日食观测活动课程的设计与实践

谢凯 陈道华

摘 要：地理学科核心素养指引着地理教学活动的方向，观测活动课程系统化开发有助于地理实践力的提升。文章以实现地理学科核心素养的提升为目标，以日食现象原理与观测方法的探究为核心内容，通过对2020年6月21日的日环食观测相关活动的设计与实践，为日食等天文观测活动课程的开发提供参考。

关键词：地理学科核心素养;日食;观测活动

天文观测活动作为天文科学知识普及的重要载体[1]，对学生的天文兴趣、科学精神和协作能力有很大的促进，在地理课程的实施中越来越重要。重大天象的观测具有极强的时效性，地理教师应抓住机遇巧妙设计日食观测活动，让地理学科核心素养的培养在天文观测实践中落地。2020年6月21日的日环食食分极大（最大食分达0.994）、穿越范围较广（环食带穿越我国西藏、四川、贵州、湖南、江西、福建、台湾等地），我国环食带以外的地区均能见到不同程度的日偏食，是日（环）食观测活动课程开展的绝佳时机。

一、理论奠基——日食原理探究

1.由表象探特征——归纳梳理

兴趣是最好的老师，大量精彩的日食图片呈现能够增强学生学习的动力。采用2009年7月22日长江日全食、2010年1月15日21世纪最长日环食等精美图片，呈现绚丽的日环、多彩的贝利珠与钻石环等教学素材，可以创设良好的教学情境。从现象入手，引发学生对日食的分类与过程进行探究。日食的分类与过程探究宜采用归纳梳理的方式。首先，日食的类型包括日全食、日环食、日环食，而本次观测的是日环食。其次，锁定食相过程，根据月球圆面同太阳圆面的位置关系，依次可能出现初亏、食既、食甚、生光、复圆五种食相。再者，分清不同类型日食的食相，日全食与日环食包含全部食相，而日偏食出现初亏、食甚、复圆三种食相，不含食既与生光。

2.由特征寻因果——演绎推导

根据日食的分类与过程，进一步探寻日食的形成原理，可用“日食为何总是发生于农历初一？”的类似问题引导学生探究太阳、地球和月球三者的位置关系。借助实体模型或三维立体动画，演绎推导出日、地、月不同位置关系下形成的不同月影，根据不同的月影范围（本影、半影和伪本影）推导出不同的日食类型（日全食、日偏食、日环食）。可提出“日食的发生，究竟能为我们带来什么价值？”这样一个开放性探究问题，让学生畅所欲言，教师进行归纳，引导学生由视觉上的震撼转化为人地协调的思考，由个人的满足上升到科学研究的价值，人地协调观理念得以体现。

二、虚拟增实——日食过程模拟

1.基于网络平台的数据采集

一类天象事件往往备受关注，而许多网络平台能提供翔实数据。教师带领学生搜集网络平台所提供的本次日环食相关数据，可通过信息收集、处理、分析提升学生的地理实践能力并在日食分布地图的研究中增强学生的区域认知能力。经实践研究，推荐以下网站平台查询本次日环食相关数据：紫金山天文台、世界日期及时间网、Heavens-above、有趣天文奇观。

2.基于WWT的環食模拟

万维望远镜（WordWide Telescope，简称WWT）能够将空间及地面诸多大型望远镜采集的真实科学数据进行整合，利用可视化和无缝拼接等技术形成“虚拟现实”的全波段数字图像。WWT网络资源平台提供了2009长江日全食、2010年1月15日的日环食等日食漫游作品，三维立体的数字化学习资源，让学生能更清晰直观地了解日、地、月三者之间的关系以及日食的发生过程。借助WWT还可指导学生以本次日环食为例，设计日食漫游作品。观测前，通过查询网络预测数据资源，模拟演示本次日环食发生过程;观测后，利用所拍摄图像与观测感受，插入图片、声音、文字等内容，丰富漫游演示，形成漫游作品。数字化的演绎，让学生在日环食的观测中受益匪浅。

三、实践增趣——日食观测实践

1.日食观测准备

（1）目标明确。日食观测是学习的过程，也是体验的过程，在兴趣培养的基础上应该凸显课程目标的系统性。从知识层面看，通过观测活动可加强对日食发生原理的理解。从能力层面看，可学会运用科学的方法对日食各个环节进行观测并记录。从素养层面看，观测实践是突破地理实践力的关键，也能体现人地协调观。

（2）地点选择。指导学生进行地点选择重视以下三大原则：最大食分原则，借助预测数据寻找所在地最大食分区域大致范围（食分越大，日面被遮掩的程度就越大）;最阔视场原则，提前踩点或借助卫星地图确认周边视场是否开阔、拍照前景是否具有特色;最佳天气原则，日食发生前，借助精准的天气预报获悉日食发生时刻备选地点天气状况。

2. 日食观测方法

日食观测，因太阳光线极强，容易灼伤眼睛、引发火灾等，所以教师应悉心指导学生进行正确的观测。常见的日食观测方法包括目视法、小孔成像法、投影观测法、天文望远镜观测法、相机记录与观测法等，教师应根据学生情况分组使用不同方法进行观测（表1），形成多元化观测成果。

3. 日食观测互动

一类天象事件之所以备受关注，不仅仅在于稀缺性和可观性，还在于相互之间的交流和分享。同样的日食，不同的学生在不同的区域观看，食分不同，天上的云彩也不同，将微妙的不同进行分享，能让实践课程更有活力。本次日环食期间，笔者所在班级学生开展了不同形式的日食分享，线上的分享与讨论异常活跃（图1）。

四、评价促“进”——日食观后反思

任何活动和课程都离不开记录与总结。日食观测后，应组织学习完善相关记录，物化相关成果，让观测活动课程能更有深度。观测过程中因心情激动易漏掉一些重要信息，因而在观测完成后，应给学生一定时间回忆并完善日食记录，完成《日（环）食观测活动记录表》，记录观测地的经纬度、海拔、天气状况等信息，绘图表达日食过程太阳形态的变化，写下观看时的感受;还应指导学生撰写《日（环）食观测报告》，以小论文的形式梳理观测过程与收获;汇集学生所拍视频与照片，制作“日环食影集”或“日环食视频”;借助学校社团等平台，开展日食观测分享活动，为学生提供总结展示的机会（图2）。

参考文献：

[1] 王琴. 基于WWT平台的天文教学模式研究[D].武汉：华中师范大学，2016.

[2] 李建基.如何观测和拍摄日环食[J].天文爱好者，2012（4）：60-62.