虚拟天文馆辅助地球运动教学浅探

摘要：把抽象的地理现象用形象的画面、模型呈现出来，可以很好地让学生理解地理知识，掌握地理规律。地球运动是高中地理教学中最难的内容之一。而对大多数区域的学生来说，一些地理现象如极昼极夜，正午太阳高度角随不同纬度变化，不同地区一日内太阳在空中的轨迹等无法被学生直接观测到。若仅靠教师在课堂上通过语言讲解，或者日地模型模拟，在学生空间想象力有限的情况下，很难转化为视觉上的感性认知，进而形成地理学上的空间认知。通过运用 Stellarium 模拟太阳周日运动，观察其周 日视运动轨迹，突破了时间和地点的限制，让学生在感 性认识上对太阳周日运动有所了解，为后面进行的理性 认识做铺垫。[1]虚拟天文馆Stellarium 可以根据观测者所处于地球上的地点和时间，模拟天空中太阳、月球、行星和恒星的位置，并将其显示出来。也可以模拟流星雨、日食和月食等。结合教师对课本知识的讲解，可以将地球运动中学生难以在本地，即时观测到的现象可视化。模拟不同位置，不同时间观察到的不同地球运动现象，并将其进行对比，总结出地球运动的规律。

关键词：地球运动；自主探究探究；虚拟天文馆

中图分类号：G633.55 文献标识码：A 文章编号：1992-7711（2021）14-0097

一、软件的安装与初步设置

网上下载软件注意选择与个人电脑系统一致的软件版本。安装打开后，由于连接了网络，系统默认使用北京时间，地点也是使用者所在位置。为避免与本地地方时形成误差，须在位置界面将经度调至120°可以引导学生寻找太阳的位置，利用软件中的方位，读出太阳所在方位。若授课时间为白天，可以直接在天空中找到太阳。若为夜间授课，需要关闭地景，将地平线以下的天空呈现出来，可以找到太阳。为了更准确描述太阳位置，观察地球运动的地理现象。一般情况下，可以在显示界面调节星等，将不重要的星体隐藏起来。并关闭大气层效果。此时没有了大气层，太阳光没有散射效果后太阳位置清晰可见。尤其在观测日出日落时需要这一步。地景可以使用海洋。

二、课前应具备的知识

学生应认识生活中的一些现象：从地球上观察日月星体均东升西落，见过本地的日出，日落。能够对时间进行简单的计算。因此，课前可以安排一部分日常观察作业。

学生应具备一定的地理学科基础知识，如初中地球与地图部分，能够判断方向，根据经纬度判断相对位置关系。掌握地球运动一般规律。掌握太阳直射点回归运动图。能够进行小组学习，讨论。

三、设计学生活动

1.对当日太阳轨迹进行观察，按教学进度，时间在秋分前后

调节时间至0点，关闭地景。可见太阳位于地球观察者正北方地平线以下。使用加速效果。随着时间推移，太阳逐渐向东运动经东北方向至观察者正东，太阳逐渐升高，至6时从正东方位越出地平线，再经东南至正午12时至正南方。此时太阳高度为一天中的最大值。12时过后太阳偏向西南于18时从正西方向落下。再经西北于0时回到正北方向。需要学生明确，只有地平线以上的太阳才是在实地可见的。

2.日出日落方位和时间进行观察。可以调节日期至9. 13，9. 23， 10. 3这些时间点（按照教学进度，教到这部分内容大约在秋分前后），再将观察位置调节到120°经线上（直接利用北京时间）的不同纬度（可以从本地开始）。利用表格进行归纳可得出结论。全世界所有地方秋分之前日出东北方，秋分日日出正东方，秋分后日出东南方。秋分之前日落西北方，秋分日落正西方，秋分后日落西南方。可得出结论：日出、日落方向与地球上观察的位置基本无关，仅与太阳直射点所在位置有关。日出、日落时间也可以通过比较找出规律。接下来可以演示120°E其他纬度的日出、日落现象，尤其是南半球。同时提出问题：这一规律在一年中时间是否都相同？可将全年中其他时间的现象进一步演示。可知南半球的日出日落方向与北半球一致，但日出日落时间与北半球相反。

3.对某地的正午太阳高度角进行观察。可以先调节位置至120°E，北回归线以北任意纬度。调节时间至12时，观察太阳在空中的位置，可见在正南方空中。对日期进行调节，对学生逐月展示从9. 23至次年9. 23正午太阳高度变化情况。定一个时间，再调节纬度至赤道，南回归线以南，观察不同位置正午太阳高度角不同的变化规律。再强调全天候的观察方法（定时间变地点或者定地点变时间）。借助表格并结合太阳直射点回归运动图总结太阳高度角变化规律。可以再研究一些特殊位置、特殊日期的正午太阳高度角。如：夏至日南北极点、南北极圈、春秋分日极点的正午太阳高度角。学生从特殊时间、位置出发，得出一般的正午太阳高度角变化规律；从“某一天太阳高度大小”感性认知上升到“正午太阳高度角=90°-两地纬度差的绝对值”的理性认知。甚至部分学生可以取消地景，观察太阳在地平线下的运动规律。

4.对极昼极夜现象（极昼）进行观察。夏至日极圈极昼：0时太阳在正北地平线上，随后太阳高度上升，经过东，南，西方向，绕地球一圈，于24时落回地平线。极点出现极昼现象：太阳全天位于空中同一高度，绕地球一圈运动。極夜现象：可以关闭地景，见太阳全天位于地平线以下，绕地球一圈运动。在极夜情况下，即使是正午，太阳也不能从地平线上升起。

Stellarium虚拟天文馆的局限性。学生无法从虚拟天文馆中获得与课本完全一致的数据。这是由于高中教材对天文知识进行了简化。例如：恒星日与太阳日，恒星年与回归年，黄赤交角变化，春分点移动，天文误差等概念是没有具体教授给学生。但在实践操作过程中，若使用虚拟天文馆观察，必定会遇到这些问题。例如，学生以课本知识计算春分日正午赤道太阳高度角为90°，但实际观察只有89°。必须明确：误差是客观存在的，可以指导学生忽略数据，抓住大的现象，变化规律，并把它们运用来解决教材中的问题。教师需要牢记，这款软件适合用于定性的展示。对于定量的部分，要懂得误差处理。

结语：“地球运动”的教学过程中，存在较多的变量、较多的视角、较多的动态规律；因此大部分教师会借助多 媒体教学平台，如 Power Point、Flash等。虚拟天文馆作为操作简单的软件，在手机、平板电脑等移动电子产品普及的当下，学生可用之辅助学习，自由探究，可以突破所在地的局限性，更全面地观察地理现象，在疫情期间的网课学习也起到了很好的效果。较以往从宇宙视角观察日地的模型，其具备了使用地球视角观察的独特优势，对地理现象表现得更直观、明了。

参考文献：

[1]贺志康.《巧用虚拟天文馆软件Stellarium 巧用虚拟天文馆软件Stellarium演示太阳周日视运动轨迹演示太阳周日视运动轨迹》

作者简介：张朝钧，男，汉族，1991年2月出生。福建罗源人。中学二级教师，罗源县教师进修学校教研员，研究方向：高中地理教学。

（作者单位：福建省福州市罗源县教师进修学校 350600）