在普通高校普及天文学的一点思考

2023-08-08葛雪韩典荣雷成龙

科学咨询 2023年11期

葛雪，韩典荣，雷成龙

（江苏第二师范学院物理与电子工程学院，江苏南京 211200）

一、为什么要普及天文学

天文学是以宇宙空间天体和宇宙结构为研究对象的一门古老的科学。作为一门基础的自然学科，天文学的普及不仅有利于提高大学生的科学素养和创新能力，而且能够帮助他们树立正确的世界观、宇宙观。第28届国际天文学联合会大会提出应该把科学普及放在与科技创新同等重要的位置，充分发挥教育在科学普及中的重要作用。放眼世界，几乎所有的发达国家都非常重视天文学的教育和普及。在美国，有一百多所大学都开设了天文学专业。在这些大学中，学生可以取得学士、硕士甚至博士学位。在英国，也有近50所大学能够授予学生天文学专业的学位。我国目前开设天文学专业的学校仅有北京大学、南京大学、厦门大学、云南大学等11所院校。近些年，随着科学技术的发展以及社会对自然科学越来越重视，很多高校也逐渐开设了天文学专业。

天文学充满了神秘性和趣味性，物理上很多复杂的问题都曾在宇宙间找到了答案。近十年来的诺贝尔物理学奖就有6项与天文有关，如表1所示。

表1 2011—2020 年的诺贝尔物理学奖

近年来，我国的天文学事业取得了良好的发展。2015年，世界上观测能段范围最宽、能量分辨率最优的暗物质粒子探测卫星“悟空”发射成功。2018年，我国首颗空间X射线天文卫星“慧眼”投入使用。2020年，世界第一大单口径射电望远镜-500米口径主动反射球面射电望远镜“FAST”正式投入运行，此项目在未来20年仍然可以保持世界领先地位。这些举世瞩目的项目表明了国家对天文学事业的高度重视。

图1 “悟空”暗物质探测器

图2 “慧眼”X 射线天文卫星

图3 “FAST”射电望远镜

虽然我们在重大科研项目上取得了不错的成绩，但天文学在高校的情况却不容乐观。由于缺乏相应的授课教师和课程建设，与天文学相关的专业课或公选课并没有在普通的高校普及开来，导致天文学仅仅是知名高校的独有课程。很多大学生对天文学知之甚少，甚至把天文学与占星术、星座命运说、时空穿越等联系到一起。这样的认识并不符合新时代对大学生科学素养的基本要求。研究表明，如果大学生对天文学感兴趣，那么他们对物理、化学和生物学的兴趣也会大大提高。笔者结合江苏第二师范学院的实际情况，从教学目的、教学内容、教学方法以及教学评价四个方面探究如何在普通院校普及天文学知识，从而提高大学生对天文学的学习兴趣。

二、如何普及天文学

（一）教学目的

教学目的不同，授课教师采取的教学手段也会不同。因而我们要想在普通高校普及天文学，必须先明确教学目的是什么。以江苏第二师范学院为例，学校目前并没有与天文学相关的专业课和公共课，只有一个天文社团（说明有部分学生对天文学比较感兴趣）。江苏第二师范学院在教学环境、教学设施和教学团队上与有天文学专业的学校还存在较大的差距，因此，如果学校把培养天文学专业的人才作为普及天文学的目的，这将不符合实际。其实，普通高校普及天文学一方面是让大学生了解一定的天文学知识，提高他们的科学素养；另一方面就是激发他们对天文学的兴趣，为今后想从事相关研究的学生储备一定的专业知识。如果在普及天文学的过程中，能有个别学生通过考研甚至读博进入天文学领域，那么这将是学校普及天文学的最大意义了。

（二）教学内容

高校开设的天文学选修课面向全校学生，学生数理基础参差不齐，部分学生对天文学的认识还局限于天文史话、日月食、九大行星（目前是八大行星）等零散的知识上。因此，教师在选择教学内容时，要选择那些涉及数学知识少的内容，使学生学习起来更简单。例如，有的天文学选修课会涉及与各种坐标系相关的内容，这些内容对于普通学生而言可能太过专业，而且学生对这些抽象的坐标轴没有很强的概念，所以他们会觉得课程索然无味，与自己想象的不同。相反，如果教师讲解恒星是如何“出生”、如何“死亡”的，相对而言，这些内容既生动又简单，学生学习起来也会更感兴趣。去除繁杂的数理推导不代表学生学习天文学不需要数学知识，我们只是强调教师要尽量用通俗的文字和语言去描述天文学知识，虽然没有定量的去解释，但如果学生能理解课程内容，便已经满足一门选修课的教学要求了。除此之外，随着科技的发展，人类对宇宙的探索早已不再局限于太阳系。以前讲天文，教师大都是从“地心说”讲到“日心说”，再讲到“八大行星”。然而，这些传统的内容已经不能满足新时代大学生对天文知识的需求了。近些年，天文科学家在银河系、河外星系、黑洞、引力波等方面都取得了丰硕的成果，如图4所示。这些前沿课题既能满足仅仅对天文学感兴趣的学生的需求，又能激发少数想从事天文学研究的学生的科研兴趣。

图4 2022 年由事件视界望远镜提供的银河系中心黑洞的图片

（三）教学方法

传统的以教师为主的授课模式已经很难吸引学生的注意力了。目前，笔者正担任江苏第二师范学院天文社团的指导老师，结合平时的授课经验，笔者总结了几种新的教学方式。1.教师要利用短视频将教学内容呈现给学生。以前，教师一般通过PPT和黑板讲解天文学知识。但天文学是一个让人充满想象的学科，仅仅用文字和图片已经不能吸引学生的注意力了，学生更喜欢关注动态的教学内容。例如讲解黑洞，如果教师仅仅放几张黑洞的照片或者几张有动态的图片，或许可以把知识讲好，但不能激发学生对这门课的兴趣。因此，教师可以将多个长视频剪辑成一个个以知识点为核心的短视频。每次讲解某个知识点的时候，教师可以通过播放短视频的方式引导学生学习。如此一来，学生很容易被教师的课堂吸引，且接受知识的速度也会越来越快。2.教师要采取以学生为主体的考核方式。通常情况下，教师会采取期末考试的方式对学生进行考核，但天文学作为一门选修课，学生本来就接触得少，如果再以期末考试的方式去考查学生，难免会降低学生学习天文学课程的积极性。教师可以根据教学内容，让学生自选一个章节，然后通过查阅资料、观看视频等方式学习此章节的内容。在学习完相关内容后，学生选择合适的方式去讲解自己所学的内容。教师根据汇报方式、汇报内容的难易程度、汇报的清晰度以及同学的反馈给出综合得分。这种以学生自主汇报进行考核的方式不仅可以锻炼学生的自主学习能力、语言表达能力，而且能给学生提供相对比较自由的学习环境，易于他们更好地学习知识。3.学校要开展天文科普讲座，邀请校外的专家来校给学生讲解天文学知识，不断拓宽学生的知识面。

（四）教学评价

教学评价是依据教学目标对教学效果进行评价的教学活动。教学评价一般指对教师的教学内容、教学手段和教学管理等作出评价。学校可以通过问卷调查的方式对教师的教学内容、教学手段和教学管理进行调研，让教师能够及时获得学生的反馈，从而进一步完善课堂设计，形成在普通高校普及天文学的良性循环。具体而言，教学评价指标需要涉及以下几个方面：第一，学校要评价教师的教学水平。天文学是一门比较难的学科，需要教师有丰富的理论知识和实践经验，具备清晰的教学思路和良好的表达能力，能够将复杂的天文学知识用浅显易懂的方式表达出来，让学生能够理解并掌握相关知识。此外，教师还要具备良好的课堂管理能力和组织能力，引导学生积极参与课堂，提高学生的学习兴趣和积极性。学校要基于以上几个方面的能力和素养评价教师的教学水平，为教师教学能力与质量的提升提供指导。第二，学校要评价教师的教学方式。教师要采用多种教学方式开展天文学教学，如课堂讲解、实验操作、天体观测等。教师要根据学生的实际情况和需求，选择合适的教学方式并灵活运用，提高学生的学习效率。教师要注重学生创新能力和实践能力的培养，鼓励学生积极参与科研活动和实践活动，提高学生的综合素质。因此，教学评价指标应覆盖教学方式应用与创新。第三，学校要评价天文学教学的效果。学校开设天文学课程的主要目的是让学生掌握天文学的基本理论和技能，培养学生的科学思维、创新能力以及探究兴趣。因此，学校要从学生的考试成绩、课堂表现、科研成果等方面来评价教学效果，并从多个维度了解学生的学习进度。

三、普及天文学的困难与挑战

1.难以平衡教学内容的系统性和趣味性。教师在授课时，往往考虑的是知识的系统性，而学生在选课时，往往更加关注选修课的趣味性。南京师范大学的袁启荣教授曾做过调研，他发现当教师寻求知识的系统性时，授课的内容便会倾向于很基础的天文知识，例如天体测量、天文设备等。然而，如果教师关注课堂的趣味性，以学生的问题为导向授课，那么，课堂内容就会包含“火星上有生命吗”“UFO存在吗”等话题[1]。因此，如何平衡教学的系统性系与趣味性是天文学教师面临的一大挑战。2.难以开展户外教学活动。近几年来，由于疫情的影响，高校的教学活动变得复杂而又繁琐，尤其是带有实验性质或是校外考察性质的课程，这些课程的教学活动基本无法开展。天文学是一门以观测为基础的学科，如果没有户外观测活动，难免会使课程的效果大打折扣。然而，即使没有疫情的影响，进行户外观测依然存在两个问题，一是缺乏相应的观测设备；二是在大城市里由于环境污染，已经很难清晰地观测到天体了。3.难以组建专业的教学团队。普通高校没有天文学专业，导致天文学毕业的博士、博士后以及国外回来的天文学家不愿意进入这样的高校发展，最终又导致普通高校无法开展天文学专业的建设。这样的恶性循环将进一步阻止天文学在普通高校的普及。

四、普及天文学对学生发展的重要意义

首先，普及天文学可以加深学生对宇宙的认识。天文学课程涉及宇宙的起源、演化、结构、物理规律等知识。通过学习天文学，学生可以更深入地了解宇宙的奥秘，提高对科学知识的兴趣。其次，普及天文学可以培养学生的逻辑思维和创新能力。天文学需要用到很多数学知识和物理知识。教师通过引导学生解决天文学问题，可以培养学生的逻辑思维、创新能力和解决问题的能力。最后，普及天文学可以提升学生的科学素养。天文学是自然科学的重要组成部分，通过学习天文学，学生可以了解科学的本质和科学方法，提高自己的科学素养，更好地适应现代社会的发展。因此，普通高校应该加强天文学的普及教育，例如，开设天文学课程，让学生了解天文学的基本知识和理论；成立天文学社团，让学生更好地了解天文学的应用与发展；开展与天文学相关的科研活动，让学生可以更深入地了解天文学的研究进展。