《现代天文学》的教学设计

刘文泼 周青军

摘要：《现代天文学》是中国民航大学面向全校本科生开设的一门自然科学类选修课程，该课程以激发学生探索热情和创新精神为核心目标，自2012年开课以来，深得学生们的欢迎。本文从宏观（总课程）和微观（一节课）两个不同尺度介绍了《现代天文学》课程的教学设计。在宏觀设计上，我们分析了课程的教学背景，并着重介绍了课程任务、课时设置、课程特色及课程的评价标准。在微观设计上，我们则结合“火星”这一具体章节从教学方法、教学过程和教学总结三个方面谈了如何上好一节天文课。从教学效果来看，我们的方案设计合理、成效显著，有效地调动了学生们的探索热情和创新积极性。我们将在今后的教学实践中进一步完善这套方案，以期达到最佳效果。

关键词：现代天文学;选修课;教学设计;宏观设计;微观设计

中图分类号：G642.4     文献标志码：A     文章编号：1674-9324（2016）05-0199-03

一、前言

天文学是建立在坚实的观测基础和严密的数理逻辑之上的一门科学，在人类文明进程中始终扮演着重要角色。她不仅让我们领略了宇宙之美，还激发了我们探索自然的热情——这是创新的原始推动力。华裔诺贝尔物理学奖得主杨振宁博士，在一次演讲中谈到他就是受到一本天文科普读物的启蒙才踏上了探索自然的征程[1]，而且他在近90岁高龄时仍然保持着对外在世界的好奇心并在前沿科学领域进行着创新性研究——这也许是天文科普教育激发人类创造热情的最杰出的例子。大学生，朝气蓬勃，是构建创新型社会的生力军，如果在他们当中适当开展天文学科普教育，激发他们的探索热情，对于他们快速成长为创新型人才是非常有益的。本着这一目的，我们在中国民航大学开设了面向全校本科生的《现代天文学》选修课程（自然科学类）——这填补了中国民航大学没有天文选修课的历史空白。自2012年开课以来，深得学生们欢迎，课程评教数据[2]如下：2012-2013学年评教结果：95.066（参评学生人数：168;有效参评学生人数：152）;2013-2014学年评教结果：96.592（参评学生人数：395;有效参评学生人数：355）;2014-2015学年评教结果：96.825（参评学生人数：189;有效参评学生人数：171）。

在第二和第三部分，我们将分别从宏观（总课程）和微观（一节课）两个不同尺度来阐述《现代天文学》的教学设计。第四部分是总结。

二、宏观（总课程）设计

首先分析一下教学背景：（1）学生情况分析：中国民航大学综合了工学、理学、管理学、经济学、法学等不同学科[3]，由于存在较大专业跨度，全校本科生的数理基础是参差不齐的（有些专业对大学数学和大学物理不做要求，比如外语专业），因此作为面向全校本科生的选修课程（自然科学类），《现代天文学》应以激发学生们的探索热情为教学目标;（2）教材内容分析：我们主要借鉴了南京大学罗新炼（个人通信交流）、中国科技大学向守平[4]、南开大学苏宜[5]等老师的教学材料，为了反映最新天文前沿成果，我们还结合了最新的天文新闻报道，这也体现了《现代天文学》课程的现代性和前沿性。

考虑到上述教学背景，我们制定了《现代天文学》的课程任务：通过对天文学总揽式的了解和对天文学前沿课题的追踪，让学生们在领略宇宙之美的同时，激发他们的原创精神和探索热情，并让他们认清自己在宇宙中所处的位置和肩负的使命，从而树立正确的人生观和价值观。了解当前国人在太空中的种种努力和取得的初步成果，逐步增强学生们的爱国主义热情和民族自信心。

具体地，《现代天文学》共36学时，以理论教学为主，还包括了一些简单的天文实测项目，例如观测月球、太阳黑子等。目前中国民航大学拥有4架星特朗天文望远镜（3架80EQ，1架127SLT），可以满足基本的近地实测要求。2014年10月8日晚，我们带领学生观测了月全食这一奇妙天象，图1为当晚“红月亮”过后杨明同学（学号：110641127）利用星特朗127SLT望远镜拍摄到的月球图像。天文实测项目的上课时间视天气和天象情况而定。

为了调动对天文感兴趣学生的积极性，我们在选课系统中发布了精心设计的选课“广告”：小时候有没有想过星座是什么？天上有没有外星人？星星为什么眨眼睛？宇宙是怎么起源的？这些有趣的问题都能在《现代天文学》中找到答案。在本课程中，我们将结合最新的观测星图，开启探险的历程，一起搜寻宇宙的宝藏。本课程只需要你带着一颗好奇心就够了，还等什么呢？

得益于良好的教学效果和学生们对星空的好奇，选修《现代天文学》课程的人数众多，有时甚至超过千人，但由于教室容量和个人精力所限，只能满足部分同学需求，课程容量通常设定为160～200人。

下面谈一谈《现代天文学》课程的特色：（1）体现天文的现代化和前沿化。现代科技的迅猛发展为现代天文学提供了各种先进的观测手段，而这将带给我们许多新奇的天文现象和知识。国内外近几年在建或者建成使用的大型观测设备层出不穷，国内的如中国科学院国家天文台的郭守敬望远镜，该望远镜是目前国际上光谱获取率最高的王-苏反射式施密特望远镜——这使得中国在光纤光谱的大规模观测领域居于世界前列[6]。而正在建设中的FAST（500米口径球面射电望远镜），将成为世界上最大的单口径射电望远镜，其灵敏度和分辨率都将刷新单天线射电望远镜的世界纪录，可以预期，未来FAST投入使用，将使我们在相关领域取得举世瞩目的成就[7]。国外的如NASA于2008年6月发射的费米伽马射线太空望远镜，该望远镜自发射以来在伽马射线天文学领域取得了一系列开创性成果[8]，开阔了人类的视野;（2）受南京大学天文与空间科学学院罗新炼老师启发，我们在《现代天文学》课程教学中鼓励学生们自由组队针对某一个课题调研讨论并上台进行展示，而团队间相互竞争——目的在于提升学生们的团队创新能力和自我展示能力。具体地，就是让学生们自己找合作者并组成团队，每组至多10人（由一个队长负责该团队的管理，而总结性发言由组员推选，报告共同署名，最好写清楚各自贡献）。在课程开始的前几周，组长们陆续将名单交上。而在课程的后几周，老师留给学生们几节课进行团队展示比赛（每组展示10分钟左右），课堂上教师对每个团队的成果进行现场点评并指出其中的不足（课后老师结合学生们的评价给出各个团队最终的分数）——通过成果展示和教师点评可以点燃学生们的探索热情。

我们在《现代天文学》教学过程中形成了如下评价标准：个人分数由团队报告得分和个人出勤率共同决定。不参加组队展示者，交一篇纸质论文（按照期刊论文格式）也可以，但是分数相对低。

以下为《现代天文学》论文参考题目（不局限于这些题目）：

1.民航和天文的关系？

2.设计一种新型空间射电望远镜方案？

3.如何在月球或近地行星上建立天文台？

4.一种新型的测距技术？

5.如何探测黑洞？

6.人类起源和天文的关系？

7.中国天文学简史及筹划中国天文学的未来？

8.一种新的月球形成模型？

9.地外文明存在么？

10.宇宙这个概念有意义么？

11.用WWT软件制作一部太阳系方面的作品？

12.设计一种新型星际旅行方案？

13.星座神话和天文的关系？

14.文学与天文的关系？

15.如何探测和预言地震？

16.南极天文台及如果提高远程传输和维修？

三、微观（一节课）设计

要讲好一门课，除了要从宏观（总课程）尺度上做好规划之外，更要紧的是要优化微观设计——也就是要下功夫准备每节课。那么如何讲好一节《现代天文学》课呢？通过近三年的教学实践，我们总结了一些教学心得，下面我们从教学方法、教学过程和教学总结三个方面来谈一下这个问题：

1.教学方法：a.以启发式教学为主，并加强互动讨论，可以通过向学生提出一些有趣而开放的问题来活跃课堂气氛;b.通过多媒体展示一些精美的天文图片和有趣的天文视频。高健和张文昭（2013年）介绍了在天文选修课中引入一些优秀的天文科普记录片的心得[9]，这也给我们一些启发;c.在讲授一些比较抽象的天文概念时，可以适当运用类比方法。

2.教学过程：a.引入主题：为了激发学生们的探索热情，在引入主题时尽量使用一些视觉冲击力较强的天文图片;b.说文：中外相关文化介绍并进行科学批判;c.谈天：介绍相关的现代观测并给出可能的理论解释。

3.教学总结：a.让学生们用简短的话语总结和评价一节课的内容，并给出建议;b.最后老师进行点评，列出参考文献，鼓励学生进一步研究。

下面，我们通过“火星”这一节课来展示《现代天文学》的微观教学设计：

1.引入“火星”主题（10分钟）。先通过多媒体展示震撼的银河系图像，并指出太阳系在银河系中的位置，慢慢放大太阳系图像至整个画面，鼓励学生们自己寻找这堂课的主角“火星”，鼓励学生们谈一下对火星的认识？询问他们小时候有没有想象过“火星人”是什么样子？人类可以去火星上生活么？

2.说文（15分钟）——介绍中外与“火星”相关的文化并進行科学批判。中国古代称火星为“荧惑星”——因为火星亮度变，而且相对地球的轨道有时很诡异——用现代天文学解释这两个现象。讲述晋代干宝《搜神记》卷八“星外来客”篇章——这是关于“火星人”预言三国归晋的故事[10]——或许是人类历史上首次“记载”人类与外星人接触的科幻故事——体现了中国人的想象力和传统文化的魅力。火星在西方文化故事里属于“战神”，而梅西则是足球界的“战神”（起到一点活跃气氛的作用）。

3.谈天（20分钟）：“火星”的现代观测并给出可能的理论解释。介绍人类向火星发射的各种探测器，并展示火星最新的观测图像。鼓励学生们根据火星探测数据（表面温度、空气成分等环境数据）想象火星生命的形式和样子（如果存在的话）。鼓励学生想办法改造火星，使之变成一个适宜人类居住的星球。

4.以小纸条的形式，让学生们用简短的话语总结和评价这节课的内容（4分钟）。

5.最后老师列出参考文献，鼓励学生进一步研究（1分钟）。

利用上述教学设计方案讲授的《现代天文学》课程得到了学生们的较高评价。例如刘畅同学（学号：110542119）评价说：老师的课生动，画面真实感强，讲的透彻易懂，具有吸引力，能把复杂的问题兴趣化，幽默风趣。胡润同学（学号：101044306）写道：老师的课让人容易接受，幽默诙谐，知识全面。刘霏霏同学（学号：110641414）认为：老师的授课方式注重与现实结合，与同学互动，注重吸引同学学习兴趣、积极性。吕珂珗同学（学号：100741117）说：老师讲的内容比较有趣易懂，还联系了生活实际。陈昕尧同学（学号：100441504）道：老师的课通俗易懂，因为没有太过专业的知识要求，也可以调动学生的积极性，适合我们这些非专业的学生学习。姜安同学（学号：101143310）发表了类似的看法：老师讲的比较通俗，可以让我们这些非理科专业的人能对天文学产生兴趣，而我们选择这门课能有兴趣学一些东西就足够了。

学生们是该套教学设计方案的参与者和受益者，他们是最有发言权的，能得到学生的肯定是非常令人欣慰的。

四、总结

我们从宏观（总课程）和微观（一节课）两个不同尺度介绍了《现代天文学》的教学设计。从逐年增长的课程评教分数[2]和学生们对课程的较高评价来看，我们的方案设计合理、成效显著。我们将在教学实践中进一步完善该套方案，期望该课程可以最大限度地激发学生们的探索热情和创新精神。

参考文献：

[1]张苗，董旭明.杨振宁浙大演讲，两小时没喝一口水[N].钱江晚报，2014-04-15：A0016.

[2]中国民航大学.本科生教务管理系统（2012-2013学年，2013-2014学年，2014-2015学年）[DB/OL].[2015-07-12].

http：//jwgl.cauc.edu.cn/.

[3]中国民航大学学校简介[DB/OL].（数据截止至2015年5月）[2015-07-12].

http：//www.cauc.edu.cn/zh/1.html.

[4]向守平.天体物理概论[M].中国科学技术大学出版社，2008.

[5]苏宜.文科天文[M].科学出版社，2010.

[6]中国科学院国家天文台.郭守敬望远镜主页[DB/OL].（数据截止至2015年7月）[2015-07-12日].

http：//www.lamost.org/.

[7]中国科学院国家天文台，FAST主页[DB/OL].（数据截止至2015年7月）[2015-07-12日].

http：//fast.bao.ac.cn.

[8]NASA.费米太空望远镜主页[OL]，（数据截止至2015年7月）[2015-07-12].

http：//fermi.gsfc.nasa.gov/ssc/.

[9]高健，张文昭.科普纪录片在天文通识课程中的应用[J].大学物理，2013，32（7）：55-58.

[10]干宝.搜神记[M]，卷八（星外来客），东晋.