射電天文學課程教學方法改革初探

吳忠祖

射電天文學課程對非天文專業本科生來說相對陌生，其教學內容主要包括射電天文的基礎知識，包括射電天文的概況、電磁波輻射及傳播、電磁波的偏振、信號處理、天線的基本原理、接收機、射電天文干涉儀、射電天文的觀測方法、射電連續譜的發射機制、星際空間的分子等。射電波本身是一種電磁波，在理論上與大學階段的電磁學、電動力學有較好的結合。同時有很多在以前的課程中不曾涉及的內容，包括天體的研究，射電望遠鏡技術等，這為射電天文學的教學增加了難度。另一方面的困難是射電天文的科普設備較少，盡管我國有多個已建成或在建的大型射電望遠鏡，但是通常來說高校本科生接觸這類設備的機會很少，甚至有很多學生都沒有聽說過射電望遠鏡。這都為射電天文學課程教學方法提出了更高的要求。

教學方法包括教師的教法（教授法）和學生的學法（學習方法）兩大方面，是教授方法與學習方法的統一。教授法必須依據學習法，否則便會因缺乏針對性和可行性而不能有效地達到預期的目的，由于教師在教學過程中處于主導地位，所以教法處于主導地位。 現代教學方法的基本特征包括，一是教服務于學，重學甚于重教；二是學生主動地學，重視學生的主體作用，主動探究和發現知識；三是在“做”中學，重視體驗的作用；四是合作中學，重視“學習共同體”的作用；五是教師的角色主要不是傳授知識，而是學習的組織者，指導者和學習伙伴。現代教學方法，對增強教學效果將產生積極的促進作用。為此，在射電天文教學中應注意以下幾個方面。

一、改進課堂教學

1.注重知識背景的引入，激發學生的學習興趣。 射電天文學本身也是天文學的一個方向，由于我國大部分高中生并沒有相關的課程，對天文學知識了解較少，甚至天文學背景為零。所以在射電天文教學中增加天文學的背景是非常必要的。天文學是一門觀測科學，尤其是現代天文學誕生以來積累了大量的觀測數據與圖片、視頻等。另外目前網絡越來越普及，在網絡中有大量豐富的知識，尤其是每個天文臺的射電望遠鏡都有自己的網址，上面有各天文臺以及射電望遠鏡各方面的信息。充分利用多媒體將天文的觀測數據、圖片、視頻等與課件結合，能更好地激發學生的興趣。

2.充分聯系現有科學前沿實際以及天文學史的內容進行案例教學。案例就是關于實際事件的描述，通常是以一個決策人的視角來顯現一個典型事件。例如在講解大型射電望遠鏡的性能與科學研究概況的時候，可以選擇某一個特定的望遠鏡，如目前單口徑最大的射電望遠鏡—美國Arecibo射電望遠鏡，充分利用網絡上的資源，以案例的形式，使學生充分了解這一類射電望遠鏡的特點及相應的射電天文知識。

在案例教學中應注意以下幾個方面。1）學習者是案例教學的主體，教師的作用是組織課堂，引導討論。學習者在討論和教師的指導中學到知識，鍛煉能力。 2）學習從事實出發，要求學習者真正從實際工作的角度來思考問題，使學習者感到上課不是一件輕松的事，必須全力以赴。 3）體現因材施教，看待和處理問題的方法是因人而異的。4）寓學習于討論中，不單純追求一種正確的答案，而是重視得出結論的思考過程。

3.設置學生參與環節，采用啟發式互動式教學法。射電天文教學的目的不僅僅是讓學生學會書本上的知識，還在于吸引學生將來從事這一領域的科學以及技術的研究，這也是我國圍繞在建的大型射電望遠鏡如貴州平塘的500米口徑射電望遠鏡（FAST）以及我國參與建設的世界平方公里射電干涉陣（SKA）每年都會舉辦射電天文暑期學校的原因。 基于以上的原因，射電天文更重要的是培養學生的參與意識，互動式教學可以很好地實現這一要求。教師在教學中應注意，1）樹立開放的教學思想，教師與學習者的對話是一種商談，在商談中相互尊重彼此的個性，共同探討未知領域，共同創生新的知識。 2）切實扮演好角色，教師不是傳道者，而是組織者，把大家的積極性調動起來，打開每個人的智慧。3）建立良好的師生關系，教師要以人人平等的態度對待每一個學習者，充分了解、尊重、信任、理解學生，在學習研究中同學生建立合作的關系。4）提升自身素質和能力，包括豐富的社會知識和廣博的專業知識，較高的課堂組織能力及溝通能力等。

二、加強課外實踐教學

1909年杜威提出，科學教育不僅是讓學生學習大量的知識，更重要的是學習科學研究的過程與方法，教學最重要的目的是培養學習者獲取知識的能力。 射電天文學是一門實踐學科，也是一門前沿學科，僅僅依靠傳統教學，學習書本上的知識是遠遠不夠的。應充分鼓勵學生在課上及課下圍繞某個問題展開討論，這樣既能培養學生的合作精神，也能培養學生實事求是的態度，積極進取的精神，克服困難的品質。射電天文專業以及科普設備都比較缺乏，目前只有國內各大天文臺有相應的設備，一方面，教師應該鼓勵有興趣及有條件的學生積極尋找機會，到射電天文望遠鏡基地參觀或者學習，如參加國家天文臺或其他天文臺每年組織的天文夏令營活動，或個人以旅游的形式去參觀，另一方面，教師應該充分利用網絡上的射電天文資料及數據開展一定的實踐活動，比如國外望遠鏡對河外的很多射電源都有流量監測數據，可以組織學生來分析射電源的光變及周期等，進而通過查閱文獻了解這些源的性質。

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