利用Stellarium模擬觀察月相的嘗試

周紅星

（金華市教育局教研室, 浙江 金華 321017）

利用Stellarium模擬觀察月相的嘗試

周紅星

（金華市教育局教研室, 浙江 金華 321017）

在地理必修I教材（湘教版P9）第一單元有“觀察月相”的實踐活動：“要求學(xué)生從農(nóng)歷初一開始，連續(xù)觀察一個月內(nèi)月球的形狀和它在天空中位置的變化。并要求逐日記錄月球在天空中的方位、地平高度和亮面突出方向的變化”。在調(diào)查中發(fā)現(xiàn)，很少有學(xué)生或?qū)W校能夠完整地完成觀察的任務(wù)，究其原因，其一，從教學(xué)的角度，一個月時間地球運動的教學(xué)任務(wù)已經(jīng)結(jié)束，實踐活動與教學(xué)內(nèi)容不能做到同步；其二，從學(xué)生的角度，堅持一個月時間需要付出較多的時間和精力；其三，從環(huán)境的角度，現(xiàn)在大部分高中學(xué)校都向城市集聚，城市夜晚光污染和大氣污染比較嚴(yán)重，大大影響了觀察星空的效果。我嘗試著借助Stellarium（天文虛擬館）軟件模擬月相觀察，實現(xiàn)了時空跨越，讓一個月的觀察活動在一天內(nèi)得以實現(xiàn)，能夠發(fā)揮較好的效果。

一、模擬觀察月相活動的準(zhǔn)備

1. Stellarium軟件操作技術(shù)的準(zhǔn)備

學(xué)生對Stellarium的相關(guān)功能有初步的了解是模擬觀察活動能否順利完成的基本條件?；顒忧翱梢岳媒處熝菔局v解和學(xué)生實踐操作相結(jié)合的方式，把與月相觀察密切相關(guān)的幾個按鈕功能介紹給學(xué)生。Stellarium相關(guān)的功能鍵主要分布在界面的左側(cè)和底端，主要功能介紹如下：

2.適當(dāng)?shù)脑虑蛑R儲備

有很多關(guān)于月球的知識，在高中地理教學(xué)中并不作要求，卻是學(xué)生感興趣的知識。給予學(xué)生適當(dāng)?shù)闹R儲備可以大大提高活動的效果。

(1)有關(guān)月球的基本知識

活動前教師通過文本的形式把有關(guān)月球的知識分發(fā)給學(xué)生，主要包括月球的體積、質(zhì)量，月球運動的方向、周期，月地之間的距離等。

(2)月相變化的基本原理

運用圖示的方式幫助學(xué)生理解日、月、地三者之間的位置關(guān)系，下圖為教師繪制的示意圖：①月球面對著太陽的這一面是亮的，背對著太陽的這一面是黑的；②月球繞著地球公轉(zhuǎn)時，從地球上看到月球被照亮的不同部分，所以月球的形狀在不斷地發(fā)生變化；③圖中數(shù)字表示的是地球上的地方時（根據(jù)地球與太陽的位置關(guān)系得出），如12表示正午，0表示午夜，依據(jù)示意圖很容易得出：在地球上能夠看到新月的時間是6點到18點，能夠看到上弦月的時間是12點到0點，能夠看到滿月的時間是18點到第二天6點，能夠看到下弦月的時間是0點到12點。

月相的形成原理示意圖

(3)月食發(fā)生的基本原理

月食是特殊的天文現(xiàn)象，同樣用示意圖的方式呈現(xiàn)給學(xué)生，幫助學(xué)生理解月食的形成原理。如下圖，當(dāng)月球進(jìn)入地球的本影時，月食就發(fā)生了。通過讀圖還可以得出月食過程中月面先虧損于東緣，而復(fù)圓于西緣等基本知識。

月食的形成原理示意圖

(4)提供月球探索的例子

通過文本和圖片的形式為學(xué)生提供世界各國探索月球的例子，激發(fā)學(xué)生探究的欲望和興趣。如1969年7月16日美國“阿波羅”登月活動的介紹；2013年12月14日，搭載中國首輛月球車“玉兔號”的月球探測器“嫦娥三號”在月球上成功降落等。

(5)提供月球有關(guān)的詩詞

優(yōu)美的詩詞能夠激發(fā)學(xué)生探究的樂趣。探究活動中教師適當(dāng)收集一些描寫月亮的古詩詞，可以增加活動的文化品位，如白居易的《暮江吟》“可憐九月初三夜，露似珍珠月似弓”，歐陽修的《生查子·元夕》“月上柳梢頭，人約黃昏后”等。

二、以任務(wù)單的形式實施模擬觀察活動

針對本次活動，教師設(shè)計了四項觀察任務(wù)，并以任務(wù)單的形式呈現(xiàn)。任務(wù)單主要由觀察內(nèi)容、探究思考和知識拓展等三個部分組成，附錄了一些記錄數(shù)據(jù)的表格。任務(wù)單要求明確，操作簡便，這樣學(xué)生在老師的指導(dǎo)下通過Stellarium軟件觀察月相就可以避免隨意性和無序性，提高觀察活動的有效性。

（一）任務(wù)單一：觀察月球的表面形態(tài)

【觀察內(nèi)容1】通過Stellarium軟件在屏幕上找到月球，移動鼠標(biāo)滾輪，放大月球圖像，找到月球表面的隕石坑、環(huán)形山、月海等景觀，并用截屏的方式記錄月球的表面形態(tài)（如下圖）。

通過Stellarium軟件截屏的月球形態(tài)

【探究思考】（1）用自己的語言描述隕石坑、環(huán)形山、月海等形態(tài)的主要特點，并想一想這些月表形態(tài)是怎樣形成的？（2）為什么我們只能看到月球的同一面？上網(wǎng)查找月球另一面的圖片，比較兩張圖片中月陸和月海分布的差異。

【知識拓展】月面上存在著明暗對比明顯的兩類區(qū)域，亮區(qū)是高地，暗區(qū)是凹陷地形。高地主要是富鋁斜長巖，反照率較大；低地是灰黑的玄武巖，灰暗、平坦的低地形區(qū)看上去似水域，被人們稱為洋、海、湖等。月球海陸分布的大勢是“陸多海少”，面積最大的是風(fēng)暴洋，其次是雨海和靜海。月坑是地質(zhì)年代中隕星斷續(xù)沖擊的產(chǎn)物。

（二）任務(wù)單二：觀察月相和月球地平高度隨時間的變化

【觀察內(nèi)容2】月球地平高度的變化。打開Stellarium軟件頁面，選擇觀察的時間，找到月球后，鼠標(biāo)點擊月球，在界面左上角會詳細(xì)呈現(xiàn)月球的赤經(jīng)、赤緯、方位角和高度角，根據(jù)學(xué)生觀察的需要在記錄單上詳細(xì)記錄月球在天空中的方位和地平的高度。下圖為2013年9月10日20點的頁面，需要記錄的數(shù)據(jù)能夠直接在頁面上獲得，如果用截屏的方式記錄則更為直觀。

1．同一日期不同時刻月球的地平高度。通過“加速時間流逝”按鈕，一天的時間流逝可以加速到1～2分鐘內(nèi)完成。為了便于觀察，可以選擇滿月、上弦月（或下弦月）兩天作為觀察的日期，可以用表格的形式記錄每個小時月球的地平高度，也可以用截屏的方式記錄。用圖片的方式記錄能夠比較直觀地反映出月球地平高度的變化特點。

2．不同日期同一時刻月球的地平高度。連續(xù)記錄一個月同一時刻（如20點）月球的地平高度，同樣可以用表格的形式，也可以用錄屏的方式記錄，并根據(jù)記錄結(jié)果歸納月球地平高度的變化特點。

【觀察內(nèi)容3】連續(xù)一個月月球的圓缺變化狀況。移動鼠標(biāo)，放大月球圖片，根據(jù)“選擇時間”按鈕，連續(xù)一個月，日期不同，時刻相同（如每天晚上8點），并用截屏的方式保留每天的照片（下圖為2013年9月部分日期月相變化的截屏圖片），并對照片進(jìn)行比對，然后歸納月球圓缺變化的特點。

9月10日（初三）

9月13日（初九）

9月15日（農(nóng)歷十一）

9月18日（農(nóng)歷十四）

9月23日（農(nóng)歷十九）

【探究思考】（1）描述不同日期月相的分布特點，以及不同日期亮面突出方向的變化；（2）詳細(xì)記錄月球圓缺變化的周期；（3）歸納月球地平高度隨時間的變化特點。

（三）任務(wù)單三：觀察月食發(fā)生的全過程

【觀察內(nèi)容4】通過網(wǎng)絡(luò)查找“百年月食表”，選擇三個時間進(jìn)行觀察：（1）已經(jīng)發(fā)生的月食，讓已經(jīng)消逝的天文現(xiàn)象得以重現(xiàn)，如選擇2006．9．8凌晨2:05的月食；（2）即將發(fā)生的月食，為不久以后的實地觀察做好鋪墊，如選擇2014．10．8下午17:14的月食；（3）幾十年后才會發(fā)生的月食，暢想一下美好的未來，感受科學(xué)的神奇力量，如選擇2025．9．8凌晨00:26的月食（如右圖）。通過模擬觀察，學(xué)生們在這里穿越了時空隧道，感受了自然界神奇的力量。選擇其中最典型的月食發(fā)生觀察，用錄屏軟件進(jìn)行記錄月食發(fā)生的全過程。

2025年9月8日月食景觀

【探究思考】在觀察的基礎(chǔ)上，要求學(xué)生根據(jù)對月食的理解，用繪制示意圖的形式向其他同學(xué)介紹月食發(fā)生的原理。

三、模擬觀察月相活動的反思

1.讓模擬活動與實地觀察相結(jié)合

用Stellarium軟件觀察月相，可以跨越時空實現(xiàn)全方位觀察，讓空間思維活動形象化、生動化，可以激發(fā)學(xué)生探究的欲望和探究的興趣，同時可以避免天氣、環(huán)境污染等因素對觀察活動的制約，有著很大的優(yōu)越性。但是學(xué)生的實地戶外觀察星空活動卻會有意想不到的效果，清新的空氣、習(xí)習(xí)的涼風(fēng)、皎潔的月光一定能夠激發(fā)學(xué)生更多的遐想和思考，那是Stellarium軟件永遠(yuǎn)都無法達(dá)到的效果。在實際探究活動中，月球的方位、月相的變化、星空的閃爍、星座的位置都變得那么真實。因此在模擬活動結(jié)束后讓學(xué)生感受真實的星空一定是必不可少的。

2.讓獨立觀察與小組合作相結(jié)合

觀察活動除了有個人獨立操作的時間，還必需安排小組合作交流的時間，這樣學(xué)生探究的成果才能讓更多的學(xué)生得到分享，也有利于激發(fā)更多的同學(xué)提出觀察活動中以及學(xué)習(xí)中遇到的疑惑，如：在月球上能夠看到地球從月平面上冉冉升起嗎？為什么插在月球上的美國國旗會迎風(fēng)招展？為什么宇航員留在月球上的腳印會那么清晰？小組合作可以發(fā)揮更多同學(xué)的優(yōu)勢，讓觀察活動的作用發(fā)揮到更大。

3.讓動態(tài)演示和靜態(tài)圖像相結(jié)合

借助Stellarium軟件使月相觀察變得簡單而直觀，更重要的是培養(yǎng)學(xué)生用動態(tài)的思維來理解靜態(tài)的地理圖象。不過在觀察活動中，僅僅用動態(tài)的圖像來理解月相的變化過程其實是一個比較簡單的思維過程，如果在觀察的基礎(chǔ)上讓學(xué)生畫出靜態(tài)的示意圖來表示月球的運動特征，就實現(xiàn)了知識的深加工，促進(jìn)學(xué)生思維的發(fā)展，提升了學(xué)生的空間思維能力，例如學(xué)生借助Stellarium軟件理解了月球的運動特征和能夠繪制簡圖來描述月球的運動特征就屬于兩種不同的思維層次。