劉文潑 周青軍

摘要：《現(xiàn)代天文學(xué)》是中國(guó)民航大學(xué)面向全校本科生開設(shè)的一門自然科學(xué)類選修課程，該課程以激發(fā)學(xué)生探索熱情和創(chuàng)新精神為核心目標(biāo)，自2012年開課以來，深得學(xué)生們的歡迎。本文從宏觀（總課程）和微觀（一節(jié)課）兩個(gè)不同尺度介紹了《現(xiàn)代天文學(xué)》課程的教學(xué)設(shè)計(jì)。在宏觀設(shè)計(jì)上，我們分析了課程的教學(xué)背景，并著重介紹了課程任務(wù)、課時(shí)設(shè)置、課程特色及課程的評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)。在微觀設(shè)計(jì)上，我們則結(jié)合“火星”這一具體章節(jié)從教學(xué)方法、教學(xué)過程和教學(xué)總結(jié)三個(gè)方面談了如何上好一節(jié)天文課。從教學(xué)效果來看，我們的方案設(shè)計(jì)合理、成效顯著，有效地調(diào)動(dòng)了學(xué)生們的探索熱情和創(chuàng)新積極性。我們將在今后的教學(xué)實(shí)踐中進(jìn)一步完善這套方案，以期達(dá)到最佳效果。

關(guān)鍵詞：現(xiàn)代天文學(xué);選修課;教學(xué)設(shè)計(jì);宏觀設(shè)計(jì);微觀設(shè)計(jì)

中圖分類號(hào)：G642.4 ? ? 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A ? ? 文章編號(hào)：1674-9324（2016）05-0199-03

一、前言

天文學(xué)是建立在堅(jiān)實(shí)的觀測(cè)基礎(chǔ)和嚴(yán)密的數(shù)理邏輯之上的一門科學(xué)，在人類文明進(jìn)程中始終扮演著重要角色。她不僅讓我們領(lǐng)略了宇宙之美，還激發(fā)了我們探索自然的熱情——這是創(chuàng)新的原始推動(dòng)力。華裔諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)得主楊振寧博士，在一次演講中談到他就是受到一本天文科普讀物的啟蒙才踏上了探索自然的征程[1]，而且他在近90歲高齡時(shí)仍然保持著對(duì)外在世界的好奇心并在前沿科學(xué)領(lǐng)域進(jìn)行著創(chuàng)新性研究——這也許是天文科普教育激發(fā)人類創(chuàng)造熱情的最杰出的例子。大學(xué)生，朝氣蓬勃，是構(gòu)建創(chuàng)新型社會(huì)的生力軍，如果在他們當(dāng)中適當(dāng)開展天文學(xué)科普教育，激發(fā)他們的探索熱情，對(duì)于他們快速成長(zhǎng)為創(chuàng)新型人才是非常有益的。本著這一目的，我們?cè)谥袊?guó)民航大學(xué)開設(shè)了面向全校本科生的《現(xiàn)代天文學(xué)》選修課程（自然科學(xué)類）——這填補(bǔ)了中國(guó)民航大學(xué)沒有天文選修課的歷史空白。自2012年開課以來，深得學(xué)生們歡迎，課程評(píng)教數(shù)據(jù)[2]如下：2012-2013學(xué)年評(píng)教結(jié)果：95.066（參評(píng)學(xué)生人數(shù)：168;有效參評(píng)學(xué)生人數(shù)：152）;2013-2014學(xué)年評(píng)教結(jié)果：96.592（參評(píng)學(xué)生人數(shù)：395;有效參評(píng)學(xué)生人數(shù)：355）;2014-2015學(xué)年評(píng)教結(jié)果：96.825（參評(píng)學(xué)生人數(shù)：189;有效參評(píng)學(xué)生人數(shù)：171）。

在第二和第三部分，我們將分別從宏觀（總課程）和微觀（一節(jié)課）兩個(gè)不同尺度來闡述《現(xiàn)代天文學(xué)》的教學(xué)設(shè)計(jì)。第四部分是總結(jié)。

二、宏觀（總課程）設(shè)計(jì)

首先分析一下教學(xué)背景：（1）學(xué)生情況分析：中國(guó)民航大學(xué)綜合了工學(xué)、理學(xué)、管理學(xué)、經(jīng)濟(jì)學(xué)、法學(xué)等不同學(xué)科[3]，由于存在較大專業(yè)跨度，全校本科生的數(shù)理基礎(chǔ)是參差不齊的（有些專業(yè)對(duì)大學(xué)數(shù)學(xué)和大學(xué)物理不做要求，比如外語專業(yè)），因此作為面向全校本科生的選修課程（自然科學(xué)類），《現(xiàn)代天文學(xué)》應(yīng)以激發(fā)學(xué)生們的探索熱情為教學(xué)目標(biāo);（2）教材內(nèi)容分析：我們主要借鑒了南京大學(xué)羅新煉（個(gè)人通信交流）、中國(guó)科技大學(xué)向守平[4]、南開大學(xué)蘇宜[5]等老師的教學(xué)材料，為了反映最新天文前沿成果，我們還結(jié)合了最新的天文新聞報(bào)道，這也體現(xiàn)了《現(xiàn)代天文學(xué)》課程的現(xiàn)代性和前沿性。

考慮到上述教學(xué)背景，我們制定了《現(xiàn)代天文學(xué)》的課程任務(wù)：通過對(duì)天文學(xué)總攬式的了解和對(duì)天文學(xué)前沿課題的追蹤，讓學(xué)生們?cè)陬I(lǐng)略宇宙之美的同時(shí)，激發(fā)他們的原創(chuàng)精神和探索熱情，并讓他們認(rèn)清自己在宇宙中所處的位置和肩負(fù)的使命，從而樹立正確的人生觀和價(jià)值觀。了解當(dāng)前國(guó)人在太空中的種種努力和取得的初步成果，逐步增強(qiáng)學(xué)生們的愛國(guó)主義熱情和民族自信心。

具體地，《現(xiàn)代天文學(xué)》共36學(xué)時(shí)，以理論教學(xué)為主，還包括了一些簡(jiǎn)單的天文實(shí)測(cè)項(xiàng)目，例如觀測(cè)月球、太陽黑子等。目前中國(guó)民航大學(xué)擁有4架星特朗天文望遠(yuǎn)鏡（3架80EQ，1架127SLT），可以滿足基本的近地實(shí)測(cè)要求。2014年10月8日晚，我們帶領(lǐng)學(xué)生觀測(cè)了月全食這一奇妙天象，圖1為當(dāng)晚“紅月亮”過后楊明同學(xué)（學(xué)號(hào)：110641127）利用星特朗127SLT望遠(yuǎn)鏡拍攝到的月球圖像。天文實(shí)測(cè)項(xiàng)目的上課時(shí)間視天氣和天象情況而定。

為了調(diào)動(dòng)對(duì)天文感興趣學(xué)生的積極性，我們?cè)谶x課系統(tǒng)中發(fā)布了精心設(shè)計(jì)的選課“廣告”：小時(shí)候有沒有想過星座是什么？天上有沒有外星人？星星為什么眨眼睛？宇宙是怎么起源的？這些有趣的問題都能在《現(xiàn)代天文學(xué)》中找到答案。在本課程中，我們將結(jié)合最新的觀測(cè)星圖，開啟探險(xiǎn)的歷程，一起搜尋宇宙的寶藏。本課程只需要你帶著一顆好奇心就夠了，還等什么呢？

得益于良好的教學(xué)效果和學(xué)生們對(duì)星空的好奇，選修《現(xiàn)代天文學(xué)》課程的人數(shù)眾多，有時(shí)甚至超過千人，但由于教室容量和個(gè)人精力所限，只能滿足部分同學(xué)需求，課程容量通常設(shè)定為160～200人。

下面談一談《現(xiàn)代天文學(xué)》課程的特色：（1）體現(xiàn)天文的現(xiàn)代化和前沿化?，F(xiàn)代科技的迅猛發(fā)展為現(xiàn)代天文學(xué)提供了各種先進(jìn)的觀測(cè)手段，而這將帶給我們?cè)S多新奇的天文現(xiàn)象和知識(shí)。國(guó)內(nèi)外近幾年在建或者建成使用的大型觀測(cè)設(shè)備層出不窮，國(guó)內(nèi)的如中國(guó)科學(xué)院國(guó)家天文臺(tái)的郭守敬望遠(yuǎn)鏡，該望遠(yuǎn)鏡是目前國(guó)際上光譜獲取率最高的王-蘇反射式施密特望遠(yuǎn)鏡——這使得中國(guó)在光纖光譜的大規(guī)模觀測(cè)領(lǐng)域居于世界前列[6]。而正在建設(shè)中的FAST（500米口徑球面射電望遠(yuǎn)鏡），將成為世界上最大的單口徑射電望遠(yuǎn)鏡，其靈敏度和分辨率都將刷新單天線射電望遠(yuǎn)鏡的世界紀(jì)錄，可以預(yù)期，未來FAST投入使用，將使我們?cè)谙嚓P(guān)領(lǐng)域取得舉世矚目的成就[7]。國(guó)外的如NASA于2008年6月發(fā)射的費(fèi)米伽馬射線太空望遠(yuǎn)鏡，該望遠(yuǎn)鏡自發(fā)射以來在伽馬射線天文學(xué)領(lǐng)域取得了一系列開創(chuàng)性成果[8]，開闊了人類的視野;（2）受南京大學(xué)天文與空間科學(xué)學(xué)院羅新煉老師啟發(fā)，我們?cè)凇冬F(xiàn)代天文學(xué)》課程教學(xué)中鼓勵(lì)學(xué)生們自由組隊(duì)針對(duì)某一個(gè)課題調(diào)研討論并上臺(tái)進(jìn)行展示，而團(tuán)隊(duì)間相互競(jìng)爭(zhēng)——目的在于提升學(xué)生們的團(tuán)隊(duì)創(chuàng)新能力和自我展示能力。具體地，就是讓學(xué)生們自己找合作者并組成團(tuán)隊(duì)，每組至多10人（由一個(gè)隊(duì)長(zhǎng)負(fù)責(zé)該團(tuán)隊(duì)的管理，而總結(jié)性發(fā)言由組員推選，報(bào)告共同署名，最好寫清楚各自貢獻(xiàn)）。在課程開始的前幾周，組長(zhǎng)們陸續(xù)將名單交上。而在課程的后幾周，老師留給學(xué)生們幾節(jié)課進(jìn)行團(tuán)隊(duì)展示比賽（每組展示10分鐘左右），課堂上教師對(duì)每個(gè)團(tuán)隊(duì)的成果進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)點(diǎn)評(píng)并指出其中的不足（課后老師結(jié)合學(xué)生們的評(píng)價(jià)給出各個(gè)團(tuán)隊(duì)最終的分?jǐn)?shù)）——通過成果展示和教師點(diǎn)評(píng)可以點(diǎn)燃學(xué)生們的探索熱情。

我們?cè)凇冬F(xiàn)代天文學(xué)》教學(xué)過程中形成了如下評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)：個(gè)人分?jǐn)?shù)由團(tuán)隊(duì)報(bào)告得分和個(gè)人出勤率共同決定。不參加組隊(duì)展示者，交一篇紙質(zhì)論文（按照期刊論文格式）也可以，但是分?jǐn)?shù)相對(duì)低。

以下為《現(xiàn)代天文學(xué)》論文參考題目（不局限于這些題目）：

1.民航和天文的關(guān)系？

2.設(shè)計(jì)一種新型空間射電望遠(yuǎn)鏡方案？

3.如何在月球或近地行星上建立天文臺(tái)？

4.一種新型的測(cè)距技術(shù)？

5.如何探測(cè)黑洞？

6.人類起源和天文的關(guān)系？

7.中國(guó)天文學(xué)簡(jiǎn)史及籌劃中國(guó)天文學(xué)的未來？

8.一種新的月球形成模型？

9.地外文明存在么？

10.宇宙這個(gè)概念有意義么？

11.用WWT軟件制作一部太陽系方面的作品？

12.設(shè)計(jì)一種新型星際旅行方案？

13.星座神話和天文的關(guān)系？

14.文學(xué)與天文的關(guān)系？

15.如何探測(cè)和預(yù)言地震？

16.南極天文臺(tái)及如果提高遠(yuǎn)程傳輸和維修？

三、微觀（一節(jié)課）設(shè)計(jì)

要講好一門課，除了要從宏觀（總課程）尺度上做好規(guī)劃之外，更要緊的是要優(yōu)化微觀設(shè)計(jì)——也就是要下功夫準(zhǔn)備每節(jié)課。那么如何講好一節(jié)《現(xiàn)代天文學(xué)》課呢？通過近三年的教學(xué)實(shí)踐，我們總結(jié)了一些教學(xué)心得，下面我們從教學(xué)方法、教學(xué)過程和教學(xué)總結(jié)三個(gè)方面來談一下這個(gè)問題：

1.教學(xué)方法：a.以啟發(fā)式教學(xué)為主，并加強(qiáng)互動(dòng)討論，可以通過向?qū)W生提出一些有趣而開放的問題來活躍課堂氣氛;b.通過多媒體展示一些精美的天文圖片和有趣的天文視頻。高健和張文昭（2013年）介紹了在天文選修課中引入一些優(yōu)秀的天文科普記錄片的心得[9]，這也給我們一些啟發(fā);c.在講授一些比較抽象的天文概念時(shí)，可以適當(dāng)運(yùn)用類比方法。

2.教學(xué)過程：a.引入主題：為了激發(fā)學(xué)生們的探索熱情，在引入主題時(shí)盡量使用一些視覺沖擊力較強(qiáng)的天文圖片;b.說文：中外相關(guān)文化介紹并進(jìn)行科學(xué)批判;c.談天：介紹相關(guān)的現(xiàn)代觀測(cè)并給出可能的理論解釋。

3.教學(xué)總結(jié)：a.讓學(xué)生們用簡(jiǎn)短的話語總結(jié)和評(píng)價(jià)一節(jié)課的內(nèi)容，并給出建議;b.最后老師進(jìn)行點(diǎn)評(píng)，列出參考文獻(xiàn)，鼓勵(lì)學(xué)生進(jìn)一步研究。

下面，我們通過“火星”這一節(jié)課來展示《現(xiàn)代天文學(xué)》的微觀教學(xué)設(shè)計(jì)：

1.引入“火星”主題（10分鐘）。先通過多媒體展示震撼的銀河系圖像，并指出太陽系在銀河系中的位置，慢慢放大太陽系圖像至整個(gè)畫面，鼓勵(lì)學(xué)生們自己尋找這堂課的主角“火星”，鼓勵(lì)學(xué)生們談一下對(duì)火星的認(rèn)識(shí)？詢問他們小時(shí)候有沒有想象過“火星人”是什么樣子？人類可以去火星上生活么？

2.說文（15分鐘）——介紹中外與“火星”相關(guān)的文化并進(jìn)行科學(xué)批判。中國(guó)古代稱火星為“熒惑星”——因?yàn)榛鹦橇炼茸?，而且相?duì)地球的軌道有時(shí)很詭異——用現(xiàn)代天文學(xué)解釋這兩個(gè)現(xiàn)象。講述晉代干寶《搜神記》卷八“星外來客”篇章——這是關(guān)于“火星人”預(yù)言三國(guó)歸晉的故事[10]——或許是人類歷史上首次“記載”人類與外星人接觸的科幻故事——體現(xiàn)了中國(guó)人的想象力和傳統(tǒng)文化的魅力?；鹦窃谖鞣轿幕适吕飳儆凇皯?zhàn)神”，而梅西則是足球界的“戰(zhàn)神”（起到一點(diǎn)活躍氣氛的作用）。

3.談天（20分鐘）：“火星”的現(xiàn)代觀測(cè)并給出可能的理論解釋。介紹人類向火星發(fā)射的各種探測(cè)器，并展示火星最新的觀測(cè)圖像。鼓勵(lì)學(xué)生們根據(jù)火星探測(cè)數(shù)據(jù)（表面溫度、空氣成分等環(huán)境數(shù)據(jù)）想象火星生命的形式和樣子（如果存在的話）。鼓勵(lì)學(xué)生想辦法改造火星，使之變成一個(gè)適宜人類居住的星球。

4.以小紙條的形式，讓學(xué)生們用簡(jiǎn)短的話語總結(jié)和評(píng)價(jià)這節(jié)課的內(nèi)容（4分鐘）。

5.最后老師列出參考文獻(xiàn)，鼓勵(lì)學(xué)生進(jìn)一步研究（1分鐘）。

利用上述教學(xué)設(shè)計(jì)方案講授的《現(xiàn)代天文學(xué)》課程得到了學(xué)生們的較高評(píng)價(jià)。例如劉暢同學(xué)（學(xué)號(hào)：110542119）評(píng)價(jià)說：老師的課生動(dòng)，畫面真實(shí)感強(qiáng)，講的透徹易懂，具有吸引力，能把復(fù)雜的問題興趣化，幽默風(fēng)趣。胡潤(rùn)同學(xué)（學(xué)號(hào)：101044306）寫道：老師的課讓人容易接受，幽默詼諧，知識(shí)全面。劉霏霏同學(xué)（學(xué)號(hào)：110641414）認(rèn)為：老師的授課方式注重與現(xiàn)實(shí)結(jié)合，與同學(xué)互動(dòng)，注重吸引同學(xué)學(xué)習(xí)興趣、積極性。呂珂珗同學(xué)（學(xué)號(hào)：100741117）說：老師講的內(nèi)容比較有趣易懂，還聯(lián)系了生活實(shí)際。陳昕堯同學(xué)（學(xué)號(hào)：100441504）道：老師的課通俗易懂，因?yàn)闆]有太過專業(yè)的知識(shí)要求，也可以調(diào)動(dòng)學(xué)生的積極性，適合我們這些非專業(yè)的學(xué)生學(xué)習(xí)。姜安同學(xué)（學(xué)號(hào)：101143310）發(fā)表了類似的看法：老師講的比較通俗，可以讓我們這些非理科專業(yè)的人能對(duì)天文學(xué)產(chǎn)生興趣，而我們選擇這門課能有興趣學(xué)一些東西就足夠了。

學(xué)生們是該套教學(xué)設(shè)計(jì)方案的參與者和受益者，他們是最有發(fā)言權(quán)的，能得到學(xué)生的肯定是非常令人欣慰的。

四、總結(jié)

我們從宏觀（總課程）和微觀（一節(jié)課）兩個(gè)不同尺度介紹了《現(xiàn)代天文學(xué)》的教學(xué)設(shè)計(jì)。從逐年增長(zhǎng)的課程評(píng)教分?jǐn)?shù)[2]和學(xué)生們對(duì)課程的較高評(píng)價(jià)來看，我們的方案設(shè)計(jì)合理、成效顯著。我們將在教學(xué)實(shí)踐中進(jìn)一步完善該套方案，期望該課程可以最大限度地激發(fā)學(xué)生們的探索熱情和創(chuàng)新精神。

參考文獻(xiàn)：

[1]張苗，董旭明.楊振寧浙大演講，兩小時(shí)沒喝一口水[N].錢江晚報(bào)，2014-04-15：A0016.

[2]中國(guó)民航大學(xué).本科生教務(wù)管理系統(tǒng)（2012-2013學(xué)年，2013-2014學(xué)年，2014-2015學(xué)年）[DB/OL].[2015-07-12].

http：//jwgl.cauc.edu.cn/.

[3]中國(guó)民航大學(xué)學(xué)校簡(jiǎn)介[DB/OL].（數(shù)據(jù)截止至2015年5月）[2015-07-12].

http：//www.cauc.edu.cn/zh/1.html.

[4]向守平.天體物理概論[M].中國(guó)科學(xué)技術(shù)大學(xué)出版社，2008.

[5]蘇宜.文科天文[M].科學(xué)出版社，2010.

[6]中國(guó)科學(xué)院國(guó)家天文臺(tái).郭守敬望遠(yuǎn)鏡主頁[DB/OL].（數(shù)據(jù)截止至2015年7月）[2015-07-12日].

http：//www.lamost.org/.

[7]中國(guó)科學(xué)院國(guó)家天文臺(tái)，F(xiàn)AST主頁[DB/OL].（數(shù)據(jù)截止至2015年7月）[2015-07-12日].

http：//fast.bao.ac.cn.

[8]NASA.費(fèi)米太空望遠(yuǎn)鏡主頁[OL]，（數(shù)據(jù)截止至2015年7月）[2015-07-12].

http：//fermi.gsfc.nasa.gov/ssc/.

[9]高健，張文昭.科普紀(jì)錄片在天文通識(shí)課程中的應(yīng)用[J].大學(xué)物理，2013，32（7）：55-58.

[10]干寶.搜神記[M]，卷八（星外來客），東晉.