Stellarium是一款虚拟星象仪的计算机软件，它可以根据观测者所处的时间和地点，计算天空中太阳、月球、行星和恒星的位置，并将其显示出来，可以绘制星座、虚拟天文现象（如流星雨、日食和月食等），可以用作学习夜空知识的教具，还可以作为天文爱好者星空观测的辅助工具。由于其高质量的画质，一些天象馆将Stellarium用在了实际的天象放映中，一些天文爱好者还使用Stellarium绘制他们文章中用到的星图。
科学探究是学生学习科学的主要途径，科学课程为学生提供了充分的科学探究机会，使他们在学习科学的过程中，体验自主探究的快乐，获取科学知识和培养科学思维、技能，形成科学的态度责任
［1］。但在科学探究活动的过程中，总会发生这样那样的问题，如实验器材损坏、室外观测活动时下雨、小组配合不当等，影响了教学效果，使之前的教学设计触礁，同时一些课堂问题的出现也可以引发教师的思考。笔者在教授“宇宙”单元内容时，就碰到了一些有意思的问题，引发了笔者的思考。
1 单元教学背景和学情分析
科学六年级下册第三章内容是有关“宇宙”的知识，学生总是对神秘浩瀚的宇宙充满了疑惑，这个单元刚好可以满足他们的好奇心。有的学生已经了解了许多宇宙知识，甚至知道黑洞、超新星爆炸、类星体等科学词汇，尽管如此，大部分六年级学生的空间思维能力还非常欠缺，对有关宇宙的课外信息的理解仅仅停留在表面，一知半解，无法在脑海中构建出一个宇宙体系。因此，在本单元的教学中常常会遇到学生好像已经听懂了概念，但是却怎么也想象不出为什么宇宙中会有这样的一些现象，天体到底是怎么运行的等问题。
1.1 案例背景分析
【课堂组织】看图引入：夏季夜晚，繁星点点，你观察过夏夜的星空吗？夏季是观察星空的好季节，夜空中往往会有许多亮星，可以帮助我们识别一些星座。
教师根据学生交流内容引出课题“夏季星空”。
【活动1】利用星座找方向。
【活动2】认识夏季星座。
（1） 出示夏季星空图，教师提供认识星座的一些方法：①定方向；②找明显特征；③找亮星，定星座。
引导学生寻找夏季星空中著名的被称为“夏季大三角”的亮星：织女星、牛郎星和天津四。
（2） 教师介绍牛郎织女的故事。
【活动3】利用活动观星盘观星。
学生准备事先制作好的活动观星盘（
图1）；教师讲解活动观星盘的使用方法。
【课后研讨】学生反映：①在活动1和2中，虽然教师课件中有图片，但还是过于抽象，靠教师讲解后死记硬背，感觉没什么兴趣；②特别是课后的观星活动，现代的城镇、乡村即使是深夜也到处灯火通明，在灯光的衬托下，有些星星根本看不清，体验感很差。
1.2 案例反思
有学生告诉笔者，自己上网看一些观星视频，里面提到可以使用一些观星软件。笔者醍醐灌顶、茅塞顿开，于是上网查找，功夫不负有心人，终于找到网友推荐的一款名为Stellarium的软件，中文名为虚拟天文馆。
Stellarium是一款开源的桌面虚拟天文馆软件，利用先进的OpenGL技术实现实时星空渲染。Stellarium不仅内置了庞大的天体数据库，还具备交互式操作功能，能回到过去，也能前进到未来，打破了时间的局限，也可以将观测地点移动到地球之外的天体，打破了空间的阻隔。用户可以通过简单的鼠标操作调整视图，追踪特定天体的运动轨迹。Stellarium的生动直观性能够很好地激发学生的学习兴趣，它的空间转化和时间压缩特点能够帮助学生提升空间思维能力。
华东师范大学崔允漷教授
［2］提到：“大单元教学是培育核心素养的唯一的教学选择，培养学生某些素养、能力，一节课是达不到目的的。”“课程思维统领下的教学需要‘抓大统小’，要站在育人即培养目标的高度上统摄课程目标与教学目标。这意味着教师备课再也不是从课时、课文、课堂出发，而是从育人目标出发，要立足课程标准统筹思考教材、学情、课时与资源等，首先要编制一个学期的学科规划即学期课程纲要，再来思考一个单元／课时的教学。”“根据教材的单元内容安排，开展大单元设计，创设真实情境中的任务，再将此大任务分解成子任务，使之与课时分配相匹配，将课时学习变成完成学习任务的知识或技能条件，实现所学即所用、所学为所用。”
结合以上“宇宙”单元的背景，Stellarium软件不就很适合拿过来进行单元教学吗？此单元中的1~3课分别是“太阳系大家庭”“八颗行星”与“日食”，Stellarium软件可以很好地帮助学生构建起太阳系大框架，深刻并且形象地让学生了解到太阳系中的空间概念；其中第4~5课“认识星座”和“夏季星空”，利用Stellarium可直接让学生对天文的兴趣提升一大截，大大提升了学生的空间思维能力，这不仅仅体现在科学课堂，而且对以后的思维能力的培养都有很显著的作用；随后的第6~7课“浩瀚的宇宙”和“探索宇宙”，通过Stellarium软件可以进一步深化学生对宇宙的认识。
2 课例改进
2.1 厘清思路
大单元教学一定要按照总—分—总的方式来实施，比较适合进行项目化学习，把学生科学知识与技能的掌握同科学思维的培养、探究能力的提高相结合，同时帮助学生树立正确的科学观、价值观。
（1） 通过对本章教学内容的分析，笔者认为要培养学生的模型建构、推理论证和创新等科学思维能力，获取并用科学的方法描述信息、处理信息并得出结论的科学探究能力，对现象发生的过程及原因等表现出因果兴趣的科学态度。
（2） 每节课应设定明确的教学目标，确保学生在课程结束时达到预期的学习成果。目标应具体、可量化，与大单元目标相一致。怎么实现教学目标呢？首先对单元知识进行归纳与梳理，弄清它们之间的独立性和相互联系，以及相关内容的层次，然后通过给学生制定契合目标的具体化大任务、子任务，为每节课制订具体的教学活动计划和寻找所使用的教学资源，如实验材料、幻灯片、视频、应用软件等。活动应包括多种教学方法和学习方式，以满足不同学生的需求。
（3） 小学科学单元教学要注意通过小组合作的方式落实教学，有效地培养学生的倾听力、包容和分工合作等能力
［3］。要鼓励学生分组交流，制订活动方案，开展活动时每位学生都要参与到活动中，和谐相处，从而高效地完成学习任务。
（4） 对大单元进行总结和复习，让学生回顾所学知识，并评估他们的学习成果，可以使用知识问答、小组讨论、游戏和项目展示等形式进行。教师还可以将上述步骤中制订的内容整理成一份完整的大单元教学设计文档，要结构清晰、内容详细，为以后的教学提供可借鉴的支撑。
2.2 教学过程
（1） 第一步，让学生掌握Stellarium软件的使用方法。
笔者在网络上查找了电脑版和手机版Stellarium软件的系列教程，发到学生家长微信群里，并把软件界面上的纵向和横向图标的用途整理标注在图片上，也发给学生，还有一份Word版本详细说明书，让学生观看系列教程，熟悉各图标功能。
（2） 第二步，进行任务分解与学习活动设计。
【引课】播放火星救援、地心引力、流浪地球、神舟十七号发射、祝融号探测火星等视频片段，引出问题：人类为什么要花那么大的代价去探索宇宙？
为了循序渐进地帮助学生发现和理解单元大概念，有层次地建构和内化学习体验，需要将单元核心学习任务进行有逻辑地分解，并设计相应的、连贯的科学实践活动。根据单元整体解读和目标落实的需要，单元核心学习任务可以分解为以下3个大任务。
【任务1】认识太阳系，包括3个子任务。
①认识太阳系大家庭：通过Stellarium软件了解太阳系中太阳的特点和围绕它运动的行星及其卫星、矮行星、小行星、彗星、流星等天体组成了太阳系，太阳是太阳系的中心。评价依据：学生认识和了解太阳的程度，是否能够根据资料提炼太阳系的相关信息进行评价。
②了解8颗行星：在Stellarium软件上查阅到八大行星的质量、大小和距离，用纸带和橡皮泥建立八大行星的相对位置以及大小关系模型。评价依据：学生能否根据Stellarium软件查阅到八大行星的质量、大小和相互之间的距离，能否按一定比例对数据进行处理，并在此基础上用一定的材料建立行星大小以及相对位置关系模型。
③认识日食现象：用Stellarium软件查找自2000年到现在20多年浙江本地看到的日食，模拟日、地、月3球运动及日食现象。评价依据：是否能运用模拟实验的方法模拟日食现象；是否能对模拟实验中的现象进行细致的观察，并根据模拟实验中的现象以及在Stellarium软件上观察到的图像进行逻辑推理和解释。
【任务2】对星系的认识：包括2个子任务。
①认识星座：制作星座模型，理解星座是远近不同的恒星在天空中的视觉图像。用Stellarium软件观看北天星座和南天星座。采用星座连线、星座标签和星座绘图等功能了解典型星座的组成和形状。评价依据：能否制作星座模型，对模型进行合理推理并作出解释。分享即时在Stellarium软件上看到的星座图，并能向同学介绍典型星座的组成和形状。
②认识夏季星空：用Stellarium软件中赤道网格找到大熊座和小熊座，根据北极星辨认方向；用Stellarium软件根据星座的特征观察认识星座；制作活动星空图；根据自己的兴趣选择不同的星空文化背景来查看星座，选择“中国古代”时，看“夏季大三角”的位置；讲述牛郎织女的故事。评价依据：是否知道北斗七星的勺口两颗星连线向外延伸约5倍处便能找到北极星；是否知道织女星、河鼓二和天津四是夏季星空中有名的亮星，被称为“夏季大三角”；是否知道河鼓二就是牛郎星，中间是璀璨的银河。
【任务3】对宇宙的认识：包括2个子任务。
①认识浩瀚的宇宙：用Stellarium软件观看银河系侧面图和俯视图；制作银河系模型，对银河系有更深入的认识。评价依据：知道宇宙空间分布着大小不同的天体系统；知道宇宙是运动变化着的、膨胀着的，组成宇宙的天体也是运动变化着的；能制作模型，并对银河系模型进行评价和改进；根据模型，提出一些有价值的问题。
②探索宇宙：了解人类通过改进技术与工具认识和探索宇宙的过程。评价依据：知道我国在太空探索方面取得了许多举世瞩目的成就；知道人类通过改进技术和工具，不断地认识和探索宇宙。
2.3 案例反思
经过改进后，通过用Stellarium软件紧密串联的7节“抓大统小”的大单元教学后，笔者有以下感悟。
（1） 作为信息技术手段，Stellarium软件功不可没。
科学探究向科学实践的转变已成为科学教育的发展趋势，“宇宙”单元中很多科学探究活动由于受到时间、空间以及物质条件等因素的限制，并不具备直接对研究对象进行实际实验的条件，但利用Stellarium软件这一技术对部分活动进行模拟仿真可以有效地解决这个问题。
在小学科学中，除了宇宙、日地月以及地月自转公转等天文学知识外，与天文联系最直接的知识还有光的直线传播，日食和月食是由光的直线传播引起的地球上能观测到的常见天文现象。如果学生对现象没有直观的认识，只依靠教师的口头讲解，缺乏空间立体感，在解决此类问题时就会出现困难。Stellarium动态性与实时性更强，内容更加丰富，自主创新空间更大。选择Stellarium作为教学的辅助或者天文科普的辅助都是正确的选择。
（2） 作为培养学生科学素养的手段，Stellarium软件功不可没。
“宇宙”大单元教学策略的实施证明，Stellarium软件不仅能够帮助学生构建全面、系统的宇宙科学知识体系，更重要的是能够激发他们对未知世界的好奇心，培养其科学探究能力、团队合作精神和创新思维。
如在学习“八大行星”时，笔者给学生布置了2个子任务：①通过Stellarium软件，了解太阳、八大行星的质量、体积、自转公转周期以及它们之间的距离等概况，还有各自的表面情况以及卫星；②小组合作，利用纸带和橡皮泥制作“八大行星”模型。在以上过程中，学生学会用工具去查找资料、搜集资料，并对获取的信息抽丝剥茧，予以整理、归纳，然后利用材料制作太阳系八大行星模型，培养了模型建构的科学思维能力和动手能力。接着笔者又进行拓展：“行星公转速度与什么有关？”引发学生思考。学生开始认真分析数据，寻找规律，最终惊喜地发现行星公转速度与离太阳远近有关。在这个过程中，培养了学生推理论证和创新的思维，体验了沟通交流、以事实为依据作出判断的过程，提高了对科学世界的兴趣。
培养学生科学素养要渗透在每一节课中：Stellarium软件可以真实地呈现通过肉眼、双筒望远镜和小型天文望远镜所看到的天空，画质精美，效果逼真，具有极大的视觉冲击力，它不仅被天文爱好者所喜爱，更被应用到天文馆中。在“夏季星空”这节课中，笔者让学生课前先制作活动星空图，并让他们尝试运用星空图对照观察五月的星空，在跟上届学生同样失望的心情下，再用Stellarium软件展现星空，强烈的对比激发起学生浓厚的兴趣。
（3） 作为整合科学课程内容的手段，Stellarium软件功不可没。
科学六年级下册“宇宙”中就提及：“宇宙中有很多恒星，通过观察或借助软件识别织女星、牛郎星等亮星，学会利用北极星辨认方向；知道大熊座、猎户座等星座，了解划分星座的意义”。无疑，Stellarium软件是最好最合适的工具了。
这部分的学业要求是：①能运用太阳系的简单模型，理解地球、月球和太阳等天体有规律的运动与相关的周期性自然现象之间的关系；了解月相的变化情况，具备搜集信息、得出结论和交流分享的能力。②能借助动画演示或动手制作简单模型，模拟地球、月球和太阳的相互关系，解释相关自然现象的成因。③能科学认识星座划分的意义，了解常见的天文现象，关注我国载人航天和深空探测的进展，激发探索太空的好奇心，树立民族自豪感。
借助Stellarium软件，可以把学科核心概念中的“宇宙中的地球”“物质的运动和相互作用”“地球系统”“技术、工程与社会”“工程设计与物化”进行整合，宇宙中天体处在绝对的运动之中，它们相互作用、相互牵制，在宇宙中又有地月系、太阳系、银河系、宇宙等天体系统层次，不仅仅学生手工制作的实体是模型，我们在软件上看到的图像动画也是模型，所以同时体现了“系统和模型”的关系，因为知识是一个系统，通过各种模型表现出来了。
在宇宙中，一方面，基本粒子和一些物理常数在极长的时间尺度上可以认为是稳定的；另一方面，宇宙的演化、星系的形成、生命的诞生以及我们对宇宙理解的不断深化都体现了变化。这些稳定与变化的元素共同构成了我们对宇宙的复杂理解。Stellarium软件展示了稳定的变化规律，可以帮助我们理解宇宙的变化，加深对稳定和变化的理解。
Stellarium软件能很好地满足教学演示的需要，不只在小学、初中阶段，甚至在高中阶段的天体物理内容教学时，也可以为学生演示双星系统运行、行星的运动，帮助学生理解双星系统、开尔文三大定律等内容。除文中例子外，Stellarium还有模拟流星雨、进行天文计算等很多功能可供使用，需要进行更深入的挖掘。
当然，在使用Stellarium软件时，也需要注意以下几点：①在安装Stellarium时，选择安装路径时最好避免使用含有空格或中文字符的文件夹，因为这可能会导致软件运行时出现错误。正确的安装步骤包括选择合适的下载版本（如32位或64位系统），然后按照安装向导完成安装过程。②快捷键操作技巧：Stellarium提供了许多快捷键来简化操作，例如F11可以切换到全屏模式，Ctrl+Q可以关闭软件。此外，通过按住Win键加上方向键可以移动画面，Ctrl+S可以截图等。遵循这些注意事项和技巧，可以更好地利用Stellarium软件进行天文观测和模拟。
3 结语
运用Stellarium软件进行“宇宙”整体单元教学设计，学生将获得对宇宙相关知识的基本了解，培养了学生的实践探究能力、合作能力、模型构建构能力、推理判断科学思维。希望学生能够通过这一学习经历，对科学产生浓厚的兴趣并将其应用于实际生活。期待每一位学生都能在宇宙的浩瀚星空中找到属于自己的那颗星。
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