利用Stellarium模拟观察月相的尝试

周红星

（金华市教育局教研室, 浙江 金华 321017）

利用Stellarium模拟观察月相的尝试

周红星

（金华市教育局教研室, 浙江 金华 321017）

在地理必修I教材（湘教版P9）第一单元有“观察月相”的实践活动：“要求学生从农历初一开始，连续观察一个月内月球的形状和它在天空中位置的变化。并要求逐日记录月球在天空中的方位、地平高度和亮面突出方向的变化”。在调查中发现，很少有学生或学校能够完整地完成观察的任务，究其原因，其一，从教学的角度，一个月时间地球运动的教学任务已经结束，实践活动与教学内容不能做到同步；其二，从学生的角度，坚持一个月时间需要付出较多的时间和精力；其三，从环境的角度，现在大部分高中学校都向城市集聚，城市夜晚光污染和大气污染比较严重，大大影响了观察星空的效果。我尝试着借助Stellarium（天文虚拟馆）软件模拟月相观察，实现了时空跨越，让一个月的观察活动在一天内得以实现，能够发挥较好的效果。

一、模拟观察月相活动的准备

1. Stellarium软件操作技术的准备

学生对Stellarium的相关功能有初步的了解是模拟观察活动能否顺利完成的基本条件。活动前可以利用教师演示讲解和学生实践操作相结合的方式，把与月相观察密切相关的几个按钮功能介绍给学生。Stellarium相关的功能键主要分布在界面的左侧和底端，主要功能介绍如下：

2.适当的月球知识储备

有很多关于月球的知识，在高中地理教学中并不作要求，却是学生感兴趣的知识。给予学生适当的知识储备可以大大提高活动的效果。

(1)有关月球的基本知识

活动前教师通过文本的形式把有关月球的知识分发给学生，主要包括月球的体积、质量，月球运动的方向、周期，月地之间的距离等。

(2)月相变化的基本原理

运用图示的方式帮助学生理解日、月、地三者之间的位置关系，下图为教师绘制的示意图：①月球面对着太阳的这一面是亮的，背对着太阳的这一面是黑的；②月球绕着地球公转时，从地球上看到月球被照亮的不同部分，所以月球的形状在不断地发生变化；③图中数字表示的是地球上的地方时（根据地球与太阳的位置关系得出），如12表示正午，0表示午夜，依据示意图很容易得出：在地球上能够看到新月的时间是6点到18点，能够看到上弦月的时间是12点到0点，能够看到满月的时间是18点到第二天6点，能够看到下弦月的时间是0点到12点。

月相的形成原理示意图

(3)月食发生的基本原理

月食是特殊的天文现象，同样用示意图的方式呈现给学生，帮助学生理解月食的形成原理。如下图，当月球进入地球的本影时，月食就发生了。通过读图还可以得出月食过程中月面先亏损于东缘，而复圆于西缘等基本知识。

月食的形成原理示意图

(4)提供月球探索的例子

通过文本和图片的形式为学生提供世界各国探索月球的例子，激发学生探究的欲望和兴趣。如1969年7月16日美国“阿波罗”登月活动的介绍；2013年12月14日，搭载中国首辆月球车“玉兔号”的月球探测器“嫦娥三号”在月球上成功降落等。

(5)提供月球有关的诗词

优美的诗词能够激发学生探究的乐趣。探究活动中教师适当收集一些描写月亮的古诗词，可以增加活动的文化品位，如白居易的《暮江吟》“可怜九月初三夜，露似珍珠月似弓”，欧阳修的《生查子·元夕》“月上柳梢头，人约黄昏后”等。

二、以任务单的形式实施模拟观察活动

针对本次活动，教师设计了四项观察任务，并以任务单的形式呈现。任务单主要由观察内容、探究思考和知识拓展等三个部分组成，附录了一些记录数据的表格。任务单要求明确，操作简便，这样学生在老师的指导下通过Stellarium软件观察月相就可以避免随意性和无序性，提高观察活动的有效性。

（一）任务单一：观察月球的表面形态

【观察内容1】通过Stellarium软件在屏幕上找到月球，移动鼠标滚轮，放大月球图像，找到月球表面的陨石坑、环形山、月海等景观，并用截屏的方式记录月球的表面形态（如下图）。

通过Stellarium软件截屏的月球形态

【探究思考】（1）用自己的语言描述陨石坑、环形山、月海等形态的主要特点，并想一想这些月表形态是怎样形成的？（2）为什么我们只能看到月球的同一面？上网查找月球另一面的图片，比较两张图片中月陆和月海分布的差异。

【知识拓展】月面上存在着明暗对比明显的两类区域，亮区是高地，暗区是凹陷地形。高地主要是富铝斜长岩，反照率较大；低地是灰黑的玄武岩，灰暗、平坦的低地形区看上去似水域，被人们称为洋、海、湖等。月球海陆分布的大势是“陆多海少”，面积最大的是风暴洋，其次是雨海和静海。月坑是地质年代中陨星断续冲击的产物。

（二）任务单二：观察月相和月球地平高度随时间的变化

【观察内容2】月球地平高度的变化。打开Stellarium软件页面，选择观察的时间，找到月球后，鼠标点击月球，在界面左上角会详细呈现月球的赤经、赤纬、方位角和高度角，根据学生观察的需要在记录单上详细记录月球在天空中的方位和地平的高度。下图为2013年9月10日20点的页面，需要记录的数据能够直接在页面上获得，如果用截屏的方式记录则更为直观。

1．同一日期不同时刻月球的地平高度。通过“加速时间流逝”按钮，一天的时间流逝可以加速到1～2分钟内完成。为了便于观察，可以选择满月、上弦月（或下弦月）两天作为观察的日期，可以用表格的形式记录每个小时月球的地平高度，也可以用截屏的方式记录。用图片的方式记录能够比较直观地反映出月球地平高度的变化特点。

2．不同日期同一时刻月球的地平高度。连续记录一个月同一时刻（如20点）月球的地平高度，同样可以用表格的形式，也可以用录屏的方式记录，并根据记录结果归纳月球地平高度的变化特点。

【观察内容3】连续一个月月球的圆缺变化状况。移动鼠标，放大月球图片，根据“选择时间”按钮，连续一个月，日期不同，时刻相同（如每天晚上8点），并用截屏的方式保留每天的照片（下图为2013年9月部分日期月相变化的截屏图片），并对照片进行比对，然后归纳月球圆缺变化的特点。

9月10日（初三）

9月13日（初九）

9月15日（农历十一）

9月18日（农历十四）

9月23日（农历十九）

【探究思考】（1）描述不同日期月相的分布特点，以及不同日期亮面突出方向的变化；（2）详细记录月球圆缺变化的周期；（3）归纳月球地平高度随时间的变化特点。

（三）任务单三：观察月食发生的全过程

【观察内容4】通过网络查找“百年月食表”，选择三个时间进行观察：（1）已经发生的月食，让已经消逝的天文现象得以重现，如选择2006．9．8凌晨2:05的月食；（2）即将发生的月食，为不久以后的实地观察做好铺垫，如选择2014．10．8下午17:14的月食；（3）几十年后才会发生的月食，畅想一下美好的未来，感受科学的神奇力量，如选择2025．9．8凌晨00:26的月食（如右图）。通过模拟观察，学生们在这里穿越了时空隧道，感受了自然界神奇的力量。选择其中最典型的月食发生观察，用录屏软件进行记录月食发生的全过程。

2025年9月8日月食景观

【探究思考】在观察的基础上，要求学生根据对月食的理解，用绘制示意图的形式向其他同学介绍月食发生的原理。

三、模拟观察月相活动的反思

1.让模拟活动与实地观察相结合

用Stellarium软件观察月相，可以跨越时空实现全方位观察，让空间思维活动形象化、生动化，可以激发学生探究的欲望和探究的兴趣，同时可以避免天气、环境污染等因素对观察活动的制约，有着很大的优越性。但是学生的实地户外观察星空活动却会有意想不到的效果，清新的空气、习习的凉风、皎洁的月光一定能够激发学生更多的遐想和思考，那是Stellarium软件永远都无法达到的效果。在实际探究活动中，月球的方位、月相的变化、星空的闪烁、星座的位置都变得那么真实。因此在模拟活动结束后让学生感受真实的星空一定是必不可少的。

2.让独立观察与小组合作相结合

观察活动除了有个人独立操作的时间，还必需安排小组合作交流的时间，这样学生探究的成果才能让更多的学生得到分享，也有利于激发更多的同学提出观察活动中以及学习中遇到的疑惑，如：在月球上能够看到地球从月平面上冉冉升起吗？为什么插在月球上的美国国旗会迎风招展？为什么宇航员留在月球上的脚印会那么清晰？小组合作可以发挥更多同学的优势，让观察活动的作用发挥到更大。

3.让动态演示和静态图像相结合

借助Stellarium软件使月相观察变得简单而直观，更重要的是培养学生用动态的思维来理解静态的地理图象。不过在观察活动中，仅仅用动态的图像来理解月相的变化过程其实是一个比较简单的思维过程，如果在观察的基础上让学生画出静态的示意图来表示月球的运动特征，就实现了知识的深加工，促进学生思维的发展，提升了学生的空间思维能力，例如学生借助Stellarium软件理解了月球的运动特征和能够绘制简图来描述月球的运动特征就属于两种不同的思维层次。