高师天文观测实践活动的必要性、困境和改进策略

陈影影，刘 频

(1.江苏师范大学地理测绘与城乡规划学院，江苏徐州，221116；
2.江苏师范大学实验室与设备管理处，江苏徐州，221116)

地理实践力指人们在考察、实验和调查等地理实践活动中所具备的意志品质和行动能力。[1]作为地理核心素养的重要组成部分，地理实践力近几年来受到广泛的关注和探讨。[2-4]在教育部颁布的《普通高中地理课程标准(2017年版2020年修订)》的指引下，对中学生地理实践力的培养越来越受到重视，与之相应，这对高中地理教师综合素养的要求也进一步提升，对地理教师的实践教学指导能力提出了新的挑战与考验，教师在自身实践能力或专业知识水平不足的情况下，很难更好地设计或指导中学生参加地理实践活动。天文观测活动作为一种重要的地理实践活动，可以带领学生走出教室，认识多彩星空，是实现综合实践育人的有效途径之一，近年来，不少中学进行了相关探索，对中学生地理实践能力的培养和提升取得了令人满意的效果，也为其他中学提供了可操作、可借鉴的成功案例。[4-6]然而，中学举行天文观测实践活动对地理教师要求很高，需要掌握天文学相关知识及天文望远镜操作等，这就要求中学地理教师大学期间学习过相关知识或进行过相关实践训练。

地球概论是高等师范院校地理科学专业开设的一门专业必修课程，也是高等师范院校开设的所有课程中唯一提供天文学相关知识的课程，主要讲授的是关于地球的宇宙环境以及行星地球整体性的基础知识。[7]因此，地理科学专业师范生作为未来中学地理教师的主力军，有必要认真学习并掌握地球概论这门课程，以便更好地掌握扎实的天文学基本知识和基础理论，提升专业素质与实践教学能力，对学习其他地理专业基础课以及今后从事中学地理教师工作具有重要意义。在地球概论的教学过程中，开展户外天文观测实践活动是该课程教学的重要组成部分。但是，由于当前我国天文教育还较为薄弱，配备专业天文观测仪器设备的高校还比较少，高校教学中开展户外天文观测实践活动面临不少困难。结合近几年在教学过程中的经验和体会，对高师地理科学专业开展天文观测实践活动的必要性进行论述，在此基础上分析了高等师范院校地理专业目前开展户外天文观测实践活动面临的主要困境，并就如何改善天文观测实践教学条件作一些分析和思考。

(一)天文观测实践活动是地球概论课程教学的重要组成部分

作为高等师范院校地理科学专业必修课程之一，地球概论是地理学与天文学的交叉学科，主要从行星的角度和整体的观点研究地球及其所处的宇宙环境，也是地理科学专业师范生感觉非常难学的一门课程。[8]课堂理论教学主要是使师范生理解并掌握一些基本理论和基础知识，全面了解行星地球所处的宇宙环境(如银河系、太阳系等)、地球的运动(地球自转、公转)及其地理意义、日月地关系等，不断提升师范生的专业认识，帮助师范生建立辩证唯物主义的宇宙观和自然观。由于其中的一些知识相对较为抽象难懂，尤其是天文学知识部分授课难度较大，安排适当的天文观测实践活动有助于师范生更好地理解相关概念及理论，也有助于培养地理师范生的动手操作能力，将所学理论知识与实际联系起来。[7]因此，除课堂教学以外，开展户外天文实践观测活动也是该课程教学的重要组成部分，如认识重要星座和亮星、行星观测与拍摄、特殊天象观测(日月食、凌日、流星雨等)与拍摄、太阳黑子观测与拍摄、月面观测与拍摄等。

(二)天文观测实践活动是培养师范生地理实践力的有效途径

实践是地理学重要的研究方法，也是地理学习的重要方式，天文观测活动本身就是地理实践活动。[5]在观测前，地理专业师范生需要对观测场地的条件(如气象、遮挡情况、光污染等)进行考察，并对天文望远镜进行安装、调试等；
观测或拍摄目标天体的过程中也需要师范生不断调整，把天文望远镜调整到最佳状态；
观测活动结束后，师范生还要进行交流讨论，汇总观测结果、撰写观测报告。因此，通过参加天文观测实践活动，师范生初步掌握了天文观测的基本方法和技能。这一方面锻炼了对天文观测仪器的实际操作能力，为走上工作岗位后带好中学地理的第二课堂教学打下了坚实基础；
另一方面对师范生的观察能力、探索能力、与他人合作、独立思考能力等地理学科能力也是很好的训练。可见，地理实践力的培养贯穿于整个天文观测活动的始终。[5]

(一)天文观测设备严重不足

天文学是以观测为基础的学科，进行户外天文观测活动需要观测设备，而建造大型观测设备成本非常高，因此，目前我国有教学天文台的高校非常有限。同时，由于天文观测受时间、天气、环境、光污染及设备等因素影响较多，即使对少部分拥有专业天文观测仪器的高校，开展天文观测实践活动仍然面临不少困难与挑战。[9]此外，天文观测设备的日常维护、维修非常不便且费用高昂，对教师的专业性要求很高，不少高校教学天文台由于未及时维护而无法有效运转，甚至成为摆设，这使得绝大部分高校的户外天文观测活动无法正常开展。[9]天文设备严重不足的现状在我国仍将长期存在，加大天文观测设备的投入也是我国天文学取得更多原创性成果及重大发现的必由之路。[10]

(二)户外观测困难

要想观测到天体或者天象必须满足以下基本条件：夜晚(除太阳在白天观测外，其余的观测对象均出现在晚上)、天气晴朗、光害轻、天文望远镜、长时间、好时机等，这些基本条件在进行天文观测时几乎缺一不可，其苛刻程度限制了天文观测活动的开展。[11]此外，由于天文观测多在晚上，学校和教师考虑到组织和学生安全问题，即使开展天文观测活动，场地通常选择在校园内，但国内大学校园多建在繁华市区，光污染现象比较严重，很难获得良好的夜空视野，通常只适合对月球、太阳以及一些常见的大行星进行观测。再加上当今越来越严重的大气污染，在市区进行天文观测越来越难。而进行户外观测活动则更加困难，在满足以上条件之外，还需要对观测场地提前进行考察，由于学生人数通常较多，在组织学生和课时安排方面可能会遇到各种困难，很难保证户外天文观测活动的质量。

(三)专业的天文师资匮乏

目前，各高等师范院校地理科学专业教学中天文学科班出身的任课教师凤毛麟角，不少高校的教师配置只能从其他相关学科(如物理或地理)里寻找。由于天文学的专业性很强，相关学科教师虽然对天文教学有热情，但是通常缺乏全面系统的天文知识，对天文研究方法不了解，只能对天文望远镜进行简单操作，再加上可能本身的天文观测知识和经验不足，很难指导师范生获得真正的天文观测资料。[11]天文学在我国是小学科，目前我国的天文队伍主要集中在中国科学院的天文台，知名高校有天文系或天文专业的数量不超过10所，高等院校在天文学本科教育方面的缺失导致天文学科在人才队伍培养方面后劲不足。[10]而且大学和天文台培养的天文专业人才主要为天文研究服务，极少数会到基础教育单位中任教。目前，天文学专业教师短缺是全国性问题，也是制约我国天文学发展的主要障碍之一，很难在较短时间内得到根本性改变。[12]

(一)加强教师专业知识学习，积极参与相关交流培训

针对当前天文学专业教师短缺的问题，高等师范院校基于目前的教师资源，可以通过加强教师专业知识学习、积极参与相关教学交流培训等措施来不断提高非天文科班出身任课教师的教学能力。在科学技术迅速发展的今天，任课教师必须树立终身学习的观念，不断充电，与时俱进，不断增加自己天文学相关知识的深度、广度，更要密切关注天文学前沿发展动态，尤其是各类权威天文机构的官方微博或微信公众号(如中国科学院紫金山天文台、上海天文馆、北京天文馆等)，会经常发布天文知识科普文章、观测预告或最新的天文研究成果等，这样可以保持地球概论教学内容的前瞻性、先进性，使师范生能够了解到天文学领域内的发展趋势和最新动向，从而也能激发出极大的学习兴趣和探索热情。此外，任课教师应该多参与相关课程的教学研讨会，通过走出去与其他高校教师多交流教学经验和心得体会，不断提升自己的教学水平。还可以定期推荐任课教师到有天文系或天文专业的科研院所、高等院校或天文台进修学习，进一步提升任课教师的教学实践指导能力和水平。

(二)充分利用现代信息技术成果

由于开展天文观测实践活动需要满足设备全、天气好、光害轻、时机对等多个条件，受这些因素限制，开展户外天文观测活动难度很大，在实践中面临诸多困难。教育信息化是现代教育面临的一场深刻变革，拓展了天文实践教学的方式和资源。例如，对教育行业来说，虚拟现实(Virtual Reality，VR)技术提供了一种全新的教学手段，针对天文观测在实践中面临的诸多难题，VR技术在天文实践观测教学中将大有可为，可以突破环境、地域、天气等外界因素的限制进行模拟天文观测，提供科学、直观、交互式和沉浸式的学习环境。[13]此外，一些操作简单、内容丰富的天文软件随着VR技术的飞速发展也逐渐涌现，为教师和学生提供了新的教学平台与学习平台，使教与学的模式发生了深刻的变化，目前已经在中学天文教学、高校天文类选修课、地球概论课程教学等得到应用[14-17]，对天文学相关内容教学起到了较好的辅助效果，尤其是对没有天文望远镜等观测设备的学校，这些天文软件的引入，能够在一定程度上缓解目前天文观测仪器少、学生多、课时安排冲突等问题。因此，天文软件在天文观测实践教学中有着非常广阔的应用前景，为任课教师开展天文观测活动提供了非常大的便利。

(三)大力加强与天文研究机构在开展天文观测活动方面的合作

我国绝大部分高校没有教学天文台，目前还很难独立开展天文观测。建议高校主动和那些有条件开展这类天文观测活动的天文台和科普机构(如科技馆、天文馆)开展合作，共同承担起大学生天文观测实践活动方面的教学内容。[9]例如，徐州天文爱好者协会拥有很多专业的天文观测设备(包括两个户外观测基地：徐州绿方舟天文台和燕营观测基地)，徐州高校在开设天文学相关课程时就可以和他们联合共同开展户外天文观测活动。江苏师范大学地理测绘与城乡规划学院在地球概论这门课的教学过程中，通过与徐州天文爱好者的合作，每学期会不定期共同组织地理科学专业师范生开展多次校园天文观测活动。尤其是一些重大天文现象(如日食、月食等)的观测活动，学生通常非常感兴趣。考虑到每个班级学生人数太多(每个班近五十人)以及组织和安全等问题，观测活动范围主要在校园内，如进行月面观测、行星观测、星轨拍摄、国际空间站和中国空间站过境观测、太阳黑子观测、月偏食观测等。校园内光污染影响相对较大，学校在绿方舟天文台和燕营观测基地也组织了若干次户外观测活动，由于观测基地距离校园较远且学生人数较多，另外考虑到安全、用车等多种限制因素，每次仅安排几名对天文观测特别感兴趣的学生一同前往观测基地进行户外观测。这些天文观测活动对地理师范生地理实践能力的培养取得了很好的效果，也极大地激发和培养了学生对宇宙和自然科学探索的兴趣。

天文观测实践活动作为高等师范院校地理科学专业地球概论课程教学的重要组成部分，不仅是培养师范生地理实践力的有效途径，而且能极大地激发和培养师范生对宇宙和自然科学探索的兴趣。目前，高等师范院校地理科学专业教学中开展天文实践观测活动还面临不少困境，如天文观测设备严重不足、户外观测困难、专业的天文师资匮乏等。针对当前这些困境，建议相关任课教师进一步加强专业知识学习，积极参与相关交流培训，充分利用现代信息技术成果，大力加强和天文研究机构在开展天文观测活动方面的合作。

近年来，随着我国越来越重视天文学等基础学科的发展，对基础研究的投入不断加大，我国天文学的发展迎来了重要的机遇，天文学在中小学的地位也越来越重要，尤其是随着我国深空探测领域取得的重要科学进展，如“嫦娥”系列月球探测、“天问一号”火星探测等，不断深化人类对宇宙奥秘的认识，也逐渐点燃了大众的热情，引起越来越多的人开始关注天文学。随着我国基础教育改革的发展及素质教育的全面推进，近年来不少中小学装备了天文观测设备，组织开展天文观测活动，对教师的综合素养有了更高的期望，社会上需要越来越多的天文学专业背景人才。因此，高等师范院校地理科学专业作为培养中学地理教师的主要渠道，培养地理专业师范生的天文观测实践能力，能有效增强师范生作为未来中学地理教师的从业能力，为今后带好中学地理的第二课堂教学打下坚实基础，进而为培养和提升中学生的地理实践力素养提供强有力的保障。