Celestia輔助下情境體驗(yàn)法在高中地理教學(xué)中的應(yīng)用

吳麗霞 楊建紅 張航

［摘 要］情境體驗(yàn)法是以學(xué)生為主體、教師為主導(dǎo)，強(qiáng)調(diào)學(xué)生在教師創(chuàng)設(shè)的情境中體驗(yàn)、觀察、獲取新知的一種教學(xué)方法。Celestia是一款專業(yè)的地理天文學(xué)軟件，能夠創(chuàng)設(shè)近似真實(shí)的虛擬情境輔助地理教學(xué)。為方便情境體驗(yàn)法在地理教學(xué)中的應(yīng)用，文章嘗試構(gòu)建Celestia輔助下的情境體驗(yàn)法教學(xué)流程，并以人教版高中地理選擇性必修一中的“地球運(yùn)動(dòng)的地理意義”一課為例，探究Celestia輔助下情境體驗(yàn)法在高中地理教學(xué)中的應(yīng)用，以期提高地理課堂的教學(xué)效率，落實(shí)地理學(xué)科核心素養(yǎng)。

［關(guān)鍵詞］Celestia；情境體驗(yàn)法；高中地理

［中圖分類號(hào)］ ? ?G633.55 ? ? ? ? ? ?［文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼］ ? ?A ? ? ? ? ?［文章編號(hào)］ ? ?1674-6058（2023）01-0079-04

《普通高中地理課程標(biāo)準(zhǔn)（2017年版2020年修訂）》（以下簡(jiǎn)稱“課程標(biāo)準(zhǔn)”）指出，為了培養(yǎng)學(xué)生的地理學(xué)科核心素養(yǎng)，教師需要反思日常教學(xué)和評(píng)價(jià)的方式和方法，嘗試更多地運(yùn)用問題式教學(xué)、實(shí)踐教學(xué)、信息技術(shù)支持下的教學(xué)等［1］。情境體驗(yàn)法是教師創(chuàng)設(shè)一定的情境，讓學(xué)生在設(shè)定的情境中進(jìn)行體驗(yàn)以獲取知識(shí)的教學(xué)方式。情境可以是真實(shí)情境，也可以是模擬、虛擬的情境［2］。傳統(tǒng)地理教學(xué)只能讓學(xué)生抽象地了解知識(shí)的概念，難以讓學(xué)生真正掌握知識(shí)的內(nèi)容。在高中地理教學(xué)中引入情境體驗(yàn)式教學(xué)，既能激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，又能讓學(xué)生對(duì)地理事物有一個(gè)直觀的認(rèn)識(shí)［3］。

Celestia擁有豐富的星系資料庫，具有時(shí)間設(shè)置、行星運(yùn)動(dòng)軌跡和參考向量的顯示等功能。它可以演示地球的自轉(zhuǎn)和公轉(zhuǎn)，可以觀測(cè)地球晝夜長(zhǎng)短的變化和太陽周日運(yùn)動(dòng)。學(xué)習(xí)“地球運(yùn)動(dòng)的地理意義”要求學(xué)生具有較高的空間思維能力，所以該部分知識(shí)是學(xué)生學(xué)習(xí)的難點(diǎn)?；诖?，本文嘗試構(gòu)建Celestia輔助下的情境體驗(yàn)法教學(xué)流程，并以人教版高中地理選擇性必修一中的“地球運(yùn)動(dòng)的地理意義”一課為例，探究Celestia輔助下情境體驗(yàn)法在高中地理教學(xué)中的應(yīng)用，培養(yǎng)學(xué)生的地理空間思維能力，增強(qiáng)學(xué)生的地理實(shí)踐力，提高地理課堂的教學(xué)效率。

一、Celestia輔助下的情境體驗(yàn)法教學(xué)流程

（一）Celestia簡(jiǎn)介

Celestia是一款功能強(qiáng)大的天文學(xué)軟件，該軟件可以流暢地顯示高解析度的影像，模擬飛行器，帶領(lǐng)學(xué)生遨游星空［4］。Celestia常用的功能有導(dǎo)航功能、時(shí)間功能、渲染功能和視窗功能，導(dǎo)航功能主要用于選擇物體，查找所需要的天體；時(shí)間功能的主要作用為設(shè)置天體運(yùn)動(dòng)的時(shí)間，通過時(shí)間的設(shè)置，展示某一時(shí)間下的宇宙環(huán)境；渲染功能主要用于勾選想要的天體軌道、標(biāo)簽、坐標(biāo)系等，使其在屏幕中顯示；視窗功能可以將屏幕分割為上下或左右?guī)撞糠帧４送?，該軟件還具有參考向量的功能，可以顯示明暗邊界線、經(jīng)緯網(wǎng)和太陽方向等。Celestia的常用功能、子功能及子功能的快捷操作方法如表1所示。

（二）教學(xué)流程

課程標(biāo)準(zhǔn)指出，虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)可以提供近似真實(shí)的環(huán)境，為學(xué)生提供地理實(shí)踐的替代性體驗(yàn)。情境體驗(yàn)式教學(xué)要求教師根據(jù)教學(xué)內(nèi)容創(chuàng)設(shè)合適的情境，引導(dǎo)學(xué)生在情境體驗(yàn)中建構(gòu)新知識(shí)，并在新的情境中應(yīng)用所學(xué)知識(shí)。因此，在高中地理教學(xué)中可以利用Celestia創(chuàng)設(shè)情境，為學(xué)生提供替代性體驗(yàn)，輔助情境體驗(yàn)法在地理教學(xué)中的應(yīng)用，從而提高教學(xué)效率。

情境體驗(yàn)法的理論基礎(chǔ)包括情境認(rèn)知理論、體驗(yàn)式學(xué)習(xí)理論和建構(gòu)主義學(xué)習(xí)理論。情境認(rèn)知理論認(rèn)為，知識(shí)是個(gè)體在與環(huán)境交互作用的過程中產(chǎn)生的，它不可能脫離情境而存在。體驗(yàn)式學(xué)習(xí)理論的鼻祖大衛(wèi).庫伯，構(gòu)建了一個(gè)四階段的體驗(yàn)式學(xué)習(xí)圈，由具體體驗(yàn)、觀察反思、抽象概括、行動(dòng)應(yīng)用四個(gè)階段構(gòu)成［5］?！靶袆?dòng)應(yīng)用”可以理解為將習(xí)得的知識(shí)遷移應(yīng)用到新的情境中，以達(dá)到檢驗(yàn)知識(shí)的目的。建構(gòu)主義學(xué)習(xí)理論認(rèn)為：學(xué)生不是被動(dòng)的知識(shí)接受者，他們能夠根據(jù)已有的經(jīng)驗(yàn)主動(dòng)建構(gòu)知識(shí)，學(xué)習(xí)是學(xué)生的經(jīng)驗(yàn)體系在一定環(huán)境中自內(nèi)而外的“生長(zhǎng)”［6］。Celestia可以創(chuàng)設(shè)近似真實(shí)的虛擬環(huán)境，使學(xué)生全身心地投入到情境中，通過觀察、替代性體驗(yàn)、問題解決等學(xué)習(xí)知識(shí)，達(dá)到對(duì)知識(shí)的深度學(xué)習(xí)。

綜上所述，借助Celestia創(chuàng)設(shè)虛擬情境，讓學(xué)生在情境中體驗(yàn)、觀察，通過反思、總結(jié)獲得地理知識(shí)，并利用習(xí)得的地理知識(shí)解決實(shí)際問題的教學(xué)是有效教學(xué)?；谇榫丑w驗(yàn)法的理論基礎(chǔ)，筆者設(shè)計(jì)出Celestia輔助下的高中地理情境體驗(yàn)法教學(xué)流程（見圖1）。

二、Celestia輔助下情境體驗(yàn)法在高中地理教學(xué)中的應(yīng)用

（一）創(chuàng)設(shè)情境，具體體驗(yàn)

在地理教學(xué)中創(chuàng)設(shè)合理的情境，有利于激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，引起學(xué)生情感上的共鳴，豐富學(xué)生的情感體驗(yàn)，培養(yǎng)學(xué)生的參與意識(shí)、創(chuàng)新精神等［7］。“地球運(yùn)動(dòng)的意義”中的晝夜交替、時(shí)差、晝夜長(zhǎng)短的變化和正午太陽高度的變化等知識(shí)比較抽象，學(xué)生的生活中沒有關(guān)于宇宙的生活經(jīng)驗(yàn)，導(dǎo)致學(xué)生在頭腦中難以形成地球運(yùn)動(dòng)的表象。針對(duì)地理教材中的示意圖，在傳統(tǒng)教學(xué)中，教師以出示版圖或者制作Flash的方式來輔助教學(xué)，這樣的方式缺乏直觀性，不能很好地訓(xùn)練學(xué)生的空間思維能力，導(dǎo)致該部分知識(shí)點(diǎn)成為地理教學(xué)的難點(diǎn)［8］。

Celestia不僅可以模擬地球的運(yùn)動(dòng)，還可以顯示地球的經(jīng)緯網(wǎng)、太陽方向、明暗邊界線、晨昏線（圈）等，有助于學(xué)生建立地理空間表象。因此，通過Celestia創(chuàng)設(shè)近似真實(shí)的情境，讓學(xué)生“進(jìn)入”情境中體驗(yàn)晝夜交替和時(shí)差具體怎么產(chǎn)生、晝夜長(zhǎng)短的變化規(guī)律等，有利于培養(yǎng)學(xué)生的空間思維能力，使抽象的知識(shí)形象化。具體的操作步驟如下。

打開軟件。點(diǎn)擊屏幕中央的“地球”→右鍵選擇“參考向量”→“顯示赤道軸”“顯示太陽方向”“顯示速度方向”“顯示經(jīng)緯網(wǎng)”“顯示明暗邊界線”；利用鼠標(biāo)的右鍵滾動(dòng)地球，滾動(dòng)鼠標(biāo)滑輪放大和縮小地球，利用鼠標(biāo)左鍵的左右移動(dòng)功能調(diào)節(jié)地球大小、位置；點(diǎn)擊“時(shí)間”→“設(shè)置時(shí)間”，將時(shí)間設(shè)置在3月21日春分；點(diǎn)擊“視窗”→“垂直視窗”，左邊的視窗地球是從白晝到黑夜，右邊的視窗地球是從黑夜到白晝。根據(jù)教學(xué)需要，按鍵盤上的L鍵，加快地球自轉(zhuǎn)的速度，按空格鍵暫停運(yùn)動(dòng)。圖2是根據(jù)以上操作調(diào)整好的地球運(yùn)動(dòng)情境圖。

（二）設(shè)計(jì)問題，觀察反思

在高中地理教學(xué)中，教師只有設(shè)計(jì)和情境相關(guān)的問題，引導(dǎo)學(xué)生從情境中發(fā)現(xiàn)問題并解決問題，才能實(shí)現(xiàn)具體的教學(xué)目標(biāo)［9］。在地理教學(xué)情境中設(shè)計(jì)問題，有利于學(xué)生從個(gè)體體驗(yàn)的目前狀態(tài)達(dá)到目標(biāo)狀態(tài)。

教學(xué)問題的設(shè)計(jì)要基于教學(xué)情境、符合學(xué)生的認(rèn)知規(guī)律、體現(xiàn)情境體驗(yàn)的要求，讓學(xué)生在情境中通過觀察發(fā)現(xiàn)問題、解決反思問題從而掌握知識(shí)。

教師設(shè)計(jì)關(guān)于晝夜交替、時(shí)差、晝夜長(zhǎng)短的變化和正午太陽高度的變化的問題，讓學(xué)生根據(jù)問題觀察Celestia模擬的晨昏線、晝夜弧、太陽直射點(diǎn)的移動(dòng)等。學(xué)生在觀察、思考和解決問題的過程中會(huì)反思從而發(fā)現(xiàn)新的問題：如地球不自轉(zhuǎn)，還會(huì)有晝夜交替現(xiàn)象的產(chǎn)生嗎？情境體驗(yàn)過程中所引發(fā)的問題、觀察和反思如表2所示。

（三）交流探討，抽象概括

高中學(xué)生具有一定的抽象概括能力，他們能夠在教師的指導(dǎo)下，通過觀察體驗(yàn)情境，獨(dú)自完成相對(duì)簡(jiǎn)單的理論知識(shí)，如對(duì)晝夜長(zhǎng)短和時(shí)差的理解，并能用自己的語言抽象概括出時(shí)差、晨昏線、晝弧和夜弧的相關(guān)概念以及晨昏圈的特點(diǎn)。對(duì)于較為復(fù)雜的知識(shí)點(diǎn)，如晝夜長(zhǎng)短、正午太陽高度的變化和它們的變化規(guī)律等，學(xué)生需要通過同學(xué)之間的交流探討或在教師的指導(dǎo)下才能有意識(shí)地建構(gòu)該部分知識(shí)。

如在教師的指導(dǎo)下，學(xué)生之間通過交流探討，用思維導(dǎo)圖抽象概括出正午太陽高度的變化規(guī)律（見圖3）。

（四）遷移應(yīng)用，升華提升

“遷移”是將學(xué)習(xí)成果應(yīng)用在新的情境中，促進(jìn)原有知識(shí)與能力的轉(zhuǎn)化和升華［10］。促進(jìn)原有知識(shí)與能力的轉(zhuǎn)化和升華過程也是實(shí)際應(yīng)用和驗(yàn)證新經(jīng)驗(yàn)的過程。教師引導(dǎo)學(xué)生將習(xí)得的知識(shí)遷移應(yīng)用到新的情境，有利于鞏固學(xué)生的知識(shí)，提升學(xué)生的知識(shí)應(yīng)用能力。

如教師可以讓學(xué)生思考路燈開關(guān)的時(shí)間能否隨季節(jié)調(diào)整，這樣既方便居民的生活又能合理用電。學(xué)生利用晝夜長(zhǎng)短的知識(shí)解釋路燈開關(guān)時(shí)間的調(diào)整，這既鍛煉了學(xué)生將知識(shí)應(yīng)用于實(shí)際生活的能力，又提高了學(xué)生的地理學(xué)習(xí)興趣，培養(yǎng)了學(xué)生觀察生活的習(xí)慣。充當(dāng)路燈管理員的角色扮演能讓學(xué)生換位思考，培養(yǎng)學(xué)生的觀察力、想象力和問題解決的能力。

三、總結(jié)

情境體驗(yàn)法是一種以教師為主導(dǎo)、以學(xué)生為主體的教學(xué)方式，它強(qiáng)調(diào)情境的創(chuàng)設(shè)，注重學(xué)生主動(dòng)發(fā)現(xiàn)知識(shí)的過程，提倡師生互動(dòng)以及學(xué)生對(duì)知識(shí)的遷移應(yīng)用。這有利于轉(zhuǎn)變教學(xué)形式過于單一、學(xué)生被動(dòng)接受知識(shí)的傳統(tǒng)“填鴨式”教學(xué)。課程標(biāo)準(zhǔn)在教學(xué)評(píng)價(jià)與建議中指出，可以運(yùn)用虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)提升學(xué)生的地理實(shí)踐力。Celestia彌補(bǔ)了天文類知識(shí)既缺乏具體形象的感官刺激，又不能身臨其境體驗(yàn)的缺陷，該軟件可以模擬復(fù)雜的情境，為學(xué)生提供地理實(shí)踐的替代性體驗(yàn)［11］。

Celestia輔助下情境體驗(yàn)法在高中地理教學(xué)中的應(yīng)用有利于地理教學(xué)方式的革新，更好地培養(yǎng)學(xué)生的地理學(xué)科核心素養(yǎng)。值得注意的是，在利用Celestia輔助情境體驗(yàn)法教學(xué)時(shí)，教師應(yīng)避免教學(xué)過程形式化，在教學(xué)過程中靈活應(yīng)用該教學(xué)方法。

［ ? 參 ? 考 ? 文 ? 獻(xiàn) ? ］

［1］ ?中華人民共和國(guó)教育部.普通高中地理課程標(biāo)準(zhǔn)：2017年版2020年修訂［M］.北京：人民教出版社，2020.

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［3］ ?王軍科.情境體驗(yàn)式教學(xué)在高中地理教學(xué)中的應(yīng)用研究［J］.中學(xué)政史地（教學(xué)指導(dǎo)），2022（6）：35-36.

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

［5］ ?李文君.體驗(yàn)式學(xué)習(xí)理論研究綜述［J］.教育觀察，2012（4）：83-89.

［6］ ?鐘啟泉，張華.世界課程改革趨勢(shì)研究［M］.北京：北京師范大學(xué)出版社，2001.

［7］ ?姜喬.基于情境認(rèn)知理論的地理教學(xué)情境設(shè)計(jì)［J］.地理教學(xué)，2019（3）：33-36.

［8］ ?馮滔，楊先.運(yùn)用Celestia軟件培養(yǎng)學(xué)生地理空間思維能力［J］.地理教學(xué)，2016（4）：8-9，52.

［9］ ?劉軍.情境體驗(yàn)法在高中地理教學(xué)中的應(yīng)用：以“全球氣候變化對(duì)人類活動(dòng)的影響”教學(xué)為例［J］.中學(xué)地理教學(xué)參考，2020（16）：60-61.

［10］ ?鄧謀雨.高中地理實(shí)驗(yàn)“問題·探究·建構(gòu)·遷移”教學(xué)模式的實(shí)踐與反思：以熱力環(huán)流實(shí)驗(yàn)為例［J］.地理教學(xué)，2018（22）：11-13，7.

［11］ ?宋少威.Universe Sandbox～2軟件在地理教學(xué)中的應(yīng)用探究［J］.地理教學(xué)，2021 （2）：42-44.

（責(zé)任編輯 陳 明）