高校天文选修课的一种友好化设计方案

刘文泼

摘 要：为了有效地传授天文知识并激发学生们的探索热情，我们提出了一种面向学生的友好化设计方案：除了要以去数学化的方式阐述天文知识之外，还要适当地增加趣味性，与学生们共享天文之乐。我们选取了一个教学片断来展现这一方案。

关键词：高校天文选修课；友好化设计

中图分类号：G642 文献标志码：A 文章编号：2095-9214（2015）10-0067-01

天文学是一门关于天体起源及演化的实测科学，从古代的“地心说”到近代的“日心说”，再到现代的“宇宙大爆炸论”，天文学的每次大发展都革新人类的宇宙观，为人类文明的进步做出了不朽的贡献。研究天文学需要有深厚的数理基础（例如研究恒星需要相对论和量子力学等比较高深的物理知识），而作为高校选修课的天文学课程面向的则是全校性的各专业各层次的大学生（包括一些文科生），他们数理基础参差不齐。那么，在高校天文选修课教学中我们该如何有效地传授天文知识并激发学生们的探索热情呢？针对这个问题，我们提出了一种面向学生的友好化设计方案。

具体地，这套方案指的是：在教学中除了以去数学化的方式阐述天体的知识之外，还要适当地增加趣味性，与学生们共享天文之乐。这实际上包含了两个“友好化”过程：一个是“由难到易”的过程，用通俗的语言阐述天文中的观测和观念，避免过于数学和程式化；另一个是“由苦到乐”的过程，通过增加一些趣味性因素和环节，来激发学生们探索自然的热情。

那么友好化方案是不是不要数学呢？不是这样的，友好化不等于不要数学，实际上描述基本自然现象最简洁的还是数学，在天文选修课中教师仍然需要一些简单的数学知识（大部分学生们都能接受）来描述基本天文概念。那么友好化方案会不会导致天文知识的肤浅化呢？也不是这样的，以通俗的语言阐述天文知识尽管有失简洁性，但是学生们更容易接受，而且不会降低天文知识的准确性和完整性，也不会导致肤浅化。退一步说，并不是所有的知识都可以用数学阐述的，比如人的感情，在天文上有很多未知的现象目前也无法用数学进行有效阐述。那么友好化方案会不会导致媚俗化？天文选修课的友好化并不是哗众取宠的手段，而是以公众喜闻乐见的方式传播天文知识，提高公众的科学素养，从而实现天文的“独乐乐不如众乐乐”。爱因斯坦本人写过一本《狭义与广义相对论浅说》[1]（这是关于相对论的通俗版本），目的就是为了让具有大学入学考试水平以上的公众比较准确的理解相对论。

那么友好化方案如何具体实施呢？我们认为大体上有两个要点：1.通过类比生活中的实例来阐述天文现象；2.提出一些有趣的问题，并通过与学生们的互动来进一步增加教学的趣味性。

我们在中国民航大学开设了一门天文选修课程——《现代天文学》，并在教学中实践了上述友好化方案，受到了学生们的欢迎和好评。下面，我们通过一个教学片断（“宇宙起源”章节中的一部分）来阐述友好化设计方案。

首先提出一个有趣的问题：这个世界到底是先有的鸡，还是先有的蛋？让学生们自由讨论，年轻人富有想象力，可以给出各种新奇的答案——这样不仅可以活跃课堂气氛，而且能调足学生们的探索胃口。当讨论进行到高潮的时候，教师话锋一转（手中握着一枚鸡蛋），指出不管这个世界是先有的鸡还是先有的蛋，但对于宇宙来说，比利时天文学家乔治·勒梅特认为先有的蛋——叫做勒梅特的“宇宙蛋”[2]。

美国天文学家乔治·伽莫夫在勒梅特的“宇宙蛋”基础上进一步提出了“原始火球”的假说，该观点认为宇宙是从一次大爆炸中产生的[3]，[4]。而后经过许多人的改进，逐步发展成为著名的“热大爆炸宇宙学模型”[4]——这一观点现在已经成为人类的基本科学文化常识。这儿，我们列举了一个实例：一位老乡（仅有小学学历）把成捆的啤酒放在冰箱的冷冻层，没多久啤酒瓶竟然都“爆炸”了，他向作者询问这个现象和“宇宙大爆炸”有没有关联？作者想了想，啤酒瓶之所以“爆炸”，是因为当温度低于凝固点时，啤酒相变为固态，其体积则发生膨胀，而且这个过程是非常短暂的——这位老乡可能给出了“宇宙大爆炸”的一个可能原因——因为突然冷却从而发生了“大爆炸”——此观点尽管有待进一步验证，但至少可以说明“大爆炸宇宙学模型”确实已经深入人心，成为一种基本科学常识。

目前已经有很多证据支持这个“大爆炸宇宙学模型”（通过多媒体手段详述各种观测证据），从“大爆炸”到这堂课宇宙经历了上百亿年的沧桑——是非常不容易的，我们要珍惜这难得的学习机会。

上述教学实例展现了高校天文选修课教学的友好化设计方案，学生们通过此方案不仅学到了一点有趣的天文知识，而且还激发了探索热情——这对于培养创新精神是至关要紧的。我们将在教学中进一步实践和完善友好化设计方案，以期达到最优化的教学效果。

（作者单位：中国民航大学理学院）

参考文献：

[1]爱因斯坦著.杨润殷译.胡刚复校. 狭义与广义相对论浅说[M]. 第一版：北京大学出版社， 2006.

[2]Wikipedia，Georges Lema？tre[OL]，（数据截止至2015年8月）[引用日期：2015年8月18日]，网络：访问路径：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]孙锦龙，李德范著. 大学天文学[M].第一版.河南大学出版社， 2005.endprint