手机Stellarium在天文教学中的深入应用

技术方法教育与装备研究2018年第6期手机Stellarium在天文教学中的深入应用
林宏宇
摘要:天文教育在培养学生空间思维、提高学生科学素养、培育学生创造性思维等方面具有十分重要的意义，但在实际教学中往往流于表面，陷入枯燥的“纸上观天”、学生被动记忆的教学模式中。

基于手机Stellarium增强实地观察、模拟实地观察、重现实地观察的
三类优势功能，在实际教学中根据学习目标指导学生综合应用，可以通过“体验观察+探究规律”的教学方法有效地提升教学效果，甚至帮助学有余力的学生完成深层次探究。

关键词：手机App;Stellarium;虚拟天文馆
天文学作为最古老也最具前瞻性的自然科学,是科学发展的重要引擎之一。

天文教育在培养学生空间思维、提高学生科学素养、培育学生创造性思维等方面具有十分重要的意义。

然而天文知识较为抽象，在实际中由于相应的硬件配备和专业教师匮乏，教学往往流于表面。

即使有越来越多的数字化课件提供了丰富、精美的天文画面，课堂教学仍难免陷入枯燥的“纸上观天”、学生被动记忆的教学模式。

随着人手一机智慧课堂的逐步推进,科学教师在天文教学中借助手机Stellarium(中译名“虚拟天
文馆”）开展体验式和探究式学习，能有效激发学生探索天文的兴趣，提高学生学习天文知识的效果。

一、软件简介
Stellarium是一款免费的虚拟星象仪软件。

它最初可在电脑上根据设定的观测地和时间呈现从肉眼、普通望远镜、天文望远镜直至深空望远镜的真实视觉效果，早已用于在天文教学中提供画面欣赏、演示观测、调动学习积极性等。

现在Stellarium在各手机平台都推出了 App,相
比于电脑端，手机端Stellarium(以下教学应用中米用的都为手机Stellarium)的仿真程度更高，使用场景更加广泛，可以完全模拟真实仰头观天的效果，更有利于将抽象的天文教学化为可探究的仿真场景。

二、天文教学内容分析
梳理义务教育小学科学课程标准,天文教学内容约占地球与宇宙科学领域的46% ,涵盖天体视运动、月相变化、太阳系、宇宙星空等，从地到天，从古到今，跨度很大。

传统教学难以安排探究式学习，甚至连体验式学习也很少能够实现，理论脱离现实,学生的学习效果较差。

利用Stellarium的高仿真度和资源深度，教师根据
林宏宇，福建省厦门市松柏小学，一级教师。

本文为“基于手机App虚拟实验应用的小学科学实验教学实践研 究”（课题号：闽教电馆K T15020)项目研究成果。

—66 —
2018年第6期教育与装备研究技术方法
教学内容与学习目标将之用于课堂教学，能够 地提升教学效果,甚至帮助学有余力的学生完通过“体验观察+探究规律”的教学方法有效 成深层次探究（见表1)。

表1小学科学天文教学内容、学习目标与Stellarium的功能结合点
学习内容与目标传统教学
主要方法
Stellarium提升教学效果的应用
主要方法：拓展方法：
体验观察+探究规律 深层次探究
地球1 -2年级:描述太阳视运动现象
3 - 4年级:描述太阳视运动规律
课外观察；
图片认识，
模拟实验
传感器模式；
显示黄道线；
时间加速
指定不同观测地，传感器模
式配合VR镜进行探究
5 -6年级:知道地球自转；知道昼夜交
替现象;知道天体东升西落现象
模拟实验时间加速
月球1 - 2年级:描述月相变化现象
3 -4年级:描述月相变化规律、描述月
课外观察；
观察图片、
星体锁定居中、放大;指定日
期，时间加速
指定日期和时间球表面、知道地球的形状+教具模拟
太阳系5-6年级:描述八大行星的位置关系；
描述日月地三球相对运动方式
图片、教具
指定观测地、日期和时间（日
食和月食）显示行星标记、黄
道线，时间加速
通过探究多次日食和月食的
规律来推理三球关系；
探究行星在天球视运动轨迹
宇宙5-6年级:知道宇宙中有无数星系，银
河系只是其中之一；知道大熊座、猎户
座等主要星座；学习利用北极星辨认方
向
图片认识为主
选择星空术语、星座连线、名
称、图绘；星体锁定居中、指
定日期、时间加速;传感器模
式
调整银河亮度、设置光污染；
指定观测地,传感器模式配
合VR镜进行探究
*知道地球形状是3-4年级的学习目标,但在更高的年级可以通过模拟重现亚里士多德观察月食现象的科学史，推敲他借 此推测地球形状的过程。

三、教学应用
教师根据教学目标选择应用Stellarium的各种功能，可以帮助学生有效探究。

(一）增强实地观察—
—天体的周日视运动
天体的周日视运动需要长时间的观察，在课堂上难以完成，课后又无法保证，往往成为脱离实际、学生强行记忆的抽象概念。

结合室外观察，利用Stellarium的时间加速功能，可以方便观察太阳在一天中经过天空的路径，记录其方位和高度。

学生通过比对仿真观察和实地观察记录，可以在一节课上累积许多天的现象,便于归纳出太阳周日视运动规律。

夜晚星空的周日视运动往往被人忽视，很多教师甚至自己都不理解“斗转星移”的现象。

同样，使用加快时间流逝的功能，学生可以直观地发现星座也是随着时间绕着北极星旋转的，从而明白在夜晚，可以利用北极星指路的原因。

选中北极星，设置“锁定居中”，直接跳动月份来观察，从而理解“斗柄东指，天下皆春；斗柄南指，天下皆夏；斗柄西指，天下皆秋；斗柄北指，天下皆冬”是古人对自然现象的总结。

(二）模拟实地观察——认识星座
无论对于小学生还是普通教师，从几颗星星联想到星座都是过于抽象的。

即使学生在二年级前可能早已听说了北斗七星、北极星、十二星座等，但直到他们上了六年级，甚至上了中学,对星空的认识依然停留在纸面上那点冷知识。

学生对真实的星空缺乏感性认识，不知道星座在天空的方位，也不理解示意图上的小星座在实际天空中的跨度有多大,根本无法在真实的星空中找到自以为熟悉的星座。

北京日报的记者曾随机采访三所中学约50名学生，虽然都听说过，但没几个人认识北斗七星。

可见，只有在观星活动中亲自认出特征星座，才能让认识星座的学习不至于停留在抽象与虚幻中。

但是出于安全考虑,学校和家长并不支持组织夜晚远郊山顶观星活动，因此教师可以通过白天的室内模拟观星来达成教学目标。

手机Stellarium相比电脑版软件最大的优势在于可开启传感器模式。

此时，界面不是用
—67 —
技术方法教育与装备研究2018年第6期
手指拖动来移动,而是实时显示手机摄像头对应方位的天空（或地面），即把手机迎着天空，屏幕上显示的就是真实的天空景象。

教师布置学生课前观察星空，然后在课堂上用手机Stel-larium模拟再次观察。

有条件的话在室内使用
星空灯让学生借助Stellarium来寻星、认星，真正从感性上深刻认识星座的方位。

比如学生会发现北斗七星在天空（天花板）的跨度并不小，不能局限在一个小区域里找北斗；秋冬北斗基本在地下，应该通过“W”形的仙后座来寻找北极星。

Stellarium“星座连线、星座名称、星座图绘”三项辅助显示功能可用于帮助学生识别和记忆星座。

比如将冬季星空的特征星一猎户座和冬季大三角的星座图绘显示出来,便于通过古希腊神话传说来认识星座。

将“星空术语”切换为中国，还可以了解“三星高照年来到”“动如参商”等故事,让学生更容易在故事中识记四季星空特征星的分布与位置关系。

更为贴合实践与心理的是,Stellarium可通过设置“光污染指数”逼真地模拟城镇灯光上的夜空，与学生在家观天的真实体验几乎相同。

这就避免了以往学生由于亲自观星效果比星空图差太多而产生的挫折感和“学不致用”的割裂感，更有助于增强学生对当地可见星空的认识，提高学生后续深人观察星空的兴趣。

(三）重现实地观察一一观测日食和月食
日月地三球位置关系是学生早就会背的知识，然而他们并没有真正理解三球的位置关系。

早在公元前，亚里士多德就曾推论地球的形状和日月地三球的相对位置，正是通过他对日食和月食数十次的观测获得的。

我们也可以借助Stellarium多次反复观测日食和月食，引导学生在现象分析中建构概念。

2016年4月9日上午，中国大部可见日偏食，笔者曾带领学生到操场观看日偏食,返回教室后用Stellarium重温观测，之后把软件观测地设为印尼的PALANGKARAYA,使用“居中”设置，调整时间轴，反复多次细致、安全地观测日全食。

在观察中，学生们发现了月球都是从西—68 —往东遮挡太阳的，很快就讨论出用手电筒、乒乓球、地球仪模拟日食现象的方法。

而在传统课堂上，老师往往用生硬的演示实验来教授这一内容，即使遇上罕见的日食现象也难以让学生理解日月地的空间关系。

Stellarium的放大观
测效果逼真且安全,此时教师可适时引导，让学生在多次反复观察中轻松地理解日冕、日珥、太阳黑子等概念，提升教学效果。

(四）其他应用方法
Stellarium在观察月相变化规律、认识八大行星、欣赏银河和认识牛郎织女的故事、建立“天球”概念等教学内容中也可以提供丰富的资源。

作为“虚拟天文馆”，教师在天文教学的设计中应该考虑把其作为真正的天文台参与进来,参考天文学家的研究方式组织学生在探究中建构天文概念。

四、结语
前文所述手机Stellarium在天文教学中的应用可与现行智慧课堂深度融合，将平时课堂上难以观测到的天体及天象真实、浓缩地呈现在学生面前,通过清晰直观、便捷交互的功能实现体验+探究式学习。

信息时代的科学教师应该正确认识手机APP辅助教学的优势和局限,探索和发掘更多优秀的A PP,真正增强学生的学习兴趣，充分发挥探究式学习的功能,提高教学的有效性。

参考文献：
[1] 中华人民共和国教育部.义务教育小学科学课程
标准[Z]. 2017 -01 -19
[2] 林宏宇.几款手机A P P在天文地理教学中的应用
[J].教育与装备研究，2017，（4):67 -70.
[3] 汪志平.虚拟天文馆在小学科学探索宇宙单元中
的运用一以《看星座》教学为例[J].教学仪器与 实验，2014，（5):15 -16.
[4 ]熊曳，陈实.Stellarium在地理多媒体教学中的应用
[J].地理教学，2011，（14):46 -48.
[5]贺志康.巧用虚拟天文馆软件Stellarium演示太阳
周曰视运动轨迹[J].地理教学，2013，（20):58 -
59.。