虛擬星象儀軟件在地理教學(xué)中的應(yīng)用

朱利青 石慧

摘要：本文通過介紹虛擬星象儀軟件——Stellarium，并對其進(jìn)行地理教學(xué)輔助設(shè)計，為廣大的地理教師提供更好的地理教學(xué)輔助工具，讓地理課堂更加高效和富有趣味性。

關(guān)鍵詞：虛擬星象儀；地理教學(xué)；應(yīng)用；研究

一、Stellarium概況

1.Stellarium 簡介與安裝

Stellarium 是一款免費(fèi)的虛擬星象儀軟件，它使用openGL技術(shù)對星空進(jìn)行實(shí)時渲染。軟件可以根據(jù)觀測者所處的時間和地點(diǎn)，真實(shí)地表現(xiàn)通過肉眼、雙筒望遠(yuǎn)鏡和小型天文望遠(yuǎn)鏡看到的天空。它不僅可以用作學(xué)習(xí)夜空知識的教具，還可以作為天文愛好者星空觀測的輔助工具，并且由于其高質(zhì)量的畫面，一些天象館將Stellarium 用于實(shí)際的天象放映中，由此可見它在星空觀測活動中的地位。

Stellarium對計算機(jī)操作系統(tǒng)要求不高，Linux/Unix、Windows95/98/2000/NT/XP/7000、Mac OS X10.3等都可以。支持OpenGL的3D顯示卡，要顯示流暢動畫，建議使用Voodoo3或TNT2以上顯卡。從Stellarium的官方網(wǎng)站http：//www.stellarium.org/或其它網(wǎng)站下載好之后，雙擊下載的exe文件安裝包，按照程序的提示逐步進(jìn)行。安裝程序會在“開始”菜單的“程序”中生成 Stellarium 程序目錄，選擇 Stellarium 項(xiàng)即可運(yùn)行，也可以創(chuàng)建桌面快捷方式，雙擊快捷方式圖標(biāo)就可以將其打開。

2.Stellarium的基本設(shè)置

Stellarium涉及到較多的相關(guān)設(shè)置，下面主要介紹在輔助地理教學(xué)中需要涉及的幾個基本設(shè)置，有些基本設(shè)置可以通過多種方式達(dá)成，文章主要介紹最為簡易的一種。

（1）語言設(shè)置。Stellarium支持多語言，安裝成功后首次運(yùn)行，一般默認(rèn)為英語。如果想更改語言可通過如下操作完成。單擊主界面左側(cè)主工具條第五個按鈕■，或者打開主界面后直接按快捷鍵F2彈出“設(shè)置窗口（Configuration window）”，設(shè)置窗口上方有5個標(biāo)簽用來進(jìn)行不同設(shè)置，語言設(shè)置在主設(shè)定畫面標(biāo)簽里，單擊“主設(shè)定畫面”窗口中 “程序界面語言”下拉按鈕，選擇想更改的語言，如選擇“中文、漢語、漢語（China）”。

（2）觀測點(diǎn)設(shè)置。抬頭所見的星空與觀測者所處的位置緊密相關(guān)，打開主界面后看到的是默認(rèn)地點(diǎn)巴黎的星空，若想以其它位置為觀測點(diǎn)，則需重新設(shè)置。這個設(shè)置主要通過“地點(diǎn)設(shè)置窗口”進(jìn)行設(shè)置。單擊左側(cè)主工具條第一個按鈕■，或者打開主界面后直接按快捷鍵F6彈出“所在地點(diǎn)窗口（Location window）”，在該窗口中，如果只想設(shè)置大致位置，則只需在左上角地圖上點(diǎn)擊所要選擇的位置。這種方式非常便捷，但不是很精確。如果要設(shè)置準(zhǔn)確地點(diǎn)，則需要在左下角的“目前位置資訊”中把該地點(diǎn)的經(jīng)緯度以及海拔高度輸入進(jìn)去，還包括地點(diǎn)/城市名稱、國家/地區(qū)名稱以及所在行星。

（3）日期與時間設(shè)置。星空的觀測不僅與觀測地點(diǎn)有關(guān)，也與觀測時間緊密相關(guān)。日期與時間的設(shè)置主要通過“日期/時間窗口”進(jìn)行設(shè)置。單擊左側(cè)主工具條第二個按鈕■，或者打開主界面后直接按快捷鍵F6彈出“日期/時間窗口（date/time window）”，然后設(shè)置成預(yù)想的時間。

二、Stellarium輔助地理教學(xué)

1.Stellarium在高中地理教學(xué)中的應(yīng)用范圍分析

Stellarium在天文觀測中有著重要作用。天文知識不僅是高中地理必修Ⅰ重要的入門基礎(chǔ)知識，也是地理選修1《宇宙與地球》的主體知識，在整個高中地理教學(xué)中有著重要地位。從地理課標(biāo)內(nèi)容可以看出，地理與宇宙部分的地理內(nèi)容涉及大量宇宙事物的觀察與辨認(rèn)，主要包括認(rèn)識地球的宇宙環(huán)境、觀測天象、觀察天體、辨認(rèn)星座四大類，課標(biāo)中建議用天球坐標(biāo)系、星圖、天文望遠(yuǎn)鏡來進(jìn)行教學(xué)。總體來說，這些工具的準(zhǔn)備不僅耗費(fèi)時間、人力、財力，而且時空靈活性差，在實(shí)際地理教學(xué)中應(yīng)用起來比較困難。而在Stellarium這款虛擬星象儀軟件中，可以盡情遨游宇宙空間，充分認(rèn)識地球在太陽系中的位置關(guān)系；可以通過控制時間流動，模擬天體的運(yùn)動過程，如月相變化、八大行星繞日公轉(zhuǎn)；可以搜索任何一個天體或天體系統(tǒng)，從不同的角度和距離進(jìn)行觀察和辨認(rèn)，如土星、月球、獵戶座等；可以通過定時定位，再現(xiàn)過去的天文現(xiàn)象，如壯觀的流星雨等。通過分析高中地理課程標(biāo)準(zhǔn)可以看出，這款軟件的應(yīng)用將給高中地理教學(xué)帶來極大方便。

2. Stellarium輔助地理教學(xué)

（1）縮放旋轉(zhuǎn)天幕，遨游浩渺宇宙。Stellarium 可以讓用戶自由地瀏覽星空并縮放視野。在下表中列出了將星空天幕向上、下、左、右移動，將之放大、縮小以及將所選天體置于屏幕中央、選擇天體的方法。

通過簡單的縮放旋轉(zhuǎn)操作，可以清楚看到地球在宇宙空間中所處的位置，以及其它任何想了解的天體位置。同時，還可以進(jìn)行不同遠(yuǎn)近距離的觀察。

（2）讓時間流動，模擬天體運(yùn)動。啟動Stellarium 軟件，運(yùn)行時間為軟件的默認(rèn)時間。但在對Stellarium進(jìn)行時間加快或減慢的操作后，軟件的時間將不再與默認(rèn)的時間相同，連時間的流逝速度都不一樣。

通過時間加快或減慢的圖標(biāo)讓時間的流速加快或減慢，可以看到未來和追溯過去。在加快時間流逝的過程中，可以在很短的時間內(nèi)看到晝夜更替、月相變化以及日食、月食、八大行星繞日旋轉(zhuǎn)等現(xiàn)象。在減慢時間流速的過程中，即讓時間倒流，可以看到曾經(jīng)發(fā)生的日食或月食的回放。

在使用加速時間流逝或者減慢時間速度的按鈕時要注意：點(diǎn)擊一下對應(yīng)秒的變化；點(diǎn)擊兩下對應(yīng)分的變化；點(diǎn)擊三下對應(yīng)時的變化；點(diǎn)擊四下對應(yīng)日的變化；點(diǎn)擊五下對應(yīng)月的變化；點(diǎn)擊六下對應(yīng)年的變化。

（3）一鍵搜索，盡享美麗星空。利用Stellarium的搜索功能，能方便地查看需要觀察的天體，如恒星、行星、衛(wèi)星、星云、星座等。并且可以將地點(diǎn)設(shè)置為當(dāng)?shù)?，在軟件中所看到的星空即?dāng)?shù)卣鎸?shí)星空，有利于辨認(rèn)星座和重要的恒星、行星，幫助學(xué)生實(shí)踐訓(xùn)練和提高學(xué)習(xí)興趣。

具體操作為：單擊主界面左側(cè)主工具條第四個按鈕■，或者打開主界面后直接按快捷鍵F3彈出“搜索窗口（search window）”，如圖1 。

然后在輸入框中輸入需要查找的天體名稱或代碼，點(diǎn)擊■或按回車鍵，Stellarium將立即在星空中指出該天體的位置，接著通過縮放等操作可以進(jìn)一步了解所查找的天體。

（4）定時定位，走近遙遠(yuǎn)天象。Stellarium便捷的更改觀測點(diǎn)和觀測時間的功能，能讓我們的視角位于地球上任何一個地方，能讓視線在時間上無限延伸，在空間上大幅拓展。通過更改時間和調(diào)整觀測地點(diǎn)，可以看到南北極附近的極光，還可以盡情欣賞平時只能聽別人報導(dǎo)的流星雨。

三、經(jīng)典案例

1.觀賞炫目的蟹狀星云和土星

蟹狀星云和土星一直是必修Ⅰ地理課本第一節(jié)中很醒目的兩幅圖片，是學(xué)習(xí)高中地理入門時最先接觸的感性材料，教師可用極盡優(yōu)美的文字向?qū)W生描述這些美麗天體，但是學(xué)生可能更傾向于對著這兩幅美麗圖片進(jìn)行遙遠(yuǎn)的宇宙遐思。如果在講授這些天體時，運(yùn)用Stellarium進(jìn)行實(shí)時演示，讓學(xué)生置身于一個模擬的真實(shí)宇宙環(huán)境來欣賞這些動態(tài)天體，將會對學(xué)生初識地理的心靈產(chǎn)生強(qiáng)烈沖擊。

在Stellarium中實(shí)現(xiàn)觀賞上述天體的具體操作為：單擊主界面左側(cè)主工具條第四個按鈕■，或者打開主界面后直接按快捷鍵F3彈出“搜索窗口（search window）”，輸入“M1”或“NGC 1952”（蟹狀星云代碼），然后將界面放大，就可以看到光彩奪目的蟹狀星云（如圖2）。要觀賞土星，直接輸入“土星”，然后放大（如圖3），利用鼠標(biāo)的移動和通過更改觀測時間和地點(diǎn)，可以從不同角度觀看土星的美麗光環(huán)。Stellarium界面可以任意進(jìn)行縮放操作，縮放到一定大小，還可以看到蟹狀星云和土星在天體中的相對位置關(guān)系。

2.辨認(rèn)大名鼎鼎的北極星

北極星屬于小熊星座的一部分，位于小熊尾巴的尖端處，距地球約400光年，質(zhì)量約為太陽的4倍，是夜空能看到的亮度和位置較穩(wěn)定的恒星。由于北極星靠近北天極，現(xiàn)在的角度差還不到1度，幾乎是正北方位，千百年來地球上的人們靠它的星光來指引方向。

方法一：利用與其它星座的位置關(guān)系——北極星與北斗七星。

具體操作：F3——“大熊座”——北斗七星。

北斗七星屬大熊星座的一部分，它與北極星總是保持著一定的位置關(guān)系并不停地旋轉(zhuǎn)。當(dāng)找到北斗星后，沿著勺邊A、B兩星的連線，向勺口方向延伸，在約為A、B兩星間隔的5倍處，有一顆較明亮的星，就是北極星。

方法二：綜合運(yùn)用地理知識直接尋找——亮度大，在北方天空，仰角約等于當(dāng)?shù)氐牡乩砭暥龋ㄑ鰳O高度=天頂赤緯=當(dāng)?shù)氐木暥龋?/p>

值得注意的是，將軟件中的觀測點(diǎn)改成當(dāng)?shù)氐牡乩碜鴺?biāo)，在軟件中看到的就是實(shí)際看到的情形。

通過Stellarium輔助地理教學(xué)，不僅可以讓抽象的地理天文知識變得形象生動，更能激發(fā)學(xué)生對天文知識的興趣，甚至是對地理的興趣。用好Stellarium可以讓地理教師在教授相關(guān)內(nèi)容時起到事半功倍的效果，同時提高自身現(xiàn)代信息技術(shù)教學(xué)水平。這款軟件對地理教學(xué)的輔助不僅限于此，更廣泛的應(yīng)用領(lǐng)域還有待于廣大有志之士進(jìn)一步開發(fā)設(shè)計?！?/p>

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