在普通高校普及天文學(xué)的一點(diǎn)思考

葛雪，韓典榮，雷成龍

（江蘇第二師范學(xué)院物理與電子工程學(xué)院，江蘇南京 211200）

一、為什么要普及天文學(xué)

天文學(xué)是以宇宙空間天體和宇宙結(jié)構(gòu)為研究對象的一門古老的科學(xué)。作為一門基礎(chǔ)的自然學(xué)科，天文學(xué)的普及不僅有利于提高大學(xué)生的科學(xué)素養(yǎng)和創(chuàng)新能力，而且能夠幫助他們樹立正確的世界觀、宇宙觀。第28屆國際天文學(xué)聯(lián)合會大會提出應(yīng)該把科學(xué)普及放在與科技創(chuàng)新同等重要的位置，充分發(fā)揮教育在科學(xué)普及中的重要作用。放眼世界，幾乎所有的發(fā)達(dá)國家都非常重視天文學(xué)的教育和普及。在美國，有一百多所大學(xué)都開設(shè)了天文學(xué)專業(yè)。在這些大學(xué)中，學(xué)生可以取得學(xué)士、碩士甚至博士學(xué)位。在英國，也有近50所大學(xué)能夠授予學(xué)生天文學(xué)專業(yè)的學(xué)位。我國目前開設(shè)天文學(xué)專業(yè)的學(xué)校僅有北京大學(xué)、南京大學(xué)、廈門大學(xué)、云南大學(xué)等11所院校。近些年，隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展以及社會對自然科學(xué)越來越重視，很多高校也逐漸開設(shè)了天文學(xué)專業(yè)。

天文學(xué)充滿了神秘性和趣味性，物理上很多復(fù)雜的問題都曾在宇宙間找到了答案。近十年來的諾貝爾物理學(xué)獎就有6項(xiàng)與天文有關(guān)，如表1所示。

表1 2011—2020 年的諾貝爾物理學(xué)獎

近年來，我國的天文學(xué)事業(yè)取得了良好的發(fā)展。2015年，世界上觀測能段范圍最寬、能量分辨率最優(yōu)的暗物質(zhì)粒子探測衛(wèi)星“悟空”發(fā)射成功。2018年，我國首顆空間X射線天文衛(wèi)星“慧眼”投入使用。2020年，世界第一大單口徑射電望遠(yuǎn)鏡-500米口徑主動反射球面射電望遠(yuǎn)鏡“FAST”正式投入運(yùn)行，此項(xiàng)目在未來20年仍然可以保持世界領(lǐng)先地位。這些舉世矚目的項(xiàng)目表明了國家對天文學(xué)事業(yè)的高度重視。

圖1 “悟空”暗物質(zhì)探測器

圖2 “慧眼”X 射線天文衛(wèi)星

圖3 “FAST”射電望遠(yuǎn)鏡

雖然我們在重大科研項(xiàng)目上取得了不錯(cuò)的成績，但天文學(xué)在高校的情況卻不容樂觀。由于缺乏相應(yīng)的授課教師和課程建設(shè)，與天文學(xué)相關(guān)的專業(yè)課或公選課并沒有在普通的高校普及開來，導(dǎo)致天文學(xué)僅僅是知名高校的獨(dú)有課程。很多大學(xué)生對天文學(xué)知之甚少，甚至把天文學(xué)與占星術(shù)、星座命運(yùn)說、時(shí)空穿越等聯(lián)系到一起。這樣的認(rèn)識并不符合新時(shí)代對大學(xué)生科學(xué)素養(yǎng)的基本要求。研究表明，如果大學(xué)生對天文學(xué)感興趣，那么他們對物理、化學(xué)和生物學(xué)的興趣也會大大提高。筆者結(jié)合江蘇第二師范學(xué)院的實(shí)際情況，從教學(xué)目的、教學(xué)內(nèi)容、教學(xué)方法以及教學(xué)評價(jià)四個(gè)方面探究如何在普通院校普及天文學(xué)知識，從而提高大學(xué)生對天文學(xué)的學(xué)習(xí)興趣。

二、如何普及天文學(xué)

（一）教學(xué)目的

教學(xué)目的不同，授課教師采取的教學(xué)手段也會不同。因而我們要想在普通高校普及天文學(xué)，必須先明確教學(xué)目的是什么。以江蘇第二師范學(xué)院為例，學(xué)校目前并沒有與天文學(xué)相關(guān)的專業(yè)課和公共課，只有一個(gè)天文社團(tuán)（說明有部分學(xué)生對天文學(xué)比較感興趣）。江蘇第二師范學(xué)院在教學(xué)環(huán)境、教學(xué)設(shè)施和教學(xué)團(tuán)隊(duì)上與有天文學(xué)專業(yè)的學(xué)校還存在較大的差距，因此，如果學(xué)校把培養(yǎng)天文學(xué)專業(yè)的人才作為普及天文學(xué)的目的，這將不符合實(shí)際。其實(shí)，普通高校普及天文學(xué)一方面是讓大學(xué)生了解一定的天文學(xué)知識，提高他們的科學(xué)素養(yǎng)；另一方面就是激發(fā)他們對天文學(xué)的興趣，為今后想從事相關(guān)研究的學(xué)生儲備一定的專業(yè)知識。如果在普及天文學(xué)的過程中，能有個(gè)別學(xué)生通過考研甚至讀博進(jìn)入天文學(xué)領(lǐng)域，那么這將是學(xué)校普及天文學(xué)的最大意義了。

（二）教學(xué)內(nèi)容

高校開設(shè)的天文學(xué)選修課面向全校學(xué)生，學(xué)生數(shù)理基礎(chǔ)參差不齊，部分學(xué)生對天文學(xué)的認(rèn)識還局限于天文史話、日月食、九大行星（目前是八大行星）等零散的知識上。因此，教師在選擇教學(xué)內(nèi)容時(shí)，要選擇那些涉及數(shù)學(xué)知識少的內(nèi)容，使學(xué)生學(xué)習(xí)起來更簡單。例如，有的天文學(xué)選修課會涉及與各種坐標(biāo)系相關(guān)的內(nèi)容，這些內(nèi)容對于普通學(xué)生而言可能太過專業(yè)，而且學(xué)生對這些抽象的坐標(biāo)軸沒有很強(qiáng)的概念，所以他們會覺得課程索然無味，與自己想象的不同。相反，如果教師講解恒星是如何“出生”、如何“死亡”的，相對而言，這些內(nèi)容既生動又簡單，學(xué)生學(xué)習(xí)起來也會更感興趣。去除繁雜的數(shù)理推導(dǎo)不代表學(xué)生學(xué)習(xí)天文學(xué)不需要數(shù)學(xué)知識，我們只是強(qiáng)調(diào)教師要盡量用通俗的文字和語言去描述天文學(xué)知識，雖然沒有定量的去解釋，但如果學(xué)生能理解課程內(nèi)容，便已經(jīng)滿足一門選修課的教學(xué)要求了。除此之外，隨著科技的發(fā)展，人類對宇宙的探索早已不再局限于太陽系。以前講天文，教師大都是從“地心說”講到“日心說”，再講到“八大行星”。然而，這些傳統(tǒng)的內(nèi)容已經(jīng)不能滿足新時(shí)代大學(xué)生對天文知識的需求了。近些年，天文科學(xué)家在銀河系、河外星系、黑洞、引力波等方面都取得了豐碩的成果，如圖4所示。這些前沿課題既能滿足僅僅對天文學(xué)感興趣的學(xué)生的需求，又能激發(fā)少數(shù)想從事天文學(xué)研究的學(xué)生的科研興趣。

圖4 2022 年由事件視界望遠(yuǎn)鏡提供的銀河系中心黑洞的圖片

（三）教學(xué)方法

傳統(tǒng)的以教師為主的授課模式已經(jīng)很難吸引學(xué)生的注意力了。目前，筆者正擔(dān)任江蘇第二師范學(xué)院天文社團(tuán)的指導(dǎo)老師，結(jié)合平時(shí)的授課經(jīng)驗(yàn)，筆者總結(jié)了幾種新的教學(xué)方式。1.教師要利用短視頻將教學(xué)內(nèi)容呈現(xiàn)給學(xué)生。以前，教師一般通過PPT和黑板講解天文學(xué)知識。但天文學(xué)是一個(gè)讓人充滿想象的學(xué)科，僅僅用文字和圖片已經(jīng)不能吸引學(xué)生的注意力了，學(xué)生更喜歡關(guān)注動態(tài)的教學(xué)內(nèi)容。例如講解黑洞，如果教師僅僅放幾張黑洞的照片或者幾張有動態(tài)的圖片，或許可以把知識講好，但不能激發(fā)學(xué)生對這門課的興趣。因此，教師可以將多個(gè)長視頻剪輯成一個(gè)個(gè)以知識點(diǎn)為核心的短視頻。每次講解某個(gè)知識點(diǎn)的時(shí)候，教師可以通過播放短視頻的方式引導(dǎo)學(xué)生學(xué)習(xí)。如此一來，學(xué)生很容易被教師的課堂吸引，且接受知識的速度也會越來越快。2.教師要采取以學(xué)生為主體的考核方式。通常情況下，教師會采取期末考試的方式對學(xué)生進(jìn)行考核，但天文學(xué)作為一門選修課，學(xué)生本來就接觸得少，如果再以期末考試的方式去考查學(xué)生，難免會降低學(xué)生學(xué)習(xí)天文學(xué)課程的積極性。教師可以根據(jù)教學(xué)內(nèi)容，讓學(xué)生自選一個(gè)章節(jié)，然后通過查閱資料、觀看視頻等方式學(xué)習(xí)此章節(jié)的內(nèi)容。在學(xué)習(xí)完相關(guān)內(nèi)容后，學(xué)生選擇合適的方式去講解自己所學(xué)的內(nèi)容。教師根據(jù)匯報(bào)方式、匯報(bào)內(nèi)容的難易程度、匯報(bào)的清晰度以及同學(xué)的反饋給出綜合得分。這種以學(xué)生自主匯報(bào)進(jìn)行考核的方式不僅可以鍛煉學(xué)生的自主學(xué)習(xí)能力、語言表達(dá)能力，而且能給學(xué)生提供相對比較自由的學(xué)習(xí)環(huán)境，易于他們更好地學(xué)習(xí)知識。3.學(xué)校要開展天文科普講座，邀請校外的專家來校給學(xué)生講解天文學(xué)知識，不斷拓寬學(xué)生的知識面。

（四）教學(xué)評價(jià)

教學(xué)評價(jià)是依據(jù)教學(xué)目標(biāo)對教學(xué)效果進(jìn)行評價(jià)的教學(xué)活動。教學(xué)評價(jià)一般指對教師的教學(xué)內(nèi)容、教學(xué)手段和教學(xué)管理等作出評價(jià)。學(xué)?？梢酝ㄟ^問卷調(diào)查的方式對教師的教學(xué)內(nèi)容、教學(xué)手段和教學(xué)管理進(jìn)行調(diào)研，讓教師能夠及時(shí)獲得學(xué)生的反饋，從而進(jìn)一步完善課堂設(shè)計(jì)，形成在普通高校普及天文學(xué)的良性循環(huán)。具體而言，教學(xué)評價(jià)指標(biāo)需要涉及以下幾個(gè)方面：第一，學(xué)校要評價(jià)教師的教學(xué)水平。天文學(xué)是一門比較難的學(xué)科，需要教師有豐富的理論知識和實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，具備清晰的教學(xué)思路和良好的表達(dá)能力，能夠?qū)?fù)雜的天文學(xué)知識用淺顯易懂的方式表達(dá)出來，讓學(xué)生能夠理解并掌握相關(guān)知識。此外，教師還要具備良好的課堂管理能力和組織能力，引導(dǎo)學(xué)生積極參與課堂，提高學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣和積極性。學(xué)校要基于以上幾個(gè)方面的能力和素養(yǎng)評價(jià)教師的教學(xué)水平，為教師教學(xué)能力與質(zhì)量的提升提供指導(dǎo)。第二，學(xué)校要評價(jià)教師的教學(xué)方式。教師要采用多種教學(xué)方式開展天文學(xué)教學(xué)，如課堂講解、實(shí)驗(yàn)操作、天體觀測等。教師要根據(jù)學(xué)生的實(shí)際情況和需求，選擇合適的教學(xué)方式并靈活運(yùn)用，提高學(xué)生的學(xué)習(xí)效率。教師要注重學(xué)生創(chuàng)新能力和實(shí)踐能力的培養(yǎng)，鼓勵學(xué)生積極參與科研活動和實(shí)踐活動，提高學(xué)生的綜合素質(zhì)。因此，教學(xué)評價(jià)指標(biāo)應(yīng)覆蓋教學(xué)方式應(yīng)用與創(chuàng)新。第三，學(xué)校要評價(jià)天文學(xué)教學(xué)的效果。學(xué)校開設(shè)天文學(xué)課程的主要目的是讓學(xué)生掌握天文學(xué)的基本理論和技能，培養(yǎng)學(xué)生的科學(xué)思維、創(chuàng)新能力以及探究興趣。因此，學(xué)校要從學(xué)生的考試成績、課堂表現(xiàn)、科研成果等方面來評價(jià)教學(xué)效果，并從多個(gè)維度了解學(xué)生的學(xué)習(xí)進(jìn)度。

三、普及天文學(xué)的困難與挑戰(zhàn)

1.難以平衡教學(xué)內(nèi)容的系統(tǒng)性和趣味性。教師在授課時(shí)，往往考慮的是知識的系統(tǒng)性，而學(xué)生在選課時(shí)，往往更加關(guān)注選修課的趣味性。南京師范大學(xué)的袁啟榮教授曾做過調(diào)研，他發(fā)現(xiàn)當(dāng)教師尋求知識的系統(tǒng)性時(shí)，授課的內(nèi)容便會傾向于很基礎(chǔ)的天文知識，例如天體測量、天文設(shè)備等。然而，如果教師關(guān)注課堂的趣味性，以學(xué)生的問題為導(dǎo)向授課，那么，課堂內(nèi)容就會包含“火星上有生命嗎”“UFO存在嗎”等話題[1]。因此，如何平衡教學(xué)的系統(tǒng)性系與趣味性是天文學(xué)教師面臨的一大挑戰(zhàn)。2.難以開展戶外教學(xué)活動。近幾年來，由于疫情的影響，高校的教學(xué)活動變得復(fù)雜而又繁瑣，尤其是帶有實(shí)驗(yàn)性質(zhì)或是校外考察性質(zhì)的課程，這些課程的教學(xué)活動基本無法開展。天文學(xué)是一門以觀測為基礎(chǔ)的學(xué)科，如果沒有戶外觀測活動，難免會使課程的效果大打折扣。然而，即使沒有疫情的影響，進(jìn)行戶外觀測依然存在兩個(gè)問題，一是缺乏相應(yīng)的觀測設(shè)備；二是在大城市里由于環(huán)境污染，已經(jīng)很難清晰地觀測到天體了。3.難以組建專業(yè)的教學(xué)團(tuán)隊(duì)。普通高校沒有天文學(xué)專業(yè)，導(dǎo)致天文學(xué)畢業(yè)的博士、博士后以及國外回來的天文學(xué)家不愿意進(jìn)入這樣的高校發(fā)展，最終又導(dǎo)致普通高校無法開展天文學(xué)專業(yè)的建設(shè)。這樣的惡性循環(huán)將進(jìn)一步阻止天文學(xué)在普通高校的普及。

四、普及天文學(xué)對學(xué)生發(fā)展的重要意義

首先，普及天文學(xué)可以加深學(xué)生對宇宙的認(rèn)識。天文學(xué)課程涉及宇宙的起源、演化、結(jié)構(gòu)、物理規(guī)律等知識。通過學(xué)習(xí)天文學(xué)，學(xué)生可以更深入地了解宇宙的奧秘，提高對科學(xué)知識的興趣。其次，普及天文學(xué)可以培養(yǎng)學(xué)生的邏輯思維和創(chuàng)新能力。天文學(xué)需要用到很多數(shù)學(xué)知識和物理知識。教師通過引導(dǎo)學(xué)生解決天文學(xué)問題，可以培養(yǎng)學(xué)生的邏輯思維、創(chuàng)新能力和解決問題的能力。最后，普及天文學(xué)可以提升學(xué)生的科學(xué)素養(yǎng)。天文學(xué)是自然科學(xué)的重要組成部分，通過學(xué)習(xí)天文學(xué)，學(xué)生可以了解科學(xué)的本質(zhì)和科學(xué)方法，提高自己的科學(xué)素養(yǎng)，更好地適應(yīng)現(xiàn)代社會的發(fā)展。因此，普通高校應(yīng)該加強(qiáng)天文學(xué)的普及教育，例如，開設(shè)天文學(xué)課程，讓學(xué)生了解天文學(xué)的基本知識和理論；成立天文學(xué)社團(tuán)，讓學(xué)生更好地了解天文學(xué)的應(yīng)用與發(fā)展；開展與天文學(xué)相關(guān)的科研活動，讓學(xué)生可以更深入地了解天文學(xué)的研究進(jìn)展。

五、結(jié)束語

總之，高校普及天文學(xué)尤為重要。在新時(shí)代，我們要從教學(xué)目的、教學(xué)內(nèi)容、教學(xué)方法以及教學(xué)評價(jià)四個(gè)方面探究如何在高校普及天文學(xué)知識，從而提高學(xué)生對天文學(xué)的興趣，促使學(xué)生通過學(xué)習(xí)天文學(xué)課程能更深入地了解宇宙的奧秘，提高自己的科學(xué)素養(yǎng)，進(jìn)而適應(yīng)現(xiàn)代社會的發(fā)展。