运用Celestia软件培养学生地理空间思维能力

冯 滔杨 先

（1. 遵义航天高级中学, 贵州 遵义 563000; 2. 习水第五中学, 贵州 习水 564600）



运用Celestia软件培养学生地理空间思维能力

冯 滔1杨 先2

（1. 遵义航天高级中学, 贵州 遵义 563000; 2. 习水第五中学, 贵州 习水 564600）

摘要：地理空间思维能力培养对于高中地理教学意义深远。本文运用Celestia软件从空间定位、空间关系辨析以及空间问题探究三个方面培养学生地理空间思维能力，有利于提高学生的地理学习积极性和学习效率。

关键词：地理空间素养；空间思维能力；Celestia.3

地理空间思维是对地理事物、地理现象、地理图像的观察、分析、综合、比较、概括、抽象，从而在头脑中创造性地形成它们的空间形象，进行空间位置判定，确定空间分布，分析它们在空间上差异点和共同点的心理过程。地理空间思维能力是空间素养的核心部分，直接影响地理学习和地理问题分析，所以地理空间思维能力的培养是中学地理教学的基本任务和重要目标。[1]

地理空间思维能力的培养对于地理学习具有基础性作用，有利于学生提高地理学习的积极性及学习效率。[2]人教版必修一行星地球章节对学生空间思维能力要求较高，这部分一直是学生学习的难点，空间思维能力的缺乏让地理的学习枯燥无味。本文尝试利用Celestia软件辅助中学地理教学，从空间定位能力、空间关系辨识能力、空间问题探究能力三个方面探究空间思维能力的培养。

Celestia是一款优秀的天文地理类软件，拥有庞大的恒星、星系资料库和精确的行星轨道计算等功能，能够带领我们在整个宇宙里面畅游。它可以演示地球的自转公转、日月食等天体运动过程，同时也能观测太阳的周日运动。人教版地理必修一行星地球要求学生具有较强的空间思维能力，如何培养学生空间思维能力，对于整个高中地理学习具有很大的深远意义。本文利用Celestia软件辅助高中地理教学有利于培养学生空间思维能力，弥补实际观测受设备不足及时空的限制。

一、空间定位能力

地理空间定位能力训练通常利用地图构建空间概念，通过让学生看图、析图、绘图、忆图等基本的读图、识图技能训练，参照海陆位置、地理坐标、轮廓特征等方法，强化记忆图，并从整体上把握一些控制性的点、特殊的经纬线，从而提高地理空间定位能力。而Celestia，主要针对的对象是天体，有着逼真的天体渲染效果。这些天体，小到人造卫星，大到银河系和河外星系，均有极佳的呈现效果。通过照片级的画质提升学生对于天体的认识，进而实现空间定位能力的训练。

案例1 宇宙中的地球

“宇宙中的地球”这一节内容核心部分是对地球在空间位置进行定位；传统的教学方法依靠老师讲授及教材中相关图片作为辅助进行教学，不易让学生形成地理空间表象，进而不能较好地培养空间定位能力。打开Celestia，显示行星轨道（O键），可以看到月球围绕地球运动，构成地月系；缩小视野（End键），地球等8大行星围绕太阳运行，构成太阳系；同理银河系宇宙出现在我们视野里面，整个过程操作极为简单，只有放大缩小的操作，但完美地展现了地球所处的位置，为进一步地理空间定位打下基础。

二、空间关系辨识能力

对于高中地理“地球运动”部分的教学由于知识比较抽象，学生空间关系辨析能力较弱，如何突破这部分教学的难点和培养学生空间关系辨析能力一直是我们探究的经典问题。传统的教学通常采用以教师讲授为主，以板图或者制作Flash进行演示辅助。传统教学媒体以示意图的形式进行展示，缺乏直观性；对于空间关系的辨析能力训练不足，导致该部分学生不易理解，形成学习难点。而引入Celestia软件，充分显示了地球运动相关的空间关系，引导学生对此进行辨识，将抽象的地球运动理论知识感性化，为学生提供空间视觉刺激，极大地提高学生接受知识的效率。[3]

案例2 地球运动方向及晨昏线的演示

进入Celestia软件之后，地球处于屏幕中央，点击右键选择“参考向量”——“显示经纬网格”和“显示明暗边界线”；然后选择菜单栏“视窗”——“垂直分割视窗”，把视窗分割成三部分；随后调整视窗大小，使其平均分布。右键拖动地球，让三个视窗的地球观测角度分别为侧视、俯视（北极、南极）。然后按“L”键让时间加快流逝，以10000倍的速度让地球运动起来。学生可根据Celestia的演示非常直观地观察地球的运动方向：在北极上空为逆时针，南极上空为顺时针，侧视图为自西向东运动。其次通过晨昏线可以看出由于地球自转，昼夜不断交替，并直观地分辨出晨线和昏线。

案例3 昼夜长短变化（北半球为例）

右击地球，依次选择“显示经纬网格”、“显示明暗边界线”和“显示太阳方向”；通过右键拖动地球，使晨线一直居于屏幕中央，设置时间为3月21日。然后按“L键”，让时间加速，观察太阳直射点移动以及北半球昼夜变化的情况。引导学生分析昼夜长短的变化与太阳直射点之间的关系，总结北半球一年内的昼夜变化规律。

案例4 日月食观察

Celestia观测日月食具有很好的效果。通过菜单栏 “时间>设置时间”来设定时间点。日月食发生的时间可以通过“导航>星月食查找”来查找。本文以2009年7月22日的长江流域世纪日全食为例，地点选择武汉。设定时间前往，会发现地球上有一个黑斑（月球的投影），让黑斑位于屏幕中央，按“Ctrl+G”前往地球表面，找到太阳，开始观测。若太阳比较小，则可按逗号(，)或者句号（.）调整视野。观测并记录日全食过程（见图1）。

三、空间问题探究能力

新课标基本理念指出“重视对地理问题的探究，倡导探究性学习”。对地理问题的提出、分析与解决均属于地理问题探究能力，是地理科学素养的核心构成要素。[4]地理空间问题一直属于难点，而中学开展空间问题的探究难度在于受到观测设备及观测时空的限制，所以高中开展地理空间问题的探究几乎很少。信息技术则为探究性学习提供丰富多彩的、富有实效的活动平台，打破了时空限制，进一步提升学生的课堂参与度，突出其主体地位，极大地提高课堂教学效果。同时也进一步加强学生空间思维能力的迁移，为地理的学习打下基础性作用。[5]

案例5 太阳周日运动探究性学习

以遵义为观测地点，演示二分二至日太阳周日运动轨迹。选择菜单栏的“导航>驶向物体”。在弹出的窗口驶向的物体是地球，然后输入遵义市的经度106.93°E，纬度27.7°N。点击前往，此时观测的角度在遵义的上空，按“Ctrl+G”键前往地球表面，然后选择菜单栏“渲染”——“显示设置”，在坐标系里选中地平坐标系。然后设置时间为3月21日（需要把时间调整到日出前，以便更好地观测太阳周日运动的全过程）。按“L”键加快时间流逝，在观察的时候按小键盘上数字2、8上下移动，4、6左右移动。同时按左右方向键调整平面旋转视角；根据上文方法依次对夏至、秋分、冬至太阳周日运动进行观测。在观测的同时，让学生记录下表格1的内容，并尝试画出该地二分二至日的太阳周日运动示意图（见图2）。在观测过程中，学生对太阳的周日运动过程有了直观的印象，通过记录精确数据（见表1），描绘运动轨迹，归纳运动规律，既培养了科学思维，又锻炼了探究地理空间问题探究的能力。

表1 二分二至日太阳周日运动数据

图2 遵义市二分二至日日出日落示意

四、结语

本文简单介绍了运用Celestia软件培养地理空间思维能力，可以看出该软件具有渲染效果极佳、触控操作方便、教学效果显著等特点，对空间定位能力、空间辨析能力、空间问题探究能力的培养具有很大的辅助性。利用Celestia软件辅助高中天文地理知识的教学，能充分调动学生的积极性，增强对地理学习兴趣，培养空间思维能力，提升地理空间问题探究能力。但就目前实践而言，该软件在高中地理教学中的应用率较低。本文有助于教师初步了解其在培养地理空间思维能力中的运用，充分认识该软件对辅助地理教学的重要作用。同时，Celestia还具有很强的可修改性和可扩充性，该特点需要地理教师根据实际需求校正和添加数据，为大家进一步探究提供机会。

参考文献：

[1] 李家清.中学地理教学设计与案例研究[M].北京:科学出版社,2012.

[2] 熊曳,陈实.Stellarium在地理多媒体教学中的应用[J].地理教学,2011(14):46-48.

[3] 阳迪成. Celestia软件在《行星地球》教学中的应用[J]. 中学地理教学参考,2010(9):25-26.

[4] 中华人民共和国教育部.高中地理新课程标准(实验)[M].北京:人民教育出版社,2003.

[5] 贺志康.巧用虚拟天文馆软件Stellarium演示太阳周日视运动轨迹[J]. 地理教学,2013(20):58-59.

（责任编校：左秀萍）