巧用“星图”软件 开展交互可视化地理教学——以“宇宙中的地球”为例

陆莉敏 蔡 凌 陈 实

（华中师范大学 城市与环境科学学院, 湖北 武汉 430079）

巧用“星图”软件 开展交互可视化地理教学
——以“宇宙中的地球”为例

陆莉敏 蔡 凌 陈 实

（华中师范大学 城市与环境科学学院, 湖北 武汉 430079）

课堂交互可视化的发展趋势，要求教学设备的更新。智能手机将成为实现交互可视化地理教学的有力工具。本文通过案例研究法，以智能手机软件“星图”应用于地理教学为例，探讨了该软件开展交互可视化地理教学的三个实施路径：信息交互、尺度与视角交互、分享交互，为教师开展高水平可视化教学提供思路。

软件教学功能；交互可视化；地理教学

我国未来课堂的特征之一是交互性，良好的互动会帮助有效教学顺利达成[1]。未来课堂的交互性体现在人与人、人与资源、人与设备的互动上。如地理课堂上地理教师与学生之间的互动、学生与学生之间的互动、师生与教学资源之间的互动、师生与教学设备之间的互动。这种发展趋势要求可视化地理教学走向交互可视化地理教学。因此，相应的教学资源、教学设备、教学方法要满足交互可视化教学发展的需要。长期以来，纸质印刷品如课本、投影仪等物品设施一直是可视化教学工具和手段，但这些设施存在信息流通单向、使用途径单一的弊端。而智能手机因其功能强大、扩展性能强、支持多种第三方软件等优点，是实现交互可视化地理教学的有力工具。因此，本文以智能手机软件“星图”应用于地理教学为例，探讨开展交互可视化地理教学的实施路径，为教师开展高水平可视化教学提供思路。

一、“星图”软件介绍

“星图”是一款查看星空分布的软件，它使用最先进的全球定位系统技术，能实时、准确地描绘一个三维立体的宇宙状态，并以地平坐标系为基础，通过输入任意地点的经纬度，可以在软件界面上查看该地星空的场景，如星座位置、行星运动状态等。该款软件支持iOS和Android两种系统，可通过各大手机应用平台上搜索下载。

软件界面简洁，分为两部分。上方功能区，其功能键介绍如表1所示；下方为展示区，学生通过点击菜单或搜索指定内容，软件就会将其结果呈示在该区域。

二、“星图”软件的教学应用分析

表1 “星图”软件部分功能介绍

截屏分享分享展示区界面点击此图标，选择分享的平台，如QQ、微信等。搜索搜索天体点击此图标，输入天体名称或在下拉菜单中选择天体。

通过“星图”软件的功能分析，笔者开发“星图”软件的三个交互可视化功能。下面以人教版必修一第一章节内容教学为例，进行案例分析。

1.各类信息交互，满足学生求知欲

“星图”软件内置十二万五千多个天体，不仅有完整的梅西耶天体目录中的天体，也包括太阳系各天体，如太阳、地球、月球等。该软件除了能呈现天体的高清图片外，还会提供天体的各种参数，如距地球距离、直径、绝对星等、自转周期等。教师在授课的过程中，可利用该软件的这一功能，让学生进行个性化探索，而软件根据学生的检索，会提供相关天体的知识。

案例1：“天体”教学片段

师：同学们阅读课文段落、获取各种天体的文字信息（如星云的定义）后，可以通过操作软件选择自己感兴趣的天体操作软件，了解该天体的各种信息，并向全班介绍该天体。

生：（以蟹状星云为例）我了解到，蟹状星云是超新星残骸，它距离地球有6500光年，也就意味着它发出的光要经过6千多年才能到达我们地球。它的直径有11光年，相当于天鹅座61到地球的距离。此外，它的视星等是8.4，视星等越大，天体的亮度越小，所以我们一般在地球上看不到蟹状星云。

本案例通过人机交互，将学生想知道的天体名称输入软件，软件提供大量可视化的感性材料，学生可以从视觉上感知该天体的形状和亮度，并通过手指在屏幕上操作，进行放大缩小，观察该天体的内部结构，并给出天体参数的介绍，满足了学生的求知欲。

了解天体知识是学习天体系统、地球所处的宇宙环境的重要基础，学生必须对天体有感性认识，才能抽象出天体系统的概念和图示。而该内容是高一学生学习自然地理的开始，因此，在教学的过程中，使用该软件，可以满足学生对星空及天体的好奇心，激发学生地理学习热情，为下一步的学习打下基础。

2.尺度与视角交互，培养学生空间思维

地理知识具有的空间性、多维与多尺度性、不确定性与复杂性等特点[2]，因此，教师在教学的过程中，不应拘泥于二维平面的地理示意图教学，而应利用多种教学资源，为学生提供多种尺度、多种视角的直观可视化的感性材料，帮助学生理解、感受地理知识的空间性，建立自己对地理事物的空间想象力，从而培养学生的立体空间思维。

案例2：“太阳系八大行星的共同特征”教学片段

师：太阳系有八大行星，地球是这八大行星中既普通又特殊的行星。为什么说地球是普通的行星呢？因为它与其他行星有相似之处。那接下来我们就从行星绕着太阳公转的角度来比较八大行星相似之处。我们可以从公转的哪些方面来比较？

生：运动方向、轨道平面、运动轨迹。

师：现在我们就利用软件，观察太阳系八大行星的运动方向、轨道平面和运动轨迹。

生：操作软件。步骤：①打开星图；②点击左上方功能图标；③点击下拉菜单的太阳系；④选择下拉菜单的“太阳”，在出现的界面点击信息栏旁的第二个图标，则界面呈现太阳系的相关影像；⑤利用两根手指向屏幕中心（或边缘）滑动，缩小或放大界面，观察太阳系八大行星距太阳远近的顺序和轨道形状；⑥用手指向屏幕下方滑动，改变观察视角，向下滑动至屏幕画面不再改变，即从北极上空俯视太阳系；⑦此时点击时间图标，加快时间流逝，可观察行星运动方向。

本案例中，学生通过操作软件，放大、缩小观察尺度，感知太阳系的内部构造和各大行星距太阳远近的次序；上下滑动界面，改变观察视角并加快时间流逝，从北极或南极上方俯视各大行星绕日运动方向、轨道形状，从而得出太阳系八大行星的共同特点。

帮助学生形成地理学的空间观，是赋予基础地理教育的重要职责[3]。这种由学生操作，改变观察尺度、视角的教学方式，能有效地培养学生的空间想象力，帮助学生顺利建构太阳系的空间体系，为学习地球运动打下基础。

3.图像分享交互，师生交流学习成果

高中地理课程标准（实验）提出，课程目标的“过程与方法”之一，就是要求学生“运用恰当的方法和手段，表达、交流、反思自己地理学习和探究的体会、见解和成果”。该软件可以将学生观察到的天体图片，通过软件的分享功能，分享到各通讯平台，如QQ、微信等，与教师、同学交流自己的学习成果，分享个人的学习心得和体会。

图1 学生部分操作步骤软件截图

案例3：“太阳活动”结课片段

师：我们学习到了太阳大气的结构和太阳大气的大规模运动。那么我们现在利用“星图”软件，将太阳的图像分享到班级QQ群中，老师任意选择一个同学的太阳图片，放到幻灯片上，请他跟我具体说说太阳的大气的结构和大气运动。

生：（展示图片，如图2所示）图中颜色比较暗的是黑子，发生在光球层；颜色比较亮的是耀斑，发生在色球层。光球层肉眼可见，而色球层在日食的时候可见，日冕则要借助特殊工具才能观察到。

图2 “太阳活动”结课交流图

本案例中，学生在学习完“太阳活动”的相关知识后，能够识别出黑子、耀斑等太阳活动，也能区分日冕、色球、光球等太阳大气圈层。利用截图分享功能，将自己对“太阳活动”学习到的内容与全班同学交流，培养学生语言表达能力。通过交流，学生之间能相互指出其表述和内容上的优缺点，在沟通中共同进步。

三、“星图”软件的教学启示

1.开发多种手机软件的教学功能

利用手机作为多媒体设备展开地理教学的优势在于手机是学生熟悉的电子设备而且人手一部，这可以弥补在电子双板或投影仪进行展示时，学生因座位偏远造成观看模糊。因此，教师应根据教学内容，选择合适的手机软件，开发其教学功能。如，在进行“锋与天气”一节的教学时，教师可选用天气类软件，呈现一周内气温变化曲线，并提问学生气温变化是由冷锋还是暖锋引起。

2.注重交互的及时性

课堂教学是教师与学生的双边互动。而在课堂教学的过程中，由于教学任务大、教学时间紧张，许多老师都习惯于将知识直接传授给学生，却忽视了解学生是否已经习得相关的知识，不能够对学生的学习结果和学习过程中出现的学习障碍进行及时的反馈。因此，教师应在学生出现疑惑或者学习困难时，了解学生的疑惑，帮助其解决问题。根据教育心理学理论，对学习活动的及时反馈，不仅能增强学习动机，而且对学习能起到促进作用。因此，不仅要重视反馈，还要及时地反馈。

[1] 叶新东.未来课堂环境下的可视化教学研究[D].华东师范大学,2014.

[2] 王伟星,龚建华. 地学知识可视化概念特征与研究进展[J]. 地理与地理信息科学,2009(04)∶1-7.

[3] 袁孝亭,王向东. 论地理学科的空间观教育[J].地理教学,2003(01)∶10-11.