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地理天文软件应用于小学科学教学中的意义

2020-06-10 315 上传者：管理员

摘要：随着现代教育技术的发展，我们的教学工具与手段在不断地更新换代，从原始的小黑板、彩图和老式投影仪，到如今的计算机和交互式电子白板，新的技术与工具不断涌现。这对于科学教师来说是挑战，也是机遇。怎样将现代教育技术与小学科学教学完美地融为一体，是个值得研究的问题。笔者从案例入手，谈如何应用地理天文软件，激发学生兴趣，辅助学生学习，提高学生实验探究的效率。在小学科学教学中，探究往往是课堂教学的重点环节。学生进行探究学习需要许多素材，而在建筑、地理与天文等相关教学中，素材较少且类型单一，可操作性也不强，导致学生学习兴趣不高，影响教学效果。

关键词：
创新能力
小学科学
教学效果
课堂教学
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为解决以上问题，笔者在科学课堂教学中应用能够促进学生科学观察和实验探究的现代化教育软件，即“谷歌地球”“虚拟天文馆”“微软万维天文望远镜”，辅助开展探究活动。教师应用三款软件并辅以交互式电子白板授课，可以支持学生完成建筑、地理和天文科学探究学习中的观察任务。

一、应用“谷歌地球”辅助科学探究

（一）探究建筑结构

小学科学六年级上册“建高塔”“桥的形状和结构”“用纸造一座桥”教学涉及许多建筑形状与结构方面的科学探究活动。但是教师能提供给学生深入探究的材料并不多，经常无法满足学生的科学探究需求，甚至激发不了学生的求知欲望。

笔者将“谷歌地球”软件引进课堂，作为新的教学工具，辅助学生进行科学探究。教师借助该软件，可以找到一些高塔和跨江、跨海大桥，让学生进行科学观察。这些建筑在“谷歌地球”中是以3D形式呈现的，不仅看上去是立体的，而且可转换视角让学生从多个方向观察。

学生充分观察之后，可以根据观察到的信息，结合教材内容和自身已学知识，进行相关的设计、制作和实验探究。例如，学生参考“谷歌地球”软件呈现的杭州湾跨海大桥，进行观察分析，设计并制作了钢索桥的模型（如图1）。像这样应用“谷歌地球”软件辅助科学探究活动，也可在“建高塔”“找拱形”等科学课中开展。这样科学探究，能更好地激发学生科学学习兴趣，提高学生的观察、动手和创新能力。

图1学生构建的钢索桥模型

（二）探究地形地貌

五年级“地球表面的地形”是关于地形地貌的一堂科学课，其教学重点是让学生认识各种各样的地形，了解我国地形的特点。我国幅员辽阔，地形复杂，仅凭教材上几张地形图片不能满足学生的科学探究需求。在人口流动频繁的今天，新居民子女众多，他们来自五湖四海。教师在教学中应引导他们了解家乡地形地貌的类型和特点。这些是教学中的难点。应用“谷歌地球”软件可以解决这些难题。教师只要打开软件，查看中国的地形图，引导学生观察平原、高原、山地、盆地、丘陵等地形地貌，了解中国地形西高东低、东部多平原、西部多高山等特点。

新居民的子女还可以在“谷歌地球”软件上定位自己的家乡，观察地形图，了解自己家乡的地形类别和地貌特点。例如，同样是来自四川省的学生，一个学生的家乡资阳市位于四川中部，地形是盆地，而另一个学生的家乡攀枝花市的地形则是以丘陵和峡谷为主。相对于普通形式的地理教学，应用“谷歌地球”软件进行地形的观察和学习，学生对于各种各样的地形地貌及其特点了解更加深入，对地形地貌知识掌握得更为牢固。学生的探究学习更加有效。

（三）探究月球地理

应用“谷歌地球”软件不仅可以辅助地球地理教学，而且可以辅助月球地理教学。“谷歌地球”有探月飞行器（观测和拍摄）获得的数据做支撑，可以呈现完整、立体的月球。学生观察起来直观且清晰。

在六年级“宇宙”单元（特别是在“我们来造环形山”课程中）有许多关于月球的内容。学生可以借助“谷歌地球”软件，清楚地看到月球表面无数个大大小小的环形山（如图2），猜测环形山的形成原因，并用模拟实验验证自己的猜测（如图3）。

图2月面环形山

图3学生模拟实验制造的环形山

二、应用“虚拟天文馆”辅助科学探究

（一）探索星空

在小学阶段的科学教学中，“宇宙”内容一直是个难点——因为这些知识与学生生活没有太多的联系，很少有学生认真观测和研究过星空，教师手中有关宇宙的教学资料也很少。如何有效地教学这些抽象的知识，成了小学科学教学中的难点。

针对这一问题，教师可以将“虚拟天文馆”软件引入科学教学之中。“虚拟天文馆”是一款功能十分强大的软件，可以仿真3D星空，让学生就像夜晚在星空下学习。

例如，在六年级科学“在星空中（一）”和“在星空中（二）”的课堂教学中，教师应用“虚拟天文馆”软件来辅助。教师借助“虚拟天文馆”找到星座名称，用星座连线和星座假想图让学生认识典型的星座，激发学生科学的学习兴趣，增强学习效果。同时，教师引导学生在软件中找到具有代表性的亮星，如织女星、牛郎星等，然后找到对应的星座，学会用标志性的亮星来寻找星座。

“虚拟天文馆”软件还可以辅助学生进行星空实验探究。例如，教师在利用北斗七星寻找北极星的实验探究教学中，将“虚拟天文馆”和交互式电子白板的画线功能结合应用，让学生在探究中发现北极星就在北斗七星勺口延长线上5倍距离处（如图4），从而快速有效地学会寻找北极星（小熊座）的方法。

图4寻找北极星

学生学会用亮星寻找星座和用已知星座寻找未知星座的方法之后，教师还可以进一步利用“虚拟天文馆”软件来培养学生观星的能力：先用“虚拟天文馆”模拟出夜晚的星空，让学生调整活动观星图的时间，保持与软件时间一致，然后将活动观星图举过头顶，让图上的北斗七星与软件中的北斗七星处于相同方位，最后利用活动观星图寻找各个星座。

学生模拟观星时，如果开始时有较大的困难，可以先呈现软件中的星座名称和连线（如图5），降低探究难度，待学生熟悉方法后，再加大难度，把名称和连线去掉，尽可能模拟真实的星空，进一步强化训练，培养和提高学生观星的能力（如图6）。

图5星座连线和名称

图6学生模拟观星

（二）探究日月食

“虚拟天文馆”除了能模拟星空之外，还能模拟各种天文现象。在六年级“日食和月食”教学中，教师一般让学生采用图片和三球仪结合的探究方法，学习日食、月食的现象和原理。这样教学不够直观、生动，如果教师将“虚拟天文馆”引入，可以更加直观地动态展示日食和月食发生时的现象和过程。

教师只要知道日食和月食发生的具体时间，再将“虚拟天文馆”系统时间调到发生日食或月食之前，适当调快软件中的时间流逝速度，就可以非常直观地模拟日食或月食发生的整个过程。

教师通过“虚拟天文馆”软件的动态模拟，配合课堂上三球仪模拟日食和月食的实验，让学生兴趣高涨，更易理解日食和月食发生的原理。这样，科学探究的效果也得到了保障。

（三）探究月相

“虚拟天文馆”软件不仅可以模拟星空和日月食现象，而且能模拟出每天的月相，辅助学生学习“月相变化”知识。月相的变化，对于小学生是一项非常难的学习内容。学生课外的月相观察和探究活动，往往受各种因素影响，如天气、云量和学生的自觉性等。学生对月相的观察记录是五花八门、问题百出的。

“虚拟天文馆”软件不受天气等因素影响，能呈现任何一天的月相。教师将“虚拟天文馆”软件引入月相教学之中，用来对比和检验学生的月相观察记录（如图7和图8）。

图7软件中农历十一月月相

图8学生制作的月相卡片

（四）探究北极星“不动”的秘密

除了六年级“宇宙”单元之外，五年级“地球的运动”单元中也有宇宙知识的探究内容。五年级学生空间想象能力较弱，对于这些抽象内容的学习，只听教师讲解或者看图学习，往往达不到好的教学效果。教师如果应用“虚拟天文馆”软件辅助学生进行空间想象。学生的学习效率就会提高不少。

例如，五年级“北极星‘不动’的秘密”一课，教材上有一张在北极长时间连续拍摄得到的照片，显示天上星星的轨迹，圆心附近的亮点就是北极星。教材上给出这张图片是想辅助学生理解地球转动时，地轴始终是指向北极星的，但图片是静止的，很难将它运用于学生的模拟实验。

针对以上情况，教师应用“虚拟天文馆”软件来模拟这一现象。教师先将软件时间调整到晚上，然后找到小熊座的北极星，选中后，将时间流逝速度调快。如此，所有星星围绕北极星旋转的现象就出现在屏幕上，学生就可以用地球仪做探究北极星“不动”秘密的模拟实验了。

在模拟实验中，细心的学生通过观察软件中的北极星，发现北极星还是会动一点的，只不过动的幅度很小。教师可引申到资料库中“北极星是永远不动的吗？”的教学，进一步探究北极星的奥秘。借助“虚拟天文馆”软件强大的功能，教师可以模拟出5000年前（前3000年）的星空（如图9）和5000年后（7000年）的星空（如图10），以此来辅助学生探究北极星的秘密。学生通过探究，寻找到了5000年前和5000年后的北极星，知道北极星也会动甚至变成其他星座的星，解开北极星的奥秘。

图95000年前的北极星

图105000年后的北极星

三、应用“微软万维天文望远镜”辅助科学探究

（一）探索太阳系

“虚拟天文馆”软件功能强大，但它也有不足之处，软件中的天体放大之后，只有平面图片，学生只能观察到一个面，缺乏立体感，有时候满足不了学生的好奇心和求知欲。

教师可以将“微软万维天文望远镜”软件引入到小学科学课堂教学之中。教师应用这一软件，可以快速地找到太阳和行星（如图11），放大之后，许多天体是立体的球形，通过鼠标拖动，上下左右前后都能看得一清二楚。学生借助软件结合教材资料，来模拟探索太阳及行星，极大地激发了学生学习兴趣，满足了求知渴望。

（二）探索宇宙

“微软万维天文望远镜”集合了美国宇航局的天文台、探测器及太空望远镜许多年来探测宇宙的发现，是教师进行宇宙教学的好助手。这一软件不但能辅助学生深入探索太阳系，而且能让学生遨游宇宙，探索宇宙的深处。

图11软件中的太阳和行星

宇宙深奥又神秘，一直吸引着学生的目光，“探索宇宙”是许多学生非常期待的一课。“微软万维天文望远镜”软件负载十分丰富的资源，包括哈勃太空望远镜2006年12月拍摄的1987A超新星爆炸的遗迹和斯皮策太空望远镜拍摄到正在死亡边缘挣扎的一颗红巨星等珍贵图片，这些都可以辅助学生学习“恒星的一生”。

综上所述，“谷歌地球”“虚拟天文馆”“微软万维天文望远镜”这三款软件是小学生探究建筑、地理和天文的好帮手，也是教师科学教学的得力助手。也许，在今后的教学中，教师还可以通过软件截图或者截取视频，辅助教学评测。当然，在现代教育技术快速发展的今天，科学课的现代化教学工具并非只有这三种，还有许多有待开发。科学教师只有不断深入地研究，将新技术与学生的科学探究学习融为一体，才能构建更加高效的科学课堂。

陶佳君.地理天文软件在小学科学教学中的应用[J].中小学数字化教学,2020(06):79-82.