星圖軟件在高師地球概論課程中的融合應(yīng)用

慈暉

摘 要：地球概論課程旨在引導(dǎo)學(xué)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(xué)地理學(xué)科相關(guān)內(nèi)容的教學(xué)工作。通過對比多款星圖軟件的應(yīng)用功能和特點，梳理教學(xué)全過程中星圖軟件融合教學(xué)的內(nèi)容及策略，旨在以創(chuàng)設(shè)豐富的教學(xué)情境、助力課外天文觀測、樹立時空綜合思維、鍛煉學(xué)生地理實踐力等途徑，體現(xiàn)學(xué)生主體地位，為交互可視化教學(xué)及培養(yǎng)復(fù)合型地理師范人才提供參考。

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

中圖分類號：G642.3? ? ? ?文獻標(biāo)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(xué)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(xué)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(biāo)準(zhǔn)（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(xué)生能夠運用數(shù)字技術(shù)手段或模型軟件對相關(guān)教學(xué)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(xué)教師信息技術(shù)應(yīng)用能力提升工程2.0的意見》指出，信息技術(shù)應(yīng)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(xué)的“橋梁課”［1］，地球概論課程教學(xué)中合理高效地應(yīng)用星圖軟件，能夠幫助學(xué)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(xué)情境，還能夠提高師范生信息技術(shù)應(yīng)用能力，保障師范生從事中學(xué)地理教學(xué)的科學(xué)性和技能，有效培養(yǎng)學(xué)生的科學(xué)精神［3］。

相關(guān)星圖軟件在中學(xué)地理教學(xué)中的應(yīng)用研究較多，主要涉及軟件基本功能和針對教學(xué)重難點的具體應(yīng)用等方面［4-8］，而在地球概論課程教學(xué)過程中的應(yīng)用研究較少。本文通過對比多款星圖軟件的應(yīng)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(xué)的內(nèi)容及策略，以期進一步推進信息技術(shù)與教育教學(xué)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(yīng)用與發(fā)展，天文觀測的方便性與準(zhǔn)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(xué)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(xué)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(xué)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(xué)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(xué)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(fēng)力等因素評估觀星條件；“Sky Guide”獨特的聲景功能，能夠方便學(xué)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(biāo)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(biāo)天體的中天時間與坐標(biāo)、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(xué)習(xí)方式，體現(xiàn)學(xué)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(yīng)用，理論與實際問題聯(lián)系不足，容易導(dǎo)致學(xué)生學(xué)習(xí)動力下滑。本文按照章節(jié)順序梳理歸納了“地球概論”教學(xué)全過程中星圖軟件融合教學(xué)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(xué)過程中，能夠充分發(fā)揮星圖軟件時間流逝、精準(zhǔn)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(xué)情境，改變教學(xué)模式所營造的環(huán)境氛圍，為學(xué)生提供自主學(xué)習(xí)、探究學(xué)習(xí)和合作學(xué)習(xí)的開放空間，讓學(xué)生跨越時空限制感受天文天象的發(fā)生全過程，引起學(xué)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(xué)習(xí)任務(wù)，幫助學(xué)生熟悉并借用軟件功能模擬探究，增強學(xué)習(xí)積極性，有助于提升學(xué)習(xí)效果并培養(yǎng)學(xué)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(xué)生深度參與地理學(xué)習(xí)活動，經(jīng)歷對提升核心素養(yǎng)有意義的學(xué)習(xí)過程，最大程度激發(fā)學(xué)生對天文宇宙的探究興趣，充分發(fā)揮學(xué)生學(xué)習(xí)的主體性和自主性。

2.升級教學(xué)環(huán)境，創(chuàng)設(shè)多樣化地理教學(xué)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(xué)注入新的活力［11］，有利于培養(yǎng)學(xué)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(xué)、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(xué)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(xué)情境（表3），學(xué)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(xué)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(xué)生的動手能力和觀察能力，幫助學(xué)生完成對所學(xué)知識的意義構(gòu)建，引導(dǎo)學(xué)生生成知識而不是記憶知識。

3.培育時空綜合思維，提升學(xué)生地理實踐力

隨著我國航天事業(yè)的不斷發(fā)展，天文學(xué)迎來新機遇。在情境主題“21世紀(jì)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(jì)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(fù)原階段的食相；最后，結(jié)合“玉兔二號”和人造衛(wèi)星“鵲橋”當(dāng)天的探測任務(wù)，探討21世紀(jì)最長月食對“玉兔二號”和“鵲橋”探測任務(wù)的影響，當(dāng)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(dāng)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?、枯燥的書本知識轉(zhuǎn)化為可操作、演示并反復(fù)觀摩的動態(tài)學(xué)習(xí)過程，還能更好地將航天精神與地理學(xué)課程內(nèi)容有機融合，培養(yǎng)學(xué)生解決復(fù)雜問題的綜合能力和高階思維，梳理時空綜合思維，為學(xué)生提供接受式學(xué)習(xí)之外的補充學(xué)習(xí)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(xué)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(xué)價值，增強學(xué)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(xué)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(dǎo)學(xué)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(xué)過程中，學(xué)生對星圖軟件的應(yīng)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(yīng)有的教學(xué)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(xué)的理念，培養(yǎng)學(xué)生實踐動手操作能力之余，重視師范生信息技術(shù)應(yīng)用意識的培養(yǎng)。

2.銜接中學(xué)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(xué)越來越重視天文學(xué)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(xué)專業(yè)師范生提出了新挑戰(zhàn)?！暗厍蚋耪摗闭n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(xué)過程中，應(yīng)進一步明確師范生培養(yǎng)目標(biāo)，整合開發(fā)星圖軟件與行星地球類方面知識的融合教學(xué)資源，增強師范生作為未來中學(xué)地理教師的從業(yè)能力，為中學(xué)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(xué)帶來新的研究課題。采用線上線下混合教學(xué)模式，充分利用線上資源并合理規(guī)劃教學(xué)過程，能夠幫助學(xué)生更好地學(xué)習(xí)“地球概論”。但最常見的問題是線上資源和課程教學(xué)過程聯(lián)系不夠緊密，線上和線下教學(xué)過程容易相互孤立。與其他信息化教學(xué)資源或平臺不同，星圖軟件既能夠提供豐富的線上教學(xué)資源，又能夠充當(dāng)線下教學(xué)的模擬演示手段，如何將星圖軟件進行線上線下融合教學(xué)形成合力，是“地球概論”線上線下混合式教學(xué)過程中亟待解決的問題。針對星圖軟件進行融合教學(xué)資源的篩選及其合理、高效的利用，有助于指導(dǎo)學(xué)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(xué)地理教學(xué)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(xué)難點中的應(yīng)用： 功能挖掘與操作介紹［J］.地理教學(xué)，2022（2）：59-62.

［3］ 曹隆坤.高中生科學(xué)精神培養(yǎng)模式的探索——以高中地理選修課程《天文學(xué)基礎(chǔ)》為例［J］. 地理教學(xué)，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(xué)中的應(yīng)用探究［J］.中學(xué)地理教學(xué)參考（下半月），2018（6）：38-39.

［5］ 孫超，張翠.巧用Stellarium天文軟件學(xué)習(xí)“地球的運動”［J］.中學(xué)地理教學(xué)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(xué)中的應(yīng)用［J］.教育教學(xué)論壇，2021（30）：132-135.

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

［8］ 方晴雯，徐俊.軟件虛擬情景下中學(xué)天文實踐活動設(shè)計——以“stellarium”為例［J］. 地理教學(xué)，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(xué)地理教學(xué)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(xué)中的輔助應(yīng)用［J］. 教育教學(xué)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(xué)，2021.

［12］ 郭紅玉，周夢晨，劉靜宜，等.淺議情境教學(xué)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(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.

［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.