黑洞殺手如何拯救天文學(xué)課程

胡德良/編譯

黑洞殺手如何拯救天文學(xué)課程

胡德良/編譯

作為一所小型學(xué)院的物理學(xué)教授，我教授各種各樣的課程，所面對的學(xué)生群體也是五花八門，他們有的是有備而來，有的則是出于興趣……我教授的課程涵蓋了從普通教育物理學(xué)和天文學(xué)到高級物理學(xué)專題的各種課程。我發(fā)現(xiàn)：在任何一種情況下，如果我把通俗的和有關(guān)歷史的讀物整合到課程中，都會對學(xué)生的學(xué)習(xí)經(jīng)歷產(chǎn)生永久性和實質(zhì)性的積極影響。

當(dāng)我的職業(yè)生涯一開始，我就意識到：課程設(shè)計應(yīng)該比簡單選擇的教科書更加周到和精細(xì)。我發(fā)現(xiàn)，盡管出版商花費時間和精力制作容易理解和富有吸引力的天文學(xué)教科書，但是我的學(xué)生們?nèi)匀辉谂﹂喿x大量的文本，他們對其中過于正式的表達無可奈何。

當(dāng)我布置開卷測試時，包括課本中講到的基本問題——從簡單定義到物理學(xué)和天文學(xué)中的基本概念都有，學(xué)生們都覺得困難。盡管所有答案都直接來自課本，但是大多數(shù)學(xué)生在這些測驗中表現(xiàn)不佳，班級平均成績通常在C檔。無論學(xué)生是根本沒有閱讀，還是閱讀過但沒有真正理解，現(xiàn)實情況是他們沒有經(jīng)過調(diào)查實例、團體協(xié)作或班級討論等必要的過程就來上課。如果我找不到辦法來吸引和激勵學(xué)生，天文學(xué)課程注定要成為教師和學(xué)生都不喜愛的選擇。

在研究不同教科書的選擇時，我逐漸認(rèn)識到：多數(shù)天文學(xué)入門教科書在寫作、內(nèi)容和設(shè)計方面都有著相同的方面。因此，采用新的教科書不能解決學(xué)生遇到的問題。而我在普通天文學(xué)課程方面的教學(xué)經(jīng)驗是促使我探索和開發(fā)天文學(xué)課程的首要因素。

經(jīng)過幾年的探索，我已經(jīng)獲得了一種方法，使我能夠在歷史、文化和社會背景下對物理學(xué)和天文學(xué)知識進行技術(shù)化處理。我對教科書的專業(yè)內(nèi)容進行補充，并根據(jù)通俗的和有關(guān)歷史的科學(xué)出版物布置閱讀作業(yè)和寫作作業(yè)。我發(fā)現(xiàn)：無論學(xué)生是幾年級的，不管他們的專業(yè)是什么，也不論他們的興趣何在，這個方法在吸引學(xué)生方面是成功的。

我讀過尼爾·德格拉斯·泰森（Neil deGrasse Tyson）的《死亡黑洞》一書，注意到它的主題非常廣泛。作為《自然史》雜志的短篇文摘匯編，該書的主題從科學(xué)素養(yǎng)和數(shù)字素養(yǎng)擴展到了各種天文學(xué)現(xiàn)象的歷史及其基本物理學(xué)原理。我決定將其應(yīng)用到一般教授的天文學(xué)課程中來，以補充標(biāo)準(zhǔn)教科書的教學(xué)任務(wù)。我強調(diào)閱讀和寫作任務(wù)，但我的想法不是要取代教科書，而是要使學(xué)生感興趣，并激勵他們學(xué)習(xí)。然后，教科書就成為閱讀中擴展讀物所涵蓋的主題一種。

我的天文學(xué)課每周進行三場50分鐘的講座和一場持續(xù)3小時的實驗。學(xué)生通常每周閱讀《死亡黑洞》的2個章節(jié)——大約有20頁，然后寫一篇1頁或2頁的讀后感。我每周抽出20分鐘的時間，討論閱讀情況和學(xué)生感受。重要的是學(xué)生們能夠在感受中融入思考，能夠考慮閱讀意味著什么，并且能夠與個人經(jīng)歷和往事聯(lián)系起來，而不是簡單地對閱讀進行總結(jié)。在實驗中，我們會擴展并解決難題。如果沒有這樣的安排，采用閱讀和寫作的方式可能需要減少課程內(nèi)容。

在泰森這本覆蓋面很廣的書中，我發(fā)現(xiàn)了一定量的閱讀作業(yè)，它可以補充整個學(xué)期教科書每個章節(jié)所涉及的內(nèi)容。例如，在跟本書書名密切相關(guān)的那一章中，泰森描述了這種情況：當(dāng)你掉入黑洞時會發(fā)生什么？他使用了術(shù)語“意大利面條化效應(yīng)”（Spaghettification）。當(dāng)課程開始探索宇宙中的極端環(huán)境（包括黑洞、類星體和伽瑪射線爆發(fā)）時，學(xué)生們閱讀了這一章。

我在2013年的天文學(xué)課程中使用了這一方法，從2015年起，我就在期中考試中插入一個問題——要求學(xué)生論述一下閱讀《死亡黑洞》的價值，并且問及他們是否會將這本書推薦給對天文學(xué)知識感興趣的朋友。毫無疑問，我得到的反饋是積極的。這種學(xué)習(xí)氛圍和參與度是最理想的，這是我以前從未經(jīng)歷過的。

我在高級課程中使用了相同的方法，也取得了很大的成功。在中級天體物理學(xué)課程中，《死亡黑洞》和馬克·基杰（Mark Kidger）的《宇宙之謎》成為精彩的輔助教材。在探索物理學(xué)歷史中促使模式轉(zhuǎn)變的人物時，這種方法非常奏效。在這種情況下，我把南?！じ２妓梗∟ancyForbes）和貝希爾·馬洪（BasilMahon）撰寫的《法拉第、麥克斯韋和電磁場》一書用在高級電磁課程中；現(xiàn)代物理學(xué)課程常常側(cè)重專業(yè)內(nèi)容和抽象內(nèi)容，為了增強學(xué)習(xí)感受，我把喬治·蓋莫（George Gamow）撰寫的《震撼物理學(xué)界30年》和曼基特·庫馬爾（Manjit Kumar）撰寫的《量子論》應(yīng)用其中。

對于你的課程來說，我?guī)缀醮_信這里使用的具體讀物是不具相關(guān)性的，但是我仍然要為你強烈推薦上述書目。我不斷尋找新的書籍和教材，將其納入我的閱讀書單中，而且我也正在利用這種課程設(shè)計努力拓展這些課程。這種方式之所以對學(xué)生有如此強烈的吸引力，是因為他們有機會探索跟課本主題相關(guān)的歷史、文化和社會背景。如果你的讀物涉及這些主題，我相信它們對你的課程也會產(chǎn)生相同的積極效果。

如果說黑洞殺手挽救了我的天文學(xué)課程，可能會有些夸張，但實際效果是不容忽視的。通過使用通俗的和跟歷史相關(guān)的讀物補充專業(yè)內(nèi)容，我發(fā)現(xiàn)在我教授的所有課程中，學(xué)生的參與度和學(xué)習(xí)成績都有了顯著提高。我強烈建議，以我在這里概述的方式進行教學(xué)。

[資料來源：Physics Today][責(zé)任編輯：松 石]