新世纪高等师范院校天文普及教学探索

摘要：天文学是自然学科的的六大基础学科之一。高等师范院校作为区域科普教育中心，开设面向不同层次学生的基础天文课程对提高区域天文科普水平有重要意义。本文通过面向不同层次师范生的基础天文学教学实践，系统探讨了新世纪高等师范院校天文教学和普及经验，为地方高等师范院校和中小学的天文学教学和普及提供参考。

关键词：师范 天文 教学

中图分类号：Pl-4

文献标识码：C

DOI：10.3969/j.issn.1672-8181.2015.03.135

天文学与数学、物理、化学、生物、地球科学并列为六大基础自然学科。天文学从其诞生之初起就为人类社会提供定位、时间和历法等服务。时至今日，天文学理论已发展成为含天体测量学、天体力学和天体物理学三大分支的完整学科体系，天文学的应用已经渐拓展到人类生产生活的方方面面。然而，中国现行的天文普及教育尚未形成完整体系，零散的天文学内容通常归并人中小学的《地理》或《科学》课程中，包括大学生在内的大众天文知识的缺乏正在从教育体制问题衍生成社会问题。建立大众正确的宇宙观和世界观，是现实生活的需要，也是社会和谐发展的需要。高等院校师范生是基层科学普及工作的主要参与者和实施者，科学教育和地理教育的专业师范生成为基层天文学普及师资的主要来源，提高相关专业高校师范生的天文学素养成为天文普及教育工作的当务之急。然而，传统强调数理基础和观测实践的天文教学，面临着专业师资缺乏和仪器简陋等诸多现实问题，影响了天文学的教学和普及效果。笔者通过长期面向不同层次师范生的基础天文学教学实践，系统探讨了师范院校基础天文学的教学和普及经验，为区域科普天文教育人才的培养和中小学天文教育工作的开展提供参考。

1 整合资源和营造氛围

天文学是研究宇宙的学科，而肉眼看到的宇宙是极其有限的，所以天文学从某种程度上是基于“望远镜”的科学。国际天文热唤醒了人们的天文热情，也引发了网络和现实天文教学资源的大爆发。基于现代教育技术的多媒体课件设计和制作是开展天文科普教学的首选方法，多媒体手段通过图片、动画、音频和视频等形式可真实再现望远镜里的宇宙，从而缩短学生与天体之间的距离感，但多媒体手段是对宇宙空间的简化和抽象，与现实的宇宙尚存在距离。而综合多媒体技术、虚拟现实技术和空间观测技术最新成果的计算机和手机星空模拟软件（ Stellarium，StarryNight，SkyView）通过虚拟的三维数字宇宙，更是为基础天文学教学提供了一个综合性的全天候的虚拟教学平台。学生学习过程中仿佛置身于真实的天空之下，根据需要演示即时即地的天文现象，并通过随时更新的天体数据库了解目标天体的基本特征。基于星空模拟软件的基础天文学教学突破传统的“先讲授后演示”的传统教学模式，使学生在现实中学习，在现实中应用，减少不必要的教学环节，大大提高了课堂效率，更重要的是切实提高了学生对于天文学基本原理和基本方法的应用能力，特别适合于基础天文教学，值得普及和推广。

2 热点导入和激发兴趣

激发学生的学习动机是基础天文学教学的首要环节。国际盛行的天文热使天文现象和天文事件常常见诸于报端，大众对基本天文概念似乎都已耳熟能详，但对于基本概念背后的天文学原理却不得而知。教师应即时抓住学生这种基于有限的感性认识而引发的求知欲望，结合近期天文热点，激发学生的学习动机，导人理论课程内容，使学生的学习从零散转向系统，从感性到理性，从被动接受到主动探索，这种教学模式符合人的心理认知规律，也符合建构主义的教学理念。如讲授“太阳系”时，可结合狮子座流星雨、火星探测、冥王星的归属等太阳系的相关科学问题等；而讲授“地月系”时，可结合日月食和月球探测等；讲授“星空区划”时，可结合国际星空区划中的“星座神话”和中国星空区划中的“星官”和“分野”制度等。从而使学生从天文现象人手，自觉迈人天文学习的殿堂。

3 侧重过程和注重类比

现代天文学包括天体测量学、天体力学和天体物理学三大学科分支，而这也代表了天体研究由浅人深的三个层次，不同尺度天体由于观测条件的差异研究程度自然也不尽相同，反映在天文学教材上不同尺度天体介绍的详略不同。但传统天文学教材对此并未说明，从而使初涉天文的学生往往对这种相对凌乱的知识体系准备不足，对课程的重难点也把握不准，深陷于海量的天体数据和轨道参数等天体测量学特征，无暇顾及测量学特征背后的天体力学和天体物理学原理。鉴于此，面向非天文专业学生的基础天文学教学应强调面向天体运动过程的原理解释和现实意义，测量学内容作为天体静态特征可随时查阅。此外，宇宙是不同天体系统形成的自组织结构，不同尺度天体的形成、分类和演化具有类似的特征。实际天文学教学中在从宏观到微观讲授天体系统时，应注意教学内容前后的逻辑性和类似性，以点带面，合理分配学时。如宇宙的演化、星系的演化、恒星演化、太阳系的演化的教学；再如星团的分类、星系的分类、星云的分类等内容均可实现类比，不仅有效提高了理论课堂的教学效果，增强了学生对于天文学原理的迁移能力，而且可将更多的精力放在更为重要的天文学应用的教学中。

4 仪器演示和数字模拟

天文学相对抽象的理论内容需要学生有丰富的空间想象能力和敏锐的逻辑思维能力，而初涉天文的学生的宇宙框架尚未完全建立，实际教学通常配合配备相当数量的天文演示仪器辅助理论教学，加深学生对天文学原理的理解和认识。常用天文演示仪器有天象仪、天球仪、三球仪、电子活动星图等等。值得注意的是，考虑到地区天文发展水平的差异，天文演示仪器的选用在经济条件有限的前提下应尽量小型化、便携化、自制化、数字化和拟人化，在保障课堂演示效果的同时，有效降低教学成本，更重要的是使学生有机会自己重复实验过程，便于课后巩固和复习，也利于天文学的普及和推广。近年来数字星空模拟软件的成熟为这种教学思路提供的契机，该类软件可集中展现天体周日视运动、周年视运动、四季星空、日月食、行星凌日、五星连珠、彗星回归和流星雨等诸多天文演示功能，从而在有多媒体教学条件的课堂中成为最佳的教学和实验平台，大大提高了教学效果。

5 角色扮演和时空对应

天文学的基础教学通常不可避免的涉及到基本概念的识记和理解，也成为天文科普教学中常见的门槛。例如，星空区划是是科普天文教学的重点，但其中涉及的全天88星座的记忆是实际教学中的难点，也是学生识别四季星空的基础。实际教学中，教师按照传统方法根据当地星空的可视情况对多星座进行简化的同时，可将特定星座的名称和相对位置与学生的姓名和籍贯的地理位置逐个对应起来，每个学生扮演一个星座，地球表面的学生籍贯的相对位置也对应星座在天球上的相对位置，而且教学时也要求“对号入座”，保持彼此间的相对位置关系，从而使教学过程中的每一次“点名”和“落座”都成为星空区划知识的复习巩固。更重要是，在课时有限的前提下，调动了学生的积极性，使学生从抽象晦涩的天文学理论中解脱出来，在轻松的氛围中到达满意的学习效果。

6 来源现实回归现实

天文学是来源于现实的科学，与人类生产生活息息相关。而面向非天文专业师范生的基础天文学教学的最终目的也是将有限的天文知识运用到学生自己的专业和社会实践中。理论课程讲授要从现实出发，最后又回到现实。引导学生从天文现象的感性认识出发，探讨的天文现象背后的基本原理，了解研究这些基本原理涉及的基本方法，进行总结归纳分类，然而再推而广之。实际教学中，可针对学生不同的知识背景设计不同专题应用内容，如面向文科生的“天文年代学”教学，面向理科生的“天文气候学”、“天体物理学”等专题。这种面向现实的基本教学理念应渗透到天文学基本原理和方法的教学环节中，减少不必要的中间教学环节，切实提高学生对天文学基本原理和方法的实际应用能力，而且为自己将来的教学和科普奠定基础。

21世纪以来，以载人航天和空间探测为主题的天文热开始在全球盛行，现代天文学进展和各种天文现象开始受到越来越多的大众关注，良好的社会氛围为我们开展天文科普工作提供了契机。高等师范院校是区域天文科普教育的中心，提高科普天文教育人才的培养质量，促进地方天文科普事业的发展，是区域高等师范院校应履行的社会责任。高等师范院校应充分整合天文教学资源，灵活运用教学方法，并结合丰富的天文实践，使高质量的天文科普教育通过高校辐射到基层中小学，从而使天文学真正从书本回归社会。

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