Celestia軟件在中學地理教學中的應用初探

◆段芋竹　吳祥城

Celestia軟件在中學地理教學中的應用初探

◆段芋竹吳祥城

10.3969/j.issn.1671-489X.2016.16.010

Celestia軟件是由美國開發的一款免費開放源代碼的教育類天文軟件，通過介紹其安裝步驟、操作方法、基本功能，再以高中地理必修1第一章“行星地球”為例，展示其在高中地理教學中的應用，以期啟發更多教師在中學地理教學中使用、探究該軟件。

Celestia；地理教學；行星地球

1　前言

Celestia是一款教育類天文軟件，其源代碼影像贊助包括美國國家航空航天局（NASA）［1］。該軟件能存取NASA影像資料庫中的星球與星系目錄，真實地將宇宙環境再現，讓使用者仿如駕駛宇宙飛船身歷其境地遨游太空［2］。

高中地理必修1是高中地理教材中最難懂的一本，尤其是第一章“行星地球”，對于剛升入高中的高一學生更是生澀。他們對遠離生活的遙遠的宇宙沒有一個直觀的感受，導致無法真正理解。

Celestia軟件采用3D視覺化工具，結合PC平臺與英偉達公司的繪圖方案，使學生體驗鳥瞰地球、暢游太陽系、觀看宇宙中行星的運動、遠觀星云、近看飛行器等，有助于他們深入理解教材中的知識，進一步激發主動探索宇宙的欲望，提高學習興趣。

2　Celestia的安裝

Celestia對電腦的要求并不高，支持Windows、Mac OS X及Linux運行平臺，目前最新版本為1.6。在任意軟件下載器中輸入“Celestia”，下載安裝，中國局域網內默認語言為漢語。為了節約軟件所占空間，軟件自帶插件只是包括各天體的最基本信息，若需詳細了解某一天體，可在網頁中下載該天體的更多插件（下載網址：www. celestiamotherlode.net）。如下載地球插件，不僅可增加世界區域圖的清晰度，還可以選擇不同的呈現方式，如世界地形圖、世界地震帶、世界行政區分布圖、世界易發生水旱災害區域、世界人口密集區等多種類型的影像。下載步驟：打開網頁→點擊頁面左側“Solar System”→選擇“Earth”。將下載的壓縮包放置在電腦中“Celestia”文件夾下的“extras-standard”子文件夾中，解壓便可生效。

3　基本操作

Celestia操作并不復雜，甚至可以通過快捷鍵控制（表1）。打開軟件后其操作界面主要包括文件、導航、時間、渲染、視窗、書簽及幫助。

文件腳本是一系列演示文件，使用者可以選擇系統自帶或自制或下載的腳本進行演示；捕捉圖像、影像。

表1　Celestia軟件快捷鍵匯總

導航選擇物體（選中的物體會被4個紅色的三角形包圍），輸入查找的物體名稱，然后點擊“駛向物體”，物體便呈現在屏幕中間；駛向物體，屏幕從宇宙中任意位置運動到被選中的物體；跟隨物體，屏幕跟隨物體的運動而運動；星月食查找，可以計算出發生在某一行星上的日食、月食時間，選擇其中一個時間，觀看曾經發生或預測未來將發生日食或月食的地點、運動軌跡、持續時間等影像。

時間加快或減慢時間10倍，點擊n次即加快或減緩10n；也可以讓時間倒退，再選擇加快或緩慢；停止時間，即停止一切運動；自由設置時間，選擇觀看任一時間下的宇宙環境。

渲染顯示選項，可以勾選想顯示的天體、星云、運動軌跡、標簽等，而沒有勾選的就不會出現在屏幕中，避免了視覺干擾。

視窗、書簽、幫助視窗可將當前屏幕上下或左右分割成兩部分，如將火星與地球兩個天體放在同一個屏幕下進行對比；添加書簽，下次使用可以直接進入到保存的書簽處；系統演示，用于初次使用者演示軟件的主要功能。

4　應用實例

了解天體系統的層次結構教材中對天體的描述只有一句：“宇宙間各種物質的存在形式統稱為天體。”對于學生來說，理解起來較抽象、生澀。在Celestia軟件中選擇“文件”→“腳本”→“Show Redshifts of Galaxies”，在屏幕中就會顯示出整個宇宙。通過滾動鼠標拉大顯示，銀河系漸漸放大；再進一步放大太陽系，甚至放大到地月系。這就將教材中抽象的宇宙系統知識（圖1）形象地表達出來，便于學生的理解與記憶。

課標要求了解并區分星云、行星、流星及彗星，在Celestia軟件中選擇“顯示選項”，通過勾選想要顯示的天體，使屏幕呈現的天體單一、明了。如想要給學生展示彗星，勾選彗星、彗尾、標記、軌道，便可在屏幕中出現多個彗星及其運行的軌道，點擊選擇其中一個，然后點擊“駛向物體”，動態的、直觀的觀看，加深學生對天體的理解。

理解八大行星的運轉規律教材中有對八大行星的外形截圖與文字說明，但是圖片并不能演示行星的運動，不能讓學生在大腦中形成直觀的運動影像。在軟件項目欄中選擇“導航”→“選擇物體”→輸入目標行星名稱→“駛向物體”→“置中物體”，所選的目標行星就會呈現在屏幕中央；然后選擇拉大或縮小行星，進一步觀察行星表面及運動軌跡；還可通過單擊鼠標右鍵，選擇從不同的角度觀察該行星。

圖1　天體系統的層次結構圖

發現太陽系行星的運動特征教材中對太陽系的描述是：“已知太陽系運行的八大行星，離太陽距離由近及遠為水星、金星、地球、火星、木星、土星、天王星和海王星。”然后以活動為載體，讓學生自主討論、探究太陽系行星運動的三大特征。可是宇宙空間遠離人們的生活，學生如何通過實踐來發現太陽系行星運動的特征？

圖2

圖3

在Celestia的“顯示選項”中勾選行星、運行軌道、標簽，然后加快時間，用鼠標轉換觀察角度，直觀地在3D空間總結出太陽系八大行星運動的近圓性（圖2）、共面性（圖3）、同向性特征。

演示地球的運動在教材第三節“地球的運動”中，課標要求學生掌握地球自轉、公轉兩種基本運動形式。傳統的方式是教師經過簡單的“手電筒”實驗模擬地球、太陽的運動，但終究不是真實的宇宙環境。如果在多媒體上通過三維模擬演示地球的運動，讓學生有一種身臨其境，從太空中窺探的感覺，既有助于加深學生理解記憶，又可提高學習興趣。

在Celestia軟件中選擇“導航”→“選擇物體”→輸入“地球”→“駛向物體”，加快時間讓地球快速運轉起來，再通過不同視角觀察地球的自轉運動：從側面看，地球自東向西不停運轉；從北極高空看，地球逆時針轉動，南極則相反。再將屏幕收縮回到太陽系，觀察地球的公轉運動，也是自西向東轉動。

觀看日食、月食現象在Celestia軟件中選擇“導航”→“星月食查找”→設置日/月食、地點（某行星）與時間范圍→“查找”，在查找結果中選擇其中一個，點擊“前往該時間地點”。如果搜索的是地球上的日食，從太空視角觀察，會看見地球表面出現月球的影子并不斷地運動；要從地球視角觀察，點擊黑影→按Ctrl+G前往地球表面→查找到太陽→跟隨物體，便看到日食發生的全過程。

5　結語

Celestia軟件在中學地理教學中的運用，不僅幫助教師將抽象、空間化的知識簡單明了地呈現在學生面前，而且讓學生在浩瀚的宇宙空間中自由翱翔，激發他們探索宇宙的欲望。本文探討的只是該軟件與高中地理必修1結合的一小部分，希望能啟發更多的教師去使用軟件，探索更多的領域。

［1］馮滔，楊先.運用Celestia軟件培養學生地理空間思維能力［J］.地理教學，2016（4）：8-9.

［2］七影.天文軟件［J］.軟件世界，2008（9）：78-82.

Application of Celestials of Aware in Geography Teaching Courses in Middle Schools

//DUAN Yuzhu， WU Xiangcheng

Celestia is a teaching-oriented and open-source software for astronomy exploration developed by the United States. This paper specifies the installation procedures， operational protocols and the basic functions of the Celestia. Taking Chapter 1 Planet Earth as an example， this paper also introduces its application in the senior school geography teaching courses （Required I） in order to encourage more teachers to use and explore the Celestia in their teaching activities.

Celestia； geography teaching； Planet Earth

G633.55

B

1671-489X（2016）16-0010-03

作者：段芋竹，重慶師范大學地理與旅游學院在讀研究生，研究方向為地理教育；吳祥城，重慶師范大學地理與旅游學院，專業為地理（師范類）（400000）。