李向東

(1 南京大學(xué)天文與空間科學(xué)學(xué)院 南京 210023)

(2 現(xiàn)代天文與天體物理教育部重點實驗室 南京 210023)

1 引言

天文學(xué)在人類認(rèn)識宇宙的過程中是無可爭議的帶頭學(xué)科, 天文學(xué)的創(chuàng)新水平已成為各國特別是大國綜合實力的重要標(biāo)志. 進(jìn)入21世紀(jì)以來,我國的天文教育事業(yè)取得了突飛猛進(jìn)的發(fā)展. 截至2020年11月, 我國有23所大學(xué)開展天文學(xué)教育和研究, 其中18所大學(xué)成立了天文系、天文與空間科學(xué)學(xué)院或物理天文學(xué)院等, 12所大學(xué)設(shè)有天文學(xué)本科專業(yè), 7所大學(xué)具有一級博士點, 9所大學(xué)具有一級碩士點, 學(xué)生總數(shù)共計3300余人1方成, 曲立安. 我國高校天文學(xué)科調(diào)研報告. 2020.

教材是課程教學(xué)之本. 天文學(xué)教材提供了系統(tǒng)的天文學(xué)知識框架和基礎(chǔ)概念, 幫助學(xué)生理解天文學(xué)的基本原理和方法, 掌握實際應(yīng)用和解決問題的能力. 此外, 優(yōu)秀的天文學(xué)教材可以激發(fā)學(xué)生對天文學(xué)的興趣和熱愛, 了解自然界的規(guī)律和奧秘, 感受到科學(xué)的美妙和深邃. 這不僅可以提高學(xué)生的學(xué)術(shù)水平和科學(xué)素養(yǎng), 還可以培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新思維和探索精神. 對于非天文學(xué)專業(yè)的學(xué)生和天文愛好者來說, 閱讀天文學(xué)教材也是拓展科學(xué)知識和認(rèn)知宇宙的重要途徑. 因此, 編寫高水平的天文學(xué)教材既可以促進(jìn)天文學(xué)教育發(fā)展, 也可以提升整個社會的科學(xué)素質(zhì).

大學(xué)天文學(xué)(或普通天文學(xué)、基礎(chǔ)天文學(xué)等)是高校天文學(xué)專業(yè)最重要的專業(yè)基礎(chǔ)課程, 主要講授天文學(xué)的基礎(chǔ)知識和發(fā)展全貌, 是后行專業(yè)課程的先導(dǎo), 對鞏固學(xué)生的專業(yè)思想、培養(yǎng)科學(xué)素養(yǎng)十分重要. 盡管大學(xué)天文學(xué)不涉及艱深的專業(yè)知識, 但具有覆蓋面廣、知識點多的特點, 對編著者提出了較高的要求. 近二十多年來, 我國出版了一些大學(xué)天文學(xué)方面的教材, 但與國際同類教材相比, 無論在數(shù)量還是質(zhì)量上均有不小差距. 本文對國內(nèi)外比較有代表性的大學(xué)天文學(xué)教材進(jìn)行梳理和比較, 為我國未來天文學(xué)教材建設(shè)提供建設(shè)性參考意見.

本文選擇的國外教材有如下七本:《Astronomy Today》[1]、《Foundations of Astronomy》[2]、《The Cosmic Perspective》[3]、《Fundamental Astronomy》[4]、《The Physical Universe: An Introduction to Astronomy》[5]、《An Introduction to Modern Astrophysics》[6]、《Astrophysics in a Nutshell》[7]. 國內(nèi)教材有如下四本:《天文學(xué)教程》[8]、《天體物理學(xué)》[9]、《天體物理概論》[10]、《天文學(xué)新概論》[11].

上述7本英文教材大體可以分為三類. 第1–3本教材主要面向具有高中物理基礎(chǔ)的大學(xué)生和天文愛好者, 一般作為大學(xué)天文通識課程的教材, 但由于國內(nèi)天文學(xué)普及程度不高, 天文學(xué)專業(yè)的新生對天文的了解不多, 所以也常用來作為大學(xué)天文學(xué)的參考書. 第5–7本教材主要面向具有理科背景的大學(xué)生, 特別是物理學(xué)專業(yè)和天文學(xué)專業(yè)的學(xué)生, 涉及較多物理概念和理論推導(dǎo). 第4本教材內(nèi)容的深度和難度介于兩者之間.

2 國外通識類大學(xué)天文學(xué)教材評述

上述第1–3本教材盡管在內(nèi)容和編排上有所差異, 但總體結(jié)構(gòu)和表現(xiàn)形式相對一致, 以下以《Astronomy Today》為例介紹它們的特點.

《Astronomy Today》由美國Person Education出版, 在國內(nèi)外均有一定的知名度, 其中文版《今日天文》已經(jīng)由機械工業(yè)出版社出版. 作者Eric Chaisson和Steve McMillan分別是哈佛大學(xué)和德雷塞爾大學(xué)的天文學(xué)資深教授, 有較高的學(xué)術(shù)造詣.

全書分為四部分二十八章, 共800多頁, 內(nèi)容覆蓋現(xiàn)代天文學(xué)的主要領(lǐng)域. 第一部分介紹天文學(xué)的基礎(chǔ)知識、發(fā)展歷史和研究方法, 特別是電磁輻射的產(chǎn)生過程; 第二部分介紹太陽系行星、太陽系的形成和系外行星的知識; 第三部分介紹恒星結(jié)構(gòu)和演化方面的內(nèi)容, 包括太陽的基本性質(zhì)、恒星的分類、星際介質(zhì)與恒星形成、恒星演化與爆發(fā)、中子星與黑洞等; 第四部分介紹星系與宇宙學(xué)知識, 包括銀河系、河外星系、宇宙大尺度結(jié)構(gòu)、宇宙演化歷史和宇宙中的生命等, 按照由小到大、由近及遠(yuǎn)的順序來編排章節(jié)內(nèi)容. 這種思路在大學(xué)天文學(xué)教材中比較常見,但也有不少教材(如《Foundations of Astronomy》)將太陽系和系外行星系統(tǒng)的內(nèi)容安排在全書的最后. 兩種方式各有優(yōu)缺點. 第一種方式符合人們對天體的認(rèn)知順序, 從人們比較熟悉的太陽系入手, 逐漸延伸到恒星、星系等相對陌生的領(lǐng)域, 缺點是由于太陽系行星和系外行星部分的內(nèi)容知識點多且發(fā)展較快, 對初學(xué)者來說, 如果缺乏恒星知識的基礎(chǔ), 要建立關(guān)于行星形成演化的物理圖像有一定的困難. 第二種方式在邏輯上思路更加清晰. 在介紹輻射基本知識后自然過渡到最近、最重要的輻射天體–恒星, 缺點是太陽系部分的安排如果處理不好會造成與其他內(nèi)容的割裂. 一個比較合適的方式是將太陽系和系外行星的內(nèi)容安排在恒星形成之后, 以恒星系統(tǒng)的形成自然引入對行星系統(tǒng)結(jié)構(gòu)與起源的介紹.

由于面向?qū)ο鬄榉翘煳膶I(yè)大學(xué)生和天文愛好者, 該教材的內(nèi)容以描述性介紹為主, 基本上沒有復(fù)雜的數(shù)學(xué)公式. 作者主要依靠定性的推理和類比來解釋復(fù)雜的物理概念, 力圖給讀者提供一幅關(guān)于宇宙和天體的整體的物理圖像. 為了達(dá)到上述目標(biāo), 該教材在設(shè)計和編排方面做了很多努力, 其特點總結(jié)如下.

(1)重視對內(nèi)容的歸納和總結(jié)

為了幫助讀者理解和掌握教材內(nèi)容, 在每章開篇給出本章的“學(xué)習(xí)目標(biāo)”和“全景”介紹. 前者通常是列出本章五、六個核心知識要點, 與每章結(jié)尾的“小結(jié)”相互參照, 幫助讀者在學(xué)習(xí)后測試對知識的掌握程度; 后者則是提綱挈領(lǐng)地概括本章的內(nèi)容,讓讀者理解章節(jié)內(nèi)容之間的相互聯(lián)系. 在每章結(jié)尾給出簡明扼要的“小結(jié)”, 其中涉及的重要概念用粗體顯示, 并鏈接到正文中的相關(guān)位置.

(2)重視內(nèi)容和表達(dá)方式的有機結(jié)合

絢麗的天文圖片是不少大學(xué)天文學(xué)教材的一大特色. 但該教材在可視化方面不是簡單地展示天文圖片, 而是將它們和物理概念圖或想象圖結(jié)合起來, 直觀地呈現(xiàn)天文現(xiàn)象和過程, 并且標(biāo)注拍攝該照片對應(yīng)的光譜波段. 在正文中通過例題強化對天文概念和現(xiàn)象的理解, 通過“概念剖析”提供進(jìn)一步思考的問題. 針對正文中定性或量級估算的結(jié)果,采用“加框文字”提供更加細(xì)致的分析結(jié)果和拓展性知識. 在正文的結(jié)尾, 以本章中介紹的材料為基礎(chǔ), 提出一個開放性的問題, 旨在激發(fā)讀者對天文研究中懸而未決問題的好奇心, 鼓勵讀者在更廣闊的知識層面上進(jìn)行推測和思考.

(3)重視習(xí)題訓(xùn)練

為了測試對知識的掌握程度, 加深對課程內(nèi)容的理解, 每章提供了大量的、多種形式的習(xí)題, 包括思考與討論題(問答題)、自測題(選擇題)、計算題和實踐題(團隊和個人項目)等.

此外, 由Ian Morison編著、Wiley出版的《Introduction to Astronomy and Cosomology》也較有特色. 它在結(jié)構(gòu)上比較簡潔, 沒有太多的公式、彩圖和框圖等輔助展示手段, 主要借助淺顯的敘述介紹天文學(xué)基礎(chǔ)知識和研究進(jìn)展, 用代數(shù)方法估計重要物理量的大小, 給讀者以直觀的印象, 并加深對天文學(xué)概念的理解.相比于上面提到的三本教材,該書的習(xí)題量偏少.

3 國外專業(yè)類大學(xué)天文學(xué)教材評述

3.1 《An Introduction to Modern Astrophysics》

絕大部分國外大學(xué)天文學(xué)教材是為通識課程服務(wù)的,面向物理學(xué)和天文學(xué)專業(yè)的教材相對較少.《An Introduction to Modern Astrophysics》是市面上比較少見的、以大學(xué)物理知識為基礎(chǔ), 全方位介紹天文學(xué)知識的教材. 因其近1500頁篇幅和橙色封面在西方學(xué)界稱為The Big Orange Book. 全書共有30章, 前6章介紹天球、天體力學(xué)、輻射、望遠(yuǎn)鏡的基本知識, 然后進(jìn)入恒星觀測、恒星大氣、恒星內(nèi)部、恒星形成與演化等12章, 接下來的5章介紹太陽系和行星系統(tǒng)形成, 最后是7章關(guān)于星系和宇宙學(xué)的內(nèi)容. 它的整體框架與其他通識類教材相比沒有顯著差別,但內(nèi)容的廣度和深度有較大提高.

該書最重要的特點是, 不僅有大量對天體和天體現(xiàn)象的描述性內(nèi)容, 更注重借助大學(xué)物理和數(shù)學(xué)知識剖析這些現(xiàn)象背后的物理過程, 以及如何通過研究天文現(xiàn)象加強對物理知識的理解并進(jìn)行拓展.在介紹基礎(chǔ)知識的同時展示研究歷史和前沿進(jìn)展,并在每章的末尾提供進(jìn)一步的閱讀材料, 包括基礎(chǔ)性的和專業(yè)性的文獻(xiàn).

在進(jìn)行理論推導(dǎo)和數(shù)值演算時, 在大部分情況下采用量級估算的方法以簡化物理圖像, 讓讀者更好地掌握物理思想、理解重要物理參數(shù)的影響, 同時結(jié)合例題加深對涉及知識點的理解.

該書用兩章的篇幅專門介紹狹義相對論和量子物理, 因此對物理學(xué)與天文學(xué)專業(yè)的高年級本科生和研究生更加適用. 如果以該書作為本科生教材使用,一般至少需要6–8個學(xué)分和2–3個學(xué)期的時間,這對教師和學(xué)生都是個挑戰(zhàn). 事實上該教材的衍生品–可以獨立使用的恒星分冊和星系與宇宙學(xué)分冊, 就是為了解決內(nèi)容過多、篇幅過長的問題. 但另一方面, 由于該書的內(nèi)容覆蓋了幾乎所有天體物理的知識, 它也提供了一種新的教學(xué)思路, 即將數(shù)門獨立的天體物理專業(yè)課程如大學(xué)天文學(xué)、恒星物理、星系物理、宇宙學(xué)等整合為一門大課進(jìn)行講授, 其優(yōu)點不僅在于可以消除不同專業(yè)課程中重復(fù)性的內(nèi)容、節(jié)約時間, 更可以幫助學(xué)生建立對天體物理整個學(xué)科的系統(tǒng)性認(rèn)識.

該書的習(xí)題數(shù)量豐富且有一定難度, 主要分為兩類, 一類是證明題和計算題, 另一類是數(shù)值計算題, 并提供了相應(yīng)的代碼.

該書的不足在于, 由于體系龐大, 有些章節(jié)(尤其是后半部分章節(jié))主線不夠清晰, 各節(jié)之間的關(guān)聯(lián)不夠明顯.可能與作者的知識面和研究興趣有關(guān),有些章節(jié)的知識點介紹過于詳細(xì),有些則較為簡略,內(nèi)容之間的平衡似可提高.

3.2 《Astrophysics in a Nutshell》

相比于《An Introduction to Modern Astrophysics》, 以色列特拉華夫大學(xué)Dan Maoz編寫的《Astrophysics in a Nutshell》不到300頁的篇幅顯得短小精悍. 這本書主要面向物理學(xué)和天文學(xué)專業(yè)三年級的學(xué)生. 內(nèi)容既簡明扼要, 又覆蓋了現(xiàn)代天體物理學(xué)的主要領(lǐng)域和重要前沿.

盡管該書要求讀者具備相當(dāng)?shù)奈锢砘A(chǔ), 但在介紹天文學(xué)知識時并沒有采取冗長的數(shù)學(xué)推導(dǎo)和復(fù)雜的物理分析; 相反作者更多地采用簡化分析和量級估算, 即所謂的“在信封背面的計算”. 可以看出這是大學(xué)天文學(xué)教材的普遍特點. 但在必要的情況下也會給出精確分析或計算的結(jié)果, 或者以習(xí)題的形式要求讀者進(jìn)行推導(dǎo)和討論.

該書的寫作理念和方式值得稱道, 即利用有限的篇幅選擇性地介紹重要內(nèi)容, 在學(xué)習(xí)中強調(diào)物理概念和量級分析. 缺點是覆蓋內(nèi)容不夠全面, 不同主題的講述深淺不一. 在介紹知識點時往往直奔現(xiàn)代視角下的主題, 略去了研究過程的介紹, 導(dǎo)致讀者可能知其然而不知其所以然.

3.3 《The Physical Universe: An Introduction to Astronomy》

《The Physical Universe: An Introduction to Astronomy》是著名華裔天文學(xué)家徐遐生編著的一本大學(xué)天文學(xué)教材, 在西方高校中曾經(jīng)有較大的影響力. 全書分為四部分: 一、基本原理, 主要介紹物理學(xué)預(yù)備知識; 二、恒星, 包括太陽、恒星內(nèi)部、恒星演化、雙星和星團的知識; 三、星系和宇宙學(xué),包括星際介質(zhì)、銀河系、河外星系、星系團和宇宙學(xué)的知識; 四、太陽系和生命, 包括太陽系的構(gòu)成和起源、地球上的生命、地外生命與文明等知識.

本書最大的特點是, 不僅介紹天體是什么, 而且從物理的角度介紹為什么是這樣. 特別強調(diào)微觀的物理過程如何決定或影響宏觀天體的性質(zhì), 從而展現(xiàn)宇宙中物理規(guī)律的統(tǒng)一性, 即科學(xué)之美. 作者利用廣博的知識面和對物理的深刻理解深入淺出地闡述天文學(xué)的發(fā)展, 對研究歷程和重要歷史人物的介紹也非常生動.

為了讓該書適用于更大的讀者群, 作者在正文中穿插了不少問題和習(xí)題. 沒有理科背景的學(xué)生可以略去這些問題和習(xí)題直接閱讀正文, 并不影響全文的整體性和流暢性, 而理科專業(yè)學(xué)生可以通過研讀例題和解答習(xí)題來獲得對天體現(xiàn)象與過程更加深刻的理解.

該書的不足在于出版時間較早(1982年), 一直沒有修訂和更新. 盡管其中的經(jīng)典內(nèi)容十分精彩,但與學(xué)科發(fā)展現(xiàn)狀已經(jīng)有不小距離. 有些內(nèi)容或過時、或不再準(zhǔn)確、或缺失. 盡管如此, 該書依然是大學(xué)天文學(xué)課程重要的參考書.

3.4 《Fundamental Astronomy》

與以上介紹的教材相比, 《Fundamental Astronomy》的深度介于通識和專業(yè)之間. 它預(yù)設(shè)的讀者群是不滿足于了解天文學(xué)淺顯知識的資深天文愛好者(當(dāng)然也包括大學(xué)生). 因此, 除了一般性的知識介紹外, 該書還力圖提供數(shù)學(xué)和物理知識在天文學(xué)上的應(yīng)用范例.

相比于其他專業(yè)類教材, 該書花了三章的篇幅介紹天球坐標(biāo)系、時間系統(tǒng)和天體力學(xué), 這在國外大學(xué)天文學(xué)教材中比較少見. 盡管這部分內(nèi)容相對繁瑣枯燥, 但對于未來開展天文學(xué)研究十分重要.該書的另一個特點是提供了較多的例題, 對理解正文中的知識很有幫助.

該書的不足是, 盡管書中正式作者有5人, 但實際參與編寫的人員有12人, 導(dǎo)致全書的風(fēng)格和水平不完全一致. 總體來說, 對天體力學(xué)和天體測量部分的介紹無論在內(nèi)容還是表述方面都優(yōu)于天體物理部分, 后者的個別內(nèi)容(如恒星演化結(jié)局)甚至出現(xiàn)了原則性錯誤.

4 國內(nèi)大學(xué)天文學(xué)教材評述

4.1 《天文學(xué)教程》

《天文學(xué)教程》(上、下)是南京大學(xué)天文學(xué)專業(yè)長期使用的普通天文學(xué)課程教材. 1988年出版第一版, 2003年出版第二版, 在國內(nèi)高校中有一定的影響. 該書作為教材需要分兩學(xué)期講授, 對應(yīng)7–8學(xué)時. 上冊內(nèi)容包括: 緒論、天球坐標(biāo)和時間計量系統(tǒng)、天體的輻射和天文觀測、地球和月球、行星和衛(wèi)星的運動、行星科學(xué)、太陽系小天體和太陽系起源、太陽; 下冊內(nèi)容包括: 恒星的一般性質(zhì)、變星和致密星、雙星、星團、星云和恒星演化、銀河系、星系和宇宙. 該書內(nèi)容覆蓋天體測量、天體力學(xué)和天體物理的主要領(lǐng)域, 這在上世紀(jì)八九十年代國內(nèi)同類教材中是比較少見的(在內(nèi)容和篇幅上與其相當(dāng)?shù)氖潜本煼洞髮W(xué)劉學(xué)富編著的《基礎(chǔ)天文學(xué)》). 該書的天球坐標(biāo)和時間計量系統(tǒng)部分涉及較多的球面三角等知識, 其他部分以描述性內(nèi)容居多, 對涉及的物理機制也進(jìn)行簡要介紹.

該書是中國學(xué)者編著的第一本比較系統(tǒng)的大學(xué)天文學(xué)教材, 結(jié)構(gòu)完整、數(shù)據(jù)詳實, 在長期使用中為天文人才培養(yǎng)做出了重要貢獻(xiàn). 其不足在于以下幾方面: 由于出版年代較早且修訂不夠及時, 部分內(nèi)容已經(jīng)過時; 天體物理部分的結(jié)構(gòu)編排不是特別合理, 每章基本上以天體現(xiàn)象介紹為主, 缺少對天體物理性質(zhì)和方法的深入闡述; 沒有提供例題和習(xí)題, 不利于學(xué)生自學(xué)和鞏固所學(xué)知識.

4.2 《天體物理學(xué)》

由北京師范大學(xué)李宗偉和肖興華編寫的《天體物理學(xué)》是“十二五”普通高等教育本科國家級規(guī)劃教材. 該書共十章, 比較全面地介紹了天文學(xué)的全貌, 涉及天體物理學(xué)的絕大部分重要領(lǐng)域.在2012年第二版中大幅修訂了星系天文學(xué)和宇宙學(xué)方面的內(nèi)容, 做到與時俱進(jìn). 此外也介紹了21世紀(jì)以來天文學(xué)研究的一些重要進(jìn)展, 特別是Ia型超新星和宇宙學(xué)、銀河系、河外星系等. 該書注重用簡練的公式推導(dǎo)和量級估計來建立物理圖像, 每章提供了習(xí)題以及參考答案.

受篇幅所限, 該書在部分章節(jié)的寫法上偏向于采用綜述和總結(jié)的形式, 缺少例題, 初學(xué)者使用可能有一定難度, 因此更加適合有一定天文學(xué)基礎(chǔ)的讀者. 另外, 太陽系外行星部分放在銀河系這一章中顯得有些突兀.

4.3 《天體物理概論》

由中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)向守平編寫的《天體物理概論》是“十一五”普通高等教育本科國家級規(guī)劃教材.該書的定位是基于大學(xué)普通物理的概念和知識,系統(tǒng)介紹宇宙各主要層次的結(jié)構(gòu)特征和形成演化的物理過程, 突出基本物理概念和物理圖像, 盡可能避免繁瑣的數(shù)學(xué)推導(dǎo). 在側(cè)重基礎(chǔ)的同時, 對一些前沿?zé)狳c問題也進(jìn)行了適當(dāng)?shù)慕榻B和討論, 同時把天文學(xué)發(fā)展史上的一些重要事件結(jié)合到課程內(nèi)容之中, 使讀者能夠比較具體地了解探索宇宙奧秘的過程.

該書篇幅較短, 除第一章緒論外, 主體部分只有六章, 包括基本天體物理量及其測量、恒星的形成與演化、致密星、星際物質(zhì)、星系和宇宙學(xué)簡介, 似可以適當(dāng)擴展.

4.4 《天文學(xué)新概論》

由南開大學(xué)蘇宜編寫的《天文學(xué)新概論》是“十二五”普通高等教育本科國家級規(guī)劃教材. 該書面向非天文專業(yè)的大學(xué)生, 適合作為通識課程教材,有一定的社會影響. 全書分為十二章, 共500多頁,因此, 在實際授課時只能選用部分內(nèi)容. 該書具有如下幾個特點: (1)第一章花了近40頁介紹宇宙概觀, 給讀者提供天文學(xué)發(fā)展的整體圖象; (2)盡管是通識課程教材, 書中還是適當(dāng)給出一些重要的公式和推導(dǎo), 并用不同字體描述拓展性內(nèi)容, 方便學(xué)有余力的讀者自學(xué); (3)介紹了天球坐標(biāo)系和時間計量等知識, 在其他同類教材中較為少見; (4)書中穿插了不少天文掌故,特別是中國天文學(xué)的發(fā)展歷史,可以激發(fā)讀者對天文的興趣.

本書的不足是結(jié)構(gòu)編排不盡合理. 第七章“當(dāng)代天文學(xué)新視野”和第八章“20世紀(jì)60年代四大天文發(fā)現(xiàn)”在內(nèi)容上相對獨立, 與前后內(nèi)容缺少邏輯上的聯(lián)系; 第六章“星系”安排在恒星結(jié)構(gòu)與演化內(nèi)容之前, 值得商榷.

5 中外教材的比較與討論

通過對比上述中外教材可以發(fā)現(xiàn), 盡管近幾十年來天文學(xué)研究取得了突飛猛進(jìn)的發(fā)展, 大學(xué)天文學(xué)教材的知識體系基本沒有大的變化, 主要由天文觀測方法與手段、行星系統(tǒng)、恒星、星系與宇宙四部分組成. 不同教材的篇幅和側(cè)重點不同, 但基本框架是類似的.

與西方(主要是歐美)出版的教材相比, 我國大學(xué)天文學(xué)教材在數(shù)量和質(zhì)量上處于全方位落后的狀態(tài). 這一方面說明我國高校教師對教材編寫缺乏熱情和投入, 需要改革和完善對教師的評價機制;另一方面, 編寫高質(zhì)量教材對教師的業(yè)務(wù)水平也提出了很高的要求.

以下簡要總結(jié)國外高水平教材普遍具有的特色和優(yōu)點, 這對我國高校教師未來編寫相關(guān)教材可以提供參考和借鑒.

1.理念. 雖然國外通識和專業(yè)教材在廣度和難度上有較大差異, 其理念是基本一致的, 即通過對天文現(xiàn)象的介紹和剖析, 幫助讀者了解天體過程,理解背后的物理規(guī)律, 建立清晰的物理圖像, 訓(xùn)練科學(xué)思維.

2.內(nèi)容. 國外教材通常內(nèi)容豐富而且表達(dá)方式多樣化, 將基礎(chǔ)知識與學(xué)科發(fā)展前沿相聯(lián)系, 注重知識的迭代更新, 及時再版, 例如《Astronomy Today》在2017年已經(jīng)出版了第9版.

3.結(jié)構(gòu). 國外通識課教材在章節(jié)結(jié)構(gòu)安排上比較用心. 往往以一條主線建立各章之間的聯(lián)系, 每章提供學(xué)習(xí)目標(biāo)和總結(jié), 通過例題和習(xí)題強化和拓展讀者對知識的理解.

4.方式. 在介紹概念的時候善于從讀者易于接受的角度入手, 常常結(jié)合例題形象生動地講解, 盡量用簡單的方式描述復(fù)雜理論, 大量使用圖文、表格和加框文字.它們既是對正文內(nèi)容的細(xì)化和補充,也幫助讀者理解和掌握重點和難點. 通識課教材一般圖文并茂, 以提高讀者的興趣; 專業(yè)課教材則較多配置概念圖和想象圖, 幫助讀者建立物理圖像.

5. 質(zhì)保. 為了保證教材的質(zhì)量, 國外教材出版前一般要經(jīng)過多位專家的審閱.

6. 資源. 為了與時俱進(jìn), 不少教材同時為教師和學(xué)生分別提供線上輔助教學(xué)和學(xué)習(xí)資源, 方便講授和自學(xué).

需要指出的是, 中外大學(xué)天文學(xué)教材也存在一些共性問題. 在強調(diào)目標(biāo)導(dǎo)向時, 對如何以問題為牽引、從學(xué)習(xí)者的角度設(shè)計課程體系和內(nèi)容關(guān)注不夠、著力不多, 主要反映在以下兩方面:

1.無論是國內(nèi)還是國外, 無論是通識課程還是專業(yè)課程, 大學(xué)天文學(xué)教材的讀者群往往都是對天文學(xué)知識了解不多的初學(xué)者. 從認(rèn)知的角度來說,問題驅(qū)動的教學(xué)方式更容易激發(fā)學(xué)生的興趣、加深他們對知識的理解. 然而, 國內(nèi)外的教材大都強調(diào)體系完整、結(jié)構(gòu)清晰, 以模塊化的方式處理知識單元, 對于科學(xué)問題的來龍去脈反而交代得不夠清楚.讀者在學(xué)習(xí)的過程中雖然可以掌握知識和方法,卻未必清楚前人的思考和探究過程, 對如何傳承創(chuàng)新思想和科學(xué)文化還研究得不夠深入.

2.天文學(xué)是一門不斷發(fā)展的學(xué)科. 在教材中既要向讀者介紹基礎(chǔ)知識, 也要讓讀者了解本學(xué)科的發(fā)展趨勢和研究熱點, 還要讓他們知曉目前存在的重要科學(xué)問題, 以激發(fā)讀者的學(xué)習(xí)熱情和求知欲,目前絕大部分教材對后者的重視仍然不足.