日食觀測活動課程的設計與實踐

謝凱 陳道華

摘 要：地理學科核心素養指引著地理教學活動的方向，觀測活動課程系統化開發有助于地理實踐力的提升。文章以實現地理學科核心素養的提升為目標，以日食現象原理與觀測方法的探究為核心內容，通過對2020年6月21日的日環食觀測相關活動的設計與實踐，為日食等天文觀測活動課程的開發提供參考。

關鍵詞：地理學科核心素養;日食;觀測活動

天文觀測活動作為天文科學知識普及的重要載體[1]，對學生的天文興趣、科學精神和協作能力有很大的促進，在地理課程的實施中越來越重要。重大天象的觀測具有極強的時效性，地理教師應抓住機遇巧妙設計日食觀測活動，讓地理學科核心素養的培養在天文觀測實踐中落地。2020年6月21日的日環食食分極大（最大食分達0.994）、穿越范圍較廣（環食帶穿越我國西藏、四川、貴州、湖南、江西、福建、臺灣等地），我國環食帶以外的地區均能見到不同程度的日偏食，是日（環）食觀測活動課程開展的絕佳時機。

一、理論奠基——日食原理探究

1.由表象探特征——歸納梳理

興趣是最好的老師，大量精彩的日食圖片呈現能夠增強學生學習的動力。采用2009年7月22日長江日全食、2010年1月15日21世紀最長日環食等精美圖片，呈現絢麗的日環、多彩的貝利珠與鉆石環等教學素材，可以創設良好的教學情境。從現象入手，引發學生對日食的分類與過程進行探究。日食的分類與過程探究宜采用歸納梳理的方式。首先，日食的類型包括日全食、日環食、日環食，而本次觀測的是日環食。其次，鎖定食相過程，根據月球圓面同太陽圓面的位置關系，依次可能出現初虧、食既、食甚、生光、復圓五種食相。再者，分清不同類型日食的食相，日全食與日環食包含全部食相，而日偏食出現初虧、食甚、復圓三種食相，不含食既與生光。

2.由特征尋因果——演繹推導

根據日食的分類與過程，進一步探尋日食的形成原理，可用“日食為何總是發生于農歷初一？”的類似問題引導學生探究太陽、地球和月球三者的位置關系。借助實體模型或三維立體動畫，演繹推導出日、地、月不同位置關系下形成的不同月影，根據不同的月影范圍（本影、半影和偽本影）推導出不同的日食類型（日全食、日偏食、日環食）。可提出“日食的發生，究竟能為我們帶來什么價值？”這樣一個開放性探究問題，讓學生暢所欲言，教師進行歸納，引導學生由視覺上的震撼轉化為人地協調的思考，由個人的滿足上升到科學研究的價值，人地協調觀理念得以體現。

二、虛擬增實——日食過程模擬

1.基于網絡平臺的數據采集

一類天象事件往往備受關注，而許多網絡平臺能提供翔實數據。教師帶領學生搜集網絡平臺所提供的本次日環食相關數據，可通過信息收集、處理、分析提升學生的地理實踐能力并在日食分布地圖的研究中增強學生的區域認知能力。經實踐研究，推薦以下網站平臺查詢本次日環食相關數據：紫金山天文臺、世界日期及時間網、Heavens-above、有趣天文奇觀。

2.基于WWT的環食模擬

萬維望遠鏡（WordWide Telescope，簡稱WWT）能夠將空間及地面諸多大型望遠鏡采集的真實科學數據進行整合，利用可視化和無縫拼接等技術形成“虛擬現實”的全波段數字圖像。WWT網絡資源平臺提供了2009長江日全食、2010年1月15日的日環食等日食漫游作品，三維立體的數字化學習資源，讓學生能更清晰直觀地了解日、地、月三者之間的關系以及日食的發生過程。借助WWT還可指導學生以本次日環食為例，設計日食漫游作品。觀測前，通過查詢網絡預測數據資源，模擬演示本次日環食發生過程;觀測后，利用所拍攝圖像與觀測感受，插入圖片、聲音、文字等內容，豐富漫游演示，形成漫游作品。數字化的演繹，讓學生在日環食的觀測中受益匪淺。

三、實踐增趣——日食觀測實踐

1.日食觀測準備

（1）目標明確。日食觀測是學習的過程，也是體驗的過程，在興趣培養的基礎上應該凸顯課程目標的系統性。從知識層面看，通過觀測活動可加強對日食發生原理的理解。從能力層面看，可學會運用科學的方法對日食各個環節進行觀測并記錄。從素養層面看，觀測實踐是突破地理實踐力的關鍵，也能體現人地協調觀。

（2）地點選擇。指導學生進行地點選擇重視以下三大原則：最大食分原則，借助預測數據尋找所在地最大食分區域大致范圍（食分越大，日面被遮掩的程度就越大）;最闊視場原則，提前踩點或借助衛星地圖確認周邊視場是否開闊、拍照前景是否具有特色;最佳天氣原則，日食發生前，借助精準的天氣預報獲悉日食發生時刻備選地點天氣狀況。

2. 日食觀測方法

日食觀測，因太陽光線極強，容易灼傷眼睛、引發火災等，所以教師應悉心指導學生進行正確的觀測。常見的日食觀測方法包括目視法、小孔成像法、投影觀測法、天文望遠鏡觀測法、相機記錄與觀測法等，教師應根據學生情況分組使用不同方法進行觀測（表1），形成多元化觀測成果。

3. 日食觀測互動

一類天象事件之所以備受關注，不僅僅在于稀缺性和可觀性，還在于相互之間的交流和分享。同樣的日食，不同的學生在不同的區域觀看，食分不同，天上的云彩也不同，將微妙的不同進行分享，能讓實踐課程更有活力。本次日環食期間，筆者所在班級學生開展了不同形式的日食分享，線上的分享與討論異常活躍（圖1）。

四、評價促“進”——日食觀后反思

任何活動和課程都離不開記錄與總結。日食觀測后，應組織學習完善相關記錄，物化相關成果，讓觀測活動課程能更有深度。觀測過程中因心情激動易漏掉一些重要信息，因而在觀測完成后，應給學生一定時間回憶并完善日食記錄，完成《日（環）食觀測活動記錄表》，記錄觀測地的經緯度、海拔、天氣狀況等信息，繪圖表達日食過程太陽形態的變化，寫下觀看時的感受;還應指導學生撰寫《日（環）食觀測報告》，以小論文的形式梳理觀測過程與收獲;匯集學生所拍視頻與照片，制作“日環食影集”或“日環食視頻”;借助學校社團等平臺，開展日食觀測分享活動，為學生提供總結展示的機會（圖2）。

參考文獻：

[1] 王琴. 基于WWT平臺的天文教學模式研究[D].武漢：華中師范大學，2016.

[2] 李建基.如何觀測和拍攝日環食[J].天文愛好者，2012（4）：60-62.