《大学天文学》思政建设案例
左兆宇
一、《大学天文学》课程思政总体目标
“大学天文学”是西安交通大学基础通识类选修课，32学时、2学分，面向全校本科生开设。是课程思政示范课之一。
课程以人类认识宇宙和认识自己为主线，将中国优秀传统文化和先进宇宙思想、社会主义核心价值观、国家全球价值观等思想政治元素和个人价值观塑造渗透于课程内容之中，突出课程的时代性与“育人育心”的宗旨。课程的核心是帮助学生树立正确的宇宙观（世界观），人生观和价值观，激发学生的家国情怀和使命担当，培养学生的文化认同与文化自信，建立学生人类命运共同体的全球价值观，以达到立德树人的目的。课程注重“人”在科学发展中发挥着关键作用，引导学生与天文学家开展对话与交流，培养学生的科学素养和人文关怀。
二、《大学天文学》各章节课程思政建设要点
第一章 绪论：迷人的天文学
刨根问底知天文
天文学有什么“与众不同”？
天文学有用吗？
课程思政内容设计：融入中国古现代天文成就，树立学生的民族自信心和民族自豪感，以达到立德树人的目的。
一方面，中国古代天文成就辉煌。我国有世界上最古老、丰富的日食、彗星等天象记载，有浑仪、简仪等精湛的古天文仪器，有张衡、郭守敬等驰名中外的天文学家。中国古代天文学对世界天文学发展乃至整个人类文明做出了重要贡献。另一方面，中国现代天文成绩斐然。譬如诸多大科学装置如LAMOST、FAST等都世界领先。虽然天文学是基础科学，不过它也为服务国家重大战略需求（如航空航天）做出了重要贡献。
第二章：认识宇宙I:宇宙观的变迁
1. 地心说
2. 哥白尼革命
3. 宇宙学原理
课程思政内容设计：
第一、通过天文学发现和发展穿插讲授马克思主义认识论，体现人类认识宇宙过程中所形成的科学精神、科学思想、科学方法等；从历史的角度介绍由哥白尼革命所触发的宇宙观的飞跃，特别是现代科学的起源和实事求是的核心内涵；突出马克思主义思想方法对人类认识自然科学的指导意义，树立学生正确的世界观、人生观和价值观。
第二、当代科技水平的快速发展帮助人们对宇宙有了更加深入全面的理解，其深度和广度远远超越了前人，但现代的宇宙观也不可能是人类认知宇宙的终极，因为知识总会过时、不断更新的，而科学的精神、方法和情怀才是真正值得坚守的。
第三章：认识宇宙II:宇宙的前世今生
1. 宇宙的面貌
2. 宇宙的演化
3. 暗物质和暗能量
课程思政内容设计：
第一、人们对宇宙的过去（宇宙的演化）和现在（宇宙的面貌）总充满好奇，本章节将揭开“宇宙考古学”的神秘面纱。宇宙大爆炸模型被提出之后，人们意识到，宇宙似乎有个起点，但这岂不是打着科学的旗号去支持“宇宙的创生”？这使得人们很长时间内难以接受。本章节紧扣支撑“宇宙大爆炸”学说的关键证据，让学生品味观测在天文学中的重要性，突出马克思主义思想方法对人类认识自然科学的指导意义，培养学生的科学态度和求真务实的科学精神。
第二、借助现代天文观测，天文学家虽然已经能够回答宇宙起源之谜，但暗物质和暗能量的发现对物理学和天文学提出了新的重大挑战，孕育着新的宇宙观的飞跃。
第三、注重加入中国现代天文学领域的成就和贡献（如阿里计划、FAST等），树立学生的民族自信心和民族自豪感；培养学生认同中国文化，树立中国文化自信，传承弘扬中国文化的自觉。
第四章：认识自己I：我们的“家”
1. 太阳
2. 行星和太阳系小天体
3. 来自天空的威胁
课程思政内容设计：这一章的主要内容是让学生通过认识我们的“家”—太阳系,进一步认识自己所处的生存环境。人类实际上无时无刻不面临着来自天空的威胁，为此让学生更加珍爱生命，懂得生命的脆弱；另一方面，让学生看到，为了人类的生存和繁衍，世界各国都做出了不懈努力，帮助学生建立人类命运共同体的全球价值观。
第一、人类面临诸多威胁。人类生活在太阳系的一颗行星--地球之上，面临着来自太阳及太阳系小天体的威胁。太阳看似“温和”，实则异常“狂暴”。太阳风暴可能造成空间天气灾变和自然灾害等，严重影响人类健康甚至导致社会突发事件的发生；小行星撞击地球甚至造成人类的灭绝。以此，让学生进一步懂得生命的脆弱，更加珍爱生命；另外激发学生探索自然的紧迫感，敬畏自然。
第二、面对来自天空的威胁，人们做了哪些准备？人们建造了各种各样的实验装备，对太阳活动和太阳系小天体进行检测。譬如，中国科学院紫金山天文台“近地天体望远镜”是目前我国近地天体观测和研究的主干设备，观测量在国际上该领域的400多个观测计划中位居前十。值得注意的是，近年来联合国成立了专门机构——国际小行星预警网(International Asteroid Warning Network，IAWN)，以加强国际间近地天体观测领域的合作和数据共享，共同应对来自小行星撞击的威胁。这样，不但建立了学生的民族自信心和民族自豪感，并帮助学生树立了人类命运共同体的全球价值观。
第五章：认识自己II：我们是孤独的吗？
1. 地外生命产生的可能条件
2. 系外行星系统的搜寻
课程思政内容设计：这一章的主要内容是讲解天文学家探索地外文明的历史与进展，介绍地外生命产生的可能条件和系外行星系统的搜寻，展示地球（和地球生命）的脆弱和珍稀；无论地外文明是否存在，地球对我们来说永远是独一无二的，是人类命运与共的家园。
第一、地外生命产生的可能条件。以地球为例，可以看到，生命存在的条件异常苛刻。德雷克公式—用以推算银河系及可观测宇宙能与我们进行无线电通信的高智能文明数目—也暗示了这一点。从这个角度，让学生进一步体会生命之可贵，应该珍爱生命。
第二、系外行星探索。（1）寻找外星文明，进一步回答人类从哪里来，人类在宇宙中是否唯一等终极哲学问题。这对树立学生正确的世界观、宇宙观至关重要。（2）寻找另外一个宜居的类地行星，即寻找我们另外的家园（地球2.0），人类已经做出了巨大努力。我们将介绍中国天文学家的巡天之路，激发同学们探索宇宙的激情和民族自豪感。人类虽然找到了一些类地行星，但真正离我们近的，在10个秒差距（约30光年）以内类似太阳这样的恒星系统，还没有找到宜居带行星。以此，让学生知道地球（和地球生命）的珍稀；无论地外文明和地球2.0是否存在，地球对我们来说永远是独一无二的，是人类命运与共的家园。
第六章：认识自己III:我们是谁？
1. 恒星的观测
2. 恒星的演化
课程思政内容设计：这一章的主要内容是让学生掌握恒星的测量手段和方法、恒星的观测统计，人们如何建立恒星的演化。人们研究恒星的过程，实际是和人们认识宇宙、认识自然和认知自己紧密联系的。恒星的结构和演化是上个世纪天体物理领域两个最为重要的成果之一（另外一个是宇宙大爆炸理论），深刻影响人类对自然界和自身的认识。人们在恒星研究过程中所形成的科学思维和方法论对学生也大有裨益。
第一、恒星的一生就是一部与引力斗争的历史！通过恒星的发展和竞争引入矛盾论，穿插介绍矛盾论主要观点，以恒星的发展和演化介绍矛盾论的主要观点和应用。
第二、通过介绍构成我们身体的几种主要元素的来源揭示宇宙中元素的形成历史及其相关的物理过程，包括大爆炸、恒星演化、超新星等，说明我们都是星尘，是宇宙通过恒星演化创造的珍贵财富，因此每个人都应该珍惜自己和别人的生命。
三、《大学天文学》课程思政具体案例展示
(一)案例一展示：
1.案例主题：不同历史时期人们有不同的宇宙观，你如何看待？
2.结合章节：认识宇宙I:宇宙观的变迁
3.案例意义：
帮助学生形成正确的科学精神、科学思想和科学方法，树立正确的宇宙观（世界观）、人生观和价值观，以达到立德树人的育人效果。
本案例通过不同历史时期天文学的发现和发展，结合当时主流宇宙观及其对人们价值观的深刻影响，体现人类认识宇宙过程中所形成的科学精神、科学思想和科学方法等；从历史的角度介绍由哥白尼革命所触发的人类宇宙观的飞跃，特别是现代科学的起源和实事求是的核心内涵。实际上，在科学发展的历史中，人类的宇宙观是在不断变化的，绝对正确的宇宙观是不存在的。当代科技水平的快速发展帮助人们对宇宙有了更加深入全面的理解，其深度和广度远远超越了前人，但现代的宇宙观也不可能是人类认知宇宙的终极，因为知识总会过时、不断更新的，而科学的精神、方法和情怀才是真正值得坚守的。
4. 案例描述：
4.1 案例展示：
在中国，“古言天者有三家，一曰盖天，二曰宣夜，三曰浑天”，
如：盖天学说之“天圆如张盖，地方如棋盘”。 而西方以“水晶球”模型最为出名，如古希腊先贤亚里士多德相信地心说，而托勒密给天体加“轮子”，直到1500年之后哥白尼才又提出了日心说。在如今，“宇宙大爆炸”学说最为流行—宇宙起源于大约137亿年前的一次“大爆炸”。关于宇宙的学说众多，不同历史时期人们有不同的宇宙观，你如何看待？
4.2 教学方法与教学设计
4.2.1 教学方法：
本节内容采用案例教学，讨论式教学和启发式教学相结合的方式。
4.2.2教学设计：
第一步：“案例+讨论”。在对不同时期主流宇宙观描述和展示后，首先让同学们探讨为何会形成这样的宇宙观，并陈述理由。这些宇宙观如何影响人们的世界观、人生观和价值观？让同学们进一步思考，是什么推动人类宇宙观的变迁？
第二步：“案例分析与启发”：授课教师带领大家跨越两千多年，了解人类宇宙观的七次飞跃和几大关键历史节点，启发学生自己寻找答案。
无论古代中国还是古代西方，人们对宇宙的认识都很朴素。古中国经历过“盖天说”、“浑天说”和“宣夜说”，而西方以“水晶球”模型最为出名。我们将讲述古希腊先贤亚里士多德为何相信地心说？—哲学上不可非难的学说；观测上，未发现视差？！由此展开对哲学和科学的讨论。什么是科学？科学的方法包括逻辑化、定量化和实证化。因为如果没有定量化，就无法通过归纳建立模型，也无法对模型进行演绎来做出预言，并被进一步的观测或者实验检验。为了解释行星逆行的观测现象，托勒密给天体加“轮子”，而1500年后哥白尼提出日心说，因为它更“美”，提炼出重要科学思维,即“简单有效原理”—“如无必要，勿增实体”。
借助第谷的观测，开普勒定律横空出世，但直到伽利略才给地心说最后一击。这是人类对宇宙认识的第一次飞跃：日心说取代了地心说。我们将引导学生与天文学家开展对话与交流，了解他们探索宇宙过程中付出的艰辛，分享他们成功的喜悦和失败的苦恼，对比他们所采用的研究方法和手段，关注他们的科学态度和人文关怀。
在宇宙大爆炸模型被提出之前，人类又经历了第二次飞跃—太阳系也不是宇宙中心；第三次飞跃—银河系也不是整个宇宙；第四次飞跃-宇宙在膨胀，年龄有限。每一次飞跃都依赖于天文观测手段的进步，但更重要的是人类认识宇宙过程中所形成的科学精神、科学思想、科学方法，特别是实事求是的科学态度等。宇宙大爆炸模型被提出之后，人们意识到，宇宙似乎有个起点，但这岂不是打着科学的旗号去支持“宇宙的创生”？这使得许多科学家异常排斥大爆炸理论。但再一次的，天文观测给予宇宙大爆炸理论强烈的支持—宇宙微波背景辐射被发现了，这是人类认识宇宙的第五次飞跃—大爆炸是宇宙起点。直到1998年，人们通过对Ia型超新星的研究发现，宇宙在加速膨胀，这再一次改变了人类对于宇宙的认识，触发了人类对暗能量（和暗物质）的搜寻，这就是第六次飞跃—宇宙加速膨胀与暗能量。随着系外行星探测的进行，人们发现了越来越多的系外类地行星，人类更加认识到自己在整个宇宙中地位的渺小。对外星人和地外文明的探测，是人类对宇宙认识观上的第七次飞跃。
第三步：“总结”。教师和学生一起总结。回顾整个宇宙观变迁史，学生可以畅谈自己的感受。立足整个宇宙，自己只是渺小的一点，对于天文学家付出的艰辛，观测（或实践）的重要性，以及先人的智慧，学生可以畅所欲言。
5. 案例反思：
通过本案例的教学，使得大家认识到：
1. 人类认识宇宙经历了的三大阶段：地心说、哥白尼革命和宇宙学原理。天文观测是推动人类宇宙观变迁的第一推动力。让同学们认识到：“实践是检验真理的唯一标准”！
2.知识总会过时、不断更新，真正值得坚守的是科学的精神、方法和情怀。
（二）案例二展示
1.案例主题： 我们是孤独的吗？
2.结合章节：认识自己II：我们是孤独的吗？
3.案例意义：
让学生懂得保护地球和珍爱生命，培养学生人类命运共同体的全球价值观，从而达到立德树人的育人效果。
本案例主要讲解天文学家探索地外文明的历史与进展，介绍地外生命产生的可能条件和系外行星系统的搜寻，展示地球（和地球生命）的脆弱和珍稀；无论地外文明是否存在，地球对我们来说永远是独一无二的，是人类命运与共的家园。
4.1案例展示：
著名科幻小说《三体》（作者刘慈欣）所描述的是文明生存（居住地）的竞争。书中“三体文明”处于半人马座比邻星（距离太阳最近的恒星系统），但由于它是一个由三颗恒星组成的系统，运动并不稳定。因此经常出现小说中描绘的“乱纪元”：要么三个太阳同时出现，要么一个太阳都没有。人们在煎熬中等待“恒纪元”的出现，他们向往如地球一般安稳的“家”。宇宙中到底有没有类地行星—特别的地球2.0？是否存在外星生命？我们是否是宇宙中孤独的智慧？科学家们一直在努力探索答案。
4.2教学方法与教学设计：
4.2.1 教学方法：
本节内容采用案例教学，讨论式教学和启发式教学相结合的方式。
4.2.2教学设计：
第一步：“案例+讨论”：在对“三体”案例进行描述和展示后，首先让同学们探讨地球适合生命生存的条件，并陈述理由。基于讨论，补充并总结“宜居”行星的基本条件。可以看到，生命存在的条件异常苛刻，从这个角度，让学生进一步体会生命之可贵，应该珍爱生命。
第二步：“案例分析+启发”：讲解“费米悖论”、“德克雷公式”。
讲解悖论的产生背景和悖论的发展。费米悖论是一个有关飞碟、外星人、星际旅行的科学悖论—我们对地外文明存在性估计过高，但却缺少相关证据。关于费米悖论，大家可能会有不同的看法。A.外星人是存在的，科学推论可以证明，外星人的进化要远早于人类，应该已经来到地球并存在某处。B.外星人是不存在的，迄今，人类并未发现任何有关外星人存在的蛛丝马迹。让大家展开激烈的讨论。
“讲解德克雷公式”。德克雷公式是用来推测“可能与我们接触的银河系内外星球高智文明的数量”之公式。用以推算银河系及可观测宇宙能与我们进行无线电通信的高智能文明数目。
第三步：科学家们是如何寻找系外行星和外星文明的？主要讲述探测系外行星的方法及比较；我们找到了其他的世界和文明吗？离着几光年，怎么确定星球上有没有生命？实际上，人们探索系外行星，目标之一就是寻找地球2.0，寻找人类另外的家园。人们已经做出了不懈努力。这里，我们将介绍中国天文学家的巡天之路，激发同学们探索宇宙的激情和民族自豪感。人类虽然找到了一些类地行星，但真正离我们近的，在10个秒差距（约30光年）以内类似太阳这样的恒星系统，还没有找到宜居带行星，人们寻找地球2.0依然任重道远。以此，让学生知道地球（和地球生命）的珍稀；无论地外文明和地球2.0是否存在，地球对我们来说永远是独一无二的，是人类命运与共的家园。
5.案例反思：
通过本案例的教学,使得大家认识到:
（1）地外生命产生的可能条件异常苛刻，让学生懂得保护地球和珍爱生命，培养学生人类命运共同体的全球价值观。
（2）认识到地球（和地球生命）的脆弱和珍稀；无论地外文明是否存在，地球对我们来说永远是独一无二的，是人类命运与共的家园。
（三）案例三展示：
1.案例主题：面对来自天空的威胁，我们如何应对？
2.结合章节：认识自己I：我们的“家”
3.案例意义：
培养学生的科学精神和科学素养，培养学生人类命运共同体的全球价值观，从而达到立德树人的育人效果。
本案例包括人类面临的诸多威胁，特别是来自天空的威胁和面对威胁，人类做了哪些准备。通过案例让学生认识到：（1）人类（和地球）所处的环境异常复杂多变，无时无刻不面临着来自天空的威胁，为此让学生更加珍爱生命，懂得生命（和地球）的脆弱和珍稀；（2）让学生看到，为了人类的生存和繁衍，世界各国都做了巨大的努力，帮助学生建立人类命运共同体的全球价值观。
4.案例描述：
4.1 案例展示：
影片《2012》（导演：Roland Emmerich）的热映让《2012》深入人心，电影中地球板块加速漂移、黄石火山剧烈爆发、整座城市沉入大海、滔天海啸席卷陆地等灾难，全都根源于太阳峰年到来导致大量中微子穿过地球加热地核。问题是，太阳风暴和中微子真有如此威力吗？
电影《恐龙灭绝》（导演：Richard Dale）讲述的是约6500万年前的白垩纪所发生的中生代末白垩纪生物大灭绝事件，而造成灭绝的原因是陨石撞击。如果小行星再次撞击地球，我们该如何准备？
4,2教学方法与教学设计：
4.2.1 教学方法：
本节内容采用案例教学，讨论式教学和启发式教学相结合的方式。
4.2.2教学设计：
第一步：“案例+讨论”：以灾难片为话题引入，重点对《2012》和《恐龙灭绝》进行描述和展示，首先让同学们思考人类可能面临哪些威胁，特别是来自天空的威胁。
第二步：“案例分析+启发”。老师利用太阳物理和行星科学相关理论，分析《2012》和《恐龙灭绝》中涉及的科学知识，启发学生自己寻找答案。
实际上，人类面临诸多威胁：有病毒威胁，如萨斯病毒、H7N5、禽流感、南非肆虐的埃博拉病毒等等，还有自然灾害，如火山、地震、泥石流，甚至外星人入侵？除此之外，人类生活在太阳系的一颗行星—地球之上，还面临着来自太阳及太阳系小天体的威胁。
太阳看似“温和”，实则异常“狂暴”。太阳风暴可能造成空间天气灾变和自然灾害等，严重影响空间（卫星）安全、人类健康甚至导致社会突发事件的发生。由此，“空间天气学”应运而生。空间天气学的基本科学目标是把太阳大气、行星际和地球的磁层、电离层和中高层大气作为一个有机系统，按空间灾害性天气事件过程的时序因果链关系配置空间、地面的监测体系，了解空间灾害性天气过程的变化规律。另外，通过对太阳能源机制的介绍，使得学生认识到，太阳无时无刻不在发射中微子，《2012》让“中微子”出马毁灭地球，听上去很有“科学性”，其实不然。 通过讨论和分析，使得学生能够科学理性地看待社会热点问题，去伪存真，提高科学素养，培养科学精神。
面对小行星撞击地球，人类将如何应对？我们将讲述“近地天体”（Near Earth Object，NEO）和“潜在威胁小行星”（Potentially Hazardous Asteroid，PHA）的概念。特别是PHA, 天文学家通过巡天对PHA进行“人口”普查，发现并监测PHA, 对可能发生的PHA撞击地球做出预警, 以想办法规避撞击风险。截止到2019年4月，人们已发现近两千颗PHA，但这个数目仍不到估计总数的三分之一。从这个角度来看，地球（和地球生命）仍面临着巨大威胁，以此激发学生投身科学的激情！PHA的完备监测和预警任重而道远！ 2013年12月，联合国成立了专门机构——国际小行星预警网(International Asteroid Warning Network，IAWN)，以加强国际间近地天体观测领域的合作和数据共享，共同应对来自小行星撞击的威胁。侧重介绍中国科学院紫金山天文台“近地天体望远镜”，它是目前我国近地天体观测和研究的主干设备，观测量在国际上该领域的400多个观测计划中位居前十。这样，帮助建立学生的民族自信心和民族自豪感，并树立人类命运共同体的全球价值观。
第三步：“讨论与总结”。学生再次对人类面临的威胁进行讨论，老师总结并留下问题供学生思考。
实际上，人类面临的来自天空的威胁远不止这些，譬如太阳经过演化可能死亡（当然时标很长！），宇宙的不同演化结局，高能天体辐射等等。当然，对于PHA, 监测和预警更为迫切。但监测和预警只是第一步。如果小行星真的来“偷袭”，人类该如何应对？实际上，相关的研究还在持续开展，譬如通过动能撞击、核弹爆破、引力拖拽等方式改变入侵小行星的轨道至安全地带等。相信随着科技进步，人类一定有能力找到更多有效措施，保护人类命运与共的家园。
5.案例反思：
通过本案例的教学,使得大家认识到:
（1）学会理性的分析社会热点中的各种“地球灾难”的传言，具备去伪存真的能力，提高科学素养，培养科学精神。
（2）辩证科学的认识人类（和地球）所处的异常复杂环境，让学生更加珍爱生命，懂得生命（和地球）的脆弱和珍稀；
（3）让学生看到，为了人类的生存和繁衍，世界各国都做出了巨大的努力，帮助学生建立人类命运共同体的全球价值观。
