黑洞殺手如何拯救天文學(xué)課程

胡德良/編譯

黑洞殺手如何拯救天文學(xué)課程

胡德良/編譯

作為一所小型學(xué)院的物理學(xué)教授，我教授各種各樣的課程，所面對(duì)的學(xué)生群體也是五花八門，他們有的是有備而來(lái)，有的則是出于興趣……我教授的課程涵蓋了從普通教育物理學(xué)和天文學(xué)到高級(jí)物理學(xué)專題的各種課程。我發(fā)現(xiàn)：在任何一種情況下，如果我把通俗的和有關(guān)歷史的讀物整合到課程中，都會(huì)對(duì)學(xué)生的學(xué)習(xí)經(jīng)歷產(chǎn)生永久性和實(shí)質(zhì)性的積極影響。

當(dāng)我的職業(yè)生涯一開始，我就意識(shí)到：課程設(shè)計(jì)應(yīng)該比簡(jiǎn)單選擇的教科書更加周到和精細(xì)。我發(fā)現(xiàn)，盡管出版商花費(fèi)時(shí)間和精力制作容易理解和富有吸引力的天文學(xué)教科書，但是我的學(xué)生們?nèi)匀辉谂﹂喿x大量的文本，他們對(duì)其中過(guò)于正式的表達(dá)無(wú)可奈何。

當(dāng)我布置開卷測(cè)試時(shí)，包括課本中講到的基本問題——從簡(jiǎn)單定義到物理學(xué)和天文學(xué)中的基本概念都有，學(xué)生們都覺得困難。盡管所有答案都直接來(lái)自課本，但是大多數(shù)學(xué)生在這些測(cè)驗(yàn)中表現(xiàn)不佳，班級(jí)平均成績(jī)通常在C檔。無(wú)論學(xué)生是根本沒有閱讀，還是閱讀過(guò)但沒有真正理解，現(xiàn)實(shí)情況是他們沒有經(jīng)過(guò)調(diào)查實(shí)例、團(tuán)體協(xié)作或班級(jí)討論等必要的過(guò)程就來(lái)上課。如果我找不到辦法來(lái)吸引和激勵(lì)學(xué)生，天文學(xué)課程注定要成為教師和學(xué)生都不喜愛的選擇。

在研究不同教科書的選擇時(shí)，我逐漸認(rèn)識(shí)到：多數(shù)天文學(xué)入門教科書在寫作、內(nèi)容和設(shè)計(jì)方面都有著相同的方面。因此，采用新的教科書不能解決學(xué)生遇到的問題。而我在普通天文學(xué)課程方面的教學(xué)經(jīng)驗(yàn)是促使我探索和開發(fā)天文學(xué)課程的首要因素。

經(jīng)過(guò)幾年的探索，我已經(jīng)獲得了一種方法，使我能夠在歷史、文化和社會(huì)背景下對(duì)物理學(xué)和天文學(xué)知識(shí)進(jìn)行技術(shù)化處理。我對(duì)教科書的專業(yè)內(nèi)容進(jìn)行補(bǔ)充，并根據(jù)通俗的和有關(guān)歷史的科學(xué)出版物布置閱讀作業(yè)和寫作作業(yè)。我發(fā)現(xiàn)：無(wú)論學(xué)生是幾年級(jí)的，不管他們的專業(yè)是什么，也不論他們的興趣何在，這個(gè)方法在吸引學(xué)生方面是成功的。

我讀過(guò)尼爾·德格拉斯·泰森（Neil deGrasse Tyson）的《死亡黑洞》一書，注意到它的主題非常廣泛。作為《自然史》雜志的短篇文摘匯編，該書的主題從科學(xué)素養(yǎng)和數(shù)字素養(yǎng)擴(kuò)展到了各種天文學(xué)現(xiàn)象的歷史及其基本物理學(xué)原理。我決定將其應(yīng)用到一般教授的天文學(xué)課程中來(lái)，以補(bǔ)充標(biāo)準(zhǔn)教科書的教學(xué)任務(wù)。我強(qiáng)調(diào)閱讀和寫作任務(wù)，但我的想法不是要取代教科書，而是要使學(xué)生感興趣，并激勵(lì)他們學(xué)習(xí)。然后，教科書就成為閱讀中擴(kuò)展讀物所涵蓋的主題一種。

我的天文學(xué)課每周進(jìn)行三場(chǎng)50分鐘的講座和一場(chǎng)持續(xù)3小時(shí)的實(shí)驗(yàn)。學(xué)生通常每周閱讀《死亡黑洞》的2個(gè)章節(jié)——大約有20頁(yè)，然后寫一篇1頁(yè)或2頁(yè)的讀后感。我每周抽出20分鐘的時(shí)間，討論閱讀情況和學(xué)生感受。重要的是學(xué)生們能夠在感受中融入思考，能夠考慮閱讀意味著什么，并且能夠與個(gè)人經(jīng)歷和往事聯(lián)系起來(lái)，而不是簡(jiǎn)單地對(duì)閱讀進(jìn)行總結(jié)。在實(shí)驗(yàn)中，我們會(huì)擴(kuò)展并解決難題。如果沒有這樣的安排，采用閱讀和寫作的方式可能需要減少課程內(nèi)容。

在泰森這本覆蓋面很廣的書中，我發(fā)現(xiàn)了一定量的閱讀作業(yè)，它可以補(bǔ)充整個(gè)學(xué)期教科書每個(gè)章節(jié)所涉及的內(nèi)容。例如，在跟本書書名密切相關(guān)的那一章中，泰森描述了這種情況：當(dāng)你掉入黑洞時(shí)會(huì)發(fā)生什么？他使用了術(shù)語(yǔ)“意大利面條化效應(yīng)”（Spaghettification）。當(dāng)課程開始探索宇宙中的極端環(huán)境（包括黑洞、類星體和伽瑪射線爆發(fā)）時(shí)，學(xué)生們閱讀了這一章。

我在2013年的天文學(xué)課程中使用了這一方法，從2015年起，我就在期中考試中插入一個(gè)問題——要求學(xué)生論述一下閱讀《死亡黑洞》的價(jià)值，并且問及他們是否會(huì)將這本書推薦給對(duì)天文學(xué)知識(shí)感興趣的朋友。毫無(wú)疑問，我得到的反饋是積極的。這種學(xué)習(xí)氛圍和參與度是最理想的，這是我以前從未經(jīng)歷過(guò)的。

我在高級(jí)課程中使用了相同的方法，也取得了很大的成功。在中級(jí)天體物理學(xué)課程中，《死亡黑洞》和馬克·基杰（Mark Kidger）的《宇宙之謎》成為精彩的輔助教材。在探索物理學(xué)歷史中促使模式轉(zhuǎn)變的人物時(shí)，這種方法非常奏效。在這種情況下，我把南希·福布斯（NancyForbes）和貝希爾·馬洪（BasilMahon）撰寫的《法拉第、麥克斯韋和電磁場(chǎng)》一書用在高級(jí)電磁課程中；現(xiàn)代物理學(xué)課程常常側(cè)重專業(yè)內(nèi)容和抽象內(nèi)容，為了增強(qiáng)學(xué)習(xí)感受，我把喬治·蓋莫（George Gamow）撰寫的《震撼物理學(xué)界30年》和曼基特·庫(kù)馬爾（Manjit Kumar）撰寫的《量子論》應(yīng)用其中。

對(duì)于你的課程來(lái)說(shuō)，我?guī)缀醮_信這里使用的具體讀物是不具相關(guān)性的，但是我仍然要為你強(qiáng)烈推薦上述書目。我不斷尋找新的書籍和教材，將其納入我的閱讀書單中，而且我也正在利用這種課程設(shè)計(jì)努力拓展這些課程。這種方式之所以對(duì)學(xué)生有如此強(qiáng)烈的吸引力，是因?yàn)樗麄冇袡C(jī)會(huì)探索跟課本主題相關(guān)的歷史、文化和社會(huì)背景。如果你的讀物涉及這些主題，我相信它們對(duì)你的課程也會(huì)產(chǎn)生相同的積極效果。

如果說(shuō)黑洞殺手挽救了我的天文學(xué)課程，可能會(huì)有些夸張，但實(shí)際效果是不容忽視的。通過(guò)使用通俗的和跟歷史相關(guān)的讀物補(bǔ)充專業(yè)內(nèi)容，我發(fā)現(xiàn)在我教授的所有課程中，學(xué)生的參與度和學(xué)習(xí)成績(jī)都有了顯著提高。我強(qiáng)烈建議，以我在這里概述的方式進(jìn)行教學(xué)。

[資料來(lái)源：Physics Today][責(zé)任編輯：松 石]