Stellarium在地理多媒体教学中的应用

华中师范大学城市与环境科学学院（430074） 熊 曳 陈 实

一、Stellarium简介

Stellarium 是一款虚拟星像仪的计算机软件。它可以根据观测者所处的时间和地点，计算天空中太阳、月球、行星和恒星的位置，并将其显示出来。它还可以绘制星座、模拟天文现象（如流星雨、日食和月食等)。Stellarium 可以用作学习星空知识的教具，它拥有高质量的画面，可以为一些章节的地理教学提供丰富的教学素材，同时Stellarium本身也可以作为地理多媒体的展示平台。

1. Stellarium的安装

进入Stellarium的官方网站http://www.stellarium.org/或者上网搜索可以下载的网站。下载Stellarium之后，就可以开始软件的安装了。

操作系统需要Linux/Unix、Windows95/98/2000/NT/XP/7000、Mac OS X10.3 或更高版本，支持OpenGL的3D显示卡。若想动画显示流畅，建议使用Voodoo3或TNT2以上显卡。

在装好软件之后，打开界面先按F2可以将语言设置成中文，方便后面进行界面认识及操作。

2. Stellarium的界面介绍

当打开界面，可以将鼠标移动到左侧和下侧，在左侧和下侧分别有一排图标，如图1。

图1 Stellarium的界面

左侧图标从上到下依次为：所在地点、日期/时间、星空及显示、搜索、设定、说明。

下侧图标从左到右依次为：星座连线、星座标示、星座图绘、赤道坐标网格、地平坐标、地面、基点、大气层、星云行星标签、赤道仪/水平仪切换、将已选物体置中（太空）、夜间模式、全屏模式、目镜视图、人造卫星标记、减慢时间速度、正常时间速度、跳至当前时刻、加快时间流逝、退出。

在界面的左上方为鼠标选中天体的相关信息，如视星等、绝对星等、方位角等。

在下侧图标上一排显示的文字从左到右依次为当前观测点、视野、影像刷新率、当前观测时间。

3. 常用操作介绍

表1中列举出了Stellarium这款软件中使用比较多的操作，方便使用这款软件的老师和学生迅速上手。如果想知道更多的操作可以参见软件中的说明。

表1 常用操作

二、Stellarium在地理多媒体教学中的应用

1. 丰富教学资源

教学资源是为教学的有效开展提供的各种可资利用的条件，通常包括教材、案例、影视、图片、课件等，也包括教师资源、教具、基础设施等，广义也应该涉及到教育政策等内容。将Stellarium这款软件引入地理教学，可以在以下方面丰富教学资源：

（1）逼真的教学图片

Stellarium这款软件有一个画面快照的功能（ctrl+s）。通过这个功能的使用，可以将这款软件中呈现出来的画面保存下来供教学使用。由于这款软件中天体的图像是仿造真实天体设计且具有很高的清晰度，因此保存下来的教学图片的逼真度高。这些高逼真度的天体图片可以帮助学生在了解天体的时候更易得到关于天体特性的直观认识。比如，土星的光环。

（2）生动的教学视频

Stellarium这款软件可以真实地模拟宇宙中天体的运动，因此在地理教学中可以通过这款软件给学生动态地演示一些美丽而神奇的地理天象，具备视频的功能，而且比普通视频效果更加生动逼真。更重要的是由于这款软件有加快时间流逝的功能，操作者可以自由控制天象发生的速度，因此可以让学生不必花费大量时间等待天象发生，从而可以在有限的课堂教学时间内观看很多天象的教学视频。如实例一中流星雨的发生过程。

实例一：从地球观察流星雨

首先上网搜索一下流星雨发生的时间地点。

然后点击时间/日期的图标，设置时间为流星雨发生日；并点击所在地点的图标将观测点设置在能够看到流星雨的地点；再点击星空及显示的图标，将流星天顶小时率调到最大。（如果需要，也可以直接搜索到流星雨命名的星座，放大那个星座进行观测。）

最后观察流星雨的发生，如图2。

图2 流星雨

（3）天然的教学课件

Stellarium这款软件由于在开发中嵌入了天体的资料，如天体的视星等、绝对星等、赤经/赤纬、方位角等，因此当选中某天体时，在屏幕的左上角就会显示选中天体的相应资料。这一功能使得这款软件可以在学生学习认识天体之间相对位置时直接作为课件使用。并且由于这款软件可以通过赤道坐标网格和地平坐标这两个图标显示不同的坐标系，变抽象的空间位置关系为实像。因此它若作为教学课件可以进一步帮助学生认识天体之间的相对位置，培养学生的空间想象和思维能力。如学习八大行星绕日旋转时的相对位置。

2. 创新教学方法

教学方法是教师和学生为了实现共同的教学目标，完成共同的教学任务，在教学过程中运用的方式与手段的总称。教学方法的多样化可以改变传统的教育观念，真正的做到“以学论教”。教师根据不同的教学内容和不同的教学对象采取不同的教法来指导学生的学法，有利于学生创新思维的形成与发展。

（1）教法的创新

在传统教学中，由于宇宙的知识学生无法直接观察，因此教师一般可能只会在黑板上画图或者用flash动画演示来进行宇宙知识的讲解，教师主要采取讲授法。Stellarium形象直观，交互性强，将之引入地理教学中可以让学生亲身实践，将单一的教师讲授法转变为讲授法与探究式、启发式、讨论式等教学方法相配合以达到教学效果最优化。比如实例二中观察日食。

实例二：从地球观察日食

首先上网搜索一下日食发生的时间地点。

然后点击时间/日期的图标，设置时间为日食发生日；并点击所在地点的图标将观测点设置在能够看到日食的地点。

最后观察日食的发生。（如果想日食发生的速度快一点，可以点击加快时间流逝的图标，让日食发生的速度加快。）

以2009年7月22日武汉观察到的日食为例，具体过程如下图3：

图3 日食过程图

（2）学法的创新

在学习月食时，传统的学法是学生按照教师给他们选取的角度进行观察学习，每个人的实验结果都是一样的，而这款软件的使用就充分满足了学生的好奇心，让学生合作探究，学生可以通过改变观测点来观察不同地点观察到的月食现象。另一方面，由于这款软件可以将观测点从地球移到别的天体上（ctrl+g），因此学生可以自主地从另一个角度去探究月食的发生过程及成因。总之，使用Stellarium这款软件可以使学生学会自主学习，并使用多角度观察问题的学习方法。比如实例三从太阳上观察月食。

实例三：从太阳观察月食

首先上网搜索一下月食发生的时间，然后点击时间/日期的图标，设置时间为月食发生日；并选中太阳，用ctrl+g将观测点改为太阳；为了观测方便，选中地球按空格键，将地球置于屏幕中央。最后观察月食发生时月球与地球相对位置的变化。

以2007年8月28日太阳上观察到月食为例，具体过程如下图4：

图4 月食过程图

3. 优化教学过程

教学过程，即指教学活动的展开过程，是教师根据一定的社会要求和学生身心发展的特点，借助一定的教学条件，指导学生主要通过认识教学内容从而认识客观世界，并在此基础之上发展自身的过程。在教学过程中，教师可以借助这款软件高质量的画面以及简单的操作，鼓励学生自己动手操作，在教学过程中激发学生的兴趣，增进对知识的理解，发挥学生的自主建构能力，从而优化教学过程，让学生更好地通过认识教学内容来认识客观世界，并在此基础之上发展自身。

（1）激发学生的学习兴趣

俄国文学泰斗托尔斯泰曾说过：“成功的教学所需要的不是强制，而是激发学生的兴趣。”那么，调动学生学习的积极性，最大限度地激活学生潜在的学习欲望，就是课堂成功的关键。将Stellarium这款软件引入地理教学就能充分激发学生的学习兴趣。因为这款软件能够将很多美丽神奇的天文现象（如流星雨、极光）呈现在学生的眼前，弥补学生由于时空限制带来的许多天文现象观测不到的遗憾，从而调动学生的兴趣。另一方面，由于这款软件能够让学生自己在动手操作中学习教学内容，改变了传统教学中以教师讲授为主的课堂模式，充分发挥了学生学习的自主性，易于得到学生的青睐。

（2）增进学生的知识理解

Stellarium这款软件对整个宇宙情况的仿真度高，能够充分模拟宇宙的实际情况，因此学生在利用这款软件学习时，可以充分模拟真实宇宙情况来验证书面上的一些说法，从而增进学生理解。如“寻找北极星：沿着北斗七星勺子部分不靠近勺柄的那两个星的连线，向勺口方向延长约5倍就是北极星。”通常情况下教师会画一个简图来解释，但是由于学生没有亲眼见到真实的情况，还是会有疑惑不理解，这款软件就能真实再现画面帮助学生理解。如案例四。

案例四：根据星座寻找北极星

首先利用搜索功能输入“大熊座”找到北斗七星，调整到合适大小。

北斗七星属大熊星座的一部分，它与北极星总是保持着一定的位置关系不停地旋转。当找到北斗星后，沿着勺边A、B两星的连线，向勺口方向延伸，在约为A、B两星间隔的5倍处，有一颗较明亮的星，就是北极星，如图5。

图5 寻找北极星

（3）发挥学生的自主建构

建构主义认为，知识不是通过教师传授得到，而是学习者在一定的情境即社会文化背景下，借助他人的帮助，利用必要的学习资料，通过意义建构的方式获得的。由于学习是在一定的情境即社会文化背景下，借助其他人的帮助即通过人际间的协作活动而实现的意义建构过程，因此建构主义学习理论认为“情境”、“协作”、“交流”和“意义建构”是学习环境中的四大要素或四大属性。传统的以教师为主的讲授式教学模式尽管知识讲解的层次清楚，但是在发挥学生的自主建构能力方面有所欠缺，这种教学模式不利于学生创新思维的培养。

将Stellarium这款软件引入地理教学，可以从四个方面帮助学生完成建构过程。首先它所提供的丰富的虚拟天文景象可以给学生创设多样的学习情境；其次，依托这款软件，学生可以自己分组协作进行学习；再则，学生小组内协作学习的过程需要通过交流来商讨如何完成规定的学习任务达到意义建构的目标，因此协作学习的过程就是交流的过程；最后，学生在多样的情境下协作交流，从而完成意义建构。另一方面，这款软件让学生在做中学，课堂的信息容量是由学生自己去开发，可以满足不同层次学生的学习需要，充分发挥学生的自主建构能力。

三、结语

通过前文中对Stellarium的简介以及对这款软件在地理教学中的应用的分析，我们不难发现这款星空观测软件具有画质清晰，直观性强，动态性明显，交互性突出的特点，它能够很好地满足星空地理教学的需要。现行高中地理教材为三本必修、七本选修，这款星空软件能够很好地辅助“必修一”第一章“行星地球”的讲解，也能很好地辅助选修教材《宇宙与地球》的讲解。这款星空软件能够将学生平时很难观测到的一些天体及天象真实地呈现到学生面前，让学生能够在地理课堂上一起观测到美丽的天象，并且能够将一些宇宙中比较抽象的知识现象通过软件的再现让学生们在自己动手操作中形象地理解。将星空软件引入课堂，不仅可以提高学生的学习兴趣，而且可以充分发挥学生学习的主体性。

但是需注意的是本文中所提到的仅仅只是这款软件功能的一部分，更多能够运用到地理教学中的功能还需要地理教师们共同去探索和挖掘。