發布時間：2021-05-19所屬分類：教育論文瀏覽：1次
摘 要： 摘要:以實現融知識素質能力一體的高階性天文通識教育為目標，結合二十年來的天文教學實際，總結了創新性教學模式，包括:構建線上線下結合、研討講授結合的多樣化天文課程體系，創新知識傳授、素質提升、能力培養融合的教學方法，設計虛實結合的天文觀測實踐
摘要:以實現融知識素質能力一體的高階性天文通識教育為目標，結合二十年來的天文教學實際，總結了創新性教學模式，包括:構建線上線下結合、研討講授結合的多樣化天文課程體系，創新知識傳授、素質提升、能力培養融合的教學方法，設計虛實結合的天文觀測實踐教學方式，通過天文名家常態授課、天文臺觀測條件利用等手段匯聚優質天文教學資源等，為高等院校天文學教學改革提供借鑒。
關鍵詞:天文通識教育;教學模式;課程體系;教學方法
一、引言
習近平同志在第28屆國際天文學聯合會大會致辭時指出[1]，浩瀚無垠的宇宙空間，讓人類充滿好奇、為之神往;博大精深的天文科學，吸引著世世代代孜孜鉆研、不懈探尋。天文學是研究宇宙的科學，是自然科學的六大基礎學科之一，也是推動自然科學和高新技術發展，促進人類社會進步的最重要最活躍的前沿學科之一，在人類認識世界、改造世界的活動中始終占有重要位置。
重視本科教學，加強通識教育，培育科學精神，提升科學素質，培養智慧的、對社會有貢獻的人，是哈佛、耶魯、麻省理工等世界一流大學的共識[2-3]。教育部印發的《關于加快建設高水平本科教育全面提高人才培養能力的意見》(教高[2018]2號)明確指出，要提升學生綜合素質，發展素質教育。
天文教育是國際上大學通識教育的核心課程模塊之一[4]。搞好天文學通識教育，對于學生知識傳授、素質提升、能力培養等均具有重要意義[5]。天文教育教學目標主要包括:大范圍普及天文知識，優化學生自然科學知識結構;培養科學研究方法、探索精神、批判思維，提升綜合科學素質;培育學生在從事的專業領域應用天文的意識和能力;塑造學生唯物的世界觀和方法論。天文學在軍事領域應用廣泛，軍兵種院校和部隊訓練機構專門開展相關教育培訓。培養高素質的通用專業技術人才和聯合作戰保障人才，進行基本的天文通識教育，這種做法基礎而必要。21世紀是人類走向太空的世紀，適應人類對宇宙認識的深化和航天事業的飛速發展，普及天文知識也是非常必要的。
國防科技大學是軍隊工程技術的最高學府，歷來重視本科生通識教育，依托在天體力學、天文導航、深空探測等領域的深厚積累和特色優勢，自2001年起在全校開設天文學通識課程。由于學校前期沒有專門的天文學專業，過去也沒有開展天文教育的經歷和經驗，起步階段面臨多種困難和問題，主要表現在四個方面:一是課程體系和課程內容不合理，與通識教育目標和受眾特征不適應;二是教學過程重在知識傳授，科學素質提升不夠;三是缺乏實踐教學環節，天文觀測能力得不到培養;四是教學資源結構單一且水平不高，僅依靠校內力量，難以支撐高階性教學。經過二十年的發展，學校天文通識教育教學團隊多方并舉，大膽革新，在課程體系、教學內容、教學方式、教學資源等方面進行了創新探索與實踐應用，取得了一系列重要成果。2019年，全校公共選修課“天文學基礎”入選湖南省一流本科課程。
二、國防科技大學天文通識教育發展歷程
初期探索階段(2001—2008年):2001年，教學團隊開始開設“天文學基礎”公共選修課。由于學校沒有天文學專業，這一階段只有一門課程，沒有形成體系，只有理論講授，沒有實踐環節，教學工作主要是參考兄弟院校已有教學大綱和教材，自編講義，建設教學資源庫，逐步探索教學經驗。盡管如此，課程開課后深受學員喜愛，春秋學期連續開課，每學期最多時達4個班。
相關期刊推薦：《高等教育研究學報》(季刊)創刊于1978年，設有：高等教育研究、軍事教育訓練、高等教育管理、教育改革與實踐、綜合研究、外國高等教育介紹等欄目。
體系化建設階段(2009—2013年):2009年開始，結合國際上大學通識教育大勢，教學團隊以學校2009和2012兩輪本科人才培養方案論證為契機，構思體系化開展天文通識教育，革新了“天文學基礎”課程教學內容，突出科學素質培育，淡化知識傳授，購置天文光學望遠鏡，增設實踐教學環節，增開了新生研討課“航天時代的天文學”，順應信息化教學發展，逐步錄制建設MOOC，天文通識教育逐步形成體系，線上線下結合，覆蓋范圍大大拓展。
新時期完善優化階段(2014—2020年):2014年以來，教學團隊延攬更多校外名師，加強與航天和應用的聯系，特別是加強了深空探測、天文航海、天文導航等內容，應用電子星圖軟件和萬維望遠鏡開展虛擬實踐教學，推進新生研討課教學模式改革，探索課外天文科普教育方式等，在教學實踐中持續優化教學內容和教學組織模式，教學質量和效果呈現新面貌。
三、天文通識教育教學模式創新
1.構建線上線下結合、研討講授結合的多樣化天文課程體系
立足通識教育定位，針對非天文學專業學員群體特征，綜合分組研討與專題講座、多班次多學期大范圍授課、線上教學線下研討等多種形式，建設了集新生研討課、公共選修課、天文學新視野與觀測實踐系列MOOC為一體的豐富的天文課程體系，如圖1所示。
“航天時代的天文學”新生研討課適應學生從高中到大學轉變階段的特征，通過天文、航天、科技、哲學相關專題研討與專題講座，激發學生科學興趣，培養科學探索精神，培育科學研究方法與科學思維，提高交流表達能力，強化唯物的世界觀。在內容特征上，以天文與航天專題研討為例，涵蓋航天技術與天文學的互動關系、實例，太陽系探測的現狀及未來設想，天文導航、脈沖星導航及其應用評價，天文衛星現狀及展望，近50年來空間天文觀測的主要成就及其啟示等。在課堂組織上，課前環節，專題負責小組進行調研，并準備報告，其他學員根據研討主題閱讀相關資料;課中環節，小組成員報告調研成果，其他學員質疑，根據確定主題，在教員引導下展開主題研討，專家組評審與各組互評相結合;課后環節，小組完善調研報告并上交。
“天文學基礎”公共選修課教學內容適應學生多專業多年級特點，深入淺出，不涉及復雜的理論與方法，但又不停留在一般現象描述，力求知識性、趣味性、哲理性統一[6]，旨在傳授天文學基本概念、基本知識。在具體內容設置方面，課程在介紹天文學研究對象、應用領域、學科分支、發展簡史的基礎上，首先引入天球坐標系和時間系統，描述恒星、日月、行星的視位置和視運動;接著，介紹天文觀測的手段和方法;然后，闡述太陽系、恒星、星系的位置、分布、結構、狀態和演化規律;最后，介紹宇宙。
“天文觀測實踐”MOOC適應學生業余天文觀測需要，介紹天文模擬觀測與望遠鏡實際觀測最基本的方法;“天文學與現代自然科學”MOOC以培養學生科學思維、科學方法為主旨，講授天文學與現代自然科學、科學的起源、天文學與美學等內容;“天文學新視野”MOOC以激發科學興趣與科學探索精神為主旨，形象生動地講述黑洞、暗物質、暗能量、脈沖星、引力波、極端宇宙、地外文明探索等當代天文學前沿熱點。
2.創新知識傳授、科學素質提升與能力培養融合的教學方法
[7]知識傳授過程突出科學素質培養，兼顧能力培養。堅持問題學習，將“什么樣”“為什么”“怎么樣”常態化放入對燦爛星空的認知過程;堅持前沿引導，將天文前沿熱點經常性帶入課堂，培養科學興趣和探索精神;堅持歷史思維，將人類對浩瀚宇宙數千年的認識歷程貫穿始終(如表1所示)，培養批判思維和科學方法;堅持應用導向，將天文測量、天文導航、深空探測等應用關聯到知識傳授，培養天文應用意識與能力素養。
例如，在人類宇宙觀發展過程學習時，講授從“地心說”到“日心說”的發展，不是泛泛談發展歷史，而是注重認知過程和科學研究方法啟迪。講授“動心”的過程，剖析“地心說”為什么在越來越多的觀測事實下不能成立;哥白尼怎樣轉換研究角度，以古希臘天文學家哲學思辨的“日心說”為基礎，從數學與技術角度建立科學的“日心說”;開普勒又怎樣發展了遵循圓軌道運行的“日心說”，提出行星沿橢圓軌道運行的三定律;伽利略利用天文望遠鏡得到的觀測現象，為什么和怎么樣支持“日心說”。
又如，在新生研討課深空探測專題學習時，以人類為什么要進行深空探測，深空探測有著怎樣的巨大挑戰，未來人類深空探測如何發展等，牽引專題研討，培養學生科學探索精神和思考解決問題的方法，兼顧講授人類深空探測的歷史，以及當前深空探測計劃等知識。
再如，在授課過程中，圍繞“人類拍攝到第一張黑洞照片”、影片《流浪地球》《星際穿越》等前沿熱點，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怎么樣”“地球流浪時為什么要經過木星附近時加速”等問題，結合相關學習內容進行研討互動，培養學生科學精神和科學思維方法。
3.設計虛實結合的天文觀測實踐教學方式
設計了天文光學望遠鏡、電子星圖軟件、萬維望遠鏡軟件共用，虛實結合的觀測實踐教學方式，支撐操作性強的高質量實踐教學，在數據驅動的生動形象的星空場景中深化天體認知，培養基本天文觀測能力。
以地平式和赤道式天文光學望遠鏡作為教學設備，講授望遠鏡安裝、配平、調試、業余觀測使用的基本方法，培養學員光學望遠鏡基本使用能力�？紤]城市光污染、天氣狀況、實地觀測組織等限制約束，采用SkyMap電子星圖軟件(如圖2所示)開展觀測實踐教學，可以指定觀測上下12000年，世界上任意地點的星空，使學生足不出戶，不受天氣條件制約，就能模擬觀測四季星空、行星、日月食等基本天文現象[8]。作為互聯網上虛擬的望遠鏡，微軟萬維望遠鏡更是將全球數十個頂級的地面和空間望遠鏡數據利用融合，形成可以縮放旋轉的三維星空全景圖，加入時間元素，形成四維宇宙，并具有天象回放和預測功能，通過高逼真的星空可視模擬和真實觀測數據使用，激發學生探索興趣，增強學生參與度，加深對理論知識的學習，培養基本的天文觀測能力。
4.通過天文名家常態授課、天文臺觀測條件利用等手段匯聚優質天文教學資源
探索創立了“校內教師+校外名家”定學時常態化聯合授課的教學模式，聘請前中國天文學會副理事長、中國空間科學的領導者、中國十大科學傳播人物，連續十年承擔教學任務。與國內著名天文臺、天文館等建立了良好聯系，使天文教育具備了校外觀測支撐條件。
為提升天文通識教育質量，讓學生領略一流科學家風采，依托天文學教學，聘任中國科學院粒子天體物理國家重點實驗室、“慧眼”天文衛星首席科學家為特聘教授，承擔新生研討課50%授課任務，主導錄制“天文學與現代自然科學”“天文學新視野”等課程并在軍事職業教育平臺上線，選課人數累計數千人。常態化參加中國天文學年會，利用科普分會場宣傳學校天文通識教育成果，與國內天文科普機構建立合作聯系，發展了紫金山天文臺附屬觀測站等觀測與科普支撐條件，學生可以成批次或個人使用相關高水平資源。
5.多措并舉開展天文通識教育與科學普及
通過開設科普講座、編寫科普讀物、指導天文學生社團活動、組織戶外天文觀測等多種措施，廣泛推廣天文通識教育，普及天文知識。
作為對課堂教學、線上教學的補充，與湖南省高校天文愛好者協會等建立穩定聯系，將學校天文科普活動融入，每年定期開設天文科普講座、組織戶外天文觀測、指導湖南省高校天文競賽等。教學團隊與湖南省科協等單位積極建立聯系，不定期積極參加湖南省天文科普活動。例如，工業與信息化部、湖南省人民政府主辦的2019年“中國航天日”活動中，負責編寫了《全省青少年航天知識大賽科普讀本》天文部分，出任湖南省地質博物館組織的湖南省青少年天文科學大賽指導老師等，為開展包括中學生在內的天文科學普及做出了貢獻。——論文作者：楊希祥，鄭偉，王奕迪
SCISSCIAHCI
