淺議星空軟件輔助教學(xué)在中小學(xué)地理（科學(xué)）課堂中的標準化建設(shè)

汪言在

（重慶師范大學(xué)地理與旅游學(xué)院，重慶沙坪壩 400030）

近年來，隨著虛擬信息技術(shù)和移動終端快速發(fā)展，星空軟件逐步進入中小學(xué)地理（科學(xué)）課堂。相較于傳統(tǒng)的星空教輔工具，星空軟件的優(yōu)勢表現(xiàn)為：（1）擁有海量數(shù)據(jù)庫，包含大量天體信息。（2）具有多功能和多維度的表達形式，可使用多種天球坐標立體展示天象。（3）具有動態(tài)性和實時性，可展示既往天象的發(fā)生過程和未來演變的情景。

鑒于星空軟件的教學(xué)優(yōu)勢，為了培養(yǎng)學(xué)生的空間思維能力、彌補教學(xué)設(shè)備不足與觀測時空限制、滿足學(xué)生的好奇心和培養(yǎng)學(xué)生的動手能力，眾多研究者介紹了星空軟件的操作步驟。盡管以往的研究推進了在中小學(xué)地理（科學(xué)）課堂中使用虛擬信息技術(shù)的進程，但是這些工作主要關(guān)注操作步驟，卻較少探討星空軟件輔助教學(xué)在中小學(xué)地理（科學(xué)）課堂中標準化建設(shè)的問題，星空軟件輔助教學(xué)缺乏規(guī)范性、標準性和統(tǒng)一性。

基于中學(xué)地理課程標準，針對中小學(xué)地理（科學(xué)）教學(xué)學(xué)情，本文探究了現(xiàn)有星空軟件輔助教學(xué)存在的短板，在此基礎(chǔ)上提出星空軟件輔助教學(xué)的標準化原則和教學(xué)規(guī)范，希望可以為中小學(xué)地理（科學(xué)）課程標準化建設(shè)和推廣虛擬信息技術(shù)提供參考。

一、課堂教學(xué)標準化建設(shè)的意義

（一）星空軟件課堂教學(xué)標準化建設(shè)有利于實施地理課程標準

《義務(wù)教育地理課程標準（2011 版）》指出“地球與地圖是學(xué)習(xí)區(qū)域地理的基礎(chǔ)”和“地球及其運動”是初中地理教學(xué)的重要組成單元。《普通高中地理課程標準（2017 年版）》在“必修課程”標準中要求“運用資料，描述地球所處的宇宙環(huán)境，說明太陽對地球的影響”；在“選擇性必修課程”標準中要求“結(jié)合實例，說明地球運動的地理意義”；同時在“選修課程”標準中明確推薦了“天文學(xué)基礎(chǔ)”的教學(xué)內(nèi)容。在上述學(xué)科背景和課程標準的要求下，引入星空軟件輔助教學(xué)有利于提升中小學(xué)地理課堂“地球的宇宙環(huán)境”和“天文學(xué)基礎(chǔ)”等內(nèi)容的教學(xué)效果。

（二）星空軟件課堂教學(xué)標準化建設(shè)有利于課程信息化建設(shè)

《義務(wù)教育地理課程標準（2011 版）》指出“教師要積極利用信息技術(shù)手段，優(yōu)化和豐富地理教學(xué)活動”，同時規(guī)定“必備的教具、設(shè)備和教學(xué)用圖有地球儀、三球儀”。《普通高中地理課程標準（2017 年版）》強調(diào)“注重開發(fā)地理教具、學(xué)具，包括配套建設(shè)天文望遠鏡、天球儀等地理教學(xué)器材”；同時指出要“深化應(yīng)用信息技術(shù)”“信息技術(shù)發(fā)展和應(yīng)用是地理教學(xué)改革的助推器”和“虛擬現(xiàn)實技術(shù)可以提供近似真實的環(huán)境”。星空軟件能實時渲染星空，能夠逼真地表現(xiàn)通過肉眼、雙筒望遠鏡和小型天文望遠鏡所看到的天空，極強的動態(tài)性和實時性使中小學(xué)地理課程教學(xué)更加生動形象，星空軟件輔助教學(xué)標準化有利于在中小學(xué)課堂教學(xué)過程中推廣虛擬信息技術(shù)。

（三）星空軟件課堂教學(xué)標準化建設(shè)有利于提升學(xué)生的學(xué)科核心素養(yǎng)

《普通高中地理課程標準（2017 年版）》在“學(xué)業(yè)質(zhì)量水平”部分將地理學(xué)科核心素養(yǎng)劃成了4 個水平級別，由水平1至水平4 級別由低到高遞進。其中水平3 提出了“能夠說明地球運動與晝夜更替、四季變化等自然現(xiàn)象的關(guān)系”，水平4提出了“能夠運用地球運動規(guī)律，解釋晝夜更替、四季變化等自然現(xiàn)象產(chǎn)生的原因”，說明該部分課程內(nèi)容對于培養(yǎng)地理學(xué)科核心素養(yǎng)具有很高的教學(xué)要求和課程標準。

二、星空軟件輔助教學(xué)存在的問題

（一）星空軟件在中小學(xué)地理（科學(xué)）課堂中輔助教學(xué)的現(xiàn)狀

2011～2020 年，有關(guān)星空軟件的教學(xué)論文大多數(shù)年份的發(fā)表數(shù)量為1～3 篇，2018 年是發(fā)表豐年，數(shù)量高達7 篇。這些論文主要發(fā)表于三個中學(xué)地理教學(xué)期刊，其中《地理教學(xué)》發(fā)表數(shù)量占45%，《中學(xué)地理教學(xué)參考》占11%，《地理教育》占11%，反映出廣大中小學(xué)地理教師對星空軟件輔助教學(xué)具有很濃厚的興趣。因此，星空軟件輔助教學(xué)具備一定的師資基礎(chǔ)。

就發(fā)表內(nèi)容來看，以往發(fā)表的論文主要針對星空軟件的初級使用功能，如使用星空軟件尋找天體；日月食、地球運動過程；時間和正午太陽高度計算。其中天體位置和日月食是介紹最多的內(nèi)容，其次為天體周日視運動。上述結(jié)果表明，廣大中小學(xué)教師主要關(guān)注如何使用星空軟件描述天體信息，較少涉及模擬和計算天體運動過程，同時也反映了當前使用星空軟件缺乏探討和分析深層次天體過程問題。

（二）中小學(xué)地理（科學(xué)）課堂中星空軟件輔助教學(xué)存在的問題

1.缺乏系統(tǒng)的操作規(guī)范。雖然以往的研究展開描述了星空軟件的操作步驟，但是這些描述大多為研究者的個人經(jīng)驗，并非系統(tǒng)規(guī)范。因此當前中小學(xué)地理（科學(xué)）課程亟待總結(jié)和優(yōu)化星空軟件的操作步驟，從而梳理出中小學(xué)地理（科學(xué)）課堂中星空軟件實操的基本原理與使用操作的重難點。

2.缺乏分析教學(xué)學(xué)情。以往的研究很少考慮天文學(xué)術(shù)語在中小學(xué)低年級地理教學(xué)中的適用性，中小學(xué)學(xué)生存在理解天文學(xué)術(shù)語困難的問題，因此中小學(xué)地理（科學(xué)）輔助教學(xué)亟待普及天文學(xué)概念與轉(zhuǎn)化概念語義。

3.缺乏分析相應(yīng)的知識結(jié)構(gòu)。以往教師在利用星空軟件教學(xué)時，缺乏鋪墊和引申中小學(xué)地理（科學(xué)）知識背景，較少闡述星空軟件操作適用于中小學(xué)地理（科學(xué)）課堂教學(xué)的哪一章、哪一節(jié)或哪一類問題。

4.缺乏評價相應(yīng)的教學(xué)效果。以往的研究大量介紹了星空軟件的操作步驟，提升了中小學(xué)學(xué)生的學(xué)習(xí)熱情，然而較少比較星空軟件使用前、后的教學(xué)效果，因此難以指導(dǎo)中小學(xué)地理（科學(xué)）教師后續(xù)的教學(xué)任務(wù)。

三、星空軟件輔助教學(xué)標準化建設(shè)的原則與內(nèi)容

針對上述問題，結(jié)合《義務(wù)教育地理課程標準（2011 版）》和《普通高中地理課程標準（2017 年版）》，本文提出有關(guān)中小學(xué)地理（科學(xué)）課程中星空軟件輔助教學(xué)的標準化原則和規(guī)范事宜。

（一）星空軟件輔助教學(xué)標準化建設(shè)的原則

1.統(tǒng)一規(guī)范原則。有必要在中小學(xué)地理（科學(xué)）課程主管機構(gòu)出版或出臺相應(yīng)的星空軟件輔助教學(xué)實操標準，需要具體到不同的教學(xué)內(nèi)容應(yīng)該使用的星空軟件模塊以及使用的每一個步驟。

2.分級設(shè)計原則。星空軟件輔助教學(xué)內(nèi)容應(yīng)該采取由易到難的活動設(shè)計策略，在沒有學(xué)習(xí)天文術(shù)語的情況下，中小學(xué)低年級學(xué)生不宜使用較難的活動案例展開教學(xué)。

3.反思互饋原則。在使用星空軟件輔助教學(xué)前、后，在輔助教學(xué)的過程中推廣加強教學(xué)—反思—教學(xué)互饋的教研方法，特別要注意將教學(xué)效果及時反饋給課程教師，進一步實施推廣和糾正等措施。

（二）星空軟件輔助教學(xué)標準化建設(shè)的內(nèi)容

1.總結(jié)與分級設(shè)計星空軟件輔助教學(xué)的標準。總結(jié)以往星空軟件的教學(xué)內(nèi)容，依據(jù)培養(yǎng)地理學(xué)科核心素養(yǎng)的要求，星空軟件輔助教學(xué)的教學(xué)標準可以分為初級標準、中級標準和高級標準，分別對應(yīng)星空軟件輔助教學(xué)“現(xiàn)象描述”“過程闡述”和“數(shù)量計算”的教學(xué)要求。“現(xiàn)象描述”的教學(xué)內(nèi)容包括天體與星系、日月食、月相；“過程闡述”的教學(xué)內(nèi)容包括地球運動、日月食過程、月相過程、太陽黑子過程和天體周日視運動；“數(shù)量計算”的教學(xué)內(nèi)容包括計算晝夜長短、正午太陽高度、時間。總體上，星空軟件輔助教學(xué)的課程要求和活動強度隨著分級標準逐級增加。

2.星空軟件輔助教學(xué)轉(zhuǎn)換天文術(shù)語。星空軟件中使用了諸多天文學(xué)術(shù)語，如天球坐標系（赤經(jīng)和赤緯、時角和赤緯）、天體亮度和光度（視星、絕對星）以及日月食過程（初虧、食既）等。在中小學(xué)低年級課堂中使用星空軟件教學(xué)應(yīng)該轉(zhuǎn)換天文術(shù)語，以便低年級學(xué)生理解。如太陽赤緯可以使用太陽直射點緯度替代；仰極高度可以用北極星相對地平線夾角替代；日、月食過程的初虧、食既可以用天體球體的外切、內(nèi)切關(guān)系替代。基于低年級掌握的科學(xué)知識水平，使用基本原理一致的科學(xué)術(shù)語加以解釋。

3.設(shè)計星空軟件輔助教學(xué)知識結(jié)構(gòu)。根據(jù)星空軟件輔助教學(xué)的分級標準，設(shè)計星空軟件輔助教學(xué)的知識結(jié)構(gòu)。小學(xué)科學(xué)教學(xué)內(nèi)容主要講解初級標準教學(xué)活動，如認識星座形狀、太陽黑子分布、北斗星形狀和北極星方位等；初中地理教學(xué)內(nèi)容主要講解中級標準教學(xué)活動，如地球自轉(zhuǎn)與地球公轉(zhuǎn)、月球自轉(zhuǎn)與月球公轉(zhuǎn)、太陽周日圈及季節(jié)變化等；高中地理教學(xué)內(nèi)容由于高中選修課程已經(jīng)涉及天球坐標等天文知識，因此可以講解高級標準教學(xué)活動，如晝夜長短計算、正午太陽高度計算、行星會合周期計算、視太陽時計算等。

4.星空軟件輔助教學(xué)的教學(xué)評價與反饋。星空軟件輔助教學(xué)不僅講授操作步驟，更重要的是促使學(xué)生在操作過程中能夠直觀、立體感受各類天體及其運動，引導(dǎo)學(xué)生理解課堂所學(xué)的天文學(xué)、地理學(xué)基本概念與原理，從而提升中小學(xué)學(xué)生的學(xué)科核心素養(yǎng)。在實施星空軟件輔助教學(xué)之后，教師應(yīng)該及時摸排和反思學(xué)生的學(xué)習(xí)情況，通過課堂詢問以及課下問卷調(diào)查的方式，了解學(xué)生在使用星空軟件前、后掌握知識點的情況，衡量使用星空軟件的教學(xué)效果，同時找出星空軟件輔助教學(xué)存在的問題。

四、結(jié)語

本文探討了星空軟件輔助教學(xué)標準化建設(shè)的意義，在總結(jié)以往相關(guān)研究的基礎(chǔ)上，提出了星空軟件輔助教學(xué)標準化建設(shè)的原則、分級標準和實施內(nèi)容，希望可以為中小學(xué)地理（科學(xué)）課程標準化建設(shè)以及推廣虛擬信息技術(shù)提供參考。