金開任 王夢夢

（浙江省平陽中學, 浙江 溫州 325400）

《普通高中地理課程標準（2017年版2020年修訂）》（以下簡稱“新課標”）指出，信息技術(shù)的發(fā)展和應(yīng)用是地理教學改革的助推器，對學生學習方式和教師教學方式的改變具有重要作用。[1]調(diào)查發(fā)現(xiàn)，當前學生的地理空間思維能力較為薄弱，對宇宙空間的認知不容樂觀。Stellarium是一款虛擬星象儀的計算機軟件，可以用來查閱天文奇觀，虛擬演示天文現(xiàn)象，是天文愛好者野外天文觀測的重要輔助工具?；诖耍P者以高中必修《地理一》第一章第一節(jié)“地球的宇宙環(huán)境”為例，統(tǒng)計近十年高考地理試題，分析天體觀測試題特點，嘗試運用Stellarium軟件輔助地理課堂教學，探索將信息技術(shù)作為環(huán)境、作為手段、作為內(nèi)容、作為思想融入教學，[2]提升學生地理空間思維能力，突破宇宙空間認知教學難點。

一、考情分析

1.真題回顧

筆者通過對2013～2022年近十年高考地理試題進行統(tǒng)計后發(fā)現(xiàn)，天文觀測試題出現(xiàn)頻率高（見表1）。從考查內(nèi)容來看，主要集中在太陽系常見天體觀測。從考試題型看，主要為選擇題。從試題發(fā)展變化來看，難度有所加深。從考查角度來看，主要從時間、空間、運動變化及聯(lián)系的視角來考查，對學生的時間思維、空間思維和時空綜合思維的能力要求較高。

表1 2013～2022年高考地理天體觀測類試題部分統(tǒng)計

2.天文觀測教學難點形成的原因

(1)天文地理專業(yè)詞語多，概念內(nèi)容抽象

“地球的宇宙環(huán)境”涉及的天文現(xiàn)象專業(yè)性強，對學生的空間位置感、方向感與空間想象能力要求高。在許多問題情境中出現(xiàn)凌日、沖日、日食、月食、超級月亮等概念，這些概念與學生日常生活聯(lián)系不夠緊密，受多種因素影響，教科書也沒有對這些概念進行詳細的說明解釋。加上高一學生的宇宙空間知識儲備少，學習途徑有限，“地球的宇宙環(huán)境”中天體觀測便成為教師“難”教、學生“難”學的知識點。

(2)空間轉(zhuǎn)換思維要求高，試題難度較大

從近十年的高考真題來看，這類試題學生得分率普遍比較低，因為該類試題對學生文字概括能力、圖文轉(zhuǎn)化能力和圖文結(jié)合能力要求很高。例如，在浙江卷2020年第20題“月球與八大行星一樣自西向東公轉(zhuǎn)，在地球上的觀測者可以觀測到月球、地內(nèi)行星經(jīng)過太陽表面的天象，且前者比后者經(jīng)過日面的時間短。若觀測者在甲地某日先后觀測到月球、水星經(jīng)過太陽表面的天象，則第二天正午三大天體在星空中的位置可能是……”該題對學生學習能力要求高，學生需要對試題中的顯性信息和隱性信息進行獲取、分析和重組，學生需要在大腦中構(gòu)想日地月三者位置及相關(guān)運動規(guī)律，再疊加八大行星繞日公轉(zhuǎn)運動規(guī)律和特點，對學生空間轉(zhuǎn)換思維和邏輯推理能力要求高。

(3)地理實踐力要求高，實地天文觀測受限

統(tǒng)計分析高考真題發(fā)現(xiàn)，天文觀測試題對學生的空間思維、時間思維和時空綜合思維要求高，對核心素養(yǎng)中的綜合思維要求高。因天文觀測還涉及到天文學、物理學、立體幾何等跨學科交叉融合知識，學生運用起來較難。部分學校受諸多條件限制，從來沒有組織學生進行過天文觀測，使得地理實踐力的培養(yǎng)難以落地，也使得真實情境下的天文觀測難以開展，阻礙了學生地理學科核心素養(yǎng)的培養(yǎng)。

二、運用Stellarium軟件突破教學難點

1.延展課本核心概念，突破概念簡單抽象難點

教科書是學生學習地理專業(yè)知識的主要載體，但因教科書整體篇幅的限制，不可能對與該主題相關(guān)的所有地理概念內(nèi)容都進行詳細闡述，于是教科書中出現(xiàn)的部分地理概念便成為學生學習的一個難點。例如教科書展示了獵戶座星云的圖片（見圖1），學生不禁會產(chǎn)生疑問：何為恒星、星云、星座、星系？它們的形狀、大小關(guān)系如何？而這些概念缺少詳盡的介紹和比較。教師在備課時也會思考采取哪些有效的途徑和方法讓這些抽象的概念直觀形象，突破教學難點。例如，案例1辨識“獵戶座星系”。

圖1 人教版教科書中獵戶座星云插圖

【案例1】辨識“獵戶座星系”

圖2 Stellarium 軟件中的獵戶座星云

Stellarium軟件利用圖文結(jié)合的方式，突破概念教學難點，模擬天體體積大小及運動特征，可增強學生空間感知，促進學生對抽象地理概念的可視化理解，提升地理空間想象能力。操作Stellarium軟件中天體所在位置的放大或縮小功能，可增強學生對不同天體體積大小和空間距離的感知，可以更好地展現(xiàn)地理問題，將圖形信息、文字信息進行多維度、多形式的有效轉(zhuǎn)換。同時在認識與解決地理問題過程中，促進地理概念辨析和抽象地理概念教學的可視化，可以培養(yǎng)學生地理空間思維能力。

2.剖析疑難問題情境，突破空間視角轉(zhuǎn)換難點

情境作為高考評價體系的重要載體，按知識應(yīng)用和產(chǎn)生方式的不同，主要分為學習探索情境和生活實踐情境兩種。學習探索情境，源于真實的研究過程或?qū)嶋H的探索過程，涵蓋學習探索和科學探究過程中所涉及的問題。[4]不同節(jié)氣下的太陽視運動圖牽扯到太陽直射點在地球上的空間位置，整合了地球自轉(zhuǎn)與地球公轉(zhuǎn)的相關(guān)知識，綜合性強，對學生空間思維能力要求高。[5]為了更好地突破難點問題，可借助Stellarium軟件動態(tài)演示某日某地太陽視運動的移動過程，由靜態(tài)到動態(tài)剖析疑難考點，將復雜的空間想象轉(zhuǎn)化為直觀的影像資料，使疑難知識變得更直觀易懂。

【案例2】剖析疑難問題“太陽視運動”

（2018 江蘇高考真題）下圖為“某地二分二至日太陽視運動示意圖”（見圖3）。讀圖回答下列小題。

圖3 某地二分二至日太陽視運動示意圖

線①所示太陽視運動軌跡出現(xiàn)時的節(jié)氣為（D）

A.春分 B.夏至 C.秋分 D.冬至

太陽視運動試題對學生地理空間思維能力要求高，是學生地理學習的一大難點。為了更好地解答上述地理試題，學生需要調(diào)動與運用不同節(jié)氣、不同緯度太陽視運動的相關(guān)知識，把握不同緯度晝夜長短和正午太陽高度的變化規(guī)律。為了更好地呈現(xiàn)地理問題解決過程，以春分日為例，通過重設(shè)Stellarium軟件的時間和位置就能很快還原當時的太陽方位及變化，直觀感受太陽運動軌跡，繼而推理夏至、冬至太陽視運動軌跡，具體步驟如下。

點擊應(yīng)用圖標，啟動Stellarium軟件→點擊時間按鈕“”，更改時間，設(shè)定春分日3月21日6時→點擊所在地點按鈕“”，將位置更改為我國某地，如浙江溫州（見圖4）→按住Ctrl鍵同時滾動鼠標，將畫面視圖縮小到將天頂呈現(xiàn)在畫面中央→點擊打開地平網(wǎng)絡(luò)“”→拖動時間軸可還原當天太陽運動的動態(tài)變化過程（見圖5）→根據(jù)當天太陽視運動動態(tài)變化過程，可以獲得太陽軌跡合成圖（見圖6）→做出判斷，不符合題中①軌跡。接著分別重新設(shè)定時間為夏至、冬至日，重復以上操作，直至觀察到冬至日的太陽視運動符合題意。

圖4 觀測位置設(shè)定操作界面

圖5 春分日溫州太陽視運動過程動態(tài)演示

圖6 春分日溫州太陽視運動軌跡合成圖

Stellarium軟件通過調(diào)整所在位置實現(xiàn)視線范圍內(nèi)的星空模擬，還具有尋星功能，能給學生提供較好的觀星體驗。通過Stellarium軟件演示，可以將兩個及兩個以上地理圖層信息有效疊加到相同區(qū)域，以揭示不同地理事物之間的空間聯(lián)系、判斷地理事物的空間影響，培養(yǎng)學生地理空間疊加思維。學生反復實踐與記錄，可以提升其在具象星空與抽象題目之間切換的能力，提升地理空間思維能力，突破教學難點。

3.開展課后地理實踐，突破天體實地觀測難點

新課標指出，教師可組織學生觀察星空，提高學生對天文學的興趣，增強學生對宇宙天體的欣賞能力，激發(fā)探索宇宙的愿望，幫助學生形成對天文現(xiàn)象的正確認識，逐步建立科學的宇宙觀。[6]紙上得來終覺淺，絕知此事要躬行。借助Stellarium軟件設(shè)計地理課外實踐活動，能讓學生運用最新的信息技術(shù)去探索地理規(guī)律，提高天文觀測的針對性和有效性，不僅能檢驗學生的地理空間思維和實踐操作能力，還可以使其體驗天文觀測之美妙。合理有效地開展地理野外觀測活動，可以活躍學生的地理空間思維，培養(yǎng)學生嚴謹細致的科學素養(yǎng)、探究精神和實踐能力。結(jié)合教科書后面的活動題，可以適當開展相關(guān)天文觀測活動（見表2），提升天文觀測興趣和能力。

表2 “獵戶座流星雨”觀測方案設(shè)計

近年來，高考試題中基于日照圖的變式圖日趨多樣，過去由于對“側(cè)視光照圖”的轉(zhuǎn)化應(yīng)用未加以重視，學生解題思維受限，抓不住解題的切入點和關(guān)鍵點，以致在考場上屢次受挫。借助信息技術(shù)手段是面向未來的學習方式之一。信息技術(shù)的使用可以輔助學生自主學習、探究學習和合作學習，促進地理學習的拓展和深入。[7]實踐證明，合理借助Stellarium等信息技術(shù)軟件，可以豐富教學情境資源和創(chuàng)新學習方式，讓地理課堂有趣、有序、有層次地持續(xù)推進，促進學生自主建構(gòu)知識的發(fā)生，[8]促進學生實現(xiàn)實景空間、二維空間和三維空間轉(zhuǎn)換，突破教學難點，提升地理學科核心素養(yǎng)。