1、虚拟天文台环境下的大众教育郑小平郑小平 乔翠兰乔翠兰华中师范大学物理科学与技术学院华中师范大学物理科学与技术学院VO(虚拟天文台)天文研究资源天文数据天文文献计算资源各种软件工具观测设备VO数据收集数据处理科学家科学家n虚拟天文台将使天文学虚拟天文台将使天文学研究取得前所未有的进研究取得前所未有的进展，它将成为开创展，它将成为开创“天天文学发现新时代文学发现新时代”的关的关键性因素。键性因素。VO科研领域必不可少的工具科研领域必不可少的工具向大众普及科学知识的优良场所向大众普及科学知识的优良场所天文学对学生和天文爱好者充满了诱惑天文学对学生和天文爱好者充满了诱惑力，甚至年幼的儿童也可能被天文学
2、激发起求力，甚至年幼的儿童也可能被天文学激发起求知的兴趣，从而去了解相关的物理学、化学知的兴趣，从而去了解相关的物理学、化学和数学知识，并在天文学的探索中理解各类和数学知识，并在天文学的探索中理解各类学科的基本概念。学科的基本概念。目 录n虚拟天文台环境下的教育理念n虚拟天文台环境下的天文教育n虚拟天文台环境下的科学教育虚拟天文台环境下的教育理念n以学习者为中心；以学习者为中心；n以探索为原则；以探索为原则；n为每一个爱好者创造主动发展的无限情境空间；为每一个爱好者创造主动发展的无限情境空间；n开放的开放的“大教育大教育”观；观；n快乐教育。快乐教育。n促使人类、族类文明与文化的传承、积累、扬
3、弃与发展；n培植社会资本与文化资本；n引导社会良性健康发展；n培育具有反思性、批判性的公众知识分子与健全的国民。目 录n虚拟天文台环境下的教育理念n虚拟天文台环境下的天文教育n虚拟天文台环境下的科学教育 前提前提:大部分数据实现在线服务大部分数据实现在线服务 结论：结论：Internet Internet 是世界上最好的望远镜是世界上最好的望远镜:拥有每一部分天区的数据拥有每一部分天区的数据拥有每个波段的观测数据拥有每个波段的观测数据射电、红外、射电、红外、射线射线最精细的观测结果最精细的观测结果全天候的可用性全天候的可用性观测条件永远最佳观测条件永远最佳没有月光的干扰、没有阴天、没有沙尘暴没
4、有月光的干扰、没有阴天、没有沙尘暴富于灵感的望远镜富于灵感的望远镜 图像、光谱、数据、文献、图像、光谱、数据、文献、集于一身集于一身天文研究方式的演变虚拟天文台环境下的天文教育n天文学科的特点天文虽然是一门深奥的学科，但同时又是一门通俗的学问，它本是一项生动有趣、激动人心的智力探险活动。人们对自身以及自身环境的与生俱来的兴趣和探索欲望，是创造的原始动力。在自然科学中，天文学更直接的接触自然界的基本规律，它对生命、对宇宙的演化穷本极源，正是创造的良好原动力。天文学的包容性极好。它与物理、化学、生命科学的紧密关系毋庸置言，同时，宇宙的起源和形成还会极大地影响到社会哲学的形成与发展。现代天文学是一门
5、与信息技术紧密结合的学科。定点观测和巡天观测每天都将产生GB甚至TB级的数据，且数据的格式多样，通过信息技术对观测数据有效挖掘，从而带来全新的现象或规律的发展。n我们以青少年学习者为例进行分析。n分析综合各方面资料来看，在我国中小学中，有关天文科学教育的课程比重虽已不断上升，但由于考试招生等因素的影响，“教师讲天文、学生听天文、读天文、到头来不懂天文、不会用天文”的现象十分常见。我们以湖北省的五个市为试点，进行了天文教育现状的调查。主要调查结果如下：n天文科学教育的现状天文科学教育的现状(1)(1)约约46.2746.27的青少年对天文学不太了解，但是感兴趣的人超过调的青少年对天文学不太了解，
6、但是感兴趣的人超过调查的查的7070。(2)(2)获取天文知识的主要途径是课本、报刊杂志以及电视，至于由获取天文知识的主要途径是课本、报刊杂志以及电视，至于由网络来学习了解天文知识的人相对少的多，网络来学习了解天文知识的人相对少的多，94.9294.92的人都没有的人都没有上过天文网站（与信息技术整合的层次当然停留在极其初级的阶上过天文网站（与信息技术整合的层次当然停留在极其初级的阶段）。段）。(3)(3)形式上局限于教室内传统的、单向教导的方式，缺乏活动、体形式上局限于教室内传统的、单向教导的方式，缺乏活动、体验、感觉和动手做。验、感觉和动手做。(4)(4)观测仪器普遍缺乏，观测手段和方法原
7、始初级。观测仪器普遍缺乏，观测手段和方法原始初级。n以上现状不利于青少年天文素养的形成。以上现状不利于青少年天文素养的形成。该如何运用网络，如何进行体验式教学，该如何运用网络，如何进行体验式教学，有效地发挥天文教育推广功能？已经是有效地发挥天文教育推广功能？已经是现今我们该去思考的重要课题。现今我们该去思考的重要课题。？解 决 方 案建设可达各种教育目的的建设可达各种教育目的的VoVo教育平台。教育平台。拥有各种资源的拥有各种资源的VOVO必须承担起与它相称的社必须承担起与它相称的社会责任，为公众了解天文，学习、利用天文会责任，为公众了解天文，学习、利用天文提供服务。提供服务。在信息技术环境下
8、发展起来的虚拟天文台，是在信息技术环境下发展起来的虚拟天文台，是天文教育与网络的一个良好生成物。天文教育与网络的一个良好生成物。虚拟天文台环境下的学习方式n自主学习自主学习n协作学习协作学习n情境认知和学习情境认知和学习n探究学习探究学习n研究性学习研究性学习nWeb-quest学习学习nVO下学习的特点：下学习的特点：n多媒体的信息处理；多媒体的信息处理；n非线性的信息组织；非线性的信息组织；n动态的学习控制；动态的学习控制；n多重的交互与协作等。多重的交互与协作等。n基于VO的天文教育与传统天文教育相比较，有着以下一些优势：n为天文教育提供丰富翔实、实时动态的资源和数据。为天文教育提供丰富
9、翔实、实时动态的资源和数据。以此为平台，可能的教育服务有：教育普及资源相关元数据；最受欢迎天体索引；最受欢迎天文数据索引；业余天体摄影数据库；面向公众的天文图像拼接服务；实时天文数据的访问；互联网天空数据库；天文及时消息服务；太空科学艺术资源目录等等。其数量级、实时性是以往的天文教育所不能比拟的。基于基于VO的天文科学教育的优势的天文科学教育的优势n是研究性学习的良好平台。是研究性学习的良好平台。VO提供开放的学习环境，建立挖掘数据的通道，广大爱好者、学习者可以真正象科学家那样进行学习、探索、研究以及发现等工作,在探索的过程中不仅学习了科学知识，还逐步培养科学方法、态度和精神。n可以实现多层面
10、的学习需求。可以实现多层面的学习需求。由于网络资源具有网状结构，因而学习者拥有学习过程的主动权，可以按照符合自己知识结构和兴趣特点的超链接构建自己的知识，可以体验多种情境和检验不同的观点。知识不再是必须被动接受的，需要机械记忆的东西。以量级天文学为例，普通爱好者和学习者可以通过图文了解从地球107m到宇宙1027m的数量级，而更高层次的学习者可以通过相关的理论公式进入到数量级所对应的能量世界里。n突破学习的时空限制。突破学习的时空限制。学习者可以在课后的任何时间、教室以外的其他方便的地点，链接到VO主页，自主学习或协作学习。n高度体验。高度体验。在传统天文教育中，媒体主要是声音和文字，知识的情
11、境主要靠想象。而对于一个好的VO教育网站，由于多媒体技术、网格技术和虚拟现实技术等的应用，媒体已不再仅仅是文字和声音，还有图像、视频等多媒体，能使埋藏在图像数据中的多变量模式可视化，富于生动性、形象性、过程性、启发性。知识的情境，可以模仿和虚拟，如虚拟宇宙、虚拟天空、模拟观测等，能够产生身临其境的逼真效果。天文设备也可以VO化，例如把真实的望远镜系统接入VO系统，实现远程观测，高度体验。能提高昂贵观测设备的科学效益，使科学数据的价值最大化，增加发现复杂规律和稀有天体的机会。还能提供协作学习环境、有援学习环境等。VO是协作学习的平台,有利于各国专家、学者、爱好者之间进行讨论协商；提供在线帮助体系
12、，方便学习者进行网上自我学习、自我评价等。目 录n虚拟天文台环境下的教育理念n虚拟天文台环境下的天文教育n虚拟天文台环境下的科学教育n科协进行的第四次我国公众科学素养调查表明：科协进行的第四次我国公众科学素养调查表明：虚拟天文台环境下的科学教育结论一：具备基本科学素养的公众比例为结论一：具备基本科学素养的公众比例为1.4结论二：不同职业群体科学素养状况为学生结论二：不同职业群体科学素养状况为学生11.42%最高，而且远远高于其他人群最高，而且远远高于其他人群教育对于提高公众教育对于提高公众科学素养十分关键科学素养十分关键结论三：传媒对科学素养的影响分析表明：利用因特网获取科技信息的仅占1.6%
13、。这也与发达国家的比例50%有明显差别。公众素养急待提高公众素养急待提高利用网络，刻不容缓利用网络，刻不容缓 VO对于提高公众的科学素养，也有着非常良好的作用。天文学的基本概念和新的发现，能激发人们刨根问底的科学激情，使人类对自己的本质及其在宇宙中的地位进行深入思考，帮助人们掌握科学的思维方法，树立正确的宇宙观。Astronomical images are treasured by the public for their beauty,and thus are an excellent vehicle for science education at all levels.因此可以从提高公
14、众的天文科学素养着因此可以从提高公众的天文科学素养着手，来带动国民整个科学素养的提高。手，来带动国民整个科学素养的提高。结论：n 基于VO的教育在网络学习环境中，向学习者提供海量的数据、大量的图文并茂、生动形象的天文教育资源和一定的协作学习交流工具，让学习者在高度体验的学习氛围中，在观察、记录、操作、整理、设想、学习、讨论分析、挖掘数据、动手实践的过程中亲历探究宇宙奥秘的过程。信息技术在其中起着资源收集、查询工具、交互工具、协作工具和职能工具的作用，整合层次是开放式的以资源为中心的较高层次。n 基于VO的大众教育强调通过学习者主体性的探索、研究、协作、创新来求得问题解决，体验科学探索过程，提高学习者获取信息、分析信息、加工信息的实践能力和良好的创新意识，培养科学方法、科学态度和科学精神，提升科学素养。同时，基于VO的大众教育也会对VO建设的发展和完善起到促进作用。公众对VO数据和资源的使用和填充，将对VO的设计和制作提出新的要求，加速VO的发展和社会化进程。n 随着科技的发展和时代的进步，基于VO的教育作为一种崭新的教学资源形态必将成为未来研究的热点,我们将进一步探讨VO教育网站的设计、开发和建设的一系列问题,加快其发展的步伐。
