高校自然科学课程的思政建设

——以《普通天文学》教学实践为例

1 课程思政建设的必要性和内涵

教育的目的在于育人，育人的内涵既包括对知识、规则和技能的培训，也包括对这些知识、规则和技能背后的产生逻辑和思想内涵的传授，还包括对世界观、价值观和审美意趣的塑造。换言之，教育的目的在于培养有知识和技能、有思想和创造力、有灵魂的人。要实现这个目的，显然需要经历一个漫长的过程，需要通过不同的阶段、不同的环节、不同的课程来综合达到。随着人类知识的专门化程度越来越高，学校教育中课程内容的分解也越来越细。一门具体的专业课程总是由非常专门的知识所组成，往往包含一系列概念的定义、现象的陈述和总结以及体系逻辑的建构。而对于人的思想和美学教育则一般交由专门的思政课程和艺术课程来完成。这种课程设置是基于现实可操作性的必然选择，但同时不可否认人为地破坏了人的知识和思想体系的整体性和有机统一，甚至带来一些内在冲突。一方面，高度体系化的灌输式思想教育往往很难被缺乏足够社会阅历的学生轻易接受，甚至产生强烈的抵触。另一方面，尤其是在应试教育的强力影响下，专业课程的教学可能越来越具有一个不好的倾向，那就是过于注重知识和技巧的讲解和学习，而忽视对专业知识所承载的学术思想和文化背景的理解。而如果一个人对于知识和技能只是知其然而不知其所以然的话，那么他就很难成为一个真正富有创造力的人，很难去实质性地去传播和发展这一门专业知识。这显然不是教育尤其是高等教育希望达到的最终结果。因此，为了真正实现育人的目的，我们需要打破现有课程体系中的藩篱，把塑造人思想的任务从单纯的思政课程拓展为全方位的课程思政，把思想教育融入到所有的课程教育中。所以，课程思政这个概念虽然听上去是一个比较新的且可能令一些人感到困惑的事物，但其本质实际上只是向教育正常状态的一种回归。

在具体的课程思政建设过程中，我们的首要任务是要根据具体的课程内容来挖掘其中可能蕴含的思政元素，并在这些元素的基础上提炼出该门课程的思政教育目标。思政教育的目标应具有政治教育、价值取向和道德教育（德育）、学术思想和文化教育（智育）这几个具有不同外延的层面，它们与专业知识之间具有不同的亲疏关系。具体来说，任何一门专业课程都有其固有的专业知识传授目标，而往往并不具备所有层面的思政教育功能，对其固有教学目标的实现将始终是相关教学活动的核心任务。不过，也必须强调，对这些专门知识所承载的学术思想和科学文化的教育应是其固有教学目标不可分割的一部分，这一层面的教育设计和实现是课程思政建设的第一要义。比如，在我们讲解相对论这一物理理论的时候，除了展示其数学表达形式和相关的理论应用外，必须充分解释相对论产生的背景、思想内涵以及它对传统科学文化和科学哲学所带来的影响等。而在课程思政的德育层面上，则可以进一步基于相对论的建立这一事件来帮助学生更好地理解科学研究这一社会活动的特有属性和方法论，来引导学生思考科学研究中应该或者可能秉持的价值取舍问题。所以，我们开展课程思政建设，需力避落入简单粗暴的窠臼，既不能将课程思政教育仅仅理解为脸谱化的品德教育，更不宜强行在专业课中直接重复思政课的教学内容。比如，简单地在课程中加入一些科学家的小故事，来宣扬他们的人格魅力和品德精神等等，不是说不可以，但绝不是课程思政的要义所在，这仍然属于传统思政课程的教育方式。在课程思政实践中，必须选取与专业内容密切相关的社会问题、文化问题、思想问题，并直面这些实际问题的复杂性和多样性，将思政教育建立在理性分析的基础之上，使学生如接受数学推导结果一样接受思政教育所要传达的内容并能够内化于心。这才是开展课程思政建设的价值所在。最后，还必须客观认识到直接的政治教育功能很可能只能在少数理工科课程的一些特定教学内容中得到直接展现，且须基于课程的学科和文化特性基础地做出认真的符合逻辑的因势利导安排。当然，我们同时也应相信这种教学安排是具有切实可行性的，因为我们相信任何社会的政治现实及其指导思想本质上也是一个具有内在逻辑的社会科学问题和哲学问题。

总而言之，开展课程思政建设是实现教育育人目的的一条必要途径，对于自然科学而言也是体现其文化性的一种重要方式。在理工科课程中开展思政教育实践的理论基础是思想政治问题的社会性和社会科学与自然科学背后所共同遵守的理性逻辑。课程思政教育能够得以实现前提则是教师基于科学逻辑以及中国的历史和现实对课程中思政元素的理性认识和熟练掌握，是教师对于育人事业的浓厚情怀和坚定信念。

2 《普通天文学》课程中的思政元素

作者在华中师范大学物理科学与技术学院从事物理学类和天文学类相关课程的教学工作十余年，讲授过《电动力学》、《统计物理》、《广义相对论》、《天体物理》、《中子星物理》、《普通天文学》等课程。经过这些教学实践和比较之后认为，《普通天文学》具有最为丰富的思政元素，是开展课程思政建设的理想课程之一，其原因当然在于该课程的性质和内容。《普通天文学》是我院面向物理学（师范）、物理学（基地班）、数学物理交叉班等几个不同专业大三学生的专业选修课，共32个学时（含机动学时）。其主要课程内容包含以下几个模块：

l  天文学史和天文望远镜（6学时），

l  测量方法和基本参数（4学时）

l  太阳和太阳系（6学时）

l  恒星演化和致密天体（8学时）

l  星系和宇宙学（6学时）

基于这些教学内容，我们确立的教学任务和目标有：（1）普及天文学基础知识，阐述天文学基本研究方法，（2）示范运用物理学规律理解自然现象（天文现象），巩固学生的物理学知识和启发学生的物理学思维，（3）介绍天文学观测和理论研究前沿。经过多年的课堂教学，作者逐渐从《普通天文学》课中挖掘和整理了有关科学内涵、研究精神、家国情怀、中华文化四个方面的思政元素，下面将结合一些具体的例子来逐个阐述。

2.1 深入理解科学的内涵、明确科学和技术的关系

对于一名初学者而言，要能够较好地理解和接受任何一个新的科学理论，其最好的学习方式是先从了解该事物产生的源头及其产生的背景和原因开始切入，把它作为一种社会现象而非科学理论来加以分析。因此，在作者开设的《普通天文学》课中，有相当比重的学时被安排来讲解天文学史，包括思想史和技术史。这一部分含有非常丰富的思政元素。

首先，因为近代自然科学正是发端于哥白尼日心说的建立，天文学相比于其他自然科学而言，尤其适合用来帮助学生理解科学的内涵。自一百多年前的新文化运动首次将科学这一概念引入到中国以来，尤其是1988年邓小平提出“科学技术是第一生产力”这一论断以来，可以说“科学”一词在我国的正统话语体系当中已经具有了非常崇高的地位。但是，与此同时，对于“究竟什么是科学”这一问题，当下社会仍然莫衷一是、众说纷纭。很多时候，人们尊崇科学的原因主要还是出于对科学所能够带来的技术力量的渴望，而并非是对科学文化传统的接受和热爱。所以，对于究竟如何推动中国科学的发展，很多时候无的放矢甚至漠不关心。要真正改变这一现状，必须使发端于西方的科学文化传统真正内化于中华文化传统之中，使“赛先生”能够在中国人的头脑中真正住下来，成为人们的日常生活习惯。因此，我们首先必须让从事科学研究的科学家和从事教育新人的教师对科学的内涵有正确的认识，那么对科学的哲学内涵的讲解无疑应是高等学校思政教育的重要组成部分。尽管我们通常可以通过《自然辩证法》这一思政课程来开展这一思政教育，但通过天文学史的视角却也可以提供更加具体和明确虽然不够全面的表达。

西方天文学的源头起自于毕达哥拉斯、柏拉图等人对宇宙形态的想象，尤其是对于行星圆型轨道的哲学理念。正是这种理念和对行星运行轨迹实际观察的结合才产生了古希腊以地球为中心的本轮均轮学说，展示了以追求宇宙本原真理为目标和以逻辑思辨为特征的古希腊理性哲学传统。所以，从科学的这一思想源头来讲，科学本身反映的是人们看待自然界的一种视角，而同时并不是所有的人类社会都会采用这种视角来看待自然界，它是特定人类社会的一种文化特征。之后，在欧洲中世纪和文艺复兴时期，这种古希腊的理性哲学传统和宗教、地缘政治变迁、经济社会发展之间的相互作用则是我们理解以近现代天文学为代表的近现代自然科学的产生原因和特征的主要抓手。具体来讲，近现代天文学及自然科学具有了依靠观测及实验、以数学为主要表达形式、以控制自然揭示自然并利用自然为目标的基本特征。基于上述这些认识，我们可以在教学中结合具体的知识点向学生传达如下几点意思有：

（1）  从社会行为的角度来讲，科学和哲学、文学、艺术甚至宗教一样都是人类文化的一种形式，当然它们各自具有不同的鲜明特征。科学是一种继承了古希腊理性哲学传统的文化，所以科学研究尤其是以揭示自然规律为目的的科学研究首先是一种文化行为，主要致力于建立和完善一种描述自然的范式，以思想的表达和传播为主要目的。所以，科学的发展应主要依赖于科学家内生的表达需求，是自由思想的产物。天文学研究自始至终即使到今天也仍然具有这种鲜明的特征。

（2）  科学研究是人类在理性逻辑基础上认识自然并加以表达的一种方式，所以科学研究所产生的理论原则上只是反映了某些规律，而并不代表客观真理，它永远具有可被证伪的属性。从托勒密的地心说到哥白尼的日心说再到开普勒的行星运动规律和牛顿的万有引力定律，这个过程便很好地反映了人类认识宇宙的范式的变化。这些不同范式之间不仅是简单的革命和被革命的斗争关系，事实上更应强调继承和发展的关系。

（3）  科学作为一种文化，其相比于其他人类文化的显著优势在于它能够对诸多自然现象做出具有确定性的预言，从而为人类的行为做出确定性的指导。海王星的发现便很好地展现了科学的这种主观能动性，标志着科学从被动认识阶段发展到了主动控制阶段，从而逐渐使科学具有了使人类增强能力、发展技术的功能（当然在更古老的时期，天文历法的制订已经初步反映了这一功能）。

（4）  受培根的实验主义和基督教的经院哲学影响以来，具体来说是自伽利略使用望远镜开展天文观测以来，天文学发展逐渐高度依赖于望远镜技术更广义的讲也就是所有人类技术的发展。尤其是以射电望远镜和高能X射线、伽马射线望远镜的发明和发展为代表，天文学在近百余年中已经发生了天翻地覆的变化。所以一定程度上讲，对于天文学而言，常常是先有技术的变革，才有对科学发展的推动。

（5）  科学和技术不是单纯的基础和应用的关系。科学可以导致技术的变革，但技术的发展实际上很多时候并不取决于科学，两者其实具有很大的独立性。所以，如果单纯以追求技术力量来确定科学发展方向，或者说把科学研究始终定位在直接的技术孵化器的角色上，这种努力往往都很难取得大的成功。但是，科学和技术作为社会大系统下的不同环节，以纯科学目标为驱动的大科学研究往往可以成为引发技术创新爆发的强力驱动器。现代望远镜和航天相关技术的发展便是生动的现实例子。

2.2 培养脚踏实地的探索能力、追求不拘一格的思想变革

现代科学作为理性哲学和实验主义相结合的产物，其基本的发展模式一定是先直接审问自然现象，然后总结现象规律，最后提炼出尽量可以用数学语言表达出来科学理论。一个成熟的科学研究必然需要完整经历这几个阶段，或者说在不断努力完成这几个阶段。但是，随着现代科学发展到越来越高级的层次，其规模和深度一般来说都不是科学家个人都能完全把控的，必须依靠科学共同体的通力合作。这种合作可能是直接的、正式的，也可以是指科学家之间紧密的交流和相互的学习。不过，无论如何，科学家个人必须明确自己所从事的研究具体处于整个研究领域的哪个环节，其研究内容与其他环节之间的衔接关系，最终如何真正能够为整个领域的发展做出贡献。但是，在我们对学生的培养过程中，由于已有的科学理论体系已经十分庞大并且高度成熟，我们不可能带着学生把整个理论体系的建立过程重新走一遍。因此，为了现实教学的可行性，我们常常会直接把这个理论体系整理得非常干净整洁，并为它们梳理出一张从原理层面出发逐渐演绎的逻辑网，比如物理学的四大力学体系。尽管我们也会开设很多相应的实验课，但这些实验课不仅是被分割的而且还常常是被高度包装的。所以，尽管这种教育方式非常有助于学生在短时间（两三年）内吸纳物理学数百年发展的成果，但是却很难让学生看到科学研究在曲折中前进的历史过程，很难让他们有勇气将自己置身于历史参与者的角度去对真正的科学问题开展思考，只能是被动地去学习和膜拜那些高高在上的书本知识。

所以，为了弥补这些思想认识上的不足，我们非常有必要通过一些实际的案例向学生展示完整的生动的科学研究过程，而天文学课程中的若干研究对象就正好为我们提供了绝佳的机会。无论是对于恒星、星系还是宇宙，天文学的认识逻辑都是从观测和描述这些天体对象的辐射性质开始，基于图片和数据来分析它们的表观特征，然后运用物理理论来推断它们的内在结构和机理（比如推断太阳内部的物质分布和温度分布）。我们甚至能够直接给出一些现实的观测数据，一方面来分析其中可能的经验关系，另一方面也可以直接调用模型曲线来开展回归分析、得到参数限制，比如利用Ia型超新星数据限制宇宙学参数。以此使学生直接感受到整个科学研究的发生过程，认识到其中一些基本规范，甚至还可以直接体验一些数学工具在科学研究中的使用。同时，也使学生们明白，科学研究是一个需要脚踏实地的探索过程，需要避免陷入一些空想的误区。在这个过程中，我们还可以向学生传达另外两点意思。一方面，科学研究绝不仅仅是单纯的数学推导游戏，任何理论的价值最终需体现在对客观对象的有效描述上。并且，很多时候，直接面向实验数据的获取、整理和分析的工作，尽管看上去并不是那么高深，但却比很多理论模型具有更加重要的科学意义，比如造父变星周光关系的发现。另一方面，作者也经常用个人所经历的科学研究过程来向学生展示科学研究工作的现实生动性，使他们感受到时代发展的脉搏（比如作者近些年针对引力波电磁对应体的研究），使他们知道前沿科学问题绝不是高高挂在墙上只可膜拜不可触摸的圣经，以此激发他们从事科学研究的热情和信心，并且使他们相信即使基于本科所学的物理知识也可能思考非常重要的科学问题，比如钱德拉塞卡对白矮星质量上限的思考。

在使学生认识到科学研究是一个具有既定程式和规范的社会活动的同时，它仍然还是一个具有高度挑战性的思维活动。一方面，尽管现有的物理理论已经非常完善，但超出这些理论解释范畴的天文现象仍然存在，尤其是暗物质和暗能量。即使是像中子星这样非常传统的研究对象，除去其具体的辐射机制等问题外，其内部的基本物质组分也仍然悬而未决。科学前沿始终一个具有高度开放性的思维活动领域，是一个可以让我们的思想任意驰骋的广阔天地。另一方面，从狭义相对论到广义相对论再到黑洞概念的形成，从宇宙的奥伯斯佯谬到哈勃-勒梅特定律的发现再到大爆炸宇宙学的建立，这些改变人类世界观、时空观、宇宙观的重大科学命题的提出的确无不出自于科学家天马行空的头脑风暴，闪耀着人类思维之花的璀璨光芒。因此，在科学研究当中，我们既需要一丝不苟的实证精神，同时也需要始终保持高度开放、交叉融通的心态，不迷信于权威、不拘泥于成见。思想自由乃是我们能够做出重大原创发现的前提和保障。

2.3 认识国家发展现状、培养家国情怀

天文学作为一门建立在观测基础上的学科，对当代天文学的介绍无疑需要有很大篇幅介绍当代的一些主流天文望远镜，而这其中欧美国家无疑仍然具有绝对的优势，比如众所周期的哈勃望远镜、2019年拍摄M87黑洞照片的事件视界望远镜（遍布全球的射电望远镜联测）。以这些望远镜管中窥豹，我们需要让学生们客观认识到欧美尤其是美国科学和技术发达的程度。一个国家科学的发达程度一方面依赖于长期的科学传统的积累，另一方面便高度依赖于技术的发达程度。当然，这之间存在相互的影响。此外，我们不妨更广泛更本质地来看，美国相对于中国所具有的综合国力优势，实际上很大程度上依靠的就是它的科技实力和既有的国际经济秩序（布雷顿森林体系），而并不是它所宣扬的政治制度优势。恰恰相反，仅仅从我国天文学在新世纪以来的发展所反映出来的综合国力的提升，我们就应该看到我国目前的制度和模式的优越性，帮助学生们建立制度自信。

受限于国家的经济实力，我国天文学的发展长期处于较低的水平，相比于美国长期处于明显的弱势地位。但是，新世纪以来，随着郭守敬望远镜、贵州“天眼”射电望远镜、悟空号暗物质探测卫星、慧眼HXMT卫星、怀柔一号卫星等一系列天文观测的建成的运行，我们的天文学发展已经进入了一个全新的时代，做出了诸如描绘银河系结构、发现大量射电脉冲星、揭示宇宙线能谱结构、证认快速射电暴磁星起源等一系列重大发现。所以，对于中美之间存在的科技实力差距，我们既要有清醒的认识，同时也要能够看到缩小这种差距的努力方向和希望。我们既要有危机感，也要有耐心，更要有决心和信心，每个人都可以立下一个志向，通过个人的努力来推动我们国家的人才培养和科技发展。并且，更应该让学生看到，在国家整体发展的背景下，个人的决心绝不是一种空洞的臆想。至少在天文学领域，国家已经为现在的青年学子们打造好了非常好的舞台，已经有不少学生在这些大望远镜的研究团队中崭露头角、建功立业。无数例子告诉我们，国家需求是个人发展的最佳舞台，远大的志向就应该将个人的发展和国家的发展结合起来。随着探月和登陆火星计划的成功，这样可以让年轻人施展才华的舞台会越来越多、越来越大。

2.4 认识中华文化的独特性、先进性和传承性

对于中华传统文化的讲解原则上并不是《普通天文学》课程的必然组成部分。但是，既然我们谈到了西方天文学的源流及其哲学背景，那么我们仍可以适当的介绍一下古代中国人对宇宙天象的认识。对于这个问题，需要谈到两个方面，一个是我们绵延两千多年完整的天象记录，另一个则是明末清初西学东渐过程中西方天文学在我国的输入。这里便涉及到几个问题：一是如何理解我们悠久文化为什么没有产生出现代的科学体系（李约瑟难题），二是如何看待近代中国的落后和古代中国的先进之间的关系，三是在当代该如何看待中国的传统文化。

中国古代具有特有的认识星空和思索宇宙的方式，其中有些观念可以一直追溯到五六千年以前，并且从诸多文物中看到这些思想在历史长河中绵延不绝的传承。在自春秋以降两千多年的历史当中，中国的天象记录当然包括其背后的天象观察一直都处于高水平的先进状态，是中国优秀传统文化的重要组成部分。这实际上是我们作为当代炎黄子孙可倍感荣耀的地方。但是，在我们传统的天文基础上，并没有如西方那样最终产生出近现代自然科学。这其中的原因在于天学的哲学背景的不同，更深层次的原因在于社会组织方式及至国家地理形态的不同。对于一个水患频繁、人口众多、幅员辽阔的农耕文明国家，如何实现对社会的有序管理往往第一要务。所以我们自然就高度重视处理人与人的关系的伦理道德和社会差序结构，而对于处理人和自然的关系则关心不多。所以，我们应该清楚地看到中国传统文化和制度对中国传统社会的高度适应性，正是这种适应保障了我们民族几千年的延续，这本就是一种值得自豪的事情。今天，常常有人试图在故纸堆中寻找到一些蛛丝马迹，希望以此来论证中国传统文化也具有科学的思想，以图增加民族自信心。其实大可不必！如果我们确定地将古希腊理性哲学传统作为定义科学的基本要素的话，那么我们完全可以大大方方地承认古代中国就没有科学传统。但是，我们不能就认为我们的传统文化是落后的。也不能因为我们的文化在近代展现出了落后的一面就否定其相对于特定社会特征所具有的先进性。并且，只要这种社会特征仍然存在，那么这种文化的先进性也仍然会有所体现。这应是我们建立文化自信的一个基本立场。

3 结语和讨论

总而言之，对课程思政元素的挖掘应密切结合课程固有的专业知识要点，思政元素的引出要力求自然，实事求是地把握其尺度，在专业知识和思政元素间建立起具有说服力的逻辑关系。一个必须遵从的原则是，对思政元素的教学引入必须既有助于促进和升华对专门知识的教育，同时又在潜移默化中自然而然地达到思想教育的目的。思政元素不一定与教学模块和内容存在完全的对应关系，这是两条不同的教学主线。相同的思政元素可以出现在不同的教学模块当中，而同一个教学模块则可以包含多种思政元素。

在具体的教学过程中，一方面我们可以根据每年的天文学研究动态调节相关的前沿教学内容，另一方面也会根据课堂学生的专业不同适当调整不同教学模块间的课时安排。这些安排当然也会直接影响到相应思政元素的选取。毕竟作者认为，对于将来可能从事中小学基础教育的学生和可能从事基础科学研究的学生，我们的培养目标是有差异的，这自然也会导致思政教育侧重点的不同。因材施教始终是我们需要秉持的一个方法。