高校天文選修課的一種友好化設計方案

劉文潑

摘 要：為了有效地傳授天文知識并激發學生們的探索熱情，我們提出了一種面向學生的友好化設計方案：除了要以去數學化的方式闡述天文知識之外，還要適當地增加趣味性，與學生們共享天文之樂。我們選取了一個教學片斷來展現這一方案。

關鍵詞：高校天文選修課；友好化設計

中圖分類號：G642 文獻標志碼：A 文章編號：2095-9214（2015）10-0067-01

天文學是一門關于天體起源及演化的實測科學，從古代的“地心說”到近代的“日心說”，再到現代的“宇宙大爆炸論”，天文學的每次大發展都革新人類的宇宙觀，為人類文明的進步做出了不朽的貢獻。研究天文學需要有深厚的數理基礎（例如研究恒星需要相對論和量子力學等比較高深的物理知識），而作為高校選修課的天文學課程面向的則是全校性的各專業各層次的大學生（包括一些文科生），他們數理基礎參差不齊。那么，在高校天文選修課教學中我們該如何有效地傳授天文知識并激發學生們的探索熱情呢？針對這個問題，我們提出了一種面向學生的友好化設計方案。

具體地，這套方案指的是：在教學中除了以去數學化的方式闡述天體的知識之外，還要適當地增加趣味性，與學生們共享天文之樂。這實際上包含了兩個“友好化”過程：一個是“由難到易”的過程，用通俗的語言闡述天文中的觀測和觀念，避免過于數學和程式化；另一個是“由苦到樂”的過程，通過增加一些趣味性因素和環節，來激發學生們探索自然的熱情。

那么友好化方案是不是不要數學呢？不是這樣的，友好化不等于不要數學，實際上描述基本自然現象最簡潔的還是數學，在天文選修課中教師仍然需要一些簡單的數學知識（大部分學生們都能接受）來描述基本天文概念。那么友好化方案會不會導致天文知識的膚淺化呢？也不是這樣的，以通俗的語言闡述天文知識盡管有失簡潔性，但是學生們更容易接受，而且不會降低天文知識的準確性和完整性，也不會導致膚淺化。退一步說，并不是所有的知識都可以用數學闡述的，比如人的感情，在天文上有很多未知的現象目前也無法用數學進行有效闡述。那么友好化方案會不會導致媚俗化？天文選修課的友好化并不是嘩眾取寵的手段，而是以公眾喜聞樂見的方式傳播天文知識，提高公眾的科學素養，從而實現天文的“獨樂樂不如眾樂樂”。愛因斯坦本人寫過一本《狹義與廣義相對論淺說》[1]（這是關于相對論的通俗版本），目的就是為了讓具有大學入學考試水平以上的公眾比較準確的理解相對論。

那么友好化方案如何具體實施呢？我們認為大體上有兩個要點：1.通過類比生活中的實例來闡述天文現象；2.提出一些有趣的問題，并通過與學生們的互動來進一步增加教學的趣味性。

我們在中國民航大學開設了一門天文選修課程——《現代天文學》，并在教學中實踐了上述友好化方案，受到了學生們的歡迎和好評。下面，我們通過一個教學片斷（“宇宙起源”章節中的一部分）來闡述友好化設計方案。

首先提出一個有趣的問題：這個世界到底是先有的雞，還是先有的蛋？讓學生們自由討論，年輕人富有想象力，可以給出各種新奇的答案——這樣不僅可以活躍課堂氣氛，而且能調足學生們的探索胃口。當討論進行到高潮的時候，教師話鋒一轉（手中握著一枚雞蛋），指出不管這個世界是先有的雞還是先有的蛋，但對于宇宙來說，比利時天文學家喬治·勒梅特認為先有的蛋——叫做勒梅特的“宇宙蛋”[2]。

美國天文學家喬治·伽莫夫在勒梅特的“宇宙蛋”基礎上進一步提出了“原始火球”的假說，該觀點認為宇宙是從一次大爆炸中產生的[3]，[4]。而后經過許多人的改進，逐步發展成為著名的“熱大爆炸宇宙學模型”[4]——這一觀點現在已經成為人類的基本科學文化常識。這兒，我們列舉了一個實例：一位老鄉（僅有小學學歷）把成捆的啤酒放在冰箱的冷凍層，沒多久啤酒瓶竟然都“爆炸”了，他向作者詢問這個現象和“宇宙大爆炸”有沒有關聯？作者想了想，啤酒瓶之所以“爆炸”，是因為當溫度低于凝固點時，啤酒相變為固態，其體積則發生膨脹，而且這個過程是非常短暫的——這位老鄉可能給出了“宇宙大爆炸”的一個可能原因——因為突然冷卻從而發生了“大爆炸”——此觀點盡管有待進一步驗證，但至少可以說明“大爆炸宇宙學模型”確實已經深入人心，成為一種基本科學常識。

目前已經有很多證據支持這個“大爆炸宇宙學模型”（通過多媒體手段詳述各種觀測證據），從“大爆炸”到這堂課宇宙經歷了上百億年的滄桑——是非常不容易的，我們要珍惜這難得的學習機會。

上述教學實例展現了高校天文選修課教學的友好化設計方案，學生們通過此方案不僅學到了一點有趣的天文知識，而且還激發了探索熱情——這對于培養創新精神是至關要緊的。我們將在教學中進一步實踐和完善友好化設計方案，以期達到最優化的教學效果。

（作者單位：中國民航大學理學院）

參考文獻：

[1]愛因斯坦著.楊潤殷譯.胡剛復校. 狹義與廣義相對論淺說[M]. 第一版：北京大學出版社， 2006.

[2]Wikipedia，Georges Lema？tre[OL]，（數據截止至2015年8月）[引用日期：2015年8月18日]，網絡：訪問路徑：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]孫錦龍，李德范著. 大學天文學[M].第一版.河南大學出版社， 2005.endprint