高校非天文學專業本科生天文學課的教學改革

張立云 穆 悅 皮青峰

（貴州大學理學院 貴州貴陽 550025；中國科學院國家天文臺?貴州大學天文聯合研究中心 貴州貴陽 550025）

高校非天文學專業本科生天文學課的教學改革

張立云 穆 悅 皮青峰

（貴州大學理學院 貴州貴陽 550025；中國科學院國家天文臺?貴州大學天文聯合研究中心 貴州貴陽 550025）

文章從中國高校天文學課程的情況及存在的問題入手，結合筆者近五年來在貴州大學從事天文學基礎課程的教學經驗。總結了我們在非天文學專業本科生天文學課程的教學內容、方法和改進措施，以及所取得的教學成果。

非天文專業；本科生；天文教學

天文學是最古老的自然科學之一，對人類幾千年來的文明進步以及最近幾百年來現代自然科學的誕生和發展有很大的推動作用[1]。天文學作為一門基礎學科，在中國高等院校紛紛得到設立。“天文學”不僅是天文學專業本科生的專業基礎課，也是重要的校級選修課。目前我國開設“天文學選修課”的高等院校已經有50所左右。如北京大學、南京大學、北京師范大學、山東大學、大理學院等。我國天文人才在質和量方面都遠不能滿足中國天文事業發展的需要。這個問題僅中科院天文體系是不可能完全解決的，所以我們高校天文發展空間還很大[1]。

中國高校天文學課程設置與教學中普遍存在諸多問題。從課程設置來說，普通院校的“基礎天文學”的授課時數比較少，一般都不會超過40個學時[2]；對于非天天文專業高等院校的現有師資來說，大多數擔任“基礎天文學”教學的老師并不是天文學專業畢業，相對還是缺乏天體物理最新研究進展以及天文實踐方面的教學，并且他們往往還擔負著自己的其他方面的教學和科研任務，這樣以來對“天文學”的教育精力就大大減少，不利于天文學的教學工作。從授課對象來說，大多數本科生進入大學之前，其原有的天文學知識非常有限，只是對太陽以及太陽系的行星、地球、月球以及銀河系的基本概念只有一定的知識了解，而對其他天體知之甚少或者說根本不了解。這一現象的普遍存在表明了中國天文學教育的力度還遠遠不夠。這樣不利于天文教育的發展，也不能適應我們國家發展對天文人才的需要。天文學對21世紀的大學生是非常必要的，不僅能夠啟發和培養大學生的科學探索精神，而且這種理念還可以提高當代大學生的文化教育和科學素養，為中國的天文學的發展提供最優秀的天文人才。因此，我國高等院校應該注重培養早期階段學生對天文學的興趣，并在教學過程中對學生進行積極引導。

隨著國家重大科技項目500米口徑球面射電望遠鏡(FAST)在貴州安家落戶，貴州成為世界天文學界的關注焦點之一。這一項目為貴州天文學教學與科研提供了很好的條件和機遇，而通過對貴州大學100個本科生進行的問卷調查，統計證實大家對天文學這門學科、最基本的天文現象日月食，以及涉及部分天文知識的國家重大科技項目嫦娥工程還是基本了解的(圖1 藍色)，但是對目前國家重大科技工程項目(天文項目)－500米口徑球面射電望遠鏡(FAST)[3]和大天區面積多目標光纖光譜天文望遠鏡(LAMOST)[4]，特別是FAST項目確實知道的非常少，這就迫切需要貴州大學承擔這樣的責任。貴州大學作為貴州省唯一的一所211綜合大學[5]必須抓住這個難得的歷史機遇，率先開展天文方面的教學實驗。貴州大學現有天體物理專業博士(后)四人，候鳥人才名，具有較好的師資力量，從2008開始承擔面向物理、光信、數學、電子、化工等非天文專業本科生開設《普通天文學》等天文學基礎課程，在近五年的教學實踐中對非天文專業本科生的教學內容和教學方式及改進措施有了更進一步的思考和認識。

圖.1上天文課前以及上天文課后對天文學、日月食、嫦娥工程、LAMOST和FAST了解的比例,通過天文這門課程大部分的本科對FAST和LAMOST有一定了解。

一、課堂教學

(一)天文教學的開展

為了幫助學生更好的掌握所學的天文知識，在學時相對較少的情況下，我們應該充分有效利用課堂教學時間。我們在講完天文學的緒論后，會對學生興趣進行一個摸底調查(如圖2)，掌握學生的興趣點，合理安排教學內容。在教學的過程中我們應該充分利用多媒體教育[6]和課本理論知識把天文學知識進行模塊化[2]。如講到天文望遠鏡的時可以這樣分類：1.天文望遠鏡的發展史；2.天文望遠鏡的分類；3.天文望遠鏡的接收機；4.天文望遠鏡的工作原理； 5.天文望遠鏡的信號處理方式；6.天文望遠鏡的觀測的參量和科學目標；7.天文望遠鏡的未來發展趨勢。同時在教學過程中要注意以下幾方面，1.提前兩周給學生分組專題，讓他們進行調研總結；2.課上分別對每一個專題進行討論，老師對其進行總結并補充；3.課后報告和作業，提高學生的歸納和總結能力；4.考試的形式主要是以總結報告或研究論文為主。這樣以來不僅提高學生的聽課效率，也能促進學生的學習的主動性，使學生對天文學的知識有更深入的了解，同時提高大學生歸納總結分析能力。

圖2 學生對不同天文知識點的感興趣的比例。

(二)將科研工作融入教學

隨著觀測儀器發展，天文學知識更新非常快，我們利用“以科研促進教學，以教學帶動科研”這樣的思路[7]，把科研與教學有機結合起來，把自己對天文的科研興趣以及天文最新成果帶到課堂中，如開普勒太空望遠鏡(Kepler Mission)是美國國家航空航天局設計來發現環繞著其他恒星之類地行星的太空望遠鏡,已經發現了太陽系外的很多行星[8]。在kepler－16上如果存在人類的話，我們可以看到兩次日出[9]，而我也是做行星和恒星觀測與研究，這樣可以更加深入講解這部分內容,因此我們會關注這一焦點，把科學知識與它很好的結合起來深刻地了解天文和發展天文，為天文的發展有很大的推動作用，為天文教學提供了很好的實踐資源。

(三)對中國傳統天文歷法知識的挖掘與整理

據古籍記載中國古人很早就有“欽若昊天”、“敬授民時”的說法，這充分說明了中國古人很早就對天象有了認知。貴州位于我國西南部亞熱帶高原地區，喀斯特地貌強烈發育，區域差異明顯，形成獨特的區域環境，為貴州少數民族天文學的發展提供了良好的環境。在歷史發展的過程中，人們對天象的不斷認識在貴州的少數民族當中產生了指導人們生活的歷法，如苗族、瑤族的開天辟地和盤古歷法，《三五歷紀》、《開辟衍繹》等歷法對他們的生活和農牧業生產有很大的幫助作用。彝族的天文知識比較廣泛，他們的歷法起源也比較早，最有名當屬《夏小歷》。貴州少數民族悠久的天文學知識為貴州的天文學教育提供了很好的教育資料和科學底蘊[10]。同時增加貴州當地學生的自豪感，提高當地學生對天文的興趣。

(四)理論與實驗相結合

目前當代大學生只有理論知識遠遠不夠，還需要親自動手的實踐能力，這樣才能將廣泛的天文知識應用到實際的天文問題上去。天文學本身就是一門實測的科學，這一主要的實驗工具就是望遠鏡。我們購買7臺小型光學望遠鏡(地平式、赤道式；反射、折射望遠鏡等)，既為貴州的學生提供了很好的實驗基地，也為貴州大學天文學科的發展和天文實驗室的建設創造了條件。在教學過程中我們還開展大量的實驗：天文望遠鏡使用、月面結構觀測、鄰近行星圖象觀測(土星、金星、木星、火星等)、天文數據處理(測光與分光)等實驗項目。這極大增強了大學生的動手能力，提高了教學效果。

二、課堂之外的教學

除了在課堂上采用形式多樣的教學方式和教學內容外，貴州大學還利用各種學術、教育資源開拓學生的視野(特別對打算未來從事天文研究的部分學生)，即在普適教育的大背景下，有針對性地開展多種天文教學活動，這相當于精英教育，激勵更多的學生未來投身于天文學方面的研究與工作。

(一)天文學專家報告會

在天文學的教學過程中，除了在課堂上傳授天文學的基本理論知識外，貴州大學還邀請國內一些著名的院士、中科院及高校知名專家以及國際天文學者來作專題報告。這些專題報告一方面對現今國際國內重要的天文成果進行介紹，使同學們對國家重大科技項目的認識更加深刻。如著名天體物理學家、中國科學院院士、紫金山天文臺研究員陸先生向我校教師和同學作《認識我們的宇宙》的精彩報告。中科院院士，中國著名天文儀器與技術專家崔向群女士題為《LAMOST——中國創新的大口徑大視場光學望遠鏡》報告。另一方面專題報告對一些有名的天象進行講解，中國科學院院士，國家天文臺研究員，博士生導師李競所作題為《2012——世界末日的真和偽》的演講，用科學的天文知識來的解釋世界末日論，去偽存真。這些活動不僅可以增加同學們的課外天文知識，而且還可以通過專家的講解更好地理解天文，在很大程度上補充了天文課堂教學的不足。

(二)天文科普活動

大多數學生并不清楚如何用天文知識來解釋諸多天文現象；天文科普活動的開展十分有必要。貴州大學針對這一現象，在學校里創辦了一個做科普宣傳的貴州大學天文愛好者協會，曾選修天文學課程的本科生成為了此協會的主力軍。貴州大學天文學教學團隊依托天文愛好者協會在貴州大學、貴陽以及整個貴州做了大量的科普活動，如中科院國家天文臺·貴州大學天文聯合研究中心在2009年7月22日上午在貴州大學北校區組織公眾觀測500年一遇的、時間持續約6分鐘的日全食(貴陽地區可見日偏食)。它的開展不僅吸引了廣大師生的參與，而且很多市民也參與進來；貴州大學天文愛好者協會在貴陽市貴州飯店國際會議中心廣場舉行一次主題為“走進天文，探索宇宙”的大型科普宣傳活動。廣大學生將課堂上所學的天文知識面向廣大市民和中小學生進行講解，使自己的知識更加深入，對天文學的大眾化教育同樣也起到了很大的促進作用。

(三)天文實踐活動

受各種條件限制，貴州大學目前沒有專門從事天文研究的觀測設備。為了彌補這種缺憾，在國家天文臺的幫助下，我們還開展了天文教學的實踐活動，即選拔比較優秀的本科生、研究生參加中國科學院天文臺單位進行暑期天文學習實踐活動。在活動中學生不僅可以走進天象廳、科普樓，可以學習到“春、夏、秋、冬”四季星空著名的亮星與代表星座、日月食等基本的天文現象、太陽系五大行星“金、木、水、火、土”的真實面貌與相關知識。還可以在靜的夜晚，借助親自觀模用于從事科研望遠鏡(如云臺1米鏡；40米射電望遠鏡等)如何進行觀測，感受科研的氛圍。通過這些實際活動極大地解除了同學們對天文學的枯燥的心理，還增加了他們的天文知識，對天文學教育的發展有很大的推動作用。

(四)射電天文暑假學校

“中科院國家天文臺·貴州大學天文聯合研究中心”每年暑期7－8月間舉辦“射電天文暑期學校”[11]，學校邀請與FAST科學目標相關的射電天文學各分支研究領域的專家來貴州大學講學和交流，對于天文教學班的優秀學生可以給予正式學員的名額。射電天文暑期學不僅定期進行射電天文系統的教學，對貴州大學的天文學教育提供了很好的交叉互補的交流平臺。

三、教學效果及作用

通過課堂內與課堂外的教學我們取得以下教學成果：

(一)天文教學效果

通過本課程的學習,使學生對普通天文學的概論、對宇宙中各個層次(行星、恒星、銀河系、河外星系、宇宙學等)的各類天體以及天文觀測儀器及其作用都有基本的了解,激發學生學習天文的興趣；通過到中國科學院天文臺系統實習也讓少部分精英學生學會如何使用光學望遠鏡、射電望遠鏡等基本天文儀器開展天文觀測；通過路邊天文學、科技活動周等天文科普活動鞏固和加深本科生在課堂上所學的教學內容。并且通過課堂的學習、天體物理專家報告會以及射電暑期班等對天文學最新的研究結果以及國家重大的天文科研項目(FAST和LAMOST等)都有了一定的了解(如圖2)。

(二)能提高大學生的科學素質

通過天文學的教育，使廣大同學在科學素質上得到很大的提高。在學習知識的過程中，從基礎知識上去認識宇宙，把人類文明變得更完美，同時把學習到的科學知識、科學方法與技能聯系起來培養一種良好的科學素質。

(三)大眾的科學普及及推動作用

從科普角度來說的話，天文學教育起著很大的推動作用。由于現在大部分人對有關天文的科普都不是太了解，但他們擁有濃厚的興趣，為了彌補這種差距，天文學教學在這個過程中起著至關重要的作用，它可以為科普的大眾化、天文的普及有最根本的作用。

天文學是一門基礎學科，它的發展與國家天文事業發展息息相關。要想使我國的天文學的發展水平與世界上一流的天文技術發展聯絡起來，就必須把天文教學的基礎層面做好。高等院校作為培養天文人才的搖籃在其中的作用至關重要。貴州大學天文學教學團隊雖然在教學方式方法、形式和內容等方面還存在諸多不足和有待完善的地方，但通過五年來的一系列的教學實驗與改革，還是取得了一定的成績和效果。課堂內外多種樣式教學活動不僅使天文基本知識在高校本科生中得到普及提高當代大學生科學素質。天文學這門課程吸納很多對天文學感興趣的學生參與其中，到目前為止已有多名本科生考上了中國科學院、高等院校的天文研究生，為天文的發展提供了很多后備人才、梯隊人才。而且更為重要的是，通過課堂外活動的開展使天文學知識走出大學校門逐步走向社會，為天文學的大眾化教育進行了有益嘗試，取得了良好的社會效果。

感謝：作者感謝貴州大學理學院對貴州大學天文學課支持，感謝貴州大學天文學博士(后)張志彬、宋漢峰、吳忠祖等老師以及國家天文臺的周愛英、李奇生老師對本文的幫助。

[1]嚴俊.天文與天體物理研究現狀及未來發展的戰略思考.中國科學院院刊,2011,26,5,487-495.

[2]張雙南.小天文單位開展研究型教學的嘗試.北京師范大學學報(自然科學版),2001,41,3；224-226.

[3]南仁東.FAST——500米口徑球面射電望遠鏡.中國國家天文,2009,11:16-23.

[4]趙永恒.天體光譜獲取率最高的望遠鏡——LAMOST.現代物理知識,2007,5:3-5.

[5]中華人民共和國教育部.“211工程”學校名單【EB/OL】[R]【2004-06-30】.http://www.moe.edu.cn/edoas/wbesite18/info5609.htm.

[6]張燕平,楊靜,杜升云,劉學富,張同杰.多媒體教學手段在天文教育中的應用——天文教學系列軟件“探索宇宙”簡介.北京師范大學學報:自然科學版,2005,41,3:297-299.

[7]寧長春,索郎桑姆.以科研工作介紹的融入促進大學物理教學.大學物理,2012,31,8:39-43.

[8]Doyle L. R., Carter J. A., Fabrycky D. C., et al., kepler-16: A Transiting Circumbinary Planet, SCI[J], 2011, 333, 1602.

[9]Batalha N. M., Rowe J. F., Bryson S. T.,et al., planetary candidates observed by kepler III analysis of the first 16 month of DATA, ApJS[J], 2013, 204, 24.

[10]陳久金,杜升云,徐用武.貴州少數民族天文學史研究[M].貴州科技出版社,1993-3.

[11]http://159.226.88.7/NGCA/meeting/NGCA_ SummerSchool2013.html.

Educational reform on astronomy of Non - astronomic Major of college graduate

Zhang Li-yun, Mu Yue, Pi Qing-feng

（College of Science, Guozhou University, Guiyang Guozhou, 550025, China； Joint Research Centre for Astronomy National Astronomical Observatory of Guizhou University, Guiyang Guizhou 550025, China）

This article is beginning with existing problems of the astronomic course from Chinese University. By teaching experience in basic astronomy in the Guizhou University in recent five years, we summed up our teaching content, method and improvement, and teaching achievements our undergraduates majoring in non-astronomy course.

Non - astronomic Major; College graduate; astronomic course

G642.0

A

1000-9795（2014）04-0191-03

［責任編輯：劉麗杰］

2014-02-09

張立云（1980-），男，博士，副教授，碩導，從事天體物理方向的研究。穆 稅（1994-），男，貴州遵義人，本科，從事天體物理方向的研究。皮青峰（1984-），男，貴州黔東南人，研究生，從事天體物理方向的研究。

主持兩項國家自然科學基金（10978010;11263001）; 貴州大學教育教學改革研究項目（JG2013083）