Celestia輔助下情境體驗法在高中地理教學中的應用

吳麗霞 楊建紅 張航

［摘 要］情境體驗法是以學生為主體、教師為主導，強調學生在教師創設的情境中體驗、觀察、獲取新知的一種教學方法。Celestia是一款專業的地理天文學軟件，能夠創設近似真實的虛擬情境輔助地理教學。為方便情境體驗法在地理教學中的應用，文章嘗試構建Celestia輔助下的情境體驗法教學流程，并以人教版高中地理選擇性必修一中的“地球運動的地理意義”一課為例，探究Celestia輔助下情境體驗法在高中地理教學中的應用，以期提高地理課堂的教學效率，落實地理學科核心素養。

［關鍵詞］Celestia；情境體驗法；高中地理

［中圖分類號］ ? ?G633.55 ? ? ? ? ? ?［文獻標識碼］ ? ?A ? ? ? ? ?［文章編號］ ? ?1674-6058（2023）01-0079-04

《普通高中地理課程標準（2017年版2020年修訂）》（以下簡稱“課程標準”）指出，為了培養學生的地理學科核心素養，教師需要反思日常教學和評價的方式和方法，嘗試更多地運用問題式教學、實踐教學、信息技術支持下的教學等［1］。情境體驗法是教師創設一定的情境，讓學生在設定的情境中進行體驗以獲取知識的教學方式。情境可以是真實情境，也可以是模擬、虛擬的情境［2］。傳統地理教學只能讓學生抽象地了解知識的概念，難以讓學生真正掌握知識的內容。在高中地理教學中引入情境體驗式教學，既能激發學生的學習興趣，又能讓學生對地理事物有一個直觀的認識［3］。

Celestia擁有豐富的星系資料庫，具有時間設置、行星運動軌跡和參考向量的顯示等功能。它可以演示地球的自轉和公轉，可以觀測地球晝夜長短的變化和太陽周日運動。學習“地球運動的地理意義”要求學生具有較高的空間思維能力，所以該部分知識是學生學習的難點。基于此，本文嘗試構建Celestia輔助下的情境體驗法教學流程，并以人教版高中地理選擇性必修一中的“地球運動的地理意義”一課為例，探究Celestia輔助下情境體驗法在高中地理教學中的應用，培養學生的地理空間思維能力，增強學生的地理實踐力，提高地理課堂的教學效率。

一、Celestia輔助下的情境體驗法教學流程

（一）Celestia簡介

Celestia是一款功能強大的天文學軟件，該軟件可以流暢地顯示高解析度的影像，模擬飛行器，帶領學生遨游星空［4］。Celestia常用的功能有導航功能、時間功能、渲染功能和視窗功能，導航功能主要用于選擇物體，查找所需要的天體；時間功能的主要作用為設置天體運動的時間，通過時間的設置，展示某一時間下的宇宙環境；渲染功能主要用于勾選想要的天體軌道、標簽、坐標系等，使其在屏幕中顯示；視窗功能可以將屏幕分割為上下或左右幾部分。此外，該軟件還具有參考向量的功能，可以顯示明暗邊界線、經緯網和太陽方向等。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）教學流程

課程標準指出，虛擬現實技術可以提供近似真實的環境，為學生提供地理實踐的替代性體驗。情境體驗式教學要求教師根據教學內容創設合適的情境，引導學生在情境體驗中建構新知識，并在新的情境中應用所學知識。因此，在高中地理教學中可以利用Celestia創設情境，為學生提供替代性體驗，輔助情境體驗法在地理教學中的應用，從而提高教學效率。

情境體驗法的理論基礎包括情境認知理論、體驗式學習理論和建構主義學習理論。情境認知理論認為，知識是個體在與環境交互作用的過程中產生的，它不可能脫離情境而存在。體驗式學習理論的鼻祖大衛.庫伯，構建了一個四階段的體驗式學習圈，由具體體驗、觀察反思、抽象概括、行動應用四個階段構成［5］。“行動應用”可以理解為將習得的知識遷移應用到新的情境中，以達到檢驗知識的目的。建構主義學習理論認為：學生不是被動的知識接受者，他們能夠根據已有的經驗主動建構知識，學習是學生的經驗體系在一定環境中自內而外的“生長”［6］。Celestia可以創設近似真實的虛擬環境，使學生全身心地投入到情境中，通過觀察、替代性體驗、問題解決等學習知識，達到對知識的深度學習。

綜上所述，借助Celestia創設虛擬情境，讓學生在情境中體驗、觀察，通過反思、總結獲得地理知識，并利用習得的地理知識解決實際問題的教學是有效教學。基于情境體驗法的理論基礎，筆者設計出Celestia輔助下的高中地理情境體驗法教學流程（見圖1）。

二、Celestia輔助下情境體驗法在高中地理教學中的應用

（一）創設情境，具體體驗

在地理教學中創設合理的情境，有利于激發學生的學習興趣，引起學生情感上的共鳴，豐富學生的情感體驗，培養學生的參與意識、創新精神等［7］。“地球運動的意義”中的晝夜交替、時差、晝夜長短的變化和正午太陽高度的變化等知識比較抽象，學生的生活中沒有關于宇宙的生活經驗，導致學生在頭腦中難以形成地球運動的表象。針對地理教材中的示意圖，在傳統教學中，教師以出示版圖或者制作Flash的方式來輔助教學，這樣的方式缺乏直觀性，不能很好地訓練學生的空間思維能力，導致該部分知識點成為地理教學的難點［8］。

Celestia不僅可以模擬地球的運動，還可以顯示地球的經緯網、太陽方向、明暗邊界線、晨昏線（圈）等，有助于學生建立地理空間表象。因此，通過Celestia創設近似真實的情境，讓學生“進入”情境中體驗晝夜交替和時差具體怎么產生、晝夜長短的變化規律等，有利于培養學生的空間思維能力，使抽象的知識形象化。具體的操作步驟如下。

打開軟件。點擊屏幕中央的“地球”→右鍵選擇“參考向量”→“顯示赤道軸”“顯示太陽方向”“顯示速度方向”“顯示經緯網”“顯示明暗邊界線”；利用鼠標的右鍵滾動地球，滾動鼠標滑輪放大和縮小地球，利用鼠標左鍵的左右移動功能調節地球大小、位置；點擊“時間”→“設置時間”，將時間設置在3月21日春分；點擊“視窗”→“垂直視窗”，左邊的視窗地球是從白晝到黑夜，右邊的視窗地球是從黑夜到白晝。根據教學需要，按鍵盤上的L鍵，加快地球自轉的速度，按空格鍵暫停運動。圖2是根據以上操作調整好的地球運動情境圖。

（二）設計問題，觀察反思

在高中地理教學中，教師只有設計和情境相關的問題，引導學生從情境中發現問題并解決問題，才能實現具體的教學目標［9］。在地理教學情境中設計問題，有利于學生從個體體驗的目前狀態達到目標狀態。

教學問題的設計要基于教學情境、符合學生的認知規律、體現情境體驗的要求，讓學生在情境中通過觀察發現問題、解決反思問題從而掌握知識。

教師設計關于晝夜交替、時差、晝夜長短的變化和正午太陽高度的變化的問題，讓學生根據問題觀察Celestia模擬的晨昏線、晝夜弧、太陽直射點的移動等。學生在觀察、思考和解決問題的過程中會反思從而發現新的問題：如地球不自轉，還會有晝夜交替現象的產生嗎？情境體驗過程中所引發的問題、觀察和反思如表2所示。

（三）交流探討，抽象概括

高中學生具有一定的抽象概括能力，他們能夠在教師的指導下，通過觀察體驗情境，獨自完成相對簡單的理論知識，如對晝夜長短和時差的理解，并能用自己的語言抽象概括出時差、晨昏線、晝弧和夜弧的相關概念以及晨昏圈的特點。對于較為復雜的知識點，如晝夜長短、正午太陽高度的變化和它們的變化規律等，學生需要通過同學之間的交流探討或在教師的指導下才能有意識地建構該部分知識。

如在教師的指導下，學生之間通過交流探討，用思維導圖抽象概括出正午太陽高度的變化規律（見圖3）。

（四）遷移應用，升華提升

“遷移”是將學習成果應用在新的情境中，促進原有知識與能力的轉化和升華［10］。促進原有知識與能力的轉化和升華過程也是實際應用和驗證新經驗的過程。教師引導學生將習得的知識遷移應用到新的情境，有利于鞏固學生的知識，提升學生的知識應用能力。

如教師可以讓學生思考路燈開關的時間能否隨季節調整，這樣既方便居民的生活又能合理用電。學生利用晝夜長短的知識解釋路燈開關時間的調整，這既鍛煉了學生將知識應用于實際生活的能力，又提高了學生的地理學習興趣，培養了學生觀察生活的習慣。充當路燈管理員的角色扮演能讓學生換位思考，培養學生的觀察力、想象力和問題解決的能力。

三、總結

情境體驗法是一種以教師為主導、以學生為主體的教學方式，它強調情境的創設，注重學生主動發現知識的過程，提倡師生互動以及學生對知識的遷移應用。這有利于轉變教學形式過于單一、學生被動接受知識的傳統“填鴨式”教學。課程標準在教學評價與建議中指出，可以運用虛擬現實技術提升學生的地理實踐力。Celestia彌補了天文類知識既缺乏具體形象的感官刺激，又不能身臨其境體驗的缺陷，該軟件可以模擬復雜的情境，為學生提供地理實踐的替代性體驗［11］。

Celestia輔助下情境體驗法在高中地理教學中的應用有利于地理教學方式的革新，更好地培養學生的地理學科核心素養。值得注意的是，在利用Celestia輔助情境體驗法教學時，教師應避免教學過程形式化，在教學過程中靈活應用該教學方法。

［ ? 參 ? 考 ? 文 ? 獻 ? ］

［1］ ?中華人民共和國教育部.普通高中地理課程標準：2017年版2020年修訂［M］.北京：人民教出版社，2020.

［2］ ?羅祖兵.信息技術與教學深度融合的限度及其超越［J］.課程·教材·教法，2019（1）：60-65.

［3］ ?王軍科.情境體驗式教學在高中地理教學中的應用研究［J］.中學政史地（教學指導），2022（6）：35-36.

［4］ ?黃慧，陶珊珊.Celestia與Stellarium在地理教學中的比較研究：以“天文學基礎”為例［J］.地理教學，2018（16）：53-57.

［5］ ?李文君.體驗式學習理論研究綜述［J］.教育觀察，2012（4）：83-89.

［6］ ?鐘啟泉，張華.世界課程改革趨勢研究［M］.北京：北京師范大學出版社，2001.

［7］ ?姜喬.基于情境認知理論的地理教學情境設計［J］.地理教學，2019（3）：33-36.

［8］ ?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）：8-9，52.

［9］ ?劉軍.情境體驗法在高中地理教學中的應用：以“全球氣候變化對人類活動的影響”教學為例［J］.中學地理教學參考，2020（16）：60-61.

［10］ ?鄧謀雨.高中地理實驗“問題·探究·建構·遷移”教學模式的實踐與反思：以熱力環流實驗為例［J］.地理教學，2018（22）：11-13，7.

［11］ ?宋少威.Universe Sandbox～2軟件在地理教學中的應用探究［J］.地理教學，2021 （2）：42-44.

（責任編輯 陳 明）