stellarium软件应用虚拟天空的呈现与学生成长

王俊

摘要：Stellarium是一款比较著名的开源模拟星空软件，又叫虚拟天文馆。可以在电脑上模拟公元前99999年到公元99999年之间任何一刻的星空图像，还可以根据观测者所处的时间和地点，计算天空中太阳、月球、行星和恒星的位置，并将其显示出来。本文主要分析该软件在中小学的天文学教育中的作用以及具体的做法。

关键词：stellarium软件中小学教育天文学模拟天空

相比于数学物理化学这些基础学科，天文学在中小学课堂上出现的少之又少。除了初中科学和地理课本中有一两章内容有不同程度的涉及，学生们基本没有机会接触到。天文学在人们普遍的的概念中，大致包括三方面：被视为“迷信”和用于八卦的星座、冗长单调的天文学史，以及第谷和开普勒师徒俩凭靠人品的猜测。从这三方面看，似乎中小学阶段都没有开设这门课程的必要。但实际上，天文学是观察和研究宇宙间天体的学科，它研究天体的分布、运动、位置、状态、结构、组成、性质及起源和演化，是属于自然科学的一门基础学科。

所谓基础学科，就是以自然现象和物质运动形式为研究对象，探索自然界发展规律的科学.它是研究自然界最基本的事物与作用之间的相互关系以及规律的，因此，天文学毫无疑问是一门独立基础的学科。但是，综合多方面来看，我认为，在中小学开设天文学教育大有裨益，也是很有必要的。第一，人类对于天文学探索的“先观测，再解释，再预测”的逻辑思维，很适合教授给中小学生。由于他们的知识储备还不够充足，不能像大学里学习天文学那样，用深奥的数理知识来研究，但可以从观测现象开始，通过观察美丽的星空，神奇的天体现象来培养他们对天体，对自然，对宇宙的兴趣；第二，接触天文学，让孩子们了解自然界的神奇，认识到宇宙的浩渺宏大，有助于建立“宇宙很浩大，人类很渺小”的对大自然敬畏的世界观。因此，这门古老的学科，是极具魅力，值得教给中小学的孩子们的。

和很多理科学科的学习类似，天文学的学习也是在理论的基础上，注重实践观察。虽然天文观测的一些器材，如适合教学的望远镜等，价格并不昂贵，但是开展实践观察依旧难度较大。具体原因如下：一、天文学在实际生活中的应用太少，因此在中小学整个教育体系中还不够被重视；二、要获得较好的天体星座的观察结果，观察时间最好选在晚上，而如果教师要在晚上组织学生进行观察，实际操作难度大，因为学生们晚上的人生安全难以得到保障。这一方面，物理化学这两门基础学科的相对就更易于操作，因为几乎所有的实验都可以在实验室完成，教师还可以在课堂上现场演示，将教学与实践相结合。三、如果不是专业人员用专业仪器观测，得到的结果一般都不理想，也就是说，如果是教师带领学生进行实践观察，所得照片等结果一般会与预期结果相差很大，从这个角度来说，这样的实践观察对学生的学习并没有切实的帮助，还会浪费大量的人力物力；四、结合现在的生活环境，大气污染严重，空气条件差，更不利于观察天体星空了。

而下面我要介绍的stellarium这款软件可以在一定程度解决上述天文学教学中可能出现的问题。

stellarium是一款虚拟星象仪的计算机软件。它可以根据观测者所处的时间和地点计算天空中太阳、月球、行星和恒星的位置，并将其显示出来。它还可以绘制星座、虚拟天文现象（如流星雨、日食、月食等）。stellarium可以作为学习夜空知识等教具，还可以作为天文爱好者星空观测的辅助工具，或者仅仅是满足一下好奇心。stellarium的开发速度很快，而且可以在多个系统上下载运行，如windows，Linux，Mac OS都可以，比较方便。

尤为重要的是，stellarium所含资源非常丰富。软件含默认星表包含超过60万颗恒星，扩展星表包含超过2.1亿颗恒星，超过20种不通文化中的星座划分，包含所有梅西耶天体的星云图像，还有逼真的银河系、高度还原的大气层光影效果等等；[3]使用界面简洁：有易于操作的空间缩放和时间控制功能，多语言界面；可视化程度高：具有赤道式和地平式坐标网络，星体闪烁和流星都能清晰可见，并且可以进行掩食、超新星等的模拟，可更换地景，支持球形全景投影；使用方法灵活多样、个性化：用户可以通过系统插件添加人造卫星、目镜模拟，可通过在线资源添加新的太阳系天体等等。

将这款软件作为天文学教学的工具，会带来很多便利。下面我提供一些我个人的建议。

由于stellarium软件界面非常美丽，震撼，所以可以将其作为激发初学者好奇心和兴趣的工具。在课堂正式进入教学之前，教师先通过软件模拟一些天文现象，如日食、月食、流星等学生们耳熟能详但生活中不常见到的现象，在虚拟天空中寻找到十二星座的位置，或者模拟上课时当时当刻的天空中的星象，拉近看似神秘“高大上”的天文学与学生们的生活，以此来初步激发他们对天文学的学习兴趣。

stellarium很重要的一个作用是可以代替实际的观察活动。很多的地理或者科学老师在上到月相部分的内容时，都会给学生们布置一个作业——观察一段时间（半个月或一个月）的月相。虽然这看起来是一个很有意义的实践活动，但实际上问题重重：学生们可能无法坚持那么久的时间每天晚上捧着作业本观察天空，或者遇到天气不好的时候，有可能连续十天半个月的都是下雨；学生单独观察有可能因为知识点理解不透彻，看了也看不出什么所以然来，教师要组织学生晚上集体观察难度又太大。如果使用stellarium虚拟天空，就可以在室内组织同学们一起观察，教师通过时间设定，模拟出连续一个月的月相变化，并在学生观察的同时进行讲解，可以达到事半功倍的效果。除了模拟月相，还可以让学生进一步了解、看清太阳和月球，看到不同星座在天空中的具体形状和在天空中的相对位置，见到“春季星空形成的春季大曲线，夏季织女牛郎星隔着银河遥遥相对，秋季星空银河从头顶流过，冬季星空最亮”等书本上提及的、但就算进行组织进行实际观察也不容易得到的天文现象，做到将教学和“实际”最大程度上结合起来。就好比化学课，教师在黑板上写完一个反应方程式，描述完反应可能会产生的现象之后，用实验来证明一样，能讓学理解的更透彻，记忆的更深刻。

在比较有条件的学校，如果对天文学足够重视，甚至可以专门开设一个“天文观察室”，类似于化学物理的实验室。这个观察室构造需要比较特殊。为了模拟出星空的效果，需要将房间的顶部建成圆面，使用stellarium软件模拟时，用球面投影或者更高端一些的鱼眼投影，类似于一些天文馆中的虚拟天空展示，可以使学生获得更好的体验。

正如北京天文馆馆长朱进所认为的，对于中小学生来说，天文学是一门适合培养科学兴趣、创新素质以及有益于培养诚信精神的学科。学习天文学，对于学生们大有裨益。而作为教师，我们要通过合适的方式给予他们正确的引导。stellarium软件的可视化程度高，易于操作，成本低，不失为教学中可以使用的一个好工具。