▍蘇州大學(xué)電子信息學(xué)院 竇玉江

作為自然科學(xué)六大基礎(chǔ)學(xué)科（數(shù)學(xué)、物理學(xué)、化學(xué)、天文學(xué)、地理學(xué)、生物學(xué)）之一，天文學(xué)稱得上是古老而美麗的一個(gè)學(xué)科。同時(shí)，現(xiàn)代天文學(xué)又與數(shù)學(xué)、物理、電子、計(jì)算機(jī)、機(jī)械、考古、生命科學(xué)等多個(gè)學(xué)科互為關(guān)聯(lián)，交叉發(fā)展，每一次天文學(xué)的重大突破都會對人類文明和現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)產(chǎn)生重大而深刻的影響。自20世紀(jì)70年代至今，先后有11個(gè)項(xiàng)目17位天文學(xué)家因?yàn)樵谔煳膶W(xué)方面的卓越貢獻(xiàn)而獲得諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)。

然而，我國各類高校中開設(shè)天文課的不超過50所。因此，基于加強(qiáng)高校大學(xué)生的天文素質(zhì)教育，開設(shè)高校天文公選課就變得十分有意義了。

一、開設(shè)高校天文公選課的必要性

美國國家天文學(xué)聯(lián)盟副主席肯·威爾科克認(rèn)為：“對于學(xué)生，天文學(xué)是檢驗(yàn)他們一生對科學(xué)興趣的最好方法。”目前，幾乎所有的發(fā)達(dá)國家都十分重視大學(xué)生的天文素質(zhì)教育，同時(shí)學(xué)生本身也對天文學(xué)產(chǎn)生了濃厚的興趣。在西方，甚至很多大學(xué)生唯一選修的自然科學(xué)課程就是天文公選課。

相對而言，我國的天文科普教育做得有些薄弱。2014年，好萊塢推出的天文科幻商業(yè)大片《星際穿越》在我國上映時(shí)，甚至出現(xiàn)了年輕情侶因看不懂劇情而發(fā)生爭執(zhí)乃至分手的新聞。

當(dāng)代大學(xué)生是未來推進(jìn)我國各方面事業(yè)建設(shè)和發(fā)展的核心力量，在大學(xué)教育階段為他們構(gòu)建完整的知識體系，規(guī)避因高考指揮棒帶來的功利性應(yīng)試教育而導(dǎo)致的狹窄知識面就顯得很有必要了。

二、當(dāng)前高校天文公選課的教學(xué)現(xiàn)狀

高校天文課的量與質(zhì)不僅關(guān)系大學(xué)生的科學(xué)素養(yǎng)與國民素質(zhì)的提高，而且關(guān)系天文事業(yè)的發(fā)展。世界上許多國家，包括某些發(fā)展中國家，大學(xué)開設(shè)天文課十分普遍，甚至中學(xué)就已開設(shè)。我國卻不是這樣，據(jù)統(tǒng)計(jì)，每年接受天文教育的在校大學(xué)生不超過萬分之五。

近年來，為提高大學(xué)生的人文素質(zhì)和科學(xué)素養(yǎng)，促進(jìn)知識結(jié)構(gòu)的合理化，以利于各學(xué)科間的相互滲透，各高校紛紛開設(shè)公共選修課，加強(qiáng)通識教育。筆者所在的蘇州大學(xué)也于2016年開始開設(shè)天文公選課，每年選修的人數(shù)超過300人。作為學(xué)校開設(shè)的眾多選修課中的一門，天文公選課需要精心設(shè)計(jì)規(guī)劃。目前，高校學(xué)習(xí)風(fēng)氣普遍比較浮躁，“必修課選逃，選修課必逃”已經(jīng)成為一句口號。很多學(xué)生面對必修課還可能迫于壓力而認(rèn)真學(xué)習(xí)，但到了選修課則只是應(yīng)付形式混學(xué)分而已。造成這種現(xiàn)狀的原因，一方面是高校本身對選修課的重視程度不夠，導(dǎo)致學(xué)生的不重視；另一方面是授課教師對課程內(nèi)容的設(shè)計(jì)和對授課方式的選取不夠吸引學(xué)生。

三、天文公選課的設(shè)計(jì)思路

高校天文公選課要面向不同專業(yè)、不同知識背景的學(xué)生，有些同學(xué)有比較好的數(shù)學(xué)和物理基礎(chǔ)，而有些同學(xué)在自然科學(xué)領(lǐng)域的知識儲備還處于高中階段（如一些文科生），因此講授深度需要合理安排。另外，為了提高學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，教學(xué)模式要靈活多變，不能僅限于傳統(tǒng)教學(xué)的課堂講授。因此，設(shè)計(jì)好天文公選課需要進(jìn)行多方面的考慮。

（一）教學(xué)內(nèi)容設(shè)計(jì)

面對不同專業(yè)背景的學(xué)生群體，教學(xué)內(nèi)容安排不宜過深。因?yàn)槟壳皣鴥?nèi)學(xué)生在天文方面涉獵比較少，所以教學(xué)內(nèi)容應(yīng)以“掃盲”為主，盡量少介紹那些晦澀難懂的內(nèi)容，盡可能少地闡述公式。同時(shí)，兼顧教學(xué)的系統(tǒng)性，可將較為全面的天文知識向?qū)W生傳播。筆者在蘇州大學(xué)開設(shè)的天文公選課——仰望星空，采用南開大學(xué)蘇宜教授編寫的《文科天文》為教材，按照由小到大、由近及遠(yuǎn)、由易到難的順序向?qū)W生講授，課程構(gòu)架體系如下表所示。

仰望星空課程體系設(shè)置

第八講 地外文明第九講 宇宙的創(chuàng)生與終結(jié)

（二）多媒體教學(xué)設(shè)計(jì)

天文學(xué)有著比其他學(xué)科更吸引人的地方——美麗的天文圖片。絢爛的星空、美麗的天體，這些資源可以幫助我們把課程PPT制作得更加美觀，從而激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣。然后，較多地編輯、整理教學(xué)視頻（如BBC的天文紀(jì)錄片）播放給學(xué)生，動態(tài)的畫面可以幫助學(xué)生建立最直觀的印象，如行星撞擊地球的畫面可以給學(xué)生留下深刻的印象。觀看視頻除了是一種視覺的享受外，也可以放松大腦，達(dá)到學(xué)習(xí)和放松的平衡，因此受到很多學(xué)生的喜愛。

（三）前沿知識引入

天文學(xué)是一個(gè)不斷向前發(fā)展的學(xué)科，每一年都有前沿的研究成果出現(xiàn)。如，2016年LIGO科學(xué)合作組織兩次宣布探測到來自宇宙深處的引力波，在天文學(xué)界和物理學(xué)界引起轟動；2016年7月3日，由我國建造的全球最大的球面射電望遠(yuǎn)鏡FAST落成，為地球安上了探索宇宙的“天眼”。再比如，2017年5月26日，地基極端巨大望遠(yuǎn)鏡——?dú)W洲極大望遠(yuǎn)鏡（European Extremely Large Telescope，E-ELT）正式在智利奠基，建成后將是全球最大的光學(xué)望遠(yuǎn)鏡，旨在探索外星生命等天文前沿問題，預(yù)計(jì)2024年開光。這些有影響力的事件令人振奮，讓學(xué)生在學(xué)習(xí)傳統(tǒng)天文學(xué)的同時(shí)又不斷了解最前沿的信息，使得課堂教學(xué)也與時(shí)俱進(jìn)。

（四）課外參觀引導(dǎo)

“紙上得來終覺淺，絕知此事要躬行。”課堂上所能展示的內(nèi)容終究有限，現(xiàn)代教學(xué)不同于過去，教學(xué)條件已經(jīng)大幅提高，要充分利用社會資源盡可能多地向?qū)W生展示科學(xué)成果，讓學(xué)生近距離觀看觀測設(shè)備，有助于學(xué)生現(xiàn)場提出問題并獲得答案。如2018年11月，筆者授課班級參觀了位于上海松江區(qū)的中國最大的拋物面射電望遠(yuǎn)鏡——天馬望遠(yuǎn)鏡（如圖所示）。當(dāng)時(shí)參觀的同學(xué)看到接收陣面分為主陣面和副陣面兩部分，就直接提出問題：“為什么設(shè)計(jì)時(shí)要設(shè)計(jì)兩個(gè)陣面？直接把饋源放到主陣面的焦點(diǎn)上不是更簡單嗎？”當(dāng)然，這涉及卡塞格林式望遠(yuǎn)鏡的優(yōu)點(diǎn)，如果不是現(xiàn)場參觀，初學(xué)者是問不出這種水平的問題的。

天馬望遠(yuǎn)鏡

（五）師生互動學(xué)習(xí)

單方面的講授式教學(xué)很容易讓學(xué)生疲憊、走神，如果學(xué)生能參與進(jìn)來成為該課程的“主人”之一，則往往能夠收獲較深刻的理解。同時(shí)，學(xué)生通過自學(xué)獲得的體會又會對老師有所啟發(fā)，雙方都能有所收獲。蘇州大學(xué)天文課將期末考試設(shè)計(jì)為一些小的課題，由學(xué)生按照興趣選擇，并組隊(duì)調(diào)研、書寫報(bào)告，然后在課堂上演講，接受老師和同學(xué)的提問。在一定的壓力作用下，學(xué)生往往準(zhǔn)備得較充分，在完成期末考試的同時(shí)不僅收獲了知識，還獲得了團(tuán)隊(duì)協(xié)同工作的經(jīng)驗(yàn)。

四、老師的修養(yǎng)與提高

宇宙學(xué)中存在很多不易理解的概念，比如大爆炸時(shí)才出現(xiàn)了空間和時(shí)間、宇宙的有限無界結(jié)構(gòu)等，這些概念無法通過日常經(jīng)驗(yàn)得到。另外，在天文選修課的教授過程中，一些深奧的物理問題是無法繞開的，比如，宇宙大爆炸理論中會涉及時(shí)空量子化、恒星演化中會涉及核聚變、宇宙結(jié)構(gòu)和黑洞的講解中會涉及時(shí)空彎曲、平行宇宙中會涉及量子態(tài)糾纏等。要想講授清楚，老師需要涉獵不同學(xué)科的知識，不斷提高自己；而且還要有計(jì)劃地參加一些天文教育會議和培訓(xùn)班，通過交流來豐富自己的學(xué)識及教學(xué)經(jīng)驗(yàn)。