馮 滔楊 先

（1. 遵義航天高級(jí)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(yùn)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(jí)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(duì)于高中地理教學(xué)意義深遠(yuǎn)。本文運(yùn)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(gè)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(duì)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(jìn)行空間位置判定，確定空間分布，分析它們?cè)诳臻g上差異點(diǎn)和共同點(diǎn)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(duì)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(duì)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(diǎn)，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?yán)肅elestia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(shí)能力、空間問題探究能力三個(gè)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(jì)算等功能，能夠帶領(lǐng)我們?cè)谡麄€(gè)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(yùn)動(dòng)過程，同時(shí)也能觀測(cè)太陽的周日運(yùn)動(dòng)。人教版地理必修一行星地球要求學(xué)生具有較強(qiáng)的空間思維能力，如何培養(yǎng)學(xué)生空間思維能力，對(duì)于整個(gè)高中地理學(xué)習(xí)具有很大的深遠(yuǎn)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(bǔ)實(shí)際觀測(cè)受設(shè)備不足及時(shí)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(shí)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(qiáng)化記憶圖，并從整體上把握一些控制性的點(diǎn)、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(duì)的對(duì)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(jí)的畫質(zhì)提升學(xué)生對(duì)于天體的認(rèn)識(shí)，進(jìn)而實(shí)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(duì)地球在空間位置進(jìn)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(jìn)行教學(xué)，不易讓學(xué)生形成地理空間表象，進(jìn)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(yùn)動(dòng)，構(gòu)成地月系；縮小視野（End鍵），地球等8大行星圍繞太陽運(yùn)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(gè)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(jìn)一步地理空間定位打下基礎(chǔ)。

二、空間關(guān)系辨識(shí)能力

對(duì)于高中地理“地球運(yùn)動(dòng)”部分的教學(xué)由于知識(shí)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(diǎn)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(jìn)行演示輔助。傳統(tǒng)教學(xué)媒體以示意圖的形式進(jìn)行展示，缺乏直觀性；對(duì)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(diǎn)。而引入Celestia軟件，充分顯示了地球運(yùn)動(dòng)相關(guān)的空間關(guān)系，引導(dǎo)學(xué)生對(duì)此進(jìn)行辨識(shí)，將抽象的地球運(yùn)動(dòng)理論知識(shí)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(shí)的效率。[3]

案例2 地球運(yùn)動(dòng)方向及晨昏線的演示

進(jìn)入Celestia軟件之后，地球處于屏幕中央，點(diǎn)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(dòng)地球，讓三個(gè)視窗的地球觀測(cè)角度分別為側(cè)視、俯視（北極、南極）。然后按“L”鍵讓時(shí)間加快流逝，以10000倍的速度讓地球運(yùn)動(dòng)起來。學(xué)生可根據(jù)Celestia的演示非常直觀地觀察地球的運(yùn)動(dòng)方向：在北極上空為逆時(shí)針，南極上空為順時(shí)針，側(cè)視圖為自西向東運(yùn)動(dòng)。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?yàn)槔?/p>

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(dòng)地球，使晨線一直居于屏幕中央，設(shè)置時(shí)間為3月21日。然后按“L鍵”，讓時(shí)間加速，觀察太陽直射點(diǎn)移動(dòng)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(diǎn)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(cè)日月食具有很好的效果。通過菜單欄 “時(shí)間>設(shè)置時(shí)間”來設(shè)定時(shí)間點(diǎn)。日月食發(fā)生的時(shí)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(jì)日全食為例，地點(diǎn)選擇武漢。設(shè)定時(shí)間前往，會(huì)發(fā)現(xiàn)地球上有一個(gè)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(cè)。若太陽比較小，則可按逗號(hào)(，)或者句號(hào)（.）調(diào)整視野。觀測(cè)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(duì)地理問題的探究，倡導(dǎo)探究性學(xué)習(xí)”。對(duì)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(diǎn)，而中學(xué)開展空間問題的探究難度在于受到觀測(cè)設(shè)備及觀測(cè)時(shí)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(shí)效的活動(dòng)平臺(tái)，打破了時(shí)空限制，進(jìn)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(shí)也進(jìn)一步加強(qiáng)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(yùn)動(dòng)探究性學(xué)習(xí)

以遵義為觀測(cè)地點(diǎn)，演示二分二至日太陽周日運(yùn)動(dòng)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(diǎn)擊前往，此時(shí)觀測(cè)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(shí)間為3月21日（需要把時(shí)間調(diào)整到日出前，以便更好地觀測(cè)太陽周日運(yùn)動(dòng)的全過程）。按“L”鍵加快時(shí)間流逝，在觀察的時(shí)候按小鍵盤上數(shù)字2、8上下移動(dòng)，4、6左右移動(dòng)。同時(shí)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(duì)夏至、秋分、冬至太陽周日運(yùn)動(dòng)進(jìn)行觀測(cè)。在觀測(cè)的同時(shí)，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(yùn)動(dòng)示意圖（見圖2）。在觀測(cè)過程中，學(xué)生對(duì)太陽的周日運(yùn)動(dòng)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(yùn)動(dòng)軌跡，歸納運(yùn)動(dòng)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(yùn)動(dòng)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(yùn)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(diǎn)，對(duì)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(shí)的教學(xué)，能充分調(diào)動(dòng)學(xué)生的積極性，增強(qiáng)對(duì)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(shí)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(yùn)用，充分認(rèn)識(shí)該軟件對(duì)輔助地理教學(xué)的重要作用。同時(shí)，Celestia還具有很強(qiáng)的可修改性和可擴(kuò)充性，該特點(diǎn)需要地理教師根據(jù)實(shí)際需求校正和添加數(shù)據(jù)，為大家進(jìn)一步探究提供機(jī)會(huì)。

參考文獻(xiàn)：

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

[2] 熊曳,陳實(shí).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(zhǔn)(實(shí)驗(yàn))[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(yùn)動(dòng)軌跡[J]. 地理教學(xué),2013(20):58-59.

（責(zé)任編校：左秀萍）