高校天文選修課的一種友好化設(shè)計(jì)方案

劉文潑

摘 要：為了有效地傳授天文知識(shí)并激發(fā)學(xué)生們的探索熱情，我們提出了一種面向?qū)W生的友好化設(shè)計(jì)方案：除了要以去數(shù)學(xué)化的方式闡述天文知識(shí)之外，還要適當(dāng)?shù)卦黾尤の缎?，與學(xué)生們共享天文之樂(lè)。我們選取了一個(gè)教學(xué)片斷來(lái)展現(xiàn)這一方案。

關(guān)鍵詞：高校天文選修課；友好化設(shè)計(jì)

中圖分類號(hào)：G642 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A 文章編號(hào)：2095-9214（2015）10-0067-01

天文學(xué)是一門關(guān)于天體起源及演化的實(shí)測(cè)科學(xué)，從古代的“地心說(shuō)”到近代的“日心說(shuō)”，再到現(xiàn)代的“宇宙大爆炸論”，天文學(xué)的每次大發(fā)展都革新人類的宇宙觀，為人類文明的進(jìn)步做出了不朽的貢獻(xiàn)。研究天文學(xué)需要有深厚的數(shù)理基礎(chǔ)（例如研究恒星需要相對(duì)論和量子力學(xué)等比較高深的物理知識(shí)），而作為高校選修課的天文學(xué)課程面向的則是全校性的各專業(yè)各層次的大學(xué)生（包括一些文科生），他們數(shù)理基礎(chǔ)參差不齊。那么，在高校天文選修課教學(xué)中我們?cè)撊绾斡行У貍魇谔煳闹R(shí)并激發(fā)學(xué)生們的探索熱情呢？針對(duì)這個(gè)問(wèn)題，我們提出了一種面向?qū)W生的友好化設(shè)計(jì)方案。

具體地，這套方案指的是：在教學(xué)中除了以去數(shù)學(xué)化的方式闡述天體的知識(shí)之外，還要適當(dāng)?shù)卦黾尤の缎?，與學(xué)生們共享天文之樂(lè)。這實(shí)際上包含了兩個(gè)“友好化”過(guò)程：一個(gè)是“由難到易”的過(guò)程，用通俗的語(yǔ)言闡述天文中的觀測(cè)和觀念，避免過(guò)于數(shù)學(xué)和程式化；另一個(gè)是“由苦到樂(lè)”的過(guò)程，通過(guò)增加一些趣味性因素和環(huán)節(jié)，來(lái)激發(fā)學(xué)生們探索自然的熱情。

那么友好化方案是不是不要數(shù)學(xué)呢？不是這樣的，友好化不等于不要數(shù)學(xué)，實(shí)際上描述基本自然現(xiàn)象最簡(jiǎn)潔的還是數(shù)學(xué)，在天文選修課中教師仍然需要一些簡(jiǎn)單的數(shù)學(xué)知識(shí)（大部分學(xué)生們都能接受）來(lái)描述基本天文概念。那么友好化方案會(huì)不會(huì)導(dǎo)致天文知識(shí)的膚淺化呢？也不是這樣的，以通俗的語(yǔ)言闡述天文知識(shí)盡管有失簡(jiǎn)潔性，但是學(xué)生們更容易接受，而且不會(huì)降低天文知識(shí)的準(zhǔn)確性和完整性，也不會(huì)導(dǎo)致膚淺化。退一步說(shuō)，并不是所有的知識(shí)都可以用數(shù)學(xué)闡述的，比如人的感情，在天文上有很多未知的現(xiàn)象目前也無(wú)法用數(shù)學(xué)進(jìn)行有效闡述。那么友好化方案會(huì)不會(huì)導(dǎo)致媚俗化？天文選修課的友好化并不是嘩眾取寵的手段，而是以公眾喜聞樂(lè)見(jiàn)的方式傳播天文知識(shí)，提高公眾的科學(xué)素養(yǎng)，從而實(shí)現(xiàn)天文的“獨(dú)樂(lè)樂(lè)不如眾樂(lè)樂(lè)”。愛(ài)因斯坦本人寫過(guò)一本《狹義與廣義相對(duì)論淺說(shuō)》[1]（這是關(guān)于相對(duì)論的通俗版本），目的就是為了讓具有大學(xué)入學(xué)考試水平以上的公眾比較準(zhǔn)確的理解相對(duì)論。

那么友好化方案如何具體實(shí)施呢？我們認(rèn)為大體上有兩個(gè)要點(diǎn)：1.通過(guò)類比生活中的實(shí)例來(lái)闡述天文現(xiàn)象；2.提出一些有趣的問(wèn)題，并通過(guò)與學(xué)生們的互動(dòng)來(lái)進(jìn)一步增加教學(xué)的趣味性。

我們?cè)谥袊?guó)民航大學(xué)開(kāi)設(shè)了一門天文選修課程——《現(xiàn)代天文學(xué)》，并在教學(xué)中實(shí)踐了上述友好化方案，受到了學(xué)生們的歡迎和好評(píng)。下面，我們通過(guò)一個(gè)教學(xué)片斷（“宇宙起源”章節(jié)中的一部分）來(lái)闡述友好化設(shè)計(jì)方案。

首先提出一個(gè)有趣的問(wèn)題：這個(gè)世界到底是先有的雞，還是先有的蛋？讓學(xué)生們自由討論，年輕人富有想象力，可以給出各種新奇的答案——這樣不僅可以活躍課堂氣氛，而且能調(diào)足學(xué)生們的探索胃口。當(dāng)討論進(jìn)行到高潮的時(shí)候，教師話鋒一轉(zhuǎn)（手中握著一枚雞蛋），指出不管這個(gè)世界是先有的雞還是先有的蛋，但對(duì)于宇宙來(lái)說(shuō)，比利時(shí)天文學(xué)家喬治·勒梅特認(rèn)為先有的蛋——叫做勒梅特的“宇宙蛋”[2]。

美國(guó)天文學(xué)家喬治·伽莫夫在勒梅特的“宇宙蛋”基礎(chǔ)上進(jìn)一步提出了“原始火球”的假說(shuō)，該觀點(diǎn)認(rèn)為宇宙是從一次大爆炸中產(chǎn)生的[3]，[4]。而后經(jīng)過(guò)許多人的改進(jìn)，逐步發(fā)展成為著名的“熱大爆炸宇宙學(xué)模型”[4]——這一觀點(diǎn)現(xiàn)在已經(jīng)成為人類的基本科學(xué)文化常識(shí)。這兒，我們列舉了一個(gè)實(shí)例：一位老鄉(xiāng)（僅有小學(xué)學(xué)歷）把成捆的啤酒放在冰箱的冷凍層，沒(méi)多久啤酒瓶竟然都“爆炸”了，他向作者詢問(wèn)這個(gè)現(xiàn)象和“宇宙大爆炸”有沒(méi)有關(guān)聯(lián)？作者想了想，啤酒瓶之所以“爆炸”，是因?yàn)楫?dāng)溫度低于凝固點(diǎn)時(shí)，啤酒相變?yōu)楣虘B(tài)，其體積則發(fā)生膨脹，而且這個(gè)過(guò)程是非常短暫的——這位老鄉(xiāng)可能給出了“宇宙大爆炸”的一個(gè)可能原因——因?yàn)橥蝗焕鋮s從而發(fā)生了“大爆炸”——此觀點(diǎn)盡管有待進(jìn)一步驗(yàn)證，但至少可以說(shuō)明“大爆炸宇宙學(xué)模型”確實(shí)已經(jīng)深入人心，成為一種基本科學(xué)常識(shí)。

目前已經(jīng)有很多證據(jù)支持這個(gè)“大爆炸宇宙學(xué)模型”（通過(guò)多媒體手段詳述各種觀測(cè)證據(jù)），從“大爆炸”到這堂課宇宙經(jīng)歷了上百億年的滄桑——是非常不容易的，我們要珍惜這難得的學(xué)習(xí)機(jī)會(huì)。

上述教學(xué)實(shí)例展現(xiàn)了高校天文選修課教學(xué)的友好化設(shè)計(jì)方案，學(xué)生們通過(guò)此方案不僅學(xué)到了一點(diǎn)有趣的天文知識(shí)，而且還激發(fā)了探索熱情——這對(duì)于培養(yǎng)創(chuàng)新精神是至關(guān)要緊的。我們將在教學(xué)中進(jìn)一步實(shí)踐和完善友好化設(shè)計(jì)方案，以期達(dá)到最優(yōu)化的教學(xué)效果。

（作者單位：中國(guó)民航大學(xué)理學(xué)院）

參考文獻(xiàn)：

[1]愛(ài)因斯坦著.楊潤(rùn)殷譯.胡剛復(fù)校. 狹義與廣義相對(duì)論淺說(shuō)[M]. 第一版：北京大學(xué)出版社， 2006.

[2]Wikipedia，Georges Lema？tre[OL]，（數(shù)據(jù)截止至2015年8月）[引用日期：2015年8月18日]，網(wǎng)絡(luò)：訪問(wèn)路徑：https：//en.wikipedia.org/wiki/Georges_Lema%C3%AEtre.

[3]Alpher， R. A.， Bethe， H.， Gamow， G.， （1 April 1948）， “The Origin of Chemical Elements”[J]， Physical Review 73 （7）： 803–804.

[4]孫錦龍，李德范著. 大學(xué)天文學(xué)[M].第一版.河南大學(xué)出版社， 2005.endprint