Celestia辅助下情境体验法在高中地理教学中的应用

吴丽霞 杨建红 张航

［摘 要］情境体验法是以学生为主体、教师为主导，强调学生在教师创设的情境中体验、观察、获取新知的一种教学方法。Celestia是一款专业的地理天文学软件，能够创设近似真实的虚拟情境辅助地理教学。为方便情境体验法在地理教学中的应用，文章尝试构建Celestia辅助下的情境体验法教学流程，并以人教版高中地理选择性必修一中的“地球运动的地理意义”一课为例，探究Celestia辅助下情境体验法在高中地理教学中的应用，以期提高地理课堂的教学效率，落实地理学科核心素养。

［关键词］Celestia；情境体验法；高中地理

［中图分类号］    G633.55            ［文献标识码］    A          ［文章编号］    1674-6058（2023）01-0079-04

《普通高中地理课程标准（2017年版2020年修订）》（以下简称“课程标准”）指出，为了培养学生的地理学科核心素养，教师需要反思日常教学和评价的方式和方法，尝试更多地运用问题式教学、实践教学、信息技术支持下的教学等［1］。情境体验法是教师创设一定的情境，让学生在设定的情境中进行体验以获取知识的教学方式。情境可以是真实情境，也可以是模拟、虚拟的情境［2］。传统地理教学只能让学生抽象地了解知识的概念，难以让学生真正掌握知识的内容。在高中地理教学中引入情境体验式教学，既能激发学生的学习兴趣，又能让学生对地理事物有一个直观的认识［3］。

Celestia拥有丰富的星系资料库，具有时间设置、行星运动轨迹和参考向量的显示等功能。它可以演示地球的自转和公转，可以观测地球昼夜长短的变化和太阳周日运动。学习“地球运动的地理意义”要求学生具有较高的空间思维能力，所以该部分知识是学生学习的难点。基于此，本文尝试构建Celestia辅助下的情境体验法教学流程，并以人教版高中地理选择性必修一中的“地球运动的地理意义”一课为例，探究Celestia辅助下情境体验法在高中地理教学中的应用，培养学生的地理空间思维能力，增强学生的地理实践力，提高地理课堂的教学效率。

一、Celestia辅助下的情境体验法教学流程

（一）Celestia简介

Celestia是一款功能强大的天文学软件，该软件可以流畅地显示高解析度的影像，模拟飞行器，带领学生遨游星空［4］。Celestia常用的功能有导航功能、时间功能、渲染功能和视窗功能，导航功能主要用于选择物体，查找所需要的天体；时间功能的主要作用为设置天体运动的时间，通过时间的设置，展示某一时间下的宇宙环境；渲染功能主要用于勾选想要的天体轨道、标签、坐标系等，使其在屏幕中显示；视窗功能可以将屏幕分割为上下或左右几部分。此外，该软件还具有参考向量的功能，可以显示明暗边界线、经纬网和太阳方向等。Celestia的常用功能、子功能及子功能的快捷操作方法如表1所示。

（二）教学流程

课程标准指出，虚拟现实技术可以提供近似真实的环境，为学生提供地理实践的替代性体验。情境体验式教学要求教师根据教学内容创设合适的情境，引导学生在情境体验中建构新知识，并在新的情境中应用所学知识。因此，在高中地理教学中可以利用Celestia创设情境，为学生提供替代性体验，辅助情境体验法在地理教学中的应用，从而提高教学效率。

情境体验法的理论基础包括情境认知理论、体验式学习理论和建构主义学习理论。情境认知理论认为，知识是个体在与环境交互作用的过程中产生的，它不可能脱离情境而存在。体验式学习理论的鼻祖大卫.库伯，构建了一个四阶段的体验式学习圈，由具体体验、观察反思、抽象概括、行动应用四个阶段构成［5］。“行动应用”可以理解为将习得的知识迁移应用到新的情境中，以达到检验知识的目的。建构主义学习理论认为：学生不是被动的知识接受者，他们能够根据已有的经验主动建构知识，学习是学生的经验体系在一定环境中自内而外的“生长”［6］。Celestia可以创设近似真实的虚拟环境，使学生全身心地投入到情境中，通过观察、替代性体验、问题解决等学习知识，达到对知识的深度学习。

综上所述，借助Celestia创设虚拟情境，让学生在情境中体验、观察，通过反思、总结获得地理知识，并利用习得的地理知识解决实际问题的教学是有效教学。基于情境体验法的理论基础，笔者设计出Celestia辅助下的高中地理情境体验法教学流程（见图1）。

二、Celestia辅助下情境体验法在高中地理教学中的应用

（一）创设情境，具体体验

在地理教学中创设合理的情境，有利于激发学生的学习兴趣，引起学生情感上的共鸣，丰富学生的情感体验，培养学生的参与意识、创新精神等［7］。“地球运动的意义”中的昼夜交替、时差、昼夜长短的变化和正午太阳高度的变化等知识比较抽象，学生的生活中没有关于宇宙的生活经验，导致学生在头脑中难以形成地球运动的表象。针对地理教材中的示意图，在传统教学中，教师以出示版图或者制作Flash的方式来辅助教学，这样的方式缺乏直观性，不能很好地训练学生的空间思维能力，导致该部分知识点成为地理教学的难点［8］。

Celestia不仅可以模拟地球的运动，还可以显示地球的经纬网、太阳方向、明暗边界线、晨昏线（圈）等，有助于学生建立地理空间表象。因此，通过Celestia创设近似真实的情境，让学生“进入”情境中体验昼夜交替和时差具体怎么产生、昼夜长短的变化规律等，有利于培养学生的空间思维能力，使抽象的知识形象化。具体的操作步骤如下。

打开软件。点击屏幕中央的“地球”→右键选择“参考向量”→“显示赤道轴”“显示太阳方向”“显示速度方向”“显示经纬网”“显示明暗边界线”；利用鼠标的右键滚动地球，滚动鼠标滑轮放大和缩小地球，利用鼠标左键的左右移动功能调节地球大小、位置；点击“时间”→“设置时间”，将时间设置在3月21日春分；点击“视窗”→“垂直视窗”，左边的视窗地球是从白昼到黑夜，右邊的视窗地球是从黑夜到白昼。根据教学需要，按键盘上的L键，加快地球自转的速度，按空格键暂停运动。图2是根据以上操作调整好的地球运动情境图。

（二）设计问题，观察反思

在高中地理教学中，教师只有设计和情境相关的问题，引导学生从情境中发现问题并解决问题，才能实现具体的教学目标［9］。在地理教学情境中设计问题，有利于学生从个体体验的目前状态达到目标状态。

教学问题的设计要基于教学情境、符合学生的认知规律、体现情境体验的要求，让学生在情境中通过观察发现问题、解决反思问题从而掌握知识。

教师设计关于昼夜交替、时差、昼夜长短的变化和正午太阳高度的变化的问题，让学生根据问题观察Celestia模拟的晨昏线、昼夜弧、太阳直射点的移动等。学生在观察、思考和解决问题的过程中会反思从而发现新的問题：如地球不自转，还会有昼夜交替现象的产生吗？情境体验过程中所引发的问题、观察和反思如表2所示。

（三）交流探讨，抽象概括

高中学生具有一定的抽象概括能力，他们能够在教师的指导下，通过观察体验情境，独自完成相对简单的理论知识，如对昼夜长短和时差的理解，并能用自己的语言抽象概括出时差、晨昏线、昼弧和夜弧的相关概念以及晨昏圈的特点。对于较为复杂的知识点，如昼夜长短、正午太阳高度的变化和它们的变化规律等，学生需要通过同学之间的交流探讨或在教师的指导下才能有意识地建构该部分知识。

如在教师的指导下，学生之间通过交流探讨，用思维导图抽象概括出正午太阳高度的变化规律（见图3）。

（四）迁移应用，升华提升

“迁移”是将学习成果应用在新的情境中，促进原有知识与能力的转化和升华［10］。促进原有知识与能力的转化和升华过程也是实际应用和验证新经验的过程。教师引导学生将习得的知识迁移应用到新的情境，有利于巩固学生的知识，提升学生的知识应用能力。

如教师可以让学生思考路灯开关的时间能否随季节调整，这样既方便居民的生活又能合理用电。学生利用昼夜长短的知识解释路灯开关时间的调整，这既锻炼了学生将知识应用于实际生活的能力，又提高了学生的地理学习兴趣，培养了学生观察生活的习惯。充当路灯管理员的角色扮演能让学生换位思考，培养学生的观察力、想象力和问题解决的能力。

三、总结

情境体验法是一种以教师为主导、以学生为主体的教学方式，它强调情境的创设，注重学生主动发现知识的过程，提倡师生互动以及学生对知识的迁移应用。这有利于转变教学形式过于单一、学生被动接受知识的传统“填鸭式”教学。课程标准在教学评价与建议中指出，可以运用虚拟现实技术提升学生的地理实践力。Celestia弥补了天文类知识既缺乏具体形象的感官刺激，又不能身临其境体验的缺陷，该软件可以模拟复杂的情境，为学生提供地理实践的替代性体验［11］。

Celestia辅助下情境体验法在高中地理教学中的应用有利于地理教学方式的革新，更好地培养学生的地理学科核心素养。值得注意的是，在利用Celestia辅助情境体验法教学时，教师应避免教学过程形式化，在教学过程中灵活应用该教学方法。

［   参   考   文   献   ］

［1］  中华人民共和国教育部.普通高中地理课程标准：2017年版2020年修订［M］.北京：人民教出版社，2020.

［2］  罗祖兵.信息技术与教学深度融合的限度及其超越［J］.课程·教材·教法，2019（1）：60-65.

［3］  王军科.情境体验式教学在高中地理教学中的应用研究［J］.中学政史地（教学指导），2022（6）：35-36.

［4］  黄慧，陶珊珊.Celestia与Stellarium在地理教学中的比较研究：以“天文学基础”为例［J］.地理教学，2018（16）：53-57.

［5］  李文君.体验式学习理论研究综述［J］.教育观察，2012（4）：83-89.

［6］  钟启泉，张华.世界课程改革趋势研究［M］.北京：北京师范大学出版社，2001.

［7］  姜乔.基于情境认知理论的地理教学情境设计［J］.地理教学，2019（3）：33-36.

［8］  冯滔，杨先.运用Celestia软件培养学生地理空间思维能力［J］.地理教学，2016（4）：8-9，52.

［9］  刘军.情境体验法在高中地理教学中的应用：以“全球气候变化对人类活动的影响”教学为例［J］.中学地理教学参考，2020（16）：60-61.

［10］  邓谋雨.高中地理实验“问题·探究·建构·迁移”教学模式的实践与反思：以热力环流实验为例［J］.地理教学，2018（22）：11-13，7.

［11］  宋少威.Universe Sandbox～2软件在地理教学中的应用探究［J］.地理教学，2021 （2）：42-44.

（责任编辑 陈 明）