運用Celestia軟件培養(yǎng)學(xué)生地理空間思維能力

馮 滔楊 先

（1. 遵義航天高級中學(xué), 貴州 遵義 563000; 2. 習(xí)水第五中學(xué), 貴州 習(xí)水 564600）

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運用Celestia軟件培養(yǎng)學(xué)生地理空間思維能力

馮 滔1楊 先2

（1. 遵義航天高級中學(xué), 貴州 遵義 563000; 2. 習(xí)水第五中學(xué), 貴州 習(xí)水 564600）

摘要：地理空間思維能力培養(yǎng)對于高中地理教學(xué)意義深遠。本文運用Celestia軟件從空間定位、空間關(guān)系辨析以及空間問題探究三個方面培養(yǎng)學(xué)生地理空間思維能力，有利于提高學(xué)生的地理學(xué)習(xí)積極性和學(xué)習(xí)效率。

關(guān)鍵詞：地理空間素養(yǎng)；空間思維能力；Celestia.3

地理空間思維是對地理事物、地理現(xiàn)象、地理圖像的觀察、分析、綜合、比較、概括、抽象，從而在頭腦中創(chuàng)造性地形成它們的空間形象，進行空間位置判定，確定空間分布，分析它們在空間上差異點和共同點的心理過程。地理空間思維能力是空間素養(yǎng)的核心部分，直接影響地理學(xué)習(xí)和地理問題分析，所以地理空間思維能力的培養(yǎng)是中學(xué)地理教學(xué)的基本任務(wù)和重要目標(biāo)。[1]

地理空間思維能力的培養(yǎng)對于地理學(xué)習(xí)具有基礎(chǔ)性作用，有利于學(xué)生提高地理學(xué)習(xí)的積極性及學(xué)習(xí)效率。[2]人教版必修一行星地球章節(jié)對學(xué)生空間思維能力要求較高，這部分一直是學(xué)生學(xué)習(xí)的難點，空間思維能力的缺乏讓地理的學(xué)習(xí)枯燥無味。本文嘗試利用Celestia軟件輔助中學(xué)地理教學(xué)，從空間定位能力、空間關(guān)系辨識能力、空間問題探究能力三個方面探究空間思維能力的培養(yǎng)。

Celestia是一款優(yōu)秀的天文地理類軟件，擁有龐大的恒星、星系資料庫和精確的行星軌道計算等功能，能夠帶領(lǐng)我們在整個宇宙里面暢游。它可以演示地球的自轉(zhuǎn)公轉(zhuǎn)、日月食等天體運動過程，同時也能觀測太陽的周日運動。人教版地理必修一行星地球要求學(xué)生具有較強的空間思維能力，如何培養(yǎng)學(xué)生空間思維能力，對于整個高中地理學(xué)習(xí)具有很大的深遠意義。本文利用Celestia軟件輔助高中地理教學(xué)有利于培養(yǎng)學(xué)生空間思維能力，彌補實際觀測受設(shè)備不足及時空的限制。

一、空間定位能力

地理空間定位能力訓(xùn)練通常利用地圖構(gòu)建空間概念，通過讓學(xué)生看圖、析圖、繪圖、憶圖等基本的讀圖、識圖技能訓(xùn)練，參照海陸位置、地理坐標(biāo)、輪廓特征等方法，強化記憶圖，并從整體上把握一些控制性的點、特殊的經(jīng)緯線，從而提高地理空間定位能力。而Celestia，主要針對的對象是天體，有著逼真的天體渲染效果。這些天體，小到人造衛(wèi)星，大到銀河系和河外星系，均有極佳的呈現(xiàn)效果。通過照片級的畫質(zhì)提升學(xué)生對于天體的認識，進而實現(xiàn)空間定位能力的訓(xùn)練。

案例1 宇宙中的地球

“宇宙中的地球”這一節(jié)內(nèi)容核心部分是對地球在空間位置進行定位；傳統(tǒng)的教學(xué)方法依靠老師講授及教材中相關(guān)圖片作為輔助進行教學(xué)，不易讓學(xué)生形成地理空間表象，進而不能較好地培養(yǎng)空間定位能力。打開Celestia，顯示行星軌道（O鍵），可以看到月球圍繞地球運動，構(gòu)成地月系；縮小視野（End鍵），地球等8大行星圍繞太陽運行，構(gòu)成太陽系；同理銀河系宇宙出現(xiàn)在我們視野里面，整個過程操作極為簡單，只有放大縮小的操作，但完美地展現(xiàn)了地球所處的位置，為進一步地理空間定位打下基礎(chǔ)。

二、空間關(guān)系辨識能力

對于高中地理“地球運動”部分的教學(xué)由于知識比較抽象，學(xué)生空間關(guān)系辨析能力較弱，如何突破這部分教學(xué)的難點和培養(yǎng)學(xué)生空間關(guān)系辨析能力一直是我們探究的經(jīng)典問題。傳統(tǒng)的教學(xué)通常采用以教師講授為主，以板圖或者制作Flash進行演示輔助。傳統(tǒng)教學(xué)媒體以示意圖的形式進行展示，缺乏直觀性；對于空間關(guān)系的辨析能力訓(xùn)練不足，導(dǎo)致該部分學(xué)生不易理解，形成學(xué)習(xí)難點。而引入Celestia軟件，充分顯示了地球運動相關(guān)的空間關(guān)系，引導(dǎo)學(xué)生對此進行辨識，將抽象的地球運動理論知識感性化，為學(xué)生提供空間視覺刺激，極大地提高學(xué)生接受知識的效率。[3]

案例2 地球運動方向及晨昏線的演示

進入Celestia軟件之后，地球處于屏幕中央，點擊右鍵選擇“參考向量”——“顯示經(jīng)緯網(wǎng)格”和“顯示明暗邊界線”；然后選擇菜單欄“視窗”——“垂直分割視窗”，把視窗分割成三部分；隨后調(diào)整視窗大小，使其平均分布。右鍵拖動地球，讓三個視窗的地球觀測角度分別為側(cè)視、俯視（北極、南極）。然后按“L”鍵讓時間加快流逝，以10000倍的速度讓地球運動起來。學(xué)生可根據(jù)Celestia的演示非常直觀地觀察地球的運動方向：在北極上空為逆時針，南極上空為順時針，側(cè)視圖為自西向東運動。其次通過晨昏線可以看出由于地球自轉(zhuǎn)，晝夜不斷交替，并直觀地分辨出晨線和昏線。

案例3 晝夜長短變化（北半球為例）

右擊地球，依次選擇“顯示經(jīng)緯網(wǎng)格”、“顯示明暗邊界線”和“顯示太陽方向”；通過右鍵拖動地球，使晨線一直居于屏幕中央，設(shè)置時間為3月21日。然后按“L鍵”，讓時間加速，觀察太陽直射點移動以及北半球晝夜變化的情況。引導(dǎo)學(xué)生分析晝夜長短的變化與太陽直射點之間的關(guān)系，總結(jié)北半球一年內(nèi)的晝夜變化規(guī)律。

案例4 日月食觀察

Celestia觀測日月食具有很好的效果。通過菜單欄 “時間>設(shè)置時間”來設(shè)定時間點。日月食發(fā)生的時間可以通過“導(dǎo)航>星月食查找”來查找。本文以2009年7月22日的長江流域世紀日全食為例，地點選擇武漢。設(shè)定時間前往，會發(fā)現(xiàn)地球上有一個黑斑（月球的投影），讓黑斑位于屏幕中央，按“Ctrl+G”前往地球表面，找到太陽，開始觀測。若太陽比較小，則可按逗號(，)或者句號（.）調(diào)整視野。觀測并記錄日全食過程（見圖1）。

三、空間問題探究能力

新課標(biāo)基本理念指出“重視對地理問題的探究，倡導(dǎo)探究性學(xué)習(xí)”。對地理問題的提出、分析與解決均屬于地理問題探究能力，是地理科學(xué)素養(yǎng)的核心構(gòu)成要素。[4]地理空間問題一直屬于難點，而中學(xué)開展空間問題的探究難度在于受到觀測設(shè)備及觀測時空的限制，所以高中開展地理空間問題的探究幾乎很少。信息技術(shù)則為探究性學(xué)習(xí)提供豐富多彩的、富有實效的活動平臺，打破了時空限制，進一步提升學(xué)生的課堂參與度，突出其主體地位，極大地提高課堂教學(xué)效果。同時也進一步加強學(xué)生空間思維能力的遷移，為地理的學(xué)習(xí)打下基礎(chǔ)性作用。[5]

案例5 太陽周日運動探究性學(xué)習(xí)

以遵義為觀測地點，演示二分二至日太陽周日運動軌跡。選擇菜單欄的“導(dǎo)航>駛向物體”。在彈出的窗口駛向的物體是地球，然后輸入遵義市的經(jīng)度106.93°E，緯度27.7°N。點擊前往，此時觀測的角度在遵義的上空，按“Ctrl+G”鍵前往地球表面，然后選擇菜單欄“渲染”——“顯示設(shè)置”，在坐標(biāo)系里選中地平坐標(biāo)系。然后設(shè)置時間為3月21日（需要把時間調(diào)整到日出前，以便更好地觀測太陽周日運動的全過程）。按“L”鍵加快時間流逝，在觀察的時候按小鍵盤上數(shù)字2、8上下移動，4、6左右移動。同時按左右方向鍵調(diào)整平面旋轉(zhuǎn)視角；根據(jù)上文方法依次對夏至、秋分、冬至太陽周日運動進行觀測。在觀測的同時，讓學(xué)生記錄下表格1的內(nèi)容，并嘗試畫出該地二分二至日的太陽周日運動示意圖（見圖2）。在觀測過程中，學(xué)生對太陽的周日運動過程有了直觀的印象，通過記錄精確數(shù)據(jù)（見表1），描繪運動軌跡，歸納運動規(guī)律，既培養(yǎng)了科學(xué)思維，又鍛煉了探究地理空間問題探究的能力。

表1 二分二至日太陽周日運動數(shù)據(jù)

圖2 遵義市二分二至日日出日落示意

四、結(jié)語

本文簡單介紹了運用Celestia軟件培養(yǎng)地理空間思維能力，可以看出該軟件具有渲染效果極佳、觸控操作方便、教學(xué)效果顯著等特點，對空間定位能力、空間辨析能力、空間問題探究能力的培養(yǎng)具有很大的輔助性。利用Celestia軟件輔助高中天文地理知識的教學(xué)，能充分調(diào)動學(xué)生的積極性，增強對地理學(xué)習(xí)興趣，培養(yǎng)空間思維能力，提升地理空間問題探究能力。但就目前實踐而言，該軟件在高中地理教學(xué)中的應(yīng)用率較低。本文有助于教師初步了解其在培養(yǎng)地理空間思維能力中的運用，充分認識該軟件對輔助地理教學(xué)的重要作用。同時，Celestia還具有很強的可修改性和可擴充性，該特點需要地理教師根據(jù)實際需求校正和添加數(shù)據(jù)，為大家進一步探究提供機會。

參考文獻：

[1] 李家清.中學(xué)地理教學(xué)設(shè)計與案例研究[M].北京:科學(xué)出版社,2012.

[2] 熊曳,陳實.Stellarium在地理多媒體教學(xué)中的應(yīng)用[J].地理教學(xué),2011(14):46-48.

[3] 陽迪成. Celestia軟件在《行星地球》教學(xué)中的應(yīng)用[J]. 中學(xué)地理教學(xué)參考,2010(9):25-26.

[4] 中華人民共和國教育部.高中地理新課程標(biāo)準(實驗)[M].北京:人民教育出版社,2003.

[5] 賀志康.巧用虛擬天文館軟件Stellarium演示太陽周日視運動軌跡[J]. 地理教學(xué),2013(20):58-59.

（責(zé)任編校：左秀萍）