黑洞杀手如何拯救天文学课程

胡德良/编译

黑洞杀手如何拯救天文学课程

胡德良/编译

作为一所小型学院的物理学教授，我教授各种各样的课程，所面对的学生群体也是五花八门，他们有的是有备而来，有的则是出于兴趣……我教授的课程涵盖了从普通教育物理学和天文学到高级物理学专题的各种课程。我发现：在任何一种情况下，如果我把通俗的和有关历史的读物整合到课程中，都会对学生的学习经历产生永久性和实质性的积极影响。

当我的职业生涯一开始，我就意识到：课程设计应该比简单选择的教科书更加周到和精细。我发现，尽管出版商花费时间和精力制作容易理解和富有吸引力的天文学教科书，但是我的学生们仍然在努力阅读大量的文本，他们对其中过于正式的表达无可奈何。

当我布置开卷测试时，包括课本中讲到的基本问题——从简单定义到物理学和天文学中的基本概念都有，学生们都觉得困难。尽管所有答案都直接来自课本，但是大多数学生在这些测验中表现不佳，班级平均成绩通常在C档。无论学生是根本没有阅读，还是阅读过但没有真正理解，现实情况是他们没有经过调查实例、团体协作或班级讨论等必要的过程就来上课。如果我找不到办法来吸引和激励学生，天文学课程注定要成为教师和学生都不喜爱的选择。

在研究不同教科书的选择时，我逐渐认识到：多数天文学入门教科书在写作、内容和设计方面都有着相同的方面。因此，采用新的教科书不能解决学生遇到的问题。而我在普通天文学课程方面的教学经验是促使我探索和开发天文学课程的首要因素。

经过几年的探索，我已经获得了一种方法，使我能够在历史、文化和社会背景下对物理学和天文学知识进行技术化处理。我对教科书的专业内容进行补充，并根据通俗的和有关历史的科学出版物布置阅读作业和写作作业。我发现：无论学生是几年级的，不管他们的专业是什么，也不论他们的兴趣何在，这个方法在吸引学生方面是成功的。

我读过尼尔·德格拉斯·泰森（Neil deGrasse Tyson）的《死亡黑洞》一书，注意到它的主题非常广泛。作为《自然史》杂志的短篇文摘汇编，该书的主题从科学素养和数字素养扩展到了各种天文学现象的历史及其基本物理学原理。我决定将其应用到一般教授的天文学课程中来，以补充标准教科书的教学任务。我强调阅读和写作任务，但我的想法不是要取代教科书，而是要使学生感兴趣，并激励他们学习。然后，教科书就成为阅读中扩展读物所涵盖的主题一种。

我的天文学课每周进行三场50分钟的讲座和一场持续3小时的实验。学生通常每周阅读《死亡黑洞》的2个章节——大约有20页，然后写一篇1页或2页的读后感。我每周抽出20分钟的时间，讨论阅读情况和学生感受。重要的是学生们能够在感受中融入思考，能够考虑阅读意味着什么，并且能够与个人经历和往事联系起来，而不是简单地对阅读进行总结。在实验中，我们会扩展并解决难题。如果没有这样的安排，采用阅读和写作的方式可能需要减少课程内容。

在泰森这本覆盖面很广的书中，我发现了一定量的阅读作业，它可以补充整个学期教科书每个章节所涉及的内容。例如，在跟本书书名密切相关的那一章中，泰森描述了这种情况：当你掉入黑洞时会发生什么？他使用了术语“意大利面条化效应”（Spaghettification）。当课程开始探索宇宙中的极端环境（包括黑洞、类星体和伽玛射线爆发）时，学生们阅读了这一章。

我在2013年的天文学课程中使用了这一方法，从2015年起，我就在期中考试中插入一个问题——要求学生论述一下阅读《死亡黑洞》的价值，并且问及他们是否会将这本书推荐给对天文学知识感兴趣的朋友。毫无疑问，我得到的反馈是积极的。这种学习氛围和参与度是最理想的，这是我以前从未经历过的。

我在高级课程中使用了相同的方法，也取得了很大的成功。在中级天体物理学课程中，《死亡黑洞》和马克·基杰（Mark Kidger）的《宇宙之谜》成为精彩的辅助教材。在探索物理学历史中促使模式转变的人物时，这种方法非常奏效。在这种情况下，我把南希·福布斯（NancyForbes）和贝希尔·马洪（BasilMahon）撰写的《法拉第、麦克斯韦和电磁场》一书用在高级电磁课程中；现代物理学课程常常侧重专业内容和抽象内容，为了增强学习感受，我把乔治·盖莫（George Gamow）撰写的《震撼物理学界30年》和曼基特·库马尔（Manjit Kumar）撰写的《量子论》应用其中。

对于你的课程来说，我几乎确信这里使用的具体读物是不具相关性的，但是我仍然要为你强烈推荐上述书目。我不断寻找新的书籍和教材，将其纳入我的阅读书单中，而且我也正在利用这种课程设计努力拓展这些课程。这种方式之所以对学生有如此强烈的吸引力，是因为他们有机会探索跟课本主题相关的历史、文化和社会背景。如果你的读物涉及这些主题，我相信它们对你的课程也会产生相同的积极效果。

如果说黑洞杀手挽救了我的天文学课程，可能会有些夸张，但实际效果是不容忽视的。通过使用通俗的和跟历史相关的读物补充专业内容，我发现在我教授的所有课程中，学生的参与度和学习成绩都有了显著提高。我强烈建议，以我在这里概述的方式进行教学。

[资料来源：Physics Today][责任编辑：松 石]