星图软件在高师地球概论课程中的融合应用

2023-07-22慈晖

地理教育 2023年8期

慈晖

摘要：地球概论课程旨在引导学生从宇宙视角认识地球的运行机制及各种天象，并培养师范生胜任中学地理学科相关内容的教学工作。通过对比多款星图软件的应用功能和特点，梳理教学全过程中星图软件融合教学的内容及策略，旨在以创设丰富的教学情境、助力课外天文观测、树立时空综合思维、锻炼学生地理实践力等途径，体现学生主体地位，为交互可视化教学及培养复合型地理师范人才提供参考。

关键词：星图软件；融合教学；教学情境；地球概论；Stellarium

中图分类号：G642.3 文献标识码：A 文章编号：1005-5207（2023）08-0076-05

地球概论课是高师院校地理科学专业的先行基础课，主要阐述行星地球在宇宙空间的地位及其运动规律。由于学生缺乏对宇宙空间的直观感受，教师教授行星地球类知识的最大难点在于其空间性、抽象性、运动性。《全日制义务教育地理课程标准（2022年版）》中与“地球的宇宙环境”“地球的运动”相关的部分，明确要求学生能够运用数字技术手段或模型软件对相关教学内容进行演示说明。教育部发布的《关于实施全国中小学教师信息技术应用能力提升工程2.0的意见》指出，信息技术应用能力是新时代高素质教师的核心素养。因此，作为高师院校与中学的“桥梁课”［1］，地球概论课程教学中合理高效地应用星图软件，能够帮助学生多视角观察并全面认识地球与地外系统的运动特征及地理意义［2］，这不仅有助于创设丰富的教学情境，还能够提高师范生信息技术应用能力，保障师范生从事中学地理教学的科学性和技能，有效培养学生的科学精神［3］。

相关星图软件在中学地理教学中的应用研究较多，主要涉及软件基本功能和针对教学重难点的具体应用等方面［4-8］，而在地球概论课程教学过程中的应用研究较少。本文通过对比多款星图软件的应用功能，并结合《地球概论》教材（金祖孟主编，第三版），梳理星图软件融合教学的内容及策略，以期进一步推进信息技术与教育教学融合创新发展。

一、星图软件的功能特点

随着计算机技术在现代天文观测中的应用与发展，天文观测的方便性与准确性得到了进一步保障。以呈现和模拟演示各类天文天象为核心功能的星图软件，作为重要教辅工具，既有助于提升学生的地理空间思维能力，又可为实现交互可视化地理教学提供无限可能。本文选取五款星图软件，对比分析其通用及特色功能（表1）。相较于传统观星教具，星图软件能够摆脱时间、地点、气象等观测条件的限制，实现自定义搜索并显示亮度、光谱型、表面温度等属性参数，具有地理性、动态性、美观性及可操作性等教学优势，其夜间模式还能方便用户浏览对比模拟星空与实际星空，助力野外天文观测。各星图软件具备其特色功能，通过“星图”设置天体展示距离单位，可观测不同尺度范围下的星空，方便学生理解天球的概念并掌握宇宙中天体系统的分级；通过“星空”中的增强现实技术混合虚拟天体与现实情境，能够充分调动学生的课堂参与度，为传统课堂注入新活力，并综合光污染、云量、风力等因素评估观星条件；“Sky Guide”独特的声景功能，能够方便学生辨识天体类型及恒星的温度和光度；通过“Celestia”可多视窗对比不同视角下的目标天体天象；“Stellarium”允许运行并撰写脚本，可计算两天体的星历及目标天体的中天时间与坐标、天文事件、地平高度曲线等。

二、星图软件在地球概论课程中融合运用的策略

1.改变传统学习方式，体现学生课堂主体地位

大多数高校仍将课件和视频作为地球概论课程主要授课方式［9］，涉及天体及天体系统空间运动的抽象概念缺乏实践应用，理论与实际问题联系不足，容易导致学生学习动力下滑。本文按照章节顺序梳理归纳了“地球概论”教学全过程中星图软件融合教学的内容及具体的软件操作步骤（表2），在辨识星座、理解天球上的视运动、总结太阳高度变化规律、区别恒星日与太阳日、认识行星逆行、观察行星同太阳的会合运动等教学过程中，能够充分发挥星图软件时间流逝、精准控制和跨时空模拟等功能优势［10］。首先，通过创设多样化教学情境，改变教学模式所营造的环境氛围，为学生提供自主学习、探究学习和合作学习的开放空间，让学生跨越时空限制感受天文天象的发生全过程，引起学生在感知宇宙空间及天体天象时的极大震撼；其次，设计多层次学习任务，帮助学生熟悉并借用软件功能模拟探究，增强学习积极性，有助于提升学习效果并培养学生动手能力和团队协作能力；最后，积极开展户外天文观测，使学生深度参与地理学习活动，经历对提升核心素养有意义的学习过程，最大程度激发学生对天文宇宙的探究兴趣，充分发挥学生学习的主体性和自主性。

2.升级教学环境，创设多样化地理教学情境

凭借星图软件模拟演示的清晰直观性和感知冲击性，有助于为接受式、问题式、实践式、实验式和探究式等各类情境教学注入新的活力［11］，有利于培养学生利用地理思维解决生活中地理问题的能力［12］。“日食和月食”一课蕴含广泛的天体运动及天体系统绕转概念，创设合理、科学、新颖的天文地理情境，能够更好地向学生演示日月食天文现象及其发生原理。另外，Stellarium具备开发速度快、平台兼容广、模拟仿真度高等特点，且在定点观测和具体观察天体形态方面优势突出［13］。因此，本文以此课为例，探讨不同教学情境下Stellarium软件在“地球概论”课程中的融合运用。围绕日食和月食的形成原因、发生条件、观测种类、发生过程、课堂讨论及课后拓展环节，创设形式丰富的多种教学情境（表3），学生根据教师布置的探究任务，能够自行操作软件并在真实情境中发现问题、分析问题并解决问题，既能够促进学生对日食与月食相关知识的整合和内化，同时还能够提高学生的动手能力和观察能力，帮助学生完成对所学知识的意义构建，引导学生生成知識而不是记忆知识。

3.培育时空综合思维，提升学生地理实践力

随着我国航天事业的不断发展，天文学迎来新机遇。在情境主题“21世纪最长月食”的基础上，以真实的航天航宇事件作为情境背景，设计情境内容，加深情境感知（图1）。首先，通过Stellarium模拟演示2021年11月19日发生的长达208秒的21世纪最长月食，记录月食发生全过程中月球和太阳/黄白交点间及月球和本影/半影间的位置关系，梳理月食的发生原因及时空条件；其次，选择夜半球不同纬度区域的多个地点，如长春（125°19'22"E 43°52'48"N）、雅加达（106°50'42"E 6°12'53"S）、珀斯（115°51'41"E 31°57'8"S）等地，对比观测到月食的食相类型，区分地球上不同地点观测同一次月食与日食的差异（地球处于夜半球的所有人都能看到相同类型的月食），并选择固定地点，如北京（116°23'50"E 39°54'27"N），分析月全食初亏—食甚—复原阶段的食相；最后，结合“玉兔二号”和人造卫星“鹊桥”当天的探测任务，探讨21世纪最长月食对“玉兔二号”和“鹊桥”探测任务的影响，当进入月食阶段，月球将接收不到太阳光，只能接收周围其他星球微弱的太阳反射光线，结合探测任务可知，当天“玉兔二号”已处于休眠状态，而“鹊桥”将失去所有的太阳能源，完全依靠自身储能保障人造卫星内部运转。由此可见，星图软件的引入，除了能够将抽象、枯燥的书本知识转化为可操作、演示并反复观摩的动态学习过程，还能更好地将航天精神与地理学课程内容有机融合，培养学生解决复杂问题的综合能力和高阶思维，梳理时空综合思维，为学生提供接受式学习之外的补充学习方式，并为弘扬航天精神助力。此外，星图软件还能够在课后拓展环节助力天文观测，提高天文观测的有效性和针对性，培养学生的操作观察能力和地理实践力。

三、星图软件在“地球概论”课程中融合运用的反思

1.挖掘星图软件教学价值，增强学生自主利用意识

各星图软件能解决的知识点非常具体且缺乏连贯性，需要教师积极熟悉各星图软件的运行平台和操作方法，并投入更多的时间和精力挖掘其隐蔽的教学价值，合理设置情境类型和数量并灵活选择合适的星图软件，从实际生活出发，引导学生站在宇宙的高度去了解地球的宇宙环境及天文天象的形成原理，架设“理论知识”和“实践经验”之间的桥梁，并完成两者的转化。此外，在以往教学过程中，学生对星图软件的应用大多停留在课内，而课后自主分析材料去发现、分析并解决问题的能力不足，软件应有的教学功能发挥不够，因此，教师需要在课堂上不断渗透信息技术手段融合教学的理念，培养学生实践动手操作能力之余，重视师范生信息技术应用意识的培养。

2.衔接中学地理知识点，整合开发课程资源

随着中国航天事业的快速发展，中小学越来越重视天文学基础教育，而开展天文观测实践活动经常面临设备不足、观测困难、天文师资匮乏等困境［14］，对高师院校地理科学专业师范生提出了新挑战。“地球概论”课程涉及行星地球类抽象知识但又贴近生活实际，在日常教学过程中，应进一步明确师范生培养目标，整合开发星图软件与行星地球类方面知识的融合教学资源，增强师范生作为未来中学地理教师的从业能力，为中学生地理实践力的培养和提高提供有力保障。此外，星图软件具有低成本、易安装、好操作等特点，能够助力乡村地理教育，为实现素养本位地理教育提供巨大的发挥空间。

3.助力线上线下混合，落实课程建设“两性一度”

“地球概论”课程在贯彻生态文明教育方面具有独特价值，加之近年来我国在运载火箭、载人航天、月球和深空探测等领域取得了创新突破，为“地球概论”课程的教学带来新的研究课题。采用线上线下混合教学模式，充分利用线上资源并合理规划教学过程，能够帮助学生更好地学习“地球概论”。但最常见的问题是线上资源和课程教学过程联系不够紧密，线上和线下教学过程容易相互孤立。与其他信息化教学资源或平台不同，星图软件既能够提供丰富的线上教学资源，又能够充当线下教学的模拟演示手段，如何将星图软件进行线上线下融合教学形成合力，是“地球概论”线上线下混合式教学过程中亟待解决的问题。针对星图软件进行融合教学资源的筛选及其合理、高效的利用，有助于指导学生更好地建立宇宙空间概念，充分认识地球的宇宙环境，培养宽广的胸怀，并深刻理解“天人合一、道法自然”的理念，寻求永续发展之路，真正落实课程建设的“两性一度”。

参考文獻：

［1］郑晓，张志刚，陈仕涛，等.高等师范院校地球概论课程与高中地理课程衔接探究［J］.中学地理教学参考（下半月），2022（10）：16-20.

［2］李沁毅，邓钧，全汝逸，等.50款软件在高中自然地理教学难点中的应用：功能挖掘与操作介绍［J］.地理教学，2022（2）：59-62.

［3］曹隆坤.高中生科学精神培养模式的探索——以高中地理选修课程《天文学基础》为例［J］. 地理教学，2022（11）：51-55.

［4］程单良，宋玮娴，岳蕾.Stellarium软件在高中地理课堂教学中的应用探究［J］.中学地理教学参考（下半月），2018（6）：38-39.

［5］孙超，张翠.巧用Stellarium天文软件学习“地球的运动”［J］.中学地理教学参考（上半月），2017（2）：43-45.

［6］程绵绵，杨娜，李春燕，等.Stellarium在时间系统教学中的应用［J］.教育教学论坛，2021（30）：132-135.

［7］金开任，王梦梦.运用Stellarium软件突破地理教学难点——以“地球的宇宙环境”为例［J］.地理教学，2022（10）：42-45.

［8］方晴雯，徐俊.软件虚拟情景下中学天文实践活动设计——以“stellarium”为例［J］. 地理教学，2019（10）：59-62.

［9］郑晓，张志刚，陈仕涛，等.高等师范院校地球概论课程与高中地理课程衔接探究［J］. 中学地理教学参考（下半月），2022（10）：16-20.

［10］肖锋军，常菊.Stellarium在“地球概论”课程教学中的辅助应用［J］. 教育教学论坛，2020（33）：285-286.

［11］凌雪怡.基于Stellarium天文软件的天文地理情境创设研究［D］.广州：广州大学，2021.