運用Celestia軟件培養學生地理空間思維能力

馮 滔楊 先

（1. 遵義航天高級中學, 貴州 遵義 563000; 2. 習水第五中學, 貴州 習水 564600）

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運用Celestia軟件培養學生地理空間思維能力

馮 滔1楊 先2

（1. 遵義航天高級中學, 貴州 遵義 563000; 2. 習水第五中學, 貴州 習水 564600）

摘要：地理空間思維能力培養對于高中地理教學意義深遠。本文運用Celestia軟件從空間定位、空間關系辨析以及空間問題探究三個方面培養學生地理空間思維能力，有利于提高學生的地理學習積極性和學習效率。

關鍵詞：地理空間素養；空間思維能力；Celestia.3

地理空間思維是對地理事物、地理現象、地理圖像的觀察、分析、綜合、比較、概括、抽象，從而在頭腦中創造性地形成它們的空間形象，進行空間位置判定，確定空間分布，分析它們在空間上差異點和共同點的心理過程。地理空間思維能力是空間素養的核心部分，直接影響地理學習和地理問題分析，所以地理空間思維能力的培養是中學地理教學的基本任務和重要目標。[1]

地理空間思維能力的培養對于地理學習具有基礎性作用，有利于學生提高地理學習的積極性及學習效率。[2]人教版必修一行星地球章節對學生空間思維能力要求較高，這部分一直是學生學習的難點，空間思維能力的缺乏讓地理的學習枯燥無味。本文嘗試利用Celestia軟件輔助中學地理教學，從空間定位能力、空間關系辨識能力、空間問題探究能力三個方面探究空間思維能力的培養。

Celestia是一款優秀的天文地理類軟件，擁有龐大的恒星、星系資料庫和精確的行星軌道計算等功能，能夠帶領我們在整個宇宙里面暢游。它可以演示地球的自轉公轉、日月食等天體運動過程，同時也能觀測太陽的周日運動。人教版地理必修一行星地球要求學生具有較強的空間思維能力，如何培養學生空間思維能力，對于整個高中地理學習具有很大的深遠意義。本文利用Celestia軟件輔助高中地理教學有利于培養學生空間思維能力，彌補實際觀測受設備不足及時空的限制。

一、空間定位能力

地理空間定位能力訓練通常利用地圖構建空間概念，通過讓學生看圖、析圖、繪圖、憶圖等基本的讀圖、識圖技能訓練，參照海陸位置、地理坐標、輪廓特征等方法，強化記憶圖，并從整體上把握一些控制性的點、特殊的經緯線，從而提高地理空間定位能力。而Celestia，主要針對的對象是天體，有著逼真的天體渲染效果。這些天體，小到人造衛星，大到銀河系和河外星系，均有極佳的呈現效果。通過照片級的畫質提升學生對于天體的認識，進而實現空間定位能力的訓練。

案例1 宇宙中的地球

“宇宙中的地球”這一節內容核心部分是對地球在空間位置進行定位；傳統的教學方法依靠老師講授及教材中相關圖片作為輔助進行教學，不易讓學生形成地理空間表象，進而不能較好地培養空間定位能力。打開Celestia，顯示行星軌道（O鍵），可以看到月球圍繞地球運動，構成地月系；縮小視野（End鍵），地球等8大行星圍繞太陽運行，構成太陽系；同理銀河系宇宙出現在我們視野里面，整個過程操作極為簡單，只有放大縮小的操作，但完美地展現了地球所處的位置，為進一步地理空間定位打下基礎。

二、空間關系辨識能力

對于高中地理“地球運動”部分的教學由于知識比較抽象，學生空間關系辨析能力較弱，如何突破這部分教學的難點和培養學生空間關系辨析能力一直是我們探究的經典問題。傳統的教學通常采用以教師講授為主，以板圖或者制作Flash進行演示輔助。傳統教學媒體以示意圖的形式進行展示，缺乏直觀性；對于空間關系的辨析能力訓練不足，導致該部分學生不易理解，形成學習難點。而引入Celestia軟件，充分顯示了地球運動相關的空間關系，引導學生對此進行辨識，將抽象的地球運動理論知識感性化，為學生提供空間視覺刺激，極大地提高學生接受知識的效率。[3]

案例2 地球運動方向及晨昏線的演示

進入Celestia軟件之后，地球處于屏幕中央，點擊右鍵選擇“參考向量”——“顯示經緯網格”和“顯示明暗邊界線”；然后選擇菜單欄“視窗”——“垂直分割視窗”，把視窗分割成三部分；隨后調整視窗大小，使其平均分布。右鍵拖動地球，讓三個視窗的地球觀測角度分別為側視、俯視（北極、南極）。然后按“L”鍵讓時間加快流逝，以10000倍的速度讓地球運動起來。學生可根據Celestia的演示非常直觀地觀察地球的運動方向：在北極上空為逆時針，南極上空為順時針，側視圖為自西向東運動。其次通過晨昏線可以看出由于地球自轉，晝夜不斷交替，并直觀地分辨出晨線和昏線。

案例3 晝夜長短變化（北半球為例）

右擊地球，依次選擇“顯示經緯網格”、“顯示明暗邊界線”和“顯示太陽方向”；通過右鍵拖動地球，使晨線一直居于屏幕中央，設置時間為3月21日。然后按“L鍵”，讓時間加速，觀察太陽直射點移動以及北半球晝夜變化的情況。引導學生分析晝夜長短的變化與太陽直射點之間的關系，總結北半球一年內的晝夜變化規律。

案例4 日月食觀察

Celestia觀測日月食具有很好的效果。通過菜單欄 “時間>設置時間”來設定時間點。日月食發生的時間可以通過“導航>星月食查找”來查找。本文以2009年7月22日的長江流域世紀日全食為例，地點選擇武漢。設定時間前往，會發現地球上有一個黑斑（月球的投影），讓黑斑位于屏幕中央，按“Ctrl+G”前往地球表面，找到太陽，開始觀測。若太陽比較小，則可按逗號(，)或者句號（.）調整視野。觀測并記錄日全食過程（見圖1）。

三、空間問題探究能力

新課標基本理念指出“重視對地理問題的探究，倡導探究性學習”。對地理問題的提出、分析與解決均屬于地理問題探究能力，是地理科學素養的核心構成要素。[4]地理空間問題一直屬于難點，而中學開展空間問題的探究難度在于受到觀測設備及觀測時空的限制，所以高中開展地理空間問題的探究幾乎很少。信息技術則為探究性學習提供豐富多彩的、富有實效的活動平臺，打破了時空限制，進一步提升學生的課堂參與度，突出其主體地位，極大地提高課堂教學效果。同時也進一步加強學生空間思維能力的遷移，為地理的學習打下基礎性作用。[5]

案例5 太陽周日運動探究性學習

以遵義為觀測地點，演示二分二至日太陽周日運動軌跡。選擇菜單欄的“導航>駛向物體”。在彈出的窗口駛向的物體是地球，然后輸入遵義市的經度106.93°E，緯度27.7°N。點擊前往，此時觀測的角度在遵義的上空，按“Ctrl+G”鍵前往地球表面，然后選擇菜單欄“渲染”——“顯示設置”，在坐標系里選中地平坐標系。然后設置時間為3月21日（需要把時間調整到日出前，以便更好地觀測太陽周日運動的全過程）。按“L”鍵加快時間流逝，在觀察的時候按小鍵盤上數字2、8上下移動，4、6左右移動。同時按左右方向鍵調整平面旋轉視角；根據上文方法依次對夏至、秋分、冬至太陽周日運動進行觀測。在觀測的同時，讓學生記錄下表格1的內容，并嘗試畫出該地二分二至日的太陽周日運動示意圖（見圖2）。在觀測過程中，學生對太陽的周日運動過程有了直觀的印象，通過記錄精確數據（見表1），描繪運動軌跡，歸納運動規律，既培養了科學思維，又鍛煉了探究地理空間問題探究的能力。

表1 二分二至日太陽周日運動數據

圖2 遵義市二分二至日日出日落示意

四、結語

本文簡單介紹了運用Celestia軟件培養地理空間思維能力，可以看出該軟件具有渲染效果極佳、觸控操作方便、教學效果顯著等特點，對空間定位能力、空間辨析能力、空間問題探究能力的培養具有很大的輔助性。利用Celestia軟件輔助高中天文地理知識的教學，能充分調動學生的積極性，增強對地理學習興趣，培養空間思維能力，提升地理空間問題探究能力。但就目前實踐而言，該軟件在高中地理教學中的應用率較低。本文有助于教師初步了解其在培養地理空間思維能力中的運用，充分認識該軟件對輔助地理教學的重要作用。同時，Celestia還具有很強的可修改性和可擴充性，該特點需要地理教師根據實際需求校正和添加數據，為大家進一步探究提供機會。

參考文獻：

[1] 李家清.中學地理教學設計與案例研究[M].北京:科學出版社,2012.

[2] 熊曳,陳實.Stellarium在地理多媒體教學中的應用[J].地理教學,2011(14):46-48.

[3] 陽迪成. Celestia軟件在《行星地球》教學中的應用[J]. 中學地理教學參考,2010(9):25-26.

[4] 中華人民共和國教育部.高中地理新課程標準(實驗)[M].北京:人民教育出版社,2003.

[5] 賀志康.巧用虛擬天文館軟件Stellarium演示太陽周日視運動軌跡[J]. 地理教學,2013(20):58-59.

（責任編校：左秀萍）