在普通高校普及天文學的一點思考

葛雪，韓典榮，雷成龍

（江蘇第二師范學院物理與電子工程學院，江蘇南京 211200）

一、為什么要普及天文學

天文學是以宇宙空間天體和宇宙結構為研究對象的一門古老的科學。作為一門基礎的自然學科，天文學的普及不僅有利于提高大學生的科學素養和創新能力，而且能夠幫助他們樹立正確的世界觀、宇宙觀。第28屆國際天文學聯合會大會提出應該把科學普及放在與科技創新同等重要的位置，充分發揮教育在科學普及中的重要作用。放眼世界，幾乎所有的發達國家都非常重視天文學的教育和普及。在美國，有一百多所大學都開設了天文學專業。在這些大學中，學生可以取得學士、碩士甚至博士學位。在英國，也有近50所大學能夠授予學生天文學專業的學位。我國目前開設天文學專業的學校僅有北京大學、南京大學、廈門大學、云南大學等11所院校。近些年，隨著科學技術的發展以及社會對自然科學越來越重視，很多高校也逐漸開設了天文學專業。

天文學充滿了神秘性和趣味性，物理上很多復雜的問題都曾在宇宙間找到了答案。近十年來的諾貝爾物理學獎就有6項與天文有關，如表1所示。

表1 2011—2020 年的諾貝爾物理學獎

近年來，我國的天文學事業取得了良好的發展。2015年，世界上觀測能段范圍最寬、能量分辨率最優的暗物質粒子探測衛星“悟空”發射成功。2018年，我國首顆空間X射線天文衛星“慧眼”投入使用。2020年，世界第一大單口徑射電望遠鏡-500米口徑主動反射球面射電望遠鏡“FAST”正式投入運行，此項目在未來20年仍然可以保持世界領先地位。這些舉世矚目的項目表明了國家對天文學事業的高度重視。

圖1 “悟空”暗物質探測器

圖2 “慧眼”X 射線天文衛星

圖3 “FAST”射電望遠鏡

雖然我們在重大科研項目上取得了不錯的成績，但天文學在高校的情況卻不容樂觀。由于缺乏相應的授課教師和課程建設，與天文學相關的專業課或公選課并沒有在普通的高校普及開來，導致天文學僅僅是知名高校的獨有課程。很多大學生對天文學知之甚少，甚至把天文學與占星術、星座命運說、時空穿越等聯系到一起。這樣的認識并不符合新時代對大學生科學素養的基本要求。研究表明，如果大學生對天文學感興趣，那么他們對物理、化學和生物學的興趣也會大大提高。筆者結合江蘇第二師范學院的實際情況，從教學目的、教學內容、教學方法以及教學評價四個方面探究如何在普通院校普及天文學知識，從而提高大學生對天文學的學習興趣。

二、如何普及天文學

（一）教學目的

教學目的不同，授課教師采取的教學手段也會不同。因而我們要想在普通高校普及天文學，必須先明確教學目的是什么。以江蘇第二師范學院為例，學校目前并沒有與天文學相關的專業課和公共課，只有一個天文社團（說明有部分學生對天文學比較感興趣）。江蘇第二師范學院在教學環境、教學設施和教學團隊上與有天文學專業的學校還存在較大的差距，因此，如果學校把培養天文學專業的人才作為普及天文學的目的，這將不符合實際。其實，普通高校普及天文學一方面是讓大學生了解一定的天文學知識，提高他們的科學素養；另一方面就是激發他們對天文學的興趣，為今后想從事相關研究的學生儲備一定的專業知識。如果在普及天文學的過程中，能有個別學生通過考研甚至讀博進入天文學領域，那么這將是學校普及天文學的最大意義了。

（二）教學內容

高校開設的天文學選修課面向全校學生，學生數理基礎參差不齊，部分學生對天文學的認識還局限于天文史話、日月食、九大行星（目前是八大行星）等零散的知識上。因此，教師在選擇教學內容時，要選擇那些涉及數學知識少的內容，使學生學習起來更簡單。例如，有的天文學選修課會涉及與各種坐標系相關的內容，這些內容對于普通學生而言可能太過專業，而且學生對這些抽象的坐標軸沒有很強的概念，所以他們會覺得課程索然無味，與自己想象的不同。相反，如果教師講解恒星是如何“出生”、如何“死亡”的，相對而言，這些內容既生動又簡單，學生學習起來也會更感興趣。去除繁雜的數理推導不代表學生學習天文學不需要數學知識，我們只是強調教師要盡量用通俗的文字和語言去描述天文學知識，雖然沒有定量的去解釋，但如果學生能理解課程內容，便已經滿足一門選修課的教學要求了。除此之外，隨著科技的發展，人類對宇宙的探索早已不再局限于太陽系。以前講天文，教師大都是從“地心說”講到“日心說”，再講到“八大行星”。然而，這些傳統的內容已經不能滿足新時代大學生對天文知識的需求了。近些年，天文科學家在銀河系、河外星系、黑洞、引力波等方面都取得了豐碩的成果，如圖4所示。這些前沿課題既能滿足僅僅對天文學感興趣的學生的需求，又能激發少數想從事天文學研究的學生的科研興趣。

圖4 2022 年由事件視界望遠鏡提供的銀河系中心黑洞的圖片

（三）教學方法

傳統的以教師為主的授課模式已經很難吸引學生的注意力了。目前，筆者正擔任江蘇第二師范學院天文社團的指導老師，結合平時的授課經驗，筆者總結了幾種新的教學方式。1.教師要利用短視頻將教學內容呈現給學生。以前，教師一般通過PPT和黑板講解天文學知識。但天文學是一個讓人充滿想象的學科，僅僅用文字和圖片已經不能吸引學生的注意力了，學生更喜歡關注動態的教學內容。例如講解黑洞，如果教師僅僅放幾張黑洞的照片或者幾張有動態的圖片，或許可以把知識講好，但不能激發學生對這門課的興趣。因此，教師可以將多個長視頻剪輯成一個個以知識點為核心的短視頻。每次講解某個知識點的時候，教師可以通過播放短視頻的方式引導學生學習。如此一來，學生很容易被教師的課堂吸引，且接受知識的速度也會越來越快。2.教師要采取以學生為主體的考核方式。通常情況下，教師會采取期末考試的方式對學生進行考核，但天文學作為一門選修課，學生本來就接觸得少，如果再以期末考試的方式去考查學生，難免會降低學生學習天文學課程的積極性。教師可以根據教學內容，讓學生自選一個章節，然后通過查閱資料、觀看視頻等方式學習此章節的內容。在學習完相關內容后，學生選擇合適的方式去講解自己所學的內容。教師根據匯報方式、匯報內容的難易程度、匯報的清晰度以及同學的反饋給出綜合得分。這種以學生自主匯報進行考核的方式不僅可以鍛煉學生的自主學習能力、語言表達能力，而且能給學生提供相對比較自由的學習環境，易于他們更好地學習知識。3.學校要開展天文科普講座，邀請校外的專家來校給學生講解天文學知識，不斷拓寬學生的知識面。

（四）教學評價

教學評價是依據教學目標對教學效果進行評價的教學活動。教學評價一般指對教師的教學內容、教學手段和教學管理等作出評價。學校可以通過問卷調查的方式對教師的教學內容、教學手段和教學管理進行調研，讓教師能夠及時獲得學生的反饋，從而進一步完善課堂設計，形成在普通高校普及天文學的良性循環。具體而言，教學評價指標需要涉及以下幾個方面：第一，學校要評價教師的教學水平。天文學是一門比較難的學科，需要教師有豐富的理論知識和實踐經驗，具備清晰的教學思路和良好的表達能力，能夠將復雜的天文學知識用淺顯易懂的方式表達出來，讓學生能夠理解并掌握相關知識。此外，教師還要具備良好的課堂管理能力和組織能力，引導學生積極參與課堂，提高學生的學習興趣和積極性。學校要基于以上幾個方面的能力和素養評價教師的教學水平，為教師教學能力與質量的提升提供指導。第二，學校要評價教師的教學方式。教師要采用多種教學方式開展天文學教學，如課堂講解、實驗操作、天體觀測等。教師要根據學生的實際情況和需求，選擇合適的教學方式并靈活運用，提高學生的學習效率。教師要注重學生創新能力和實踐能力的培養，鼓勵學生積極參與科研活動和實踐活動，提高學生的綜合素質。因此，教學評價指標應覆蓋教學方式應用與創新。第三，學校要評價天文學教學的效果。學校開設天文學課程的主要目的是讓學生掌握天文學的基本理論和技能，培養學生的科學思維、創新能力以及探究興趣。因此，學校要從學生的考試成績、課堂表現、科研成果等方面來評價教學效果，并從多個維度了解學生的學習進度。

三、普及天文學的困難與挑戰

1.難以平衡教學內容的系統性和趣味性。教師在授課時，往往考慮的是知識的系統性，而學生在選課時，往往更加關注選修課的趣味性。南京師范大學的袁啟榮教授曾做過調研，他發現當教師尋求知識的系統性時，授課的內容便會傾向于很基礎的天文知識，例如天體測量、天文設備等。然而，如果教師關注課堂的趣味性，以學生的問題為導向授課，那么，課堂內容就會包含“火星上有生命嗎”“UFO存在嗎”等話題[1]。因此，如何平衡教學的系統性系與趣味性是天文學教師面臨的一大挑戰。2.難以開展戶外教學活動。近幾年來，由于疫情的影響，高校的教學活動變得復雜而又繁瑣，尤其是帶有實驗性質或是校外考察性質的課程，這些課程的教學活動基本無法開展。天文學是一門以觀測為基礎的學科，如果沒有戶外觀測活動，難免會使課程的效果大打折扣。然而，即使沒有疫情的影響，進行戶外觀測依然存在兩個問題，一是缺乏相應的觀測設備；二是在大城市里由于環境污染，已經很難清晰地觀測到天體了。3.難以組建專業的教學團隊。普通高校沒有天文學專業，導致天文學畢業的博士、博士后以及國外回來的天文學家不愿意進入這樣的高校發展，最終又導致普通高校無法開展天文學專業的建設。這樣的惡性循環將進一步阻止天文學在普通高校的普及。

四、普及天文學對學生發展的重要意義

首先，普及天文學可以加深學生對宇宙的認識。天文學課程涉及宇宙的起源、演化、結構、物理規律等知識。通過學習天文學，學生可以更深入地了解宇宙的奧秘，提高對科學知識的興趣。其次，普及天文學可以培養學生的邏輯思維和創新能力。天文學需要用到很多數學知識和物理知識。教師通過引導學生解決天文學問題，可以培養學生的邏輯思維、創新能力和解決問題的能力。最后，普及天文學可以提升學生的科學素養。天文學是自然科學的重要組成部分，通過學習天文學，學生可以了解科學的本質和科學方法，提高自己的科學素養，更好地適應現代社會的發展。因此，普通高校應該加強天文學的普及教育，例如，開設天文學課程，讓學生了解天文學的基本知識和理論；成立天文學社團，讓學生更好地了解天文學的應用與發展；開展與天文學相關的科研活動，讓學生可以更深入地了解天文學的研究進展。

五、結束語

總之，高校普及天文學尤為重要。在新時代，我們要從教學目的、教學內容、教學方法以及教學評價四個方面探究如何在高校普及天文學知識，從而提高學生對天文學的興趣，促使學生通過學習天文學課程能更深入地了解宇宙的奧秘，提高自己的科學素養，進而適應現代社會的發展。