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探讨如何以月相观测研究提升学生的地理实践力
摘要：本文并没有详细探讨天文望远镜的使用技巧和操作方法，也没有详细探讨月球的观测手段与观测内容，就是想告诉大家天文观测不是必须使用天文望远镜，也可以从关注身边的星空事物（如月相）开始，凭借一双发现的眼睛和善思的大脑，借助现代信息技术，在教学中渗透天文学基础和天文观测常识，激发学生探索宇宙奥秘的兴趣，形成对天文现象的正确认识，逐步形成科学的宇宙观。
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地理实践力是指学生在地理户外考察、社会调查、模拟实验等地理实践活动所具备的行动能力和品质，强调通过实践活动让学生在真实的情境中观察、感悟、理解地理环境及其与人类活动的关系，增强社会责任感。本文以笔者执教的“诗词与月相”一课为例，谈谈如何在中学阶段以月相观测研究为抓手，借助现代信息技术，有效提升学生的地理实践力。
一、通过天文小实验，明白月球盈亏变化原因
月相是天文学中对地球上看到的月球被太阳照亮部分的称呼。随着月球每天在星空中自西向东移动一大段距离，它的形状也在不断变化，这就是月球的相位变化，又称月相。一个月中，月相经历由新月→蛾眉月→上弦月→盈凸月→满月→亏凸月→下弦月→残月→新月的周期性变化过程。在浩瀚星空中，最引人注目的天体当数月球。变化万千的外貌，承载的美丽动人传说，平添无穷诗情画意，月球自古就是人们吟咏的对象。为什么月球会有盈亏变化呢？先让我们做一个天文小实验，主要是理解月球的盈亏，认识月球为什么出现盈亏现象。
实验准备：一个浅色泡沫塑料球、一支铅笔、一盏台灯。
实验步骤：（1）把铅笔插入浅色泡沫塑料球，把台灯放在靠近门口的位置，打开开关；（2）选择夜晚，站在一个没有开灯的房间，面对有亮灯的门口；（3）把小球举在身体的前方且稍高于头顶，慢慢转动身体，转动过程中始终保持小球一直在正前方；（4）观察小球表面的明暗变化，找出规律。
通过实验发现，当我们高举小球正对着房间门时，小球是暗的；渐渐转过身子，发现小球被照亮的部分逐渐增加；背对着房间门时，小球被完全照亮；继续转过身子，慢慢面向门口时，小球的黑暗部分逐渐增加。
小球不发光，它是被门口的台灯照亮的。随着身体的转动，我们看到的小球被照亮的部分也在做有规律的变化。月球如同实验中的小球，靠反射太阳光而发亮。当月球绕着地球（实验中的我）转动时，由于它相对太阳（实验中的台灯）的位置在不断变化，我们在地球上就看到月球有规律的盈亏现象。
这个天文小实验简单易做，效果也很明显。如果有条件，教师可以亲自实验并录制视频，之后在班级播放。当然，也可现场做实验——拉上教室窗帘，打开教室门，模拟太阳光线来向；让一位学生模拟地球，教师拿着小球（可以是泡沫塑料球、足球或关闭的月亮灯等浅色球）围绕该学生逆时针转动，在不同的位置让学生说出亮月面的大小和朝向。
二、通过实验模拟和改进，了解月相周期性变化特点
师生合作完成演示实验后，教师请学生解读这个天文小实验，并启发学生是不是可以加以改进。教师可提议用月球灯（一半涂黑或遮挡）做这个实验：叫上一位学生，教师手拿月球灯，围绕该学生缓慢逆时针转圈，并始终让月球灯亮面朝向一侧（如教室讲台方向）。绕转的同时，提醒该学生注意观察月球灯亮面的大小和朝向，体会月相的变化。
每4～6人一个小组围坐，小组内一位学生按实验要求手持月球灯做逆时针绕转，其余学生在座位上注意观察。小组学生轮流交换做实验，将不同位置的月相情况描画在实验记录纸上。学生做实验时，教师巡视，及时解答学生提出的问题，并将已完成的实验记录拍照同步上传大屏幕，或连接扫描设备在屏幕上展示，如无条件，也可以张贴在黑板上。
学生代表上台展示时，要让他们说说不同位置中亮月面的大小和朝向，尝试说出月相名称，让学生认识和体会月相的周期性变化规律。
三、通过软件模拟月相变化过程，寻找月相变化规律
为使学生了解月相变化规律，教师可利用天文软件模拟一天或一个农历月中的月相变化过程，尤其是让学生关注月亮在每个特定的月相升起和落下的时间、夜晚可见的时间、亮月面的大小和朝向等。
这里使用的是虚拟天文馆（Stellarium）软件。它可以根据观测者所处时间和地点，计算天空中太阳、月球、行星和恒星的位置，并将其显示出来，还可以绘制星座、流星雨、日食和月食等虚拟天文现象；既可以用作学习夜空知识的教具，也可用作天文爱好者星空观测的辅助。由于其高质量的画质，一些天象馆甚至将它用在实际的天象放映中。
虚拟天文馆软件是一款免费的全中文界面软件，对广大地理教师而言，进入门槛较低。教师只要简单设置好本地的经纬度，即可模拟当下或过去、未来任何一天的天象。为使模拟效果更加震撼，建议在软件左侧点击“星空及显示”图标（快捷键F4），在页面中点击“太阳系”标题页，然后勾选右侧的“月球比例”选项，并将比例设置到合适大小。做完上面的设置，在软件左侧点击“日期和时间”图标（快捷键F5），即可设置任何月相的公历日期进行模拟。如要模拟一段时间（一天或一个月等）的月相变化，可以点击软件下的倒数第二个图标“加快时间流逝”（快捷键L），选择合适的播放速度。当然，这个时间流逝进程可以随时改变，若点击软件下面的“减缓时间流逝”（快捷键J）图标，可以减缓播放速度，点击“正常时间速度”（快捷键K）图标正常速度播放，点击“跳至当前时刻”（快捷键8）可以跳转到当下时刻。
然而，软件模拟只是助力，教师要达到的目的是帮助学生找到月相变化规律。模拟过程中，教师鼓励学生尽情表达，并鼓励在已发现的现象中抽丝剥茧（见表1），找到规律性的内容。
表1月相变化规律
月相的这种变化规律，有一个口诀可以方便我们记忆：“上上西西，下下东东。”意思是说，上弦月出现在农历上半月的上半夜，亮月面朝西，位于西半面天空；下弦月出现在农历下半月的下半夜，亮月面朝东，位于东半面天空。这个规律基本可以扩展到上半月的月相和下半月的月相，教师要让学生好好体会。
四、通过欣赏和判读诗词中的月相，内化月相变化规律
笔者开设“诗词和月相”课有学科融合的考虑，因为天文、地理确实存在与多学科的交叉和融合。仅以天文为例，笔者想到的一些案例至少涉及与语文、数学、英语、物理、化学、生物、地理、艺术、劳技、信息等十多门学科的交叉和融合。以本课为例，至少涉及天文（月相主题）与语文、物理、地理、劳技、信息等学科的融合。打破学科边界，注重学科间的融合，不仅有利于学生核心素养的培养，也可大大提升学生的地理实践力。
赏月是中华民族持续数千年的文化传统。教师在授课过程中可选择难度适中的古诗词，先自己或请语文教师品读和鉴赏古诗词的意韵（若请语文教师，事先录制微视频），在此基础上解读当时的月相。还可选择一两首具有爱国情怀的古诗词，加强对学生的情感教育。
循序渐进地帮助学生寻找月相变化规律和品鉴有月亮意象的诗词，是为判断诗词中的月相作铺垫。师生对诗词中月相的欣赏和判读，又是对月相变化规律的内化。在诗词品鉴的基础上，教师可以精选一些著名的咏月诗词，让学生判读诗词中的月相。例如：
1.宋·欧阳修《生查子·元夕》（节选）：去年元夜时，花市灯如昼。月上柳梢头，人约黄昏后。这首词的月相是（）。
A.上弦月B.满月
C.下弦月D.蛾眉月
2.唐·白居易《暮江吟》：一道残阳铺水中，半江瑟瑟半江红。可怜九月初三夜，露似真珠月似弓。这首诗的月相是（）。
A.上弦月B.满月
C.下弦月D.蛾眉月
3.唐·李贺《南园十三首》之六：寻章摘句老雕虫，晓月当帘挂玉弓。这句诗的月相是（）。
A.上弦月B.满月
C.残月D.蛾眉月
【参考答案】1.B 2.D 3.C
本文并没有详细探讨天文望远镜的使用技巧和操作方法，也没有详细探讨月球的观测手段与观测内容，就是想告诉大家天文观测不是必须使用天文望远镜，也可以从关注身边的星空事物（如月相）开始，凭借一双发现的眼睛和善思的大脑，借助现代信息技术，在教学中渗透天文学基础和天文观测常识，激发学生探索宇宙奥秘的兴趣，形成对天文现象的正确认识，逐步形成科学的宇宙观。这既是初中地理课程标椎中的实践性要求，又是高中地理选修课程的天文观测要求，也是有效提升学生地理实践力的手段。
丁震.基于月相观测活动提升学生的地理实践力[J].中小学数字化教学,2019(07):89-91.
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火星是地球的邻星,是太阳系内与地球最为相似的天体,也是人类深空探测的重要目标。当前火星气候寒冷干燥,表面覆盖着大量未固结或固结较差的风化物质,被称为火星土壤(简称火壤)[1],根据其粒度和胶结状况可分为尘埃、砂状、皮壳状-团块状和块状四种类型[2]。多源遥感探测和就位探测数据均指示火壤的主要物质组成与地球玄武岩类似(表1)[3,4]。
2020-08-27
航天器的电能来源形式包括自身携带与原位提取。自身携带电能包括化学燃料发电、化学电池、核电池等,而原位利用则包括太阳能及星球资源利用等。星球原位能源利用具备规模体量大、供应时间长、原料成本低等特点,是空间领域中长期任务得以确立及执行的基本技术保证,属能源动力系统长期攻关方向。
2020-08-27
日冕物质抛射(CoronalMassEjection,CME)是太阳大气中最剧烈、尺度最大的活动现象,表现为在短时间内日冕结构发生明显的变化,并伴有1011–1013kg携带磁场的等离子体抛射.当日冕物质抛射的方向朝着地球时,可能会与地球磁层发生相互作用,引起近地空间的地磁暴、极光等现象,会对通讯系统和电力系统等产生干扰,
2020-08-27
日冕物质抛射(CoronalMassEjection,CME)是大尺度的磁化等离子体从太阳大气抛向行星际空间的现象,是最剧烈的太阳活动之一.目前,已建立的有关太阳活动爆发的CME模型认为CME的爆发是由于系统不稳定性导致的,原先储藏在太阳磁场中的磁能以焦耳耗散和等离子体加速的形式转化为热能和动能.
2020-08-27
全球GPS网(InternationalGNSSService,IGS)可以监测地心移动(包括大气、海洋的整体地球质心相对于固体地球的形状中心的运动)和固体地球旋转运动，是维持高精度地球参考框架的重要手段。同时IGS台站的坐标变化直观地反映了地球表面的构造运动和形变运动，在季节变化的时间尺度下，台站坐标变化机制不属于构造运动。
2020-08-27
射电天文装置中模拟或数字接收机需要靠近天线，将天线接收的电磁信号进行放大、滤波并最终调制为光信号，通过光纤拉远，再经过光电转换、放大、滤波、模数转换，对信号进行相关和波束合成。射频链路包括：低噪放（靠近天线）、前端、接收模块。针对射频链路的系统噪声基底和预期的最大信号功率进行分析，从而确定射频接收链路中接收模块设计指标。
2020-08-27
1959年，苏联的Luna-1号卫星上天，人类首次得以对太阳风进行就地观测。此后数十年的观测和研究表明，近地太阳风有着不同的特性，起源于不同的源区。太阳风可大致分为四类：冕洞风、冕流风、扇区反转区风和日冕抛射风。根据源区对太阳风进行分类对于太阳和日球物理研究有着重要意义。
2020-07-16
文章千古事,得失寸心知。对于大大小小的每一个科学领域来说,对于每一位科学工作者来说,2019年自有得失。科学上真正的重要性亦不在于一时的吸引眼球。总的来说,我感觉,目前物理学的重要进展比较多地在于实验、观测和技术的进步,而较少有重大的理论突破。但是随着实验进步的积累,理论突破可以期待。
2020-07-15
随着GNSS系统的快速发展,基于广域(全球)跟踪站网络的精密实时应用已拓展到导航和地学领域的多个方面,如实时精密单点定位、地震海啸等灾害的实时监测、空间气象实时监测、对地观测、卫星实时精密定轨等。导航卫星的实时精密轨道与钟差确定技术作为GNSS精密实时服务的核心技术,已成为热门的前沿性研究课题之一。
2020-07-13
滤光器是全日面太阳磁场望远镜核心光学组成部件,其中的双折射晶体的折射率对温度变化十分敏感,温度波动能直接导致观测的太阳谱线中心偏移出656.281±0.2nm的设定要求[3]。因此,要使滤光器稳定工作在要求的窄带范围内,达到预期观测目标,就要求光学原件的温度稳定精度必须控制在0.01℃以内[4]。
2020-07-13
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期刊名称：天文研究与技术
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主管单位：中国科学院
主办单位：中国科学院国家天文台
出版地方：云南
专业分类：科学
国际刊号：1672-7673
国内刊号：53-1189/P
创刊时间：1977年
发行周期：季刊
期刊开本：16开
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2020-07-13
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