虛擬天文館輔助地球運(yùn)動(dòng)教學(xué)淺探

摘要：把抽象的地理現(xiàn)象用形象的畫(huà)面、模型呈現(xiàn)出來(lái)，可以很好地讓學(xué)生理解地理知識(shí)，掌握地理規(guī)律。地球運(yùn)動(dòng)是高中地理教學(xué)中最難的內(nèi)容之一。而對(duì)大多數(shù)區(qū)域的學(xué)生來(lái)說(shuō)，一些地理現(xiàn)象如極晝極夜，正午太陽(yáng)高度角隨不同緯度變化，不同地區(qū)一日內(nèi)太陽(yáng)在空中的軌跡等無(wú)法被學(xué)生直接觀測(cè)到。若僅靠教師在課堂上通過(guò)語(yǔ)言講解，或者日地模型模擬，在學(xué)生空間想象力有限的情況下，很難轉(zhuǎn)化為視覺(jué)上的感性認(rèn)知，進(jìn)而形成地理學(xué)上的空間認(rèn)知。通過(guò)運(yùn)用 Stellarium 模擬太陽(yáng)周日運(yùn)動(dòng)，觀察其周 日視運(yùn)動(dòng)軌跡，突破了時(shí)間和地點(diǎn)的限制，讓學(xué)生在感 性認(rèn)識(shí)上對(duì)太陽(yáng)周日運(yùn)動(dòng)有所了解，為后面進(jìn)行的理性 認(rèn)識(shí)做鋪墊。[1]虛擬天文館Stellarium 可以根據(jù)觀測(cè)者所處于地球上的地點(diǎn)和時(shí)間，模擬天空中太陽(yáng)、月球、行星和恒星的位置，并將其顯示出來(lái)。也可以模擬流星雨、日食和月食等。結(jié)合教師對(duì)課本知識(shí)的講解，可以將地球運(yùn)動(dòng)中學(xué)生難以在本地，即時(shí)觀測(cè)到的現(xiàn)象可視化。模擬不同位置，不同時(shí)間觀察到的不同地球運(yùn)動(dòng)現(xiàn)象，并將其進(jìn)行對(duì)比，總結(jié)出地球運(yùn)動(dòng)的規(guī)律。

關(guān)鍵詞：地球運(yùn)動(dòng)；自主探究探究；虛擬天文館

中圖分類(lèi)號(hào)：G633.55 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1992-7711（2021）14-0097

一、軟件的安裝與初步設(shè)置

網(wǎng)上下載軟件注意選擇與個(gè)人電腦系統(tǒng)一致的軟件版本。安裝打開(kāi)后，由于連接了網(wǎng)絡(luò)，系統(tǒng)默認(rèn)使用北京時(shí)間，地點(diǎn)也是使用者所在位置。為避免與本地地方時(shí)形成誤差，須在位置界面將經(jīng)度調(diào)至120°可以引導(dǎo)學(xué)生尋找太陽(yáng)的位置，利用軟件中的方位，讀出太陽(yáng)所在方位。若授課時(shí)間為白天，可以直接在天空中找到太陽(yáng)。若為夜間授課，需要關(guān)閉地景，將地平線以下的天空呈現(xiàn)出來(lái)，可以找到太陽(yáng)。為了更準(zhǔn)確描述太陽(yáng)位置，觀察地球運(yùn)動(dòng)的地理現(xiàn)象。一般情況下，可以在顯示界面調(diào)節(jié)星等，將不重要的星體隱藏起來(lái)。并關(guān)閉大氣層效果。此時(shí)沒(méi)有了大氣層，太陽(yáng)光沒(méi)有散射效果后太陽(yáng)位置清晰可見(jiàn)。尤其在觀測(cè)日出日落時(shí)需要這一步。地景可以使用海洋。

二、課前應(yīng)具備的知識(shí)

學(xué)生應(yīng)認(rèn)識(shí)生活中的一些現(xiàn)象：從地球上觀察日月星體均東升西落，見(jiàn)過(guò)本地的日出，日落。能夠?qū)r(shí)間進(jìn)行簡(jiǎn)單的計(jì)算。因此，課前可以安排一部分日常觀察作業(yè)。

學(xué)生應(yīng)具備一定的地理學(xué)科基礎(chǔ)知識(shí)，如初中地球與地圖部分，能夠判斷方向，根據(jù)經(jīng)緯度判斷相對(duì)位置關(guān)系。掌握地球運(yùn)動(dòng)一般規(guī)律。掌握太陽(yáng)直射點(diǎn)回歸運(yùn)動(dòng)圖。能夠進(jìn)行小組學(xué)習(xí)，討論。

三、設(shè)計(jì)學(xué)生活動(dòng)

1.對(duì)當(dāng)日太陽(yáng)軌跡進(jìn)行觀察，按教學(xué)進(jìn)度，時(shí)間在秋分前后

調(diào)節(jié)時(shí)間至0點(diǎn)，關(guān)閉地景。可見(jiàn)太陽(yáng)位于地球觀察者正北方地平線以下。使用加速效果。隨著時(shí)間推移，太陽(yáng)逐漸向東運(yùn)動(dòng)經(jīng)東北方向至觀察者正東，太陽(yáng)逐漸升高，至6時(shí)從正東方位越出地平線，再經(jīng)東南至正午12時(shí)至正南方。此時(shí)太陽(yáng)高度為一天中的最大值。12時(shí)過(guò)后太陽(yáng)偏向西南于18時(shí)從正西方向落下。再經(jīng)西北于0時(shí)回到正北方向。需要學(xué)生明確，只有地平線以上的太陽(yáng)才是在實(shí)地可見(jiàn)的。

2.日出日落方位和時(shí)間進(jìn)行觀察。可以調(diào)節(jié)日期至9. 13，9. 23， 10. 3這些時(shí)間點(diǎn)（按照教學(xué)進(jìn)度，教到這部分內(nèi)容大約在秋分前后），再將觀察位置調(diào)節(jié)到120°經(jīng)線上（直接利用北京時(shí)間）的不同緯度（可以從本地開(kāi)始）。利用表格進(jìn)行歸納可得出結(jié)論。全世界所有地方秋分之前日出東北方，秋分日日出正東方，秋分后日出東南方。秋分之前日落西北方，秋分日落正西方，秋分后日落西南方?？傻贸鼋Y(jié)論：日出、日落方向與地球上觀察的位置基本無(wú)關(guān)，僅與太陽(yáng)直射點(diǎn)所在位置有關(guān)。日出、日落時(shí)間也可以通過(guò)比較找出規(guī)律。接下來(lái)可以演示120°E其他緯度的日出、日落現(xiàn)象，尤其是南半球。同時(shí)提出問(wèn)題：這一規(guī)律在一年中時(shí)間是否都相同？可將全年中其他時(shí)間的現(xiàn)象進(jìn)一步演示?？芍习肭虻娜粘鋈章浞较蚺c北半球一致，但日出日落時(shí)間與北半球相反。

3.對(duì)某地的正午太陽(yáng)高度角進(jìn)行觀察?？梢韵日{(diào)節(jié)位置至120°E，北回歸線以北任意緯度。調(diào)節(jié)時(shí)間至12時(shí)，觀察太陽(yáng)在空中的位置，可見(jiàn)在正南方空中。對(duì)日期進(jìn)行調(diào)節(jié)，對(duì)學(xué)生逐月展示從9. 23至次年9. 23正午太陽(yáng)高度變化情況。定一個(gè)時(shí)間，再調(diào)節(jié)緯度至赤道，南回歸線以南，觀察不同位置正午太陽(yáng)高度角不同的變化規(guī)律。再?gòu)?qiáng)調(diào)全天候的觀察方法（定時(shí)間變地點(diǎn)或者定地點(diǎn)變時(shí)間）。借助表格并結(jié)合太陽(yáng)直射點(diǎn)回歸運(yùn)動(dòng)圖總結(jié)太陽(yáng)高度角變化規(guī)律?？梢栽傺芯恳恍┨厥馕恢谩⑻厥馊掌诘恼缣?yáng)高度角。如：夏至日南北極點(diǎn)、南北極圈、春秋分日極點(diǎn)的正午太陽(yáng)高度角。學(xué)生從特殊時(shí)間、位置出發(fā)，得出一般的正午太陽(yáng)高度角變化規(guī)律；從“某一天太陽(yáng)高度大小”感性認(rèn)知上升到“正午太陽(yáng)高度角=90°-兩地緯度差的絕對(duì)值”的理性認(rèn)知。甚至部分學(xué)生可以取消地景，觀察太陽(yáng)在地平線下的運(yùn)動(dòng)規(guī)律。

4.對(duì)極晝極夜現(xiàn)象（極晝）進(jìn)行觀察。夏至日極圈極晝：0時(shí)太陽(yáng)在正北地平線上，隨后太陽(yáng)高度上升，經(jīng)過(guò)東，南，西方向，繞地球一圈，于24時(shí)落回地平線。極點(diǎn)出現(xiàn)極晝現(xiàn)象：太陽(yáng)全天位于空中同一高度，繞地球一圈運(yùn)動(dòng)。極夜現(xiàn)象：可以關(guān)閉地景，見(jiàn)太陽(yáng)全天位于地平線以下，繞地球一圈運(yùn)動(dòng)。在極夜情況下，即使是正午，太陽(yáng)也不能從地平線上升起。

Stellarium虛擬天文館的局限性。學(xué)生無(wú)法從虛擬天文館中獲得與課本完全一致的數(shù)據(jù)。這是由于高中教材對(duì)天文知識(shí)進(jìn)行了簡(jiǎn)化。例如：恒星日與太陽(yáng)日，恒星年與回歸年，黃赤交角變化，春分點(diǎn)移動(dòng)，天文誤差等概念是沒(méi)有具體教授給學(xué)生。但在實(shí)踐操作過(guò)程中，若使用虛擬天文館觀察，必定會(huì)遇到這些問(wèn)題。例如，學(xué)生以課本知識(shí)計(jì)算春分日正午赤道太陽(yáng)高度角為90°，但實(shí)際觀察只有89°。必須明確：誤差是客觀存在的，可以指導(dǎo)學(xué)生忽略數(shù)據(jù)，抓住大的現(xiàn)象，變化規(guī)律，并把它們運(yùn)用來(lái)解決教材中的問(wèn)題。教師需要牢記，這款軟件適合用于定性的展示。對(duì)于定量的部分，要懂得誤差處理。

結(jié)語(yǔ)：“地球運(yùn)動(dòng)”的教學(xué)過(guò)程中，存在較多的變量、較多的視角、較多的動(dòng)態(tài)規(guī)律；因此大部分教師會(huì)借助多 媒體教學(xué)平臺(tái)，如 Power Point、Flash等。虛擬天文館作為操作簡(jiǎn)單的軟件，在手機(jī)、平板電腦等移動(dòng)電子產(chǎn)品普及的當(dāng)下，學(xué)生可用之輔助學(xué)習(xí)，自由探究，可以突破所在地的局限性，更全面地觀察地理現(xiàn)象，在疫情期間的網(wǎng)課學(xué)習(xí)也起到了很好的效果。較以往從宇宙視角觀察日地的模型，其具備了使用地球視角觀察的獨(dú)特優(yōu)勢(shì)，對(duì)地理現(xiàn)象表現(xiàn)得更直觀、明了。

參考文獻(xiàn)：

[1]賀志康.《巧用虛擬天文館軟件Stellarium 巧用虛擬天文館軟件Stellarium演示太陽(yáng)周日視運(yùn)動(dòng)軌跡演示太陽(yáng)周日視運(yùn)動(dòng)軌跡》

作者簡(jiǎn)介：張朝鈞，男，漢族，1991年2月出生。福建羅源人。中學(xué)二級(jí)教師，羅源縣教師進(jìn)修學(xué)校教研員，研究方向：高中地理教學(xué)。

（作者單位：福建省福州市羅源縣教師進(jìn)修學(xué)校 350600）