万维望远镜在高中地理天文教学中的应用探究

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摘要：摘 要：天文概念抽象复杂，高中地理课程涉及的天文教学存在先天性难题。作为一个可视化的天文大数据平台，万维望远镜可以提供资源、情境、过程等方面的教学支撑，发挥信息技术与课程整合的强大力量。在此基础上结合项目学习的方式，有利于激发学生的天文学习

　　摘 要：天文概念抽象复杂，高中地理课程涉及的天文教学存在先天性难题。作为一个可视化的天文大数据平台，万维望远镜可以提供资源、情境、过程等方面的教学支撑，发挥信息技术与课程整合的强大力量。在此基础上结合项目学习的方式，有利于激发学生的天文学习兴趣，提高天文教学质量。文章以高中地理课程中“太阳系结构及运动”一节为例，探究基于万维望远镜的天文项目学习的实施，为开展探究性天文学习提供了新思路。

　　关键词：万维望远镜;项目学习;天文教学;太阳系结构及运动

　　一、中学天文教学的难题

　　1.教学内容的特殊性

　　天文学是自然科学中的一门基础学科。它的研究对象——天体具有空间尺度大、时间跨度广、条件极端等特征，只能被动观测而无法在实验室直接操作[1]。学生极其缺乏相关的直接或间接经验，利用文字、图表、视频或模型来讲授天文的传统教学方式难以展现天体的特征，反而会因其抽象和枯燥使得学生丧失对天文的学习兴趣，对教学实践的开展、教学目标的实现造成一定的困难。另一方面，作为一门强调观测的科学[2]，天文观测在学科发展中具有重要的地位，但是在日常教学中因为受天气、场地、安全等因素的影响，户外天文观测活动往往难以顺利开展，导致天文学习缺乏实践活动的支撑，受限程度加重。

　　2.新课标教学的挑战性

　　《普通高中地理课程标准(实验)》(以下簡称《实验版课标》)中，天文学相关的标准有3条分布在必修1第一章，9条分布在选修1第一、二章，总共12条[3]。《普通高中地理课程标准(2017年版)》(以下简称《2017版课标》)将天文学基础设置成独立的选修模块，但总的天文学相关的标准数量不变，仍为12条。其中一条分布在必修1，一条分布在选择性必修1，其余10条分布在选修1天文学基础[4]。

　　参考布卢姆教育目标分类学对知识维度和认知过程维度的划分以及分类表的使用[5]，根据课标的具体要求(学习内容与行为动词)，笔者对新旧课标天文学相关的标准进行了归类统计，如表1所示。

　　尽管新旧版本课标天文相关的标准数量一样，但是与《实验版课标》相比，《2017版课标》的要求更加细致，而且对概念性知识的理解和运用认知要求更加突出，这对教学提出了一定的挑战，需要师生积极应对。合理运用现代教育技术会使抽象的科学原理直观化，降低学生的认知难度，使学习内容更形象、更生动、更有趣[6]。因此教师需要更新教学观念，充分利用信息技术和科学有效的教学方法来弥补传统课堂教学的不足，为学生提供良好的学习环境和平台，激发学生对天文学习的兴趣，达到提高天文素质教育的目的。

　　二、项目学习

　　1.定义

　　基于项目的学习(Project-Based Learning，简称PBL)又称项目学习，最早由美国教育家克伯屈提出，核心是让学生通过实际活动来获得知识[7]。项目学习以学科概念和原理为中心，以作品制作和展示为目的，引导学生借助多种资源开展学习活动，并要在一定时间内解决一系列相关问题的一种新型探究性学习模式[8]。项目作品的形式多种多样，本文所讨论的主要是万维望远镜平台所特有的“漫游”(Tour)，一种交互式的天文多媒体作品。

　　2.优势

　　项目学习融合了杜威实用主义教育理论、建构主义学习理论、加德纳多元智能理论、布鲁纳的发现学习理论等优秀教育思想和理念[1]，在教学实践中具有独特的优势。特别是在内容抽象，缺少直接经验的天文教学过程中，项目学习可以更好地发挥学生的主体地位，充分调动学生的自主性和能动性，打破传统教学下学生对知识的被动接受和机械记忆。

　　把抽象的天文概念和原理具体化为真实的、激发性的问题，以问题为导向确定项目课题，在项目开展过程中通过材料的收集和资源的整合，学生可以获得形式各样的直接经验，从不同层次和方面接触天文学习内容，感受其中的多样性。有利于学生充分发挥个体的多元智能，找到适合自己的学习方法和途径，激发解决问题、完成作品的兴趣和动力，在活动探究中实现天文教学的目标。但这也对教学支持系统提出了巨大的挑战，需要在保证效率与效益相统一的前提下开展天文的项目学习，其中万维望远镜可以起到强大的支撑作用。

　　三、万维望远镜的项目学习应用价值

　　万维望远镜(WorldWide Telescope，简称WWT)自2008年正式诞生以来，深受国内外天文爱好者、天文科普工作者的欢迎。作为一个功能强大的大数据平台或者称作天文科学数据库，它整合了海量的来自世界各地天文台(包括地基望远镜和空间探测器)科学真实的天文数据并通过可视化技术将多波段数据表征为图像呈现在用户眼前，可供不同层次的用户认识、探索、学习或研究全波段天空。目前，WWT平台已实现将迄今为止人类所探测到的宇宙信息汇总呈现给大众，为人们打造出一个基于真实数据的可视化虚拟宇宙。WWT平台能提供丰富、新颖的天文教学资源，应用价值高。

　　1.学习资源的呈现

　　缺乏与生活经验相联系的抽象概念和内容是进行天文学习的一大难点，学生在日常生活和传统教学中接触到的天文素材和信息量较为单薄，难以顺利开展项目学习。万维望远镜是面向公众的虚拟天文台，通过WWT软件和网络连接，学生可以访问到世界各地的天文数据、图像、文献资料等信息。打开WWT软件，每一台电脑便化身为天文“超市”，呈现丰富的学习内容和材料，学生可以实现对在线天文资源的“一站式购物”[9]，为项目学习的开展提供强有力的资源保障。

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