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摘 要： 摘要:以實(shí)現(xiàn)融知識(shí)素質(zhì)能力一體的高階性天文通識(shí)教育為目標(biāo)，結(jié)合二十年來(lái)的天文教學(xué)實(shí)際，總結(jié)了創(chuàng)新性教學(xué)模式，包括:構(gòu)建線上線下結(jié)合、研討講授結(jié)合的多樣化天文課程體系，創(chuàng)新知識(shí)傳授、素質(zhì)提升、能力培養(yǎng)融合的教學(xué)方法，設(shè)計(jì)虛實(shí)結(jié)合的天文觀測(cè)實(shí)踐
摘要:以實(shí)現(xiàn)融知識(shí)素質(zhì)能力一體的高階性天文通識(shí)教育為目標(biāo)，結(jié)合二十年來(lái)的天文教學(xué)實(shí)際，總結(jié)了創(chuàng)新性教學(xué)模式，包括:構(gòu)建線上線下結(jié)合、研討講授結(jié)合的多樣化天文課程體系，創(chuàng)新知識(shí)傳授、素質(zhì)提升、能力培養(yǎng)融合的教學(xué)方法，設(shè)計(jì)虛實(shí)結(jié)合的天文觀測(cè)實(shí)踐教學(xué)方式，通過(guò)天文名家常態(tài)授課、天文臺(tái)觀測(cè)條件利用等手段匯聚優(yōu)質(zhì)天文教學(xué)資源等，為高等院校天文學(xué)教學(xué)改革提供借鑒。
關(guān)鍵詞:天文通識(shí)教育;教學(xué)模式;課程體系;教學(xué)方法
一、引言
習(xí)近平同志在第28屆國(guó)際天文學(xué)聯(lián)合會(huì)大會(huì)致辭時(shí)指出[1]，浩瀚無(wú)垠的宇宙空間，讓人類充滿好奇、為之神往;博大精深的天文科學(xué)，吸引著世世代代孜孜鉆研、不懈探尋。天文學(xué)是研究宇宙的科學(xué)，是自然科學(xué)的六大基礎(chǔ)學(xué)科之一，也是推動(dòng)自然科學(xué)和高新技術(shù)發(fā)展，促進(jìn)人類社會(huì)進(jìn)步的最重要最活躍的前沿學(xué)科之一，在人類認(rèn)識(shí)世界、改造世界的活動(dòng)中始終占有重要位置。
重視本科教學(xué)，加強(qiáng)通識(shí)教育，培育科學(xué)精神，提升科學(xué)素質(zhì)，培養(yǎng)智慧的、對(duì)社會(huì)有貢獻(xiàn)的人，是哈佛、耶魯、麻省理工等世界一流大學(xué)的共識(shí)[2-3]。教育部印發(fā)的《關(guān)于加快建設(shè)高水平本科教育全面提高人才培養(yǎng)能力的意見(jiàn)》(教高[2018]2號(hào))明確指出，要提升學(xué)生綜合素質(zhì)，發(fā)展素質(zhì)教育。
天文教育是國(guó)際上大學(xué)通識(shí)教育的核心課程模塊之一[4]。搞好天文學(xué)通識(shí)教育，對(duì)于學(xué)生知識(shí)傳授、素質(zhì)提升、能力培養(yǎng)等均具有重要意義[5]。天文教育教學(xué)目標(biāo)主要包括:大范圍普及天文知識(shí)，優(yōu)化學(xué)生自然科學(xué)知識(shí)結(jié)構(gòu);培養(yǎng)科學(xué)研究方法、探索精神、批判思維，提升綜合科學(xué)素質(zhì);培育學(xué)生在從事的專業(yè)領(lǐng)域應(yīng)用天文的意識(shí)和能力;塑造學(xué)生唯物的世界觀和方法論。天文學(xué)在軍事領(lǐng)域應(yīng)用廣泛，軍兵種院校和部隊(duì)訓(xùn)練機(jī)構(gòu)專門開(kāi)展相關(guān)教育培訓(xùn)。培養(yǎng)高素質(zhì)的通用專業(yè)技術(shù)人才和聯(lián)合作戰(zhàn)保障人才，進(jìn)行基本的天文通識(shí)教育，這種做法基礎(chǔ)而必要。21世紀(jì)是人類走向太空的世紀(jì)，適應(yīng)人類對(duì)宇宙認(rèn)識(shí)的深化和航天事業(yè)的飛速發(fā)展，普及天文知識(shí)也是非常必要的。
國(guó)防科技大學(xué)是軍隊(duì)工程技術(shù)的最高學(xué)府，歷來(lái)重視本科生通識(shí)教育，依托在天體力學(xué)、天文導(dǎo)航、深空探測(cè)等領(lǐng)域的深厚積累和特色優(yōu)勢(shì)，自2001年起在全校開(kāi)設(shè)天文學(xué)通識(shí)課程。由于學(xué)校前期沒(méi)有專門的天文學(xué)專業(yè)，過(guò)去也沒(méi)有開(kāi)展天文教育的經(jīng)歷和經(jīng)驗(yàn)，起步階段面臨多種困難和問(wèn)題，主要表現(xiàn)在四個(gè)方面:一是課程體系和課程內(nèi)容不合理，與通識(shí)教育目標(biāo)和受眾特征不適應(yīng);二是教學(xué)過(guò)程重在知識(shí)傳授，科學(xué)素質(zhì)提升不夠;三是缺乏實(shí)踐教學(xué)環(huán)節(jié)，天文觀測(cè)能力得不到培養(yǎng);四是教學(xué)資源結(jié)構(gòu)單一且水平不高，僅依靠校內(nèi)力量，難以支撐高階性教學(xué)。經(jīng)過(guò)二十年的發(fā)展，學(xué)校天文通識(shí)教育教學(xué)團(tuán)隊(duì)多方并舉，大膽革新，在課程體系、教學(xué)內(nèi)容、教學(xué)方式、教學(xué)資源等方面進(jìn)行了創(chuàng)新探索與實(shí)踐應(yīng)用，取得了一系列重要成果。2019年，全校公共選修課“天文學(xué)基礎(chǔ)”入選湖南省一流本科課程。
二、國(guó)防科技大學(xué)天文通識(shí)教育發(fā)展歷程
初期探索階段(2001—2008年):2001年，教學(xué)團(tuán)隊(duì)開(kāi)始開(kāi)設(shè)“天文學(xué)基礎(chǔ)”公共選修課。由于學(xué)校沒(méi)有天文學(xué)專業(yè)，這一階段只有一門課程，沒(méi)有形成體系，只有理論講授，沒(méi)有實(shí)踐環(huán)節(jié)，教學(xué)工作主要是參考兄弟院校已有教學(xué)大綱和教材，自編講義，建設(shè)教學(xué)資源庫(kù)，逐步探索教學(xué)經(jīng)驗(yàn)。盡管如此，課程開(kāi)課后深受學(xué)員喜愛(ài)，春秋學(xué)期連續(xù)開(kāi)課，每學(xué)期最多時(shí)達(dá)4個(gè)班。
相關(guān)期刊推薦：《高等教育研究學(xué)報(bào)》(季刊)創(chuàng)刊于1978年，設(shè)有：高等教育研究、軍事教育訓(xùn)練、高等教育管理、教育改革與實(shí)踐、綜合研究、外國(guó)高等教育介紹等欄目。
體系化建設(shè)階段(2009—2013年):2009年開(kāi)始，結(jié)合國(guó)際上大學(xué)通識(shí)教育大勢(shì)，教學(xué)團(tuán)隊(duì)以學(xué)校2009和2012兩輪本科人才培養(yǎng)方案論證為契機(jī)，構(gòu)思體系化開(kāi)展天文通識(shí)教育，革新了“天文學(xué)基礎(chǔ)”課程教學(xué)內(nèi)容，突出科學(xué)素質(zhì)培育，淡化知識(shí)傳授，購(gòu)置天文光學(xué)望遠(yuǎn)鏡，增設(shè)實(shí)踐教學(xué)環(huán)節(jié)，增開(kāi)了新生研討課“航天時(shí)代的天文學(xué)”，順應(yīng)信息化教學(xué)發(fā)展，逐步錄制建設(shè)MOOC，天文通識(shí)教育逐步形成體系，線上線下結(jié)合，覆蓋范圍大大拓展。
新時(shí)期完善優(yōu)化階段(2014—2020年):2014年以來(lái)，教學(xué)團(tuán)隊(duì)延攬更多校外名師，加強(qiáng)與航天和應(yīng)用的聯(lián)系，特別是加強(qiáng)了深空探測(cè)、天文航海、天文導(dǎo)航等內(nèi)容，應(yīng)用電子星圖軟件和萬(wàn)維望遠(yuǎn)鏡開(kāi)展虛擬實(shí)踐教學(xué)，推進(jìn)新生研討課教學(xué)模式改革，探索課外天文科普教育方式等，在教學(xué)實(shí)踐中持續(xù)優(yōu)化教學(xué)內(nèi)容和教學(xué)組織模式，教學(xué)質(zhì)量和效果呈現(xiàn)新面貌。
三、天文通識(shí)教育教學(xué)模式創(chuàng)新
1.構(gòu)建線上線下結(jié)合、研討講授結(jié)合的多樣化天文課程體系
立足通識(shí)教育定位，針對(duì)非天文學(xué)專業(yè)學(xué)員群體特征，綜合分組研討與專題講座、多班次多學(xué)期大范圍授課、線上教學(xué)線下研討等多種形式，建設(shè)了集新生研討課、公共選修課、天文學(xué)新視野與觀測(cè)實(shí)踐系列MOOC為一體的豐富的天文課程體系，如圖1所示。
“航天時(shí)代的天文學(xué)”新生研討課適應(yīng)學(xué)生從高中到大學(xué)轉(zhuǎn)變階段的特征，通過(guò)天文、航天、科技、哲學(xué)相關(guān)專題研討與專題講座，激發(fā)學(xué)生科學(xué)興趣，培養(yǎng)科學(xué)探索精神，培育科學(xué)研究方法與科學(xué)思維，提高交流表達(dá)能力，強(qiáng)化唯物的世界觀。在內(nèi)容特征上，以天文與航天專題研討為例，涵蓋航天技術(shù)與天文學(xué)的互動(dòng)關(guān)系、實(shí)例，太陽(yáng)系探測(cè)的現(xiàn)狀及未來(lái)設(shè)想，天文導(dǎo)航、脈沖星導(dǎo)航及其應(yīng)用評(píng)價(jià)，天文衛(wèi)星現(xiàn)狀及展望，近50年來(lái)空間天文觀測(cè)的主要成就及其啟示等。在課堂組織上，課前環(huán)節(jié)，專題負(fù)責(zé)小組進(jìn)行調(diào)研，并準(zhǔn)備報(bào)告，其他學(xué)員根據(jù)研討主題閱讀相關(guān)資料;課中環(huán)節(jié)，小組成員報(bào)告調(diào)研成果，其他學(xué)員質(zhì)疑，根據(jù)確定主題，在教員引導(dǎo)下展開(kāi)主題研討，專家組評(píng)審與各組互評(píng)相結(jié)合;課后環(huán)節(jié)，小組完善調(diào)研報(bào)告并上交。
“天文學(xué)基礎(chǔ)”公共選修課教學(xué)內(nèi)容適應(yīng)學(xué)生多專業(yè)多年級(jí)特點(diǎn)，深入淺出，不涉及復(fù)雜的理論與方法，但又不停留在一般現(xiàn)象描述，力求知識(shí)性、趣味性、哲理性統(tǒng)一[6]，旨在傳授天文學(xué)基本概念、基本知識(shí)。在具體內(nèi)容設(shè)置方面，課程在介紹天文學(xué)研究對(duì)象、應(yīng)用領(lǐng)域、學(xué)科分支、發(fā)展簡(jiǎn)史的基礎(chǔ)上，首先引入天球坐標(biāo)系和時(shí)間系統(tǒng)，描述恒星、日月、行星的視位置和視運(yùn)動(dòng);接著，介紹天文觀測(cè)的手段和方法;然后，闡述太陽(yáng)系、恒星、星系的位置、分布、結(jié)構(gòu)、狀態(tài)和演化規(guī)律;最后，介紹宇宙。
“天文觀測(cè)實(shí)踐”MOOC適應(yīng)學(xué)生業(yè)余天文觀測(cè)需要，介紹天文模擬觀測(cè)與望遠(yuǎn)鏡實(shí)際觀測(cè)最基本的方法;“天文學(xué)與現(xiàn)代自然科學(xué)”MOOC以培養(yǎng)學(xué)生科學(xué)思維、科學(xué)方法為主旨，講授天文學(xué)與現(xiàn)代自然科學(xué)、科學(xué)的起源、天文學(xué)與美學(xué)等內(nèi)容;“天文學(xué)新視野”MOOC以激發(fā)科學(xué)興趣與科學(xué)探索精神為主旨，形象生動(dòng)地講述黑洞、暗物質(zhì)、暗能量、脈沖星、引力波、極端宇宙、地外文明探索等當(dāng)代天文學(xué)前沿?zé)狳c(diǎn)。
2.創(chuàng)新知識(shí)傳授、科學(xué)素質(zhì)提升與能力培養(yǎng)融合的教學(xué)方法
[7]知識(shí)傳授過(guò)程突出科學(xué)素質(zhì)培養(yǎng)，兼顧能力培養(yǎng)。堅(jiān)持問(wèn)題學(xué)習(xí)，將“什么樣”“為什么”“怎么樣”常態(tài)化放入對(duì)燦爛星空的認(rèn)知過(guò)程;堅(jiān)持前沿引導(dǎo)，將天文前沿?zé)狳c(diǎn)經(jīng)常性帶入課堂，培養(yǎng)科學(xué)興趣和探索精神;堅(jiān)持歷史思維，將人類對(duì)浩瀚宇宙數(shù)千年的認(rèn)識(shí)歷程貫穿始終(如表1所示)，培養(yǎng)批判思維和科學(xué)方法;堅(jiān)持應(yīng)用導(dǎo)向，將天文測(cè)量、天文導(dǎo)航、深空探測(cè)等應(yīng)用關(guān)聯(lián)到知識(shí)傳授，培養(yǎng)天文應(yīng)用意識(shí)與能力素養(yǎng)。
例如，在人類宇宙觀發(fā)展過(guò)程學(xué)習(xí)時(shí)，講授從“地心說(shuō)”到“日心說(shuō)”的發(fā)展，不是泛泛談發(fā)展歷史，而是注重認(rèn)知過(guò)程和科學(xué)研究方法啟迪。講授“動(dòng)心”的過(guò)程，剖析“地心說(shuō)”為什么在越來(lái)越多的觀測(cè)事實(shí)下不能成立;哥白尼怎樣轉(zhuǎn)換研究角度，以古希臘天文學(xué)家哲學(xué)思辨的“日心說(shuō)”為基礎(chǔ)，從數(shù)學(xué)與技術(shù)角度建立科學(xué)的“日心說(shuō)”;開(kāi)普勒又怎樣發(fā)展了遵循圓軌道運(yùn)行的“日心說(shuō)”，提出行星沿橢圓軌道運(yùn)行的三定律;伽利略利用天文望遠(yuǎn)鏡得到的觀測(cè)現(xiàn)象，為什么和怎么樣支持“日心說(shuō)”。
又如，在新生研討課深空探測(cè)專題學(xué)習(xí)時(shí)，以人類為什么要進(jìn)行深空探測(cè)，深空探測(cè)有著怎樣的巨大挑戰(zhàn)，未來(lái)人類深空探測(cè)如何發(fā)展等，牽引專題研討，培養(yǎng)學(xué)生科學(xué)探索精神和思考解決問(wèn)題的方法，兼顧講授人類深空探測(cè)的歷史，以及當(dāng)前深空探測(cè)計(jì)劃等知識(shí)。
再如，在授課過(guò)程中，圍繞“人類拍攝到第一張黑洞照片”、影片《流浪地球》《星際穿越》等前沿?zé)狳c(diǎn)，提出“黑洞的照片為什么是這樣子”“假如宇宙飛船飛入黑洞世界會(huì)怎么樣”“地球流浪時(shí)為什么要經(jīng)過(guò)木星附近時(shí)加速”等問(wèn)題，結(jié)合相關(guān)學(xué)習(xí)內(nèi)容進(jìn)行研討互動(dòng)，培養(yǎng)學(xué)生科學(xué)精神和科學(xué)思維方法。
3.設(shè)計(jì)虛實(shí)結(jié)合的天文觀測(cè)實(shí)踐教學(xué)方式
設(shè)計(jì)了天文光學(xué)望遠(yuǎn)鏡、電子星圖軟件、萬(wàn)維望遠(yuǎn)鏡軟件共用，虛實(shí)結(jié)合的觀測(cè)實(shí)踐教學(xué)方式，支撐操作性強(qiáng)的高質(zhì)量實(shí)踐教學(xué)，在數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)的生動(dòng)形象的星空?qǐng)鼍爸猩罨祗w認(rèn)知，培養(yǎng)基本天文觀測(cè)能力。
以地平式和赤道式天文光學(xué)望遠(yuǎn)鏡作為教學(xué)設(shè)備，講授望遠(yuǎn)鏡安裝、配平、調(diào)試、業(yè)余觀測(cè)使用的基本方法，培養(yǎng)學(xué)員光學(xué)望遠(yuǎn)鏡基本使用能力�？紤]城市光污染、天氣狀況、實(shí)地觀測(cè)組織等限制約束，采用SkyMap電子星圖軟件(如圖2所示)開(kāi)展觀測(cè)實(shí)踐教學(xué)，可以指定觀測(cè)上下12000年，世界上任意地點(diǎn)的星空，使學(xué)生足不出戶，不受天氣條件制約，就能模擬觀測(cè)四季星空、行星、日月食等基本天文現(xiàn)象[8]。作為互聯(lián)網(wǎng)上虛擬的望遠(yuǎn)鏡，微軟萬(wàn)維望遠(yuǎn)鏡更是將全球數(shù)十個(gè)頂級(jí)的地面和空間望遠(yuǎn)鏡數(shù)據(jù)利用融合，形成可以縮放旋轉(zhuǎn)的三維星空全景圖，加入時(shí)間元素，形成四維宇宙，并具有天象回放和預(yù)測(cè)功能，通過(guò)高逼真的星空可視模擬和真實(shí)觀測(cè)數(shù)據(jù)使用，激發(fā)學(xué)生探索興趣，增強(qiáng)學(xué)生參與度，加深對(duì)理論知識(shí)的學(xué)習(xí)，培養(yǎng)基本的天文觀測(cè)能力。
4.通過(guò)天文名家常態(tài)授課、天文臺(tái)觀測(cè)條件利用等手段匯聚優(yōu)質(zhì)天文教學(xué)資源
探索創(chuàng)立了“校內(nèi)教師+校外名家”定學(xué)時(shí)常態(tài)化聯(lián)合授課的教學(xué)模式，聘請(qǐng)前中國(guó)天文學(xué)會(huì)副理事長(zhǎng)、中國(guó)空間科學(xué)的領(lǐng)導(dǎo)者、中國(guó)十大科學(xué)傳播人物，連續(xù)十年承擔(dān)教學(xué)任務(wù)。與國(guó)內(nèi)著名天文臺(tái)、天文館等建立了良好聯(lián)系，使天文教育具備了校外觀測(cè)支撐條件。
為提升天文通識(shí)教育質(zhì)量，讓學(xué)生領(lǐng)略一流科學(xué)家風(fēng)采，依托天文學(xué)教學(xué)，聘任中國(guó)科學(xué)院粒子天體物理國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室、“慧眼”天文衛(wèi)星首席科學(xué)家為特聘教授，承擔(dān)新生研討課50%授課任務(wù)，主導(dǎo)錄制“天文學(xué)與現(xiàn)代自然科學(xué)”“天文學(xué)新視野”等課程并在軍事職業(yè)教育平臺(tái)上線，選課人數(shù)累計(jì)數(shù)千人。常態(tài)化參加中國(guó)天文學(xué)年會(huì)，利用科普分會(huì)場(chǎng)宣傳學(xué)校天文通識(shí)教育成果，與國(guó)內(nèi)天文科普機(jī)構(gòu)建立合作聯(lián)系，發(fā)展了紫金山天文臺(tái)附屬觀測(cè)站等觀測(cè)與科普支撐條件，學(xué)生可以成批次或個(gè)人使用相關(guān)高水平資源。
5.多措并舉開(kāi)展天文通識(shí)教育與科學(xué)普及
通過(guò)開(kāi)設(shè)科普講座、編寫科普讀物、指導(dǎo)天文學(xué)生社團(tuán)活動(dòng)、組織戶外天文觀測(cè)等多種措施，廣泛推廣天文通識(shí)教育，普及天文知識(shí)。
作為對(duì)課堂教學(xué)、線上教學(xué)的補(bǔ)充，與湖南省高校天文愛(ài)好者協(xié)會(huì)等建立穩(wěn)定聯(lián)系，將學(xué)校天文科普活動(dòng)融入，每年定期開(kāi)設(shè)天文科普講座、組織戶外天文觀測(cè)、指導(dǎo)湖南省高校天文競(jìng)賽等。教學(xué)團(tuán)隊(duì)與湖南省科協(xié)等單位積極建立聯(lián)系，不定期積極參加湖南省天文科普活動(dòng)。例如，工業(yè)與信息化部、湖南省人民政府主辦的2019年“中國(guó)航天日”活動(dòng)中，負(fù)責(zé)編寫了《全省青少年航天知識(shí)大賽科普讀本》天文部分，出任湖南省地質(zhì)博物館組織的湖南省青少年天文科學(xué)大賽指導(dǎo)老師等，為開(kāi)展包括中學(xué)生在內(nèi)的天文科學(xué)普及做出了貢獻(xiàn)。——論文作者：楊希祥，鄭偉，王奕迪