巧用虛擬天文館軟件Stellarium演示太陽(yáng)周日視運(yùn)動(dòng)軌跡

福建師范大學(xué)地理科學(xué)學(xué)院（350007） 賀志康

在高中地理必修1[1]《地球的運(yùn)動(dòng)》這一節(jié)中，晝夜交替與正午太陽(yáng)高度角的變化兩部分內(nèi)容都涉及到一個(gè)知識(shí)點(diǎn)即太陽(yáng)的周日運(yùn)動(dòng)。2012年安徽高考文綜選擇題第30題的正確解答就需要先確定太陽(yáng)的方位，相類似的題目也比較常見，但鑒于平時(shí)疏于觀察與空間思維能力有限等原因，大部分學(xué)生對(duì)這個(gè)知識(shí)點(diǎn)感覺很困難，難以理解與掌握?？梢哉f，太陽(yáng)周日視運(yùn)動(dòng)既是重點(diǎn)，也是難點(diǎn)。通過虛擬天文館軟件Stellarium模擬太陽(yáng)周日視運(yùn)動(dòng)，演示其運(yùn)動(dòng)軌跡，形象而又生動(dòng)，有助于學(xué)生從感性認(rèn)識(shí)向理性認(rèn)識(shí)的轉(zhuǎn)變，利于學(xué)生對(duì)太陽(yáng)周日視運(yùn)動(dòng)的理解。

一、虛擬天文館軟件簡(jiǎn)介

虛擬天文館軟件Stellarium是一款免費(fèi)的虛擬星象儀的計(jì)算機(jī)軟件。它使用OpenGL對(duì)星空進(jìn)行實(shí)時(shí)渲染，在電腦桌面上生成一塊虛擬3D天空，所模擬的星空效果與用肉眼，望遠(yuǎn)鏡或者天文望遠(yuǎn)鏡進(jìn)行實(shí)際觀察所看到的星空基本沒有什么區(qū)別，形象逼真。它可以根據(jù)觀測(cè)者所在的地方時(shí)和位置，計(jì)算天空中太陽(yáng)、月球、行星和恒星的位置，并將其顯示出來。它還可以繪制星座、虛擬天文現(xiàn)象（如日食、月食和流星雨等)?？傊?，Stellarium是一款功能極其強(qiáng)大的軟件，深受廣大天文愛好者的喜歡，對(duì)地理教師的教學(xué)也很有用。

二、部分操作按鍵

Stellarium提供了較多的鍵盤操作指令，版本更新很快?，F(xiàn)在以Stellarium 0.12.1為例，將部分可能與演示操作有關(guān)的按鍵列出（如表1），剩余部分的操作指令，讀者如有興趣，打開軟件后，按F1鍵進(jìn)一步了解。

表1 操作按鍵說明

三、演示過程

下載安裝完Stellarium后，打開軟件，此時(shí)如果顯示為英文，則按F2鍵，出現(xiàn)一個(gè)界面，點(diǎn)擊中間的下拉菜單進(jìn)行語(yǔ)言設(shè)置，將語(yǔ)言設(shè)置為簡(jiǎn)體中文。軟件初始設(shè)置地點(diǎn)為法國(guó)巴黎，時(shí)間是與電腦時(shí)間同步。

以北京為例，來演示當(dāng)?shù)?013年6月1日的太陽(yáng)周日視運(yùn)動(dòng)軌跡。按F6鍵，則會(huì)出現(xiàn)一個(gè)界面，在這個(gè)界面的右上角的下拉菜單中尋找“北京”，或者先通過其他途徑找到北京的經(jīng)緯度，再在該界面的左下角輸入北京的經(jīng)緯度數(shù)值。北京的經(jīng)緯度為東經(jīng)116.46°，北緯39.92°。然后按住左鍵，拉動(dòng)畫面，找到“東”方向。若找不到，按Q鍵。同時(shí)按Z鍵，此時(shí)畫面會(huì)顯示地平坐標(biāo)網(wǎng)絡(luò)。接著找到太陽(yáng)，單擊鼠標(biāo)左鍵，將太陽(yáng)選中，此時(shí)畫面左上角會(huì)出現(xiàn)與太陽(yáng)相關(guān)的天文參數(shù)，如太陽(yáng)的星等、赤經(jīng)與赤緯、時(shí)角與赤緯等，特別要關(guān)注參數(shù)中的視覺方位角和高度角。再接著按F5鍵，將時(shí)間設(shè)置為2013年6月1日4時(shí)整，最好是將時(shí)間設(shè)置在太陽(yáng)升起之前，目的是為了將太陽(yáng)的周日視運(yùn)動(dòng)看得更加完整。最后按L鍵，加快時(shí)間流逝。時(shí)間流逝的速度與按L鍵的次數(shù)有關(guān)，根據(jù)實(shí)際需要確定。按住左鍵，隨著太陽(yáng)的升落，拉動(dòng)畫面，讓學(xué)生觀察太陽(yáng)這一日的運(yùn)行軌跡，同時(shí)用筆記下太陽(yáng)視覺高度角為0時(shí)的兩個(gè)時(shí)間和方位角，12時(shí)的太陽(yáng)視覺高度角以及太陽(yáng)視覺高度角最大時(shí)的時(shí)間。演示一遍完后，按F5鍵將時(shí)間回調(diào)，重復(fù)幾次，讓學(xué)生多看幾遍，在具體形象的演示過程中，從感性角度來理解太陽(yáng)周日視運(yùn)動(dòng)軌跡。以下是截取的幾幅圖片：

圖1 太陽(yáng)視覺高度角為0（日出）

圖2 8:00太陽(yáng)視覺高度角

圖3 12:00太陽(yáng)視覺高度角

圖4 最大太陽(yáng)視覺高度角

圖5 16:00太陽(yáng)視覺高度角

圖6 太陽(yáng)視覺高度角為0（日落）

把學(xué)生記下的相關(guān)數(shù)據(jù)，制成一個(gè)表格（如表2）。通過這個(gè)表格，在課堂上可以生成許多相關(guān)知識(shí)，比如可以讓學(xué)生復(fù)習(xí)晝夜的概念，計(jì)算晝夜長(zhǎng)短；也可以向?qū)W生提問，為何12:00時(shí)太陽(yáng)視覺高度角不是最大，讓學(xué)生分析原因，區(qū)分北京時(shí)間與北京的時(shí)間，復(fù)習(xí)區(qū)時(shí)與地方時(shí)的內(nèi)容；還可以讓學(xué)生知道太陽(yáng)日出日落的方向，指導(dǎo)他們畫太陽(yáng)周日視運(yùn)動(dòng)軌跡的立體圖。

表2 2013年6月1日北京部分時(shí)刻太陽(yáng)視覺方位角和高度角

以上操作選定的日期是隨機(jī)的，可以通過按F5鍵修改為任意日期，來觀看同一地點(diǎn)不同日期的太陽(yáng)周日視運(yùn)動(dòng)軌跡，比如可以將日期設(shè)置為春分，夏至，秋分或冬至等，讓學(xué)生注意不同時(shí)期的太陽(yáng)日出日落時(shí)間和方向以及最大視覺高度角。當(dāng)然也可以按F6鍵修改觀察地點(diǎn)，來觀看同一日期不同地點(diǎn)的太陽(yáng)周日視運(yùn)動(dòng)軌跡，比如可以將地點(diǎn)設(shè)置為赤道，南（北）極圈或南（北）極點(diǎn)等，克服地域限制，感受不同地點(diǎn)的太陽(yáng)周日視運(yùn)動(dòng)軌跡，理解某些特殊位置的太陽(yáng)周日運(yùn)動(dòng)軌跡，如北極點(diǎn)在夏至日那天的太陽(yáng)視運(yùn)動(dòng)軌跡。

四、結(jié)語(yǔ)

通過運(yùn)用Stellarium模擬太陽(yáng)周日運(yùn)動(dòng)，觀察其周日視運(yùn)動(dòng)軌跡，突破了時(shí)間和地點(diǎn)的限制，讓學(xué)生在感性認(rèn)識(shí)上對(duì)太陽(yáng)周日運(yùn)動(dòng)有所了解，為后面進(jìn)行的理性認(rèn)識(shí)做鋪墊。在演示過程中，學(xué)生認(rèn)真觀察，記下相關(guān)數(shù)據(jù)，將數(shù)據(jù)列為表格，老師提出相應(yīng)問題，指導(dǎo)學(xué)生畫圖，這有利于培養(yǎng)學(xué)生的觀察、空間思維、分析問題和動(dòng)手能力。

[1]課程教材研究所, 地理課程教材研究開發(fā)中心.普通高中課程標(biāo)準(zhǔn)實(shí)驗(yàn)教科書地理1（必修） [M].北京: 人民教育出版社, 2008．