Stellarium在地理多媒體教學中的應用

華中師范大學城市與環境科學學院（430074） 熊 曳 陳 實

一、Stellarium簡介

Stellarium 是一款虛擬星像儀的計算機軟件。它可以根據觀測者所處的時間和地點，計算天空中太陽、月球、行星和恒星的位置，并將其顯示出來。它還可以繪制星座、模擬天文現象（如流星雨、日食和月食等)。Stellarium 可以用作學習星空知識的教具，它擁有高質量的畫面，可以為一些章節的地理教學提供豐富的教學素材，同時Stellarium本身也可以作為地理多媒體的展示平臺。

1. Stellarium的安裝

進入Stellarium的官方網站http://www.stellarium.org/或者上網搜索可以下載的網站。下載Stellarium之后，就可以開始軟件的安裝了。

操作系統需要Linux/Unix、Windows95/98/2000/NT/XP/7000、Mac OS X10.3 或更高版本，支持OpenGL的3D顯示卡。若想動畫顯示流暢，建議使用Voodoo3或TNT2以上顯卡。

在裝好軟件之后，打開界面先按F2可以將語言設置成中文，方便后面進行界面認識及操作。

2. Stellarium的界面介紹

當打開界面，可以將鼠標移動到左側和下側，在左側和下側分別有一排圖標，如圖1。

圖1 Stellarium的界面

左側圖標從上到下依次為：所在地點、日期/時間、星空及顯示、搜索、設定、說明。

下側圖標從左到右依次為：星座連線、星座標示、星座圖繪、赤道坐標網格、地平坐標、地面、基點、大氣層、星云行星標簽、赤道儀/水平儀切換、將已選物體置中（太空）、夜間模式、全屏模式、目鏡視圖、人造衛星標記、減慢時間速度、正常時間速度、跳至當前時刻、加快時間流逝、退出。

在界面的左上方為鼠標選中天體的相關信息，如視星等、絕對星等、方位角等。

在下側圖標上一排顯示的文字從左到右依次為當前觀測點、視野、影像刷新率、當前觀測時間。

3. 常用操作介紹

表1中列舉出了Stellarium這款軟件中使用比較多的操作，方便使用這款軟件的老師和學生迅速上手。如果想知道更多的操作可以參見軟件中的說明。

表1 常用操作

二、Stellarium在地理多媒體教學中的應用

1. 豐富教學資源

教學資源是為教學的有效開展提供的各種可資利用的條件，通常包括教材、案例、影視、圖片、課件等，也包括教師資源、教具、基礎設施等，廣義也應該涉及到教育政策等內容。將Stellarium這款軟件引入地理教學，可以在以下方面豐富教學資源：

（1）逼真的教學圖片

Stellarium這款軟件有一個畫面快照的功能（ctrl+s）。通過這個功能的使用，可以將這款軟件中呈現出來的畫面保存下來供教學使用。由于這款軟件中天體的圖像是仿造真實天體設計且具有很高的清晰度，因此保存下來的教學圖片的逼真度高。這些高逼真度的天體圖片可以幫助學生在了解天體的時候更易得到關于天體特性的直觀認識。比如，土星的光環。

（2）生動的教學視頻

Stellarium這款軟件可以真實地模擬宇宙中天體的運動，因此在地理教學中可以通過這款軟件給學生動態地演示一些美麗而神奇的地理天象，具備視頻的功能，而且比普通視頻效果更加生動逼真。更重要的是由于這款軟件有加快時間流逝的功能，操作者可以自由控制天象發生的速度，因此可以讓學生不必花費大量時間等待天象發生，從而可以在有限的課堂教學時間內觀看很多天象的教學視頻。如實例一中流星雨的發生過程。

實例一：從地球觀察流星雨

首先上網搜索一下流星雨發生的時間地點。

然后點擊時間/日期的圖標，設置時間為流星雨發生日；并點擊所在地點的圖標將觀測點設置在能夠看到流星雨的地點；再點擊星空及顯示的圖標，將流星天頂小時率調到最大。（如果需要，也可以直接搜索到流星雨命名的星座，放大那個星座進行觀測。）

最后觀察流星雨的發生，如圖2。

圖2 流星雨

（3）天然的教學課件

Stellarium這款軟件由于在開發中嵌入了天體的資料，如天體的視星等、絕對星等、赤經/赤緯、方位角等，因此當選中某天體時，在屏幕的左上角就會顯示選中天體的相應資料。這一功能使得這款軟件可以在學生學習認識天體之間相對位置時直接作為課件使用。并且由于這款軟件可以通過赤道坐標網格和地平坐標這兩個圖標顯示不同的坐標系，變抽象的空間位置關系為實像。因此它若作為教學課件可以進一步幫助學生認識天體之間的相對位置，培養學生的空間想象和思維能力。如學習八大行星繞日旋轉時的相對位置。

2. 創新教學方法

教學方法是教師和學生為了實現共同的教學目標，完成共同的教學任務，在教學過程中運用的方式與手段的總稱。教學方法的多樣化可以改變傳統的教育觀念，真正的做到“以學論教”。教師根據不同的教學內容和不同的教學對象采取不同的教法來指導學生的學法，有利于學生創新思維的形成與發展。

（1）教法的創新

在傳統教學中，由于宇宙的知識學生無法直接觀察，因此教師一般可能只會在黑板上畫圖或者用flash動畫演示來進行宇宙知識的講解，教師主要采取講授法。Stellarium形象直觀，交互性強，將之引入地理教學中可以讓學生親身實踐，將單一的教師講授法轉變為講授法與探究式、啟發式、討論式等教學方法相配合以達到教學效果最優化。比如實例二中觀察日食。

實例二：從地球觀察日食

首先上網搜索一下日食發生的時間地點。

然后點擊時間/日期的圖標，設置時間為日食發生日；并點擊所在地點的圖標將觀測點設置在能夠看到日食的地點。

最后觀察日食的發生。（如果想日食發生的速度快一點，可以點擊加快時間流逝的圖標，讓日食發生的速度加快。）

以2009年7月22日武漢觀察到的日食為例，具體過程如下圖3：

圖3 日食過程圖

（2）學法的創新

在學習月食時，傳統的學法是學生按照教師給他們選取的角度進行觀察學習，每個人的實驗結果都是一樣的，而這款軟件的使用就充分滿足了學生的好奇心，讓學生合作探究，學生可以通過改變觀測點來觀察不同地點觀察到的月食現象。另一方面，由于這款軟件可以將觀測點從地球移到別的天體上（ctrl+g），因此學生可以自主地從另一個角度去探究月食的發生過程及成因。總之，使用Stellarium這款軟件可以使學生學會自主學習，并使用多角度觀察問題的學習方法。比如實例三從太陽上觀察月食。

實例三：從太陽觀察月食

首先上網搜索一下月食發生的時間，然后點擊時間/日期的圖標，設置時間為月食發生日；并選中太陽，用ctrl+g將觀測點改為太陽；為了觀測方便，選中地球按空格鍵，將地球置于屏幕中央。最后觀察月食發生時月球與地球相對位置的變化。

以2007年8月28日太陽上觀察到月食為例，具體過程如下圖4：

圖4 月食過程圖

3. 優化教學過程

教學過程，即指教學活動的展開過程，是教師根據一定的社會要求和學生身心發展的特點，借助一定的教學條件，指導學生主要通過認識教學內容從而認識客觀世界，并在此基礎之上發展自身的過程。在教學過程中，教師可以借助這款軟件高質量的畫面以及簡單的操作，鼓勵學生自己動手操作，在教學過程中激發學生的興趣，增進對知識的理解，發揮學生的自主建構能力，從而優化教學過程，讓學生更好地通過認識教學內容來認識客觀世界，并在此基礎之上發展自身。

（1）激發學生的學習興趣

俄國文學泰斗托爾斯泰曾說過：“成功的教學所需要的不是強制，而是激發學生的興趣。”那么，調動學生學習的積極性，最大限度地激活學生潛在的學習欲望，就是課堂成功的關鍵。將Stellarium這款軟件引入地理教學就能充分激發學生的學習興趣。因為這款軟件能夠將很多美麗神奇的天文現象（如流星雨、極光）呈現在學生的眼前，彌補學生由于時空限制帶來的許多天文現象觀測不到的遺憾，從而調動學生的興趣。另一方面，由于這款軟件能夠讓學生自己在動手操作中學習教學內容，改變了傳統教學中以教師講授為主的課堂模式，充分發揮了學生學習的自主性，易于得到學生的青睞。

（2）增進學生的知識理解

Stellarium這款軟件對整個宇宙情況的仿真度高，能夠充分模擬宇宙的實際情況，因此學生在利用這款軟件學習時，可以充分模擬真實宇宙情況來驗證書面上的一些說法，從而增進學生理解。如“尋找北極星：沿著北斗七星勺子部分不靠近勺柄的那兩個星的連線，向勺口方向延長約5倍就是北極星。”通常情況下教師會畫一個簡圖來解釋，但是由于學生沒有親眼見到真實的情況，還是會有疑惑不理解，這款軟件就能真實再現畫面幫助學生理解。如案例四。

案例四：根據星座尋找北極星

首先利用搜索功能輸入“大熊座”找到北斗七星，調整到合適大小。

北斗七星屬大熊星座的一部分，它與北極星總是保持著一定的位置關系不停地旋轉。當找到北斗星后，沿著勺邊A、B兩星的連線，向勺口方向延伸，在約為A、B兩星間隔的5倍處，有一顆較明亮的星，就是北極星，如圖5。

圖5 尋找北極星

（3）發揮學生的自主建構

建構主義認為，知識不是通過教師傳授得到，而是學習者在一定的情境即社會文化背景下，借助他人的幫助，利用必要的學習資料，通過意義建構的方式獲得的。由于學習是在一定的情境即社會文化背景下，借助其他人的幫助即通過人際間的協作活動而實現的意義建構過程，因此建構主義學習理論認為“情境”、“協作”、“交流”和“意義建構”是學習環境中的四大要素或四大屬性。傳統的以教師為主的講授式教學模式盡管知識講解的層次清楚，但是在發揮學生的自主建構能力方面有所欠缺，這種教學模式不利于學生創新思維的培養。

將Stellarium這款軟件引入地理教學，可以從四個方面幫助學生完成建構過程。首先它所提供的豐富的虛擬天文景象可以給學生創設多樣的學習情境；其次，依托這款軟件，學生可以自己分組協作進行學習；再則，學生小組內協作學習的過程需要通過交流來商討如何完成規定的學習任務達到意義建構的目標，因此協作學習的過程就是交流的過程；最后，學生在多樣的情境下協作交流，從而完成意義建構。另一方面，這款軟件讓學生在做中學，課堂的信息容量是由學生自己去開發，可以滿足不同層次學生的學習需要，充分發揮學生的自主建構能力。

三、結語

通過前文中對Stellarium的簡介以及對這款軟件在地理教學中的應用的分析，我們不難發現這款星空觀測軟件具有畫質清晰，直觀性強，動態性明顯，交互性突出的特點，它能夠很好地滿足星空地理教學的需要。現行高中地理教材為三本必修、七本選修，這款星空軟件能夠很好地輔助“必修一”第一章“行星地球”的講解，也能很好地輔助選修教材《宇宙與地球》的講解。這款星空軟件能夠將學生平時很難觀測到的一些天體及天象真實地呈現到學生面前，讓學生能夠在地理課堂上一起觀測到美麗的天象，并且能夠將一些宇宙中比較抽象的知識現象通過軟件的再現讓學生們在自己動手操作中形象地理解。將星空軟件引入課堂，不僅可以提高學生的學習興趣，而且可以充分發揮學生學習的主體性。

但是需注意的是本文中所提到的僅僅只是這款軟件功能的一部分，更多能夠運用到地理教學中的功能還需要地理教師們共同去探索和挖掘。