网络天文普及教育―――走近天文

网络天文普及教育―――走近天文 国家天文台 郭红锋，蒋世仰，丁一 摘 要 本文介绍怎样利用现代计算机网络技术，开展网上天文科普活动，把天文研究的大量成果、历史发展与现状等信息，以图、文、声、像、视频、网页等多种形式，转化为普通大众所能接受的科普知识，向公众展示我国天文研究的水平和世界天文研究的进程，从而使公众走近天文，了解科学，增长知识，破除迷信，提高科学素养和素质。 关键词：网络，天文，科普，公众 1. 天文普及教育的意义 什么是天文学？天文学的研究对象是什么？太阳和星星是怎样诞生、演化、衰老以至死亡的？浩瀚的宇宙究竟包含些什么？彗星会不会撞上地球？怎样认识天上的星星？人类怎样实现飞出地球去的梦想？宇宙真的发生过大爆炸吗？我们能找到外星人吗？天文学的研究手段和研究是什么？天文学家正在做什么？天文研究与普通人的生活有什么关系？等等这一类有趣而重要的问，是社会公众特别是青年人所关心的问题。 天文学是一门古老的学科，因为它包含了数学、物理、化学、生物、哲学、历史等多方面的基础文化信息；天文学又是一门非常前沿的和热门的学科，因为它与航空航天、精密测量、生态环境、地外文明等高新技术、新兴学科密切相关；天文学也是一门深深吸引大众兴趣的学科，因为每当人们抬头仰望蓝天、低头俯视大地的时候，许许多多奇妙的现象都会引起人们的思考和想要弄清为什么的渴望。 随着我国改革开放的步伐越来越大，国家的综合国力大大提高，人民生活水平稳步上升，对精神文明和文化知识的渴求也越来越高。天文学所包含的科学、文化、技术、发明等方方面面的知识与信息，能激发人们对科学兴趣和对生活的热爱，使人类对生命的本质、宇宙起源与演化、人与自然的关系等进行深入思考，帮助人们掌握科学的思维方法，树立正确的宇宙观。 所以，把天文研究的成果和现状介绍给公众，让公众理解科学，知道科学家在做什么，以及这些工作的意义和与人类生存的关系，从而增强公众的科学意识，提高人们的科学素质。这些都是很有意义的工作，也是科学级研究机构和科学家义不容辞的责任。 2. 国外天文普及教育现状： 知识经济、知识社会使科技和教育日益成为国家赖以发展的两个重要基础。科普作为科技和教育的一个交叉环节，也因此受到越来越多的国家的政府的高度重视。很多国家的政府通过政策、立法、组织、资金等手段，积极推动本国科普事业的发展。 国外发达国家非常重视对公众的科普教育工作。凡国家设立的科研机构都定期对公众开放，科学家也很注重把自己研究的科研领域向公众做深入浅出的介绍。 美国政府近年来特别重视科普，这很大程度上得益于国会的促进和支持。由于美国联邦政府没有专门的科技行政管理部门，政府在科技领域的目标任务是通过国家科学基金会(NSF)、航空航天局(NASA)、能源部、商务部等分头承担的，美国国会因此明确要求这些政府部门和机构都要担负相关的科普职责，并通过预算、年度、听证会等手段监督其科普工作实施情况。 在美国联邦政府部门和机构中，NSF在科普方面起的作用最大，在NSF，科普工作主要是通过其非正规科学教育计划（以下简称科普计划）实施的，从1984年到现在，已开展了18年。年预算目前达到5600万美元，已占到NSF总预算的1.3%，即每100美元的NSF预算中就有1.3美元用于搞科普，强度是相当大的。 国际上对于天文学的科学普及是重视的。在美国、西欧和日本，由于经济非常发达，天文馆和科普天文台非常普及。很多天文台是私人所有的庭院天文台。望远镜的口径有达到1米的。非常普遍的是30到60厘米。CCD非常普及。大多是SBIG公司生产的ST-7，ST-8或ST-9。因此他们在AAVSO（美国变星观测协会）的组织下，进行有计划有组织的观测和发部资料，特别是关于许多长周期变星和激变变星的观测。这类变星专业天文学家很难或干脆不可能获得完整的观测资料，非常需要爱好者们的帮助。在东欧的捷克、波兰和匈牙利，这类天文台和观测也相当普及。他们使用这些仪器有计划地进行变星和小行星观测。并把观测结果在网络上发布。比如“The Johann Palisa Observatory and Planetarium of Technical University in Ostrava is situated at the west end of the city of Ostrava, which is the third largest city in Czech Republic”，参与观测的人员具有相当水平的专业训练，使得观测资料具有科学研究价值。 3. 国内天文普及教育现状： 在我国，长期以来，科普经费不足是困扰科普事业的一个老大难问题。据科技部统计，2005年，我国科普经费筹集总额为24亿多元，其中，政府各级财政拨款近16亿元，占总投入金额的65%左右；自筹资金超过6亿元；社会捐赠 4500万元；其他收入有近2亿元。虽然比2004年度政府科普专项经费近8亿元有了较大增长，但相对我国13亿人口的总量，2005年人均科普经费还是不到2元，与发达国家相比仍有较大差距。 近年来，我们国家和政府已经加强了对科普工作的支持和引导，特别是政府和各级部门对科普事业的投入逐年增多，2005年国家科学技术奖励工作办公室在“国家科学技术奖励网”公布了2005年度国家科学技术奖励初评结果。其中“相约健康社区行巡讲精粹”丛书、“院士科普书系”、《数学家的眼光》、“中国儿童百科全书”等8种书入围。我国首次把科普图书纳入国家科学技术进步奖。 在这种大好形式下，怎样更快更好更多地把科研成果转化为公众可接受的普及知识仍然是亟待我们去探索的重要课题。目前国内出版的科普作品种和数量都不算少，但也存在着许多问题，比如：重视具体知识的普及而不重视科学体系和思想方法的普及，重视自然科学的传播而不重视社会文化的延续，科普创作和传播手段不相适应，科普队伍的素质与社会需求存在差距，科普投入的急功近利与实际资源的合理利用也存在很多问题等等。这些都有待我们在工作中逐步改善以适应社会日益增长的需求。 目前我国虽然没有较大的私人天文台，但是中小学和大学天文台已经相当多，有的已经配备了30到65厘米的望远镜和ST-7等CCD，然而大多数投资兴建的天文科普教育设施并没有发挥应有的作用，许多只是象征性地作为参观、演示用，即使有些用于授课，也仅仅发挥了很浅显的功能，没有深入发掘他们的真正价值。根据笔者了解的目前中小学天文科普教育现状，可归纳如下： 1）资源分散：各学校购置仪器设备（望远镜,、终端仪器、附属器件、配件、软件等）的渠道是独立的、分散的，所组成的系统缺乏整体规划，不容易配套使用，也没有资源共享的机制 2）师资缺乏：目前国内中小学没有专门的天文科普基础教育课，所涉及的天文基础知识是附加在地理课或科技课堂中进行的。所以从事天文科普教育的师资大多数也没有经过天文专业培训，而是由地理老师兼任。大多数老师迫切要求得到专业培训 3）教材不规范：目前我国中小学没有科普教育大纲。天文普及教育的层次和深度取决于不同学校的具体条件，没有统筹规划，没有统一教材 4）开展活动：大多数处于初级状态（仅限于参观介绍性的），有些开展简单活动（如拍摄天体图片，观测简单天文现象），很少有开展探索性的科研活动 5）计算机\网络：我国的计算机与网络技术的发展是有目共睹的，不但很先进，而且很普及,可与国际接轨 从以上分析来看，不仅发展网络天文教育的条件已经具备，而且迫切需要尽快开展网上共享的天文普及教育，以满足天文普及教育中普遍存在的对资源、师资、教材等共同的需求。这就要求我们制定统一的系统规划，整合现有资源，建立共享机制，培训师资和学生。再进一步聘请专家指导，开展更高级多样化活动，分层次地循序渐进。这样就可以把我们的天文普及教育投资充分地利用起来，不仅使学生丰富天文知识，更可以进一步动手参加天文观测活动，深入研究天文现象，探索科学奥秘。 这种通过实践探索的科普教育不仅能够引起人们的兴趣而更好地普及天文学知识，还能够培养人们的实事求是，严谨探索的科学素质。使得接受科普的受众们从小养成实际科学观测的习惯。于是我们就会有更多的人热爱科学，决心从事科学研究。国家花费了大量的金钱，建设了这些设备，应当让他们发挥作用。只要组织得当，我们完全可以达到VSOLJ和VSNET等组织的水平。 4. 网络天文普及教育的内容方法 网络天文普及教育，就是通过网络技术手段，把社会上，特别是各大中小学现有的很丰富的天文科普资源（包括望远镜、天象仪、终端设备等），与天文专业资源（望远镜、软件、数据库）结合起来，通过网络集成并共享，制定统一的规范使用流程，再通过网络提供给学校、科普场馆和社会公众使用，使更多的人能够利用网上天文科普教育资源，学习天文知识，参加实际天文观测，让有兴趣又有能力的优秀人才在天文科普中走近真实的天文学研究，在天文专业技术人员指导下，为广大受众提供足够的体验科学的环境和空间。 网络天文普及教育，是通过网络传播手段，开展天文科普教育活动，把基础天文知识和天文观测实践活动结合起来，以图、文、声、像、视频、网页等多种形式，向广大学生、教师和普通大众深入浅出地天文学介绍天文学研究的意义目的，天文学常规研究的目标方法，天文学重大课题的产生与进展，天文学过去现在与未来发展的动态，天文成果对科学体系的贡献，等等。使广大公众通过网络这个丰富多彩的窗口，了解天文学的发展脉络及其在整个科学体系中的地位作用，了解天文学家正在做的事情及其进展。 网络天文普及教育，在为社会公众提供广泛的天文知识的基础上，还可以让公众有机会亲身体验和参与简单的天文观测和科普实践活动，使公众尤其是青少年，通过网络接触实际科研过程，在自己动手“做科学”（Do Science）中来检验自己对科学知识和科学方法的掌握和运用能力从而获得科学体验和对科学的兴趣，培养创造性思维，形成良好的科学习惯，也可以为天文爱好者和天文专业的学生教师，提供一个动手实践学习天文的教学平台。 网络天文普及教育的主要内容： 1） 对一般公众：可以在网上提交申请，经过身份认证，得到授权，进入系统： · 选择感兴趣的天空、天区、天象，进入观看（这是根据实时天文历算得到的模拟天空样本），下载图片（现存真实拍摄的历史图片） · 操作科普望远镜，实际观看感兴趣的天空、天象等，体验真实观测感受。 2） 大中小学生（教学）和天文爱好者：可以在网上提交申请，经过身份认证，得到授权，进入系统学习课程，操作科普望远镜，选择观测感兴趣的天区，拍摄照片，获得结果，提交作业等，体验真实参与天文观测的感受。 3） 专业天文教育培训对象：可以在网上提交申请，经过身份认证，得到授权，进入系统学习课程，操作专业天文望远镜，选择观测感兴趣的天区，拍摄照片，获得结果，利用软件工具分析归纳，提交作业论文等，体验真实天文研究实践的感受。 4） 对所有用户提供知识、图片、视频、动画等资源共享。 过程描述如图所示： 系统构成： 根据系统的构成，建成后的体验区将由三层功能结构组成： 1）远程控制系统：包括天文观测仪器设备，控制各设备的、支持网络功能的软件，以及图像预处理软件等。本层位于各个科普／专业望远镜置放现场，不直接呈现给最终用户； 2）门户网站系统：包括后台数据库管理系统，网络安防系统，交互式网站，连接远程控制系统与最终用户的通信信息转换软件等。本层位于国家天文台总部以及中科院网络中心服务器，不直接呈现给最终用户； 3）最终用户：最终用户通过访问网站的形式来享用本系统各种服务，用户可安装通用浏览传输工具，不需要特别技术。 5. 网络天文普及教育的关键技术 主要包括： · 不同种类望远镜及其附属设备的全自动控制 · 系统统一规范、网络信息传输和指令标准 · 用户证认、系统资源分配与网络安全技术 · 数据库、图像处理、视频、流媒体、JAVA技术等 · 海量数据传输与快速交互技术 6. 网络天文普及教育的特色与创新之处。 网络天文普及教育的特色是： · 采用现代高新技术手段，借鉴国际上最新的科普教育理念和方法，采用丰富多姿的网络信息传播形式（图、文、声、像、动画、视频、网页等），全方位、立体的将高深的科研信息转化为通俗的科普内容 · 改变传统教学方法和理念，把知识传播与趣味体验结合起来，使学习不再成为孩子成长的重担，而是引人入胜的求知欲望的满足 · 提高教育投资与实际效果的比值，发掘已有科普教育设施的潜力，集中零散社会力量，减少今后教育投资的浪费 用户申请 望远镜使用 专家系统 与 用户交流 平台 用户下载， 系统成果展示 观测与结果处理 用户注册 系统证认 基础知识 学习浏览 基本技能 培训课程 远程控制系统 自动控制处理 系统状态报告 系统运行显示 远程系统处理