高師天文觀測實踐活動的必要性、困境和改進策略

陳影影，劉 頻

(1.江蘇師范大學地理測繪與城鄉規劃學院，江蘇徐州，221116；2.江蘇師范大學實驗室與設備管理處，江蘇徐州，221116)

一、引言

地理實踐力指人們在考察、實驗和調查等地理實踐活動中所具備的意志品質和行動能力。[1]作為地理核心素養的重要組成部分，地理實踐力近幾年來受到廣泛的關注和探討。[2-4]在教育部頒布的《普通高中地理課程標準(2017年版2020年修訂)》的指引下，對中學生地理實踐力的培養越來越受到重視，與之相應，這對高中地理教師綜合素養的要求也進一步提升，對地理教師的實踐教學指導能力提出了新的挑戰與考驗，教師在自身實踐能力或專業知識水平不足的情況下，很難更好地設計或指導中學生參加地理實踐活動。天文觀測活動作為一種重要的地理實踐活動，可以帶領學生走出教室，認識多彩星空，是實現綜合實踐育人的有效途徑之一，近年來，不少中學進行了相關探索，對中學生地理實踐能力的培養和提升取得了令人滿意的效果，也為其他中學提供了可操作、可借鑒的成功案例。[4-6]然而，中學舉行天文觀測實踐活動對地理教師要求很高，需要掌握天文學相關知識及天文望遠鏡操作等，這就要求中學地理教師大學期間學習過相關知識或進行過相關實踐訓練。

地球概論是高等師范院校地理科學專業開設的一門專業必修課程，也是高等師范院校開設的所有課程中唯一提供天文學相關知識的課程，主要講授的是關于地球的宇宙環境以及行星地球整體性的基礎知識。[7]因此，地理科學專業師范生作為未來中學地理教師的主力軍，有必要認真學習并掌握地球概論這門課程，以便更好地掌握扎實的天文學基本知識和基礎理論，提升專業素質與實踐教學能力，對學習其他地理專業基礎課以及今后從事中學地理教師工作具有重要意義。在地球概論的教學過程中，開展戶外天文觀測實踐活動是該課程教學的重要組成部分。但是，由于當前我國天文教育還較為薄弱，配備專業天文觀測儀器設備的高校還比較少，高校教學中開展戶外天文觀測實踐活動面臨不少困難。結合近幾年在教學過程中的經驗和體會，對高師地理科學專業開展天文觀測實踐活動的必要性進行論述，在此基礎上分析了高等師范院校地理專業目前開展戶外天文觀測實踐活動面臨的主要困境，并就如何改善天文觀測實踐教學條件作一些分析和思考。

二、高師地理專業開展天文觀測實踐活動的必要性

(一)天文觀測實踐活動是地球概論課程教學的重要組成部分

作為高等師范院校地理科學專業必修課程之一，地球概論是地理學與天文學的交叉學科，主要從行星的角度和整體的觀點研究地球及其所處的宇宙環境，也是地理科學專業師范生感覺非常難學的一門課程。[8]課堂理論教學主要是使師范生理解并掌握一些基本理論和基礎知識，全面了解行星地球所處的宇宙環境(如銀河系、太陽系等)、地球的運動(地球自轉、公轉)及其地理意義、日月地關系等，不斷提升師范生的專業認識，幫助師范生建立辯證唯物主義的宇宙觀和自然觀。由于其中的一些知識相對較為抽象難懂，尤其是天文學知識部分授課難度較大，安排適當的天文觀測實踐活動有助于師范生更好地理解相關概念及理論，也有助于培養地理師范生的動手操作能力，將所學理論知識與實際聯系起來。[7]因此，除課堂教學以外，開展戶外天文實踐觀測活動也是該課程教學的重要組成部分，如認識重要星座和亮星、行星觀測與拍攝、特殊天象觀測(日月食、凌日、流星雨等)與拍攝、太陽黑子觀測與拍攝、月面觀測與拍攝等。

(二)天文觀測實踐活動是培養師范生地理實踐力的有效途徑

實踐是地理學重要的研究方法，也是地理學習的重要方式，天文觀測活動本身就是地理實踐活動。[5]在觀測前，地理專業師范生需要對觀測場地的條件(如氣象、遮擋情況、光污染等)進行考察，并對天文望遠鏡進行安裝、調試等；觀測或拍攝目標天體的過程中也需要師范生不斷調整，把天文望遠鏡調整到最佳狀態；觀測活動結束后，師范生還要進行交流討論，匯總觀測結果、撰寫觀測報告。因此，通過參加天文觀測實踐活動，師范生初步掌握了天文觀測的基本方法和技能。這一方面鍛煉了對天文觀測儀器的實際操作能力，為走上工作崗位后帶好中學地理的第二課堂教學打下了堅實基礎；另一方面對師范生的觀察能力、探索能力、與他人合作、獨立思考能力等地理學科能力也是很好的訓練。可見，地理實踐力的培養貫穿于整個天文觀測活動的始終。[5]

三、高師地理專業教學中開展天文觀測實踐活動面臨的困境

(一)天文觀測設備嚴重不足

天文學是以觀測為基礎的學科，進行戶外天文觀測活動需要觀測設備，而建造大型觀測設備成本非常高，因此，目前我國有教學天文臺的高校非常有限。同時，由于天文觀測受時間、天氣、環境、光污染及設備等因素影響較多，即使對少部分擁有專業天文觀測儀器的高校，開展天文觀測實踐活動仍然面臨不少困難與挑戰。[9]此外，天文觀測設備的日常維護、維修非常不便且費用高昂，對教師的專業性要求很高，不少高校教學天文臺由于未及時維護而無法有效運轉，甚至成為擺設，這使得絕大部分高校的戶外天文觀測活動無法正常開展。[9]天文設備嚴重不足的現狀在我國仍將長期存在，加大天文觀測設備的投入也是我國天文學取得更多原創性成果及重大發現的必由之路。[10]

(二)戶外觀測困難

要想觀測到天體或者天象必須滿足以下基本條件：夜晚(除太陽在白天觀測外，其余的觀測對象均出現在晚上)、天氣晴朗、光害輕、天文望遠鏡、長時間、好時機等，這些基本條件在進行天文觀測時幾乎缺一不可，其苛刻程度限制了天文觀測活動的開展。[11]此外，由于天文觀測多在晚上，學校和教師考慮到組織和學生安全問題，即使開展天文觀測活動，場地通常選擇在校園內，但國內大學校園多建在繁華市區，光污染現象比較嚴重，很難獲得良好的夜空視野，通常只適合對月球、太陽以及一些常見的大行星進行觀測。再加上當今越來越嚴重的大氣污染，在市區進行天文觀測越來越難。而進行戶外觀測活動則更加困難，在滿足以上條件之外，還需要對觀測場地提前進行考察，由于學生人數通常較多，在組織學生和課時安排方面可能會遇到各種困難，很難保證戶外天文觀測活動的質量。

(三)專業的天文師資匱乏

目前，各高等師范院校地理科學專業教學中天文學科班出身的任課教師鳳毛麟角，不少高校的教師配置只能從其他相關學科(如物理或地理)里尋找。由于天文學的專業性很強，相關學科教師雖然對天文教學有熱情，但是通常缺乏全面系統的天文知識，對天文研究方法不了解，只能對天文望遠鏡進行簡單操作，再加上可能本身的天文觀測知識和經驗不足，很難指導師范生獲得真正的天文觀測資料。[11]天文學在我國是小學科，目前我國的天文隊伍主要集中在中國科學院的天文臺，知名高校有天文系或天文專業的數量不超過10所，高等院校在天文學本科教育方面的缺失導致天文學科在人才隊伍培養方面后勁不足。[10]而且大學和天文臺培養的天文專業人才主要為天文研究服務，極少數會到基礎教育單位中任教。目前，天文學專業教師短缺是全國性問題，也是制約我國天文學發展的主要障礙之一，很難在較短時間內得到根本性改變。[12]

四、改善高師地理專業地球概論課程天文觀測實踐教學條件的途徑

(一)加強教師專業知識學習，積極參與相關交流培訓

針對當前天文學專業教師短缺的問題，高等師范院校基于目前的教師資源，可以通過加強教師專業知識學習、積極參與相關教學交流培訓等措施來不斷提高非天文科班出身任課教師的教學能力。在科學技術迅速發展的今天，任課教師必須樹立終身學習的觀念，不斷充電，與時俱進，不斷增加自己天文學相關知識的深度、廣度，更要密切關注天文學前沿發展動態，尤其是各類權威天文機構的官方微博或微信公眾號(如中國科學院紫金山天文臺、上海天文館、北京天文館等)，會經常發布天文知識科普文章、觀測預告或最新的天文研究成果等，這樣可以保持地球概論教學內容的前瞻性、先進性，使師范生能夠了解到天文學領域內的發展趨勢和最新動向，從而也能激發出極大的學習興趣和探索熱情。此外，任課教師應該多參與相關課程的教學研討會，通過走出去與其他高校教師多交流教學經驗和心得體會，不斷提升自己的教學水平。還可以定期推薦任課教師到有天文系或天文專業的科研院所、高等院校或天文臺進修學習，進一步提升任課教師的教學實踐指導能力和水平。

(二)充分利用現代信息技術成果

由于開展天文觀測實踐活動需要滿足設備全、天氣好、光害輕、時機對等多個條件，受這些因素限制，開展戶外天文觀測活動難度很大，在實踐中面臨諸多困難。教育信息化是現代教育面臨的一場深刻變革，拓展了天文實踐教學的方式和資源。例如，對教育行業來說，虛擬現實(Virtual Reality，VR)技術提供了一種全新的教學手段，針對天文觀測在實踐中面臨的諸多難題，VR技術在天文實踐觀測教學中將大有可為，可以突破環境、地域、天氣等外界因素的限制進行模擬天文觀測，提供科學、直觀、交互式和沉浸式的學習環境。[13]此外，一些操作簡單、內容豐富的天文軟件隨著VR技術的飛速發展也逐漸涌現，為教師和學生提供了新的教學平臺與學習平臺，使教與學的模式發生了深刻的變化，目前已經在中學天文教學、高校天文類選修課、地球概論課程教學等得到應用[14-17]，對天文學相關內容教學起到了較好的輔助效果，尤其是對沒有天文望遠鏡等觀測設備的學校，這些天文軟件的引入，能夠在一定程度上緩解目前天文觀測儀器少、學生多、課時安排沖突等問題。因此，天文軟件在天文觀測實踐教學中有著非常廣闊的應用前景，為任課教師開展天文觀測活動提供了非常大的便利。

(三)大力加強與天文研究機構在開展天文觀測活動方面的合作

我國絕大部分高校沒有教學天文臺，目前還很難獨立開展天文觀測。建議高校主動和那些有條件開展這類天文觀測活動的天文臺和科普機構(如科技館、天文館)開展合作，共同承擔起大學生天文觀測實踐活動方面的教學內容。[9]例如，徐州天文愛好者協會擁有很多專業的天文觀測設備(包括兩個戶外觀測基地：徐州綠方舟天文臺和燕營觀測基地)，徐州高校在開設天文學相關課程時就可以和他們聯合共同開展戶外天文觀測活動。江蘇師范大學地理測繪與城鄉規劃學院在地球概論這門課的教學過程中，通過與徐州天文愛好者的合作，每學期會不定期共同組織地理科學專業師范生開展多次校園天文觀測活動。尤其是一些重大天文現象(如日食、月食等)的觀測活動，學生通常非常感興趣。考慮到每個班級學生人數太多(每個班近五十人)以及組織和安全等問題，觀測活動范圍主要在校園內，如進行月面觀測、行星觀測、星軌拍攝、國際空間站和中國空間站過境觀測、太陽黑子觀測、月偏食觀測等。校園內光污染影響相對較大，學校在綠方舟天文臺和燕營觀測基地也組織了若干次戶外觀測活動，由于觀測基地距離校園較遠且學生人數較多，另外考慮到安全、用車等多種限制因素，每次僅安排幾名對天文觀測特別感興趣的學生一同前往觀測基地進行戶外觀測。這些天文觀測活動對地理師范生地理實踐能力的培養取得了很好的效果，也極大地激發和培養了學生對宇宙和自然科學探索的興趣。

五、結語

天文觀測實踐活動作為高等師范院校地理科學專業地球概論課程教學的重要組成部分，不僅是培養師范生地理實踐力的有效途徑，而且能極大地激發和培養師范生對宇宙和自然科學探索的興趣。目前，高等師范院校地理科學專業教學中開展天文實踐觀測活動還面臨不少困境，如天文觀測設備嚴重不足、戶外觀測困難、專業的天文師資匱乏等。針對當前這些困境，建議相關任課教師進一步加強專業知識學習，積極參與相關交流培訓，充分利用現代信息技術成果，大力加強和天文研究機構在開展天文觀測活動方面的合作。

近年來，隨著我國越來越重視天文學等基礎學科的發展，對基礎研究的投入不斷加大，我國天文學的發展迎來了重要的機遇，天文學在中小學的地位也越來越重要，尤其是隨著我國深空探測領域取得的重要科學進展，如“嫦娥”系列月球探測、“天問一號”火星探測等，不斷深化人類對宇宙奧秘的認識，也逐漸點燃了大眾的熱情，引起越來越多的人開始關注天文學。隨著我國基礎教育改革的發展及素質教育的全面推進，近年來不少中小學裝備了天文觀測設備，組織開展天文觀測活動，對教師的綜合素養有了更高的期望，社會上需要越來越多的天文學專業背景人才。因此，高等師范院校地理科學專業作為培養中學地理教師的主要渠道，培養地理專業師范生的天文觀測實踐能力，能有效增強師范生作為未來中學地理教師的從業能力，為今后帶好中學地理的第二課堂教學打下堅實基礎，進而為培養和提升中學生的地理實踐力素養提供強有力的保障。