運轉(zhuǎn)。由此可見，星圖軟件的引入，除了能夠?qū)⒊橄蟆⒖菰锏臅局R轉(zhuǎn)化為可操作、演示并反復觀摩的動態(tài)學習過程，還能更好地將航天精神與地理學課程內(nèi)容有機融合，培養(yǎng)學生解決復雜問題的綜合能力和高階思維，梳理時空綜合思維，為學生提供接受式學習之外的補充學習方式，并為弘揚航天精神助力。此外，星圖軟件還能夠在課后拓展環(huán)節(jié)助力天文觀測，提高天文觀測的有效性和針對性，培養(yǎng)學生的操作觀察能力和地理實踐力。

三、星圖軟件在“地球概論”課程中融合運用的反思

1.挖掘星圖軟件教學價值，增強學生自主利用意識

各星圖軟件能解決的知識點非常具體且缺乏連貫性，需要教師積極熟悉各星圖軟件的運行平臺和操作方法，并投入更多的時間和精力挖掘其隱蔽的教學價值，合理設(shè)置情境類型和數(shù)量并靈活選擇合適的星圖軟件，從實際生活出發(fā)，引導學生站在宇宙的高度去了解地球的宇宙環(huán)境及天文天象的形成原理，架設(shè)“理論知識”和“實踐經(jīng)驗”之間的橋梁，并完成兩者的轉(zhuǎn)化。此外，在以往教學過程中，學生對星圖軟件的應用大多停留在課內(nèi)，而課后自主分析材料去發(fā)現(xiàn)、分析并解決問題的能力不足，軟件應有的教學功能發(fā)揮不夠，因此，教師需要在課堂上不斷滲透信息技術(shù)手段融合教學的理念，培養(yǎng)學生實踐動手操作能力之余，重視師范生信息技術(shù)應用意識的培養(yǎng)。

2.銜接中學地理知識點，整合開發(fā)課程資源

隨著中國航天事業(yè)的快速發(fā)展，中小學越來越重視天文學基礎(chǔ)教育，而開展天文觀測實踐活動經(jīng)常面臨設(shè)備不足、觀測困難、天文師資匱乏等困境［14］，對高師院校地理科學專業(yè)師范生提出了新挑戰(zhàn)。“地球概論”課程涉及行星地球類抽象知識但又貼近生活實際，在日常教學過程中，應進一步明確師范生培養(yǎng)目標，整合開發(fā)星圖軟件與行星地球類方面知識的融合教學資源，增強師范生作為未來中學地理教師的從業(yè)能力，為中學生地理實踐力的培養(yǎng)和提高提供有力保障。此外，星圖軟件具有低成本、易安裝、好操作等特點，能夠助力鄉(xiāng)村地理教育，為實現(xiàn)素養(yǎng)本位地理教育提供巨大的發(fā)揮空間。

3.助力線上線下混合，落實課程建設(shè)“兩性一度”

“地球概論”課程在貫徹生態(tài)文明教育方面具有獨特價值，加之近年來我國在運載火箭、載人航天、月球和深空探測等領(lǐng)域取得了創(chuàng)新突破，為“地球概論”課程的教學帶來新的研究課題。采用線上線下混合教學模式，充分利用線上資源并合理規(guī)劃教學過程，能夠幫助學生更好地學習“地球概論”。但最常見的問題是線上資源和課程教學過程聯(lián)系不夠緊密，線上和線下教學過程容易相互孤立。與其他信息化教學資源或平臺不同，星圖軟件既能夠提供豐富的線上教學資源，又能夠充當線下教學的模擬演示手段，如何將星圖軟件進行線上線下融合教學形成合力，是“地球概論”線上線下混合式教學過程中亟待解決的問題。針對星圖軟件進行融合教學資源的篩選及其合理、高效的利用，有助于指導學生更好地建立宇宙空間概念，充分認識地球的宇宙環(huán)境，培養(yǎng)寬廣的胸懷，并深刻理解“天人合一、道法自然”的理念，尋求永續(xù)發(fā)展之路，真正落實課程建設(shè)的“兩性一度”。

參考文獻：

［1］ 鄭曉，張志剛，陳仕濤，等.高等師范院校地球概論課程與高中地理課程銜接探究［J］.中學地理教學參考（下半月），2022（10）：16-20.

［2］ 李沁毅，鄧鈞，全汝逸，等.50款軟件在高中自然地理教學難點中的應用： 功能挖掘與操作介紹［J］.地理教學，2022（2）：59-62.

［3］ 曹隆坤.高中生科學精神培養(yǎng)模式的探索——以高中地理選修課程《天文學基礎(chǔ)》為例［J］. 地理教學，2022（11）：51-55.

［4］ 程單良，宋瑋嫻，岳蕾.Stellarium軟件在高中地理課堂教學中的應用探究［J］.中學地理教學參考（下半月），2018（6）：38-39.

［5］ 孫超，張翠.巧用Stellarium天文軟件學習“地球的運動”［J］.中學地理教學參考（上半月），2017（2）：43-45.

［6］ 程綿綿，楊娜，李春燕，等.Stellarium在時間系統(tǒng)教學中的應用［J］.教育教學論壇，2021（30）：132-135.

［7］ 金開任，王夢夢.運用Stellarium軟件突破地理教學難點——以“地球的宇宙環(huán)境”為例［J］.地理教學，2022（10）：42-45.

［8］ 方晴雯，徐俊.軟件虛擬情景下中學天文實踐活動設(shè)計——以“stellarium”為例［J］. 地理教學，2019（10）：59-62.

［9］ 鄭曉，張志剛，陳仕濤，等.高等師范院校地球概論課程與高中地理課程銜接探究［J］. 中學地理教學參考（下半月），2022（10）：16-20.

［10］ 肖鋒軍，常菊.Stellarium在“地球概論”課程教學中的輔助應用［J］. 教育教學論壇，2020（33）：285-286.

［11］ 凌雪怡.基于Stellarium天文軟件的天文地理情境創(chuàng)設(shè)研究［D］.廣州：廣州大學，2021.

［12］ 郭紅玉，周夢晨，劉靜宜，等.淺議情境教學視域下的地理實踐力培養(yǎng)［J］. 地理教育，2023（S2）：104-105.

［13］ 黃慧，陶珊珊.Celestia與Stellarium在地理教學中的比較研究——以“天文學基礎(chǔ)”為例［J］. 地理教學，2018（16）：53-57.

［14］ 陳影影，劉頻.高師天文觀測實踐活動的必要性、困境和改進策略［J］.教育觀察，2022（32）：70-73.