■江林焱 張立云 萬(wàn)俊桃/.貴州大學(xué)明德學(xué)院；2.貴州大學(xué)理學(xué)院

一、研究背景

天文學(xué)是研究宇宙中天體和天體系統(tǒng)的形成、結(jié)構(gòu)、活動(dòng)和演化的科學(xué)，在探索宇宙中的自然規(guī)律、促進(jìn)其他自然學(xué)科的發(fā)展、推動(dòng)技術(shù)進(jìn)步、研究日地空間環(huán)境，以及在提高全民素質(zhì)教育中有著不可替代的作用。開(kāi)展天文教育，不僅可以拓寬高校學(xué)生視野，豐富其知識(shí)，還可提升其人文和科學(xué)素養(yǎng)。對(duì)促進(jìn)高校學(xué)生知識(shí)結(jié)構(gòu)的合理化、培養(yǎng)科學(xué)理性思維方式有著重要意義，這也導(dǎo)致在國(guó)際上很多發(fā)達(dá)國(guó)家，高校內(nèi)普遍開(kāi)設(shè)天文學(xué)方面的選修課。而在我國(guó)，中國(guó)高校中本科開(kāi)設(shè)天文專業(yè)的就寥寥無(wú)幾，大量的非天文高校對(duì)天文教育的投入更是極其匱乏。這不僅阻礙了天文教育在這類高校中的發(fā)展，也不利于全民科學(xué)文化素養(yǎng)的提升和天文人才隊(duì)伍的培育。

STEM教育理念是一種立足生活經(jīng)驗(yàn)和社會(huì)實(shí)踐，旨在培養(yǎng)探究能力、批判性思維能力、與人溝通能力，通過(guò)整合科學(xué)(Science)、技術(shù)(Technology)、工程(Engineering)和數(shù)學(xué)(Mathematics)等領(lǐng)域內(nèi)容和方法進(jìn)行的跨學(xué)科學(xué)習(xí)范式。

以STEM教育理念為代表的新時(shí)代教育思想變革給教育教學(xué)帶來(lái)前所未有的機(jī)遇和挑戰(zhàn)，同時(shí)促使教育方式和教學(xué)行為的轉(zhuǎn)變。為了適應(yīng)時(shí)代發(fā)展需求，高校課堂教學(xué)應(yīng)當(dāng)主動(dòng)探索與新型教育理念同步的教學(xué)方式，培養(yǎng)符合時(shí)代要求的新型人才。本文試圖以STEM教育理念+天文教育的模式探索一條在非天文高校開(kāi)展天文教育的實(shí)踐路徑。

二、現(xiàn)狀分析

(一)師資資源欠缺

天文專業(yè)是一門(mén)小眾科學(xué)，對(duì)于大多數(shù)主要以工科、文科、藝術(shù)類等為主要專業(yè)的普通高校，極少開(kāi)設(shè)天文專業(yè)，這也導(dǎo)致了許多非天文類的高校缺乏相關(guān)天文教學(xué)背景的教師。即使是有天文專業(yè)的高校主要以科研任務(wù)為主，能長(zhǎng)期從事天文教育工作且具備天文觀測(cè)知識(shí)的人員也是少之又少。教師本身的天文觀測(cè)知識(shí)和經(jīng)驗(yàn)不足,以致于無(wú)法指導(dǎo)學(xué)生獲得真正的觀測(cè)資料。

(二)需求層次參差不齊

眾多天文愛(ài)好者們對(duì)天文學(xué)的認(rèn)識(shí)層次大相徑庭，有的只停留在認(rèn)識(shí)太陽(yáng)系中的八大行星，有的癡迷于科幻小說(shuō)中的外星人、黑洞、多維空間等，當(dāng)初步了解天文社團(tuán)只能做一些基本的觀測(cè)活動(dòng)后甚至覺(jué)得大失所望；有的甚至抱著純粹的浪漫主義情懷加入社團(tuán)，無(wú)意深度參與；而另有一部分人卻已經(jīng)熟練掌握操作帶有自動(dòng)跟蹤系統(tǒng)的望遠(yuǎn)鏡的觀測(cè)手段，以及相應(yīng)專業(yè)處理軟件(如MAXIM)數(shù)據(jù)處理的方法。這也直接導(dǎo)致了從事推動(dòng)天文教育的教師在組織天文教學(xué)過(guò)程中無(wú)法做到真正的因材施教，僅僅提供天文學(xué)入門(mén)級(jí)課程、講座及常見(jiàn)的望遠(yuǎn)鏡使用教學(xué)，已難以滿足各個(gè)層次學(xué)生的需求。

(三)天文教育缺乏足夠硬件支持

如今,我國(guó)有教學(xué)天文臺(tái)的高校數(shù)目有限,除少數(shù)開(kāi)設(shè)天文專業(yè)課程的高校愿意投入一定硬件設(shè)施，絕大多數(shù)的高校更多把資金投入其相關(guān)專業(yè)實(shí)驗(yàn)室的建設(shè)，而作為天文選修課和天文社團(tuán)所需要的天文教學(xué)設(shè)備欠缺問(wèn)題顯著。這也直接導(dǎo)致了天文教育更多的偏向理論教學(xué)，而無(wú)相應(yīng)實(shí)踐活動(dòng)予以支撐，使得其教學(xué)方法和教學(xué)形式單一，缺乏吸引力。

(四)個(gè)人興趣與學(xué)業(yè)提升、就業(yè)壓力多因素難以平衡

南京師范大學(xué)的袁啟榮老師在多年教學(xué)模式探索過(guò)程中，曾經(jīng)總結(jié)設(shè)計(jì)兩種教學(xué)思路：(1)從天文知識(shí)的系統(tǒng)性出發(fā)組織教學(xué)，整個(gè)過(guò)程盡量側(cè)重知識(shí)結(jié)構(gòu)的完整性，教學(xué)內(nèi)容也偏向?qū)I(yè)化，包含了天文學(xué)簡(jiǎn)史、天球坐標(biāo)和時(shí)間計(jì)量系統(tǒng)等知識(shí)點(diǎn)。(2)從趣味問(wèn)題出發(fā)組織教學(xué)，教學(xué)內(nèi)容側(cè)重于授課的趣味性,從引人入勝的科學(xué)問(wèn)題入手，介紹天文知識(shí)和方法。兩種思路各有利弊。僅從第一種思路來(lái)看，學(xué)生不僅需要較扎實(shí)的數(shù)學(xué)和物理基礎(chǔ)，還需要學(xué)習(xí)專業(yè)性較強(qiáng)的天文學(xué)系統(tǒng)理論，而第二種對(duì)教學(xué)目標(biāo)的實(shí)現(xiàn)有一點(diǎn)的難度。不管是第一種抑或是第二種，兩種思路均無(wú)法直接顯現(xiàn)對(duì)學(xué)生自身專業(yè)能力培養(yǎng)與就業(yè)技能的提升。高校學(xué)生無(wú)意愿投入大量精力在這個(gè)“無(wú)助學(xué)業(yè)、無(wú)助就業(yè)”的興趣愛(ài)好上。

三、STEM教育理念在高校天文教育中的實(shí)踐與應(yīng)用

結(jié)合當(dāng)前現(xiàn)狀，我們需立足當(dāng)下，充分整合現(xiàn)有資源，引入新的教學(xué)理念，改變天文教育現(xiàn)有的教學(xué)模式。而作為當(dāng)前最新教育理念的STEM它具有跨學(xué)科性、趣味性、體驗(yàn)性、情景性、協(xié)作性、設(shè)計(jì)性、藝術(shù)性、實(shí)證性、技術(shù)增強(qiáng)性的核心特征。STEM教育理念與天文教育的深度融合，不僅可實(shí)現(xiàn)天文教育的基本教學(xué)目標(biāo)，還可打破學(xué)科壁壘，為高校培養(yǎng)新時(shí)代創(chuàng)新性、綜合性人才奠定基礎(chǔ)。本人所在的貴州大學(xué)明德學(xué)院是一所典型的非天文基礎(chǔ)的普通高校，我校一直力圖推動(dòng)STEM+天文教育模式的實(shí)踐工作，經(jīng)過(guò)數(shù)年的摸索，總結(jié)出可操作性較強(qiáng)的實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)：

(一)以天文愛(ài)好者協(xié)會(huì)為核心力量推動(dòng)天文教育發(fā)展

考慮到非天文高校未開(kāi)設(shè)天文專業(yè)課，甚至連天文類選修課程也無(wú)法開(kāi)設(shè)，可借助組建天文愛(ài)好者社團(tuán)方式以聚集天文愛(ài)好者。通過(guò)校內(nèi)社團(tuán)活動(dòng)(如天文知識(shí)競(jìng)賽、專業(yè)望遠(yuǎn)鏡使用培訓(xùn))、校外實(shí)踐(如組織面向社會(huì)的如觀星或觀測(cè)日食、參加全國(guó)科技活動(dòng)周等天文科普活動(dòng))、全國(guó)專業(yè)競(jìng)賽(如參加各類天文競(jìng)賽)等，并將其作為天文教育主要對(duì)象以及培養(yǎng)隊(duì)伍。天文社團(tuán)成員既是科普成員骨干，亦是被教育對(duì)象，以此為核心力量將天文教育輻射至整個(gè)學(xué)校乃至地方社會(huì)普通民眾。天文社團(tuán)本著服務(wù)社會(huì)的思想，努力為天文學(xué)科儲(chǔ)備后備人才服務(wù)地方經(jīng)濟(jì)、文化、教育和旅游產(chǎn)業(yè)的發(fā)展，豐富校園文化生活為實(shí)現(xiàn)自身的宏偉目標(biāo)而奮斗不息，同時(shí)也為廣大的天文愛(ài)好者提供了一個(gè)展示自我的舞臺(tái)。

而作為整個(gè)團(tuán)隊(duì)核心的指導(dǎo)教師需要以高站位、高水準(zhǔn)的要求自身，需具備一定的專業(yè)素養(yǎng)、實(shí)踐能力、組織能力和奉獻(xiàn)精神。其不僅需要掌握扎實(shí)的理論基礎(chǔ)，還需有一定的天文實(shí)測(cè)能力和綜合學(xué)習(xí)能力。社團(tuán)成員各人的學(xué)科背景均可能有所不同，因材施教也是關(guān)鍵所在。同時(shí)，從社團(tuán)的搭建到管理是個(gè)長(zhǎng)期過(guò)程，所付出的努力無(wú)法體現(xiàn)在年度業(yè)績(jī)考核和職稱評(píng)選上。指導(dǎo)教師需有較強(qiáng)的教師職業(yè)道德感和使命感和無(wú)私回饋社會(huì)的奉獻(xiàn)意識(shí)。

(二)結(jié)合STEM教育理念，打造物理+天文+專業(yè)跨學(xué)科教育

盡管高校開(kāi)設(shè)天文專業(yè)的極少，但并非沒(méi)有天文的土壤。全國(guó)有絕大多數(shù)高校均有開(kāi)設(shè)相關(guān)大學(xué)物理、大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)等通識(shí)類課程，而該課程便是天文學(xué)的基礎(chǔ)。當(dāng)前物理類課程本身也存在知識(shí)內(nèi)容難度高、脫離前沿科學(xué)、學(xué)生學(xué)習(xí)積極性不強(qiáng)等問(wèn)題，甚至面臨被“砍”危機(jī)。但如果我們可以適當(dāng)將天文內(nèi)容融入大學(xué)物理和大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)課程，以物理類課程為基礎(chǔ)、天文興趣為引導(dǎo)，同時(shí)結(jié)合其他專業(yè)內(nèi)容，真正的實(shí)現(xiàn)STEM教學(xué)模式，跨學(xué)科的把專業(yè)課和天文知識(shí)融合，將天文教育打造為一門(mén)實(shí)踐課程。這不僅可以讓學(xué)生更加深入掌握物理知識(shí)，滿足天文教育的需求，還可促進(jìn)本專業(yè)的學(xué)習(xí)，加強(qiáng)了學(xué)生的實(shí)踐能力，一舉三得。

(三)基于STEM教學(xué)理念，設(shè)置“因?qū)６悺钡奶煳慕逃龑?shí)踐課題

以我校為例：貴州大學(xué)明德學(xué)院是以電氣系、信息系、傳媒系等多學(xué)科并存的綜合類高校。該校天文社團(tuán)的指導(dǎo)老師在針對(duì)不同的專業(yè)“因?qū)６悺钡脑O(shè)置天文教學(xué)課題，如：(1)指導(dǎo)傳媒專業(yè)學(xué)生，利用AR技術(shù)展現(xiàn)當(dāng)前世界最大單口徑的望遠(yuǎn)鏡FAST模型，并利用其動(dòng)畫(huà)制作及剪輯能力制作相應(yīng)宣傳片；(2)指導(dǎo)電氣自動(dòng)化專業(yè)的學(xué)生通過(guò)其專業(yè)軟件3D Max的3D建模功能以及最新的前沿技術(shù)3D打印技術(shù)，通過(guò)打印FAST望遠(yuǎn)鏡模型，讓學(xué)生認(rèn)識(shí)射電望遠(yuǎn)鏡的基本構(gòu)造和相應(yīng)功能；(3)指導(dǎo)信息系通信專業(yè)學(xué)生嘗試?yán)米灾铺炀€觀測(cè)太陽(yáng)、木星等天體射電輻射；(4)利用計(jì)信專業(yè)學(xué)生課借助虛擬天文臺(tái)發(fā)布的觀測(cè)數(shù)據(jù)，嘗試?yán)脵C(jī)器學(xué)習(xí)技術(shù)尋找超新星爆發(fā)事件。

在整個(gè)指導(dǎo)過(guò)程中，指導(dǎo)老師結(jié)合社團(tuán)中天文愛(ài)好者各自的專業(yè)特點(diǎn)，將理論專業(yè)性強(qiáng)的天文知識(shí)通過(guò)可視化信息技術(shù)、3D打印技術(shù)、工程制圖、無(wú)線電技術(shù)、通信原理、機(jī)器學(xué)習(xí)多學(xué)科融合。這不僅讓鍛煉了學(xué)生專業(yè)技術(shù)能力，也鍛煉了其實(shí)踐能力，團(tuán)隊(duì)能力，提升的學(xué)生的科學(xué)素養(yǎng)，也對(duì)天文教育工作起到一定的推廣作用，實(shí)現(xiàn)了其教學(xué)目標(biāo)。而本團(tuán)隊(duì)個(gè)別實(shí)踐案例已于2019年獲得“全國(guó)大學(xué)生天文創(chuàng)新作品競(jìng)賽”一等獎(jiǎng)、二等獎(jiǎng)，得到天文業(yè)界專家一致肯定。

四、展望

STEM教育理念在天文教育實(shí)踐過(guò)程中仍有許多課題亟待摸索，教師可根據(jù)自身能力及學(xué)校專業(yè)特點(diǎn)設(shè)置其他多個(gè)課題，例如“基于phyphox軟件測(cè)量重力加速度”、“基于Matlab模擬行星運(yùn)動(dòng)”、“脈沖星輻射過(guò)程可視化”等……。STEM 教育實(shí)施成功的一個(gè)關(guān)鍵因素在于問(wèn)題情境的設(shè)置。而這些課題立足于天文科學(xué)、數(shù)學(xué)、工程和技術(shù)，切合學(xué)習(xí)者的學(xué)習(xí)環(huán)境和背景，按需設(shè)計(jì)了具備可操作性又有一定深度的問(wèn)題情境，真正的實(shí)現(xiàn)了STEM 教育理念。整個(gè)實(shí)踐過(guò)程更易構(gòu)建和鞏固學(xué)習(xí)者個(gè)體相關(guān)的知識(shí)體系，同時(shí)學(xué)以致用，避免將知識(shí)變?yōu)槎栊灾R(shí)。

STEM教育理念不是簡(jiǎn)單地將科學(xué)技術(shù)、工程、數(shù)學(xué)等學(xué)科進(jìn)行疊加，而是一種有機(jī)整合，一種立足于學(xué)生應(yīng)具備的、能適應(yīng)終科教熱點(diǎn)、自身發(fā)展和社會(huì)需要的必須品格和關(guān)鍵能力的跨學(xué)科整合。天文學(xué)是一門(mén)古老的學(xué)科，但隨著我們的教育理念的更新，這門(mén)學(xué)科不但可以重?zé)ㄉ鷻C(jī)，還可以幫助培養(yǎng)更多的不同專業(yè)的人才，可以讓天文教育更深層次的融入社會(huì)，提升公眾的科學(xué)素養(yǎng)，加強(qiáng)學(xué)生實(shí)踐能力、團(tuán)隊(duì)能力的綜合能力的提升。這不僅助力學(xué)生自身的發(fā)展，對(duì)天文教育來(lái)說(shuō)也是一種良性的推動(dòng)。