導語：如何才能寫好一篇天文學常識，這就需要搜集整理更多的資料和文獻，歡迎閱讀由公務員之家整理的十篇范文，供你借鑒。

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關鍵詞：高等教育；大學物理；天文學；教學

中圖分類號：G642.0 文獻標志碼：A 文章編號：1674-9324（2013）41-0072-03

一、引言

大學物理作為面向理工科專業的一門基礎課、必修課，其知識的掌握程度和能力的培養對后續專業知識的學習有著直接的影響，其重要性不可言喻。當然，有很多學生，特別是他們處在低年級，對這種重要性并沒有直觀的印象。所以，在實際教學活動中適當穿插一些相關專業或者前沿科技的知識，讓學生感受物理是如何被應用的，從而提高學生對物理學習的興趣，激發其主動性和創造性。穿插的內容也應是學生普遍感興趣的，比如對學生所學專業或者是一些重大的科技進展。除此之外，我發現天文學是一個很好的穿插對象。天文學是研究宇宙空間天體、宇宙結構和發展的學科，是一門古老的學科，也是當代最活躍的前沿學科之一，本身具有強大的吸引力，很容易抓住學生的注意力。而且關于天文學的新聞時常出現在各種媒體，對一些字眼和基本概念，學生也不會感覺太陌生，這樣也就容易拿來當作素材介紹，用物理理論來講解會讓學生對之理解得更深入透徹。本文通過幾個實例來介紹天文學知識是如何穿插在大學物理教學中的。

二、應用實例

恒星是天體中大家都比較熟悉和關注的，比如離我們最近的恒星——天陽。下面我們就以恒星為例子，看看里面包含哪些物理過程。首先關于恒星的形成，恒星是分子云引力塌縮形成的。那在什么條件下分子云才可能塌縮形成恒星？如果僅僅只是引力，那么分子云內任何微小的密度漲落必將導致引力塌縮，很自然就會形成恒星。剛剛學過氣體運動理論，就會想到分子熱運動不可避免。因此，分子云內部必然存在著引力相抗衡的熱壓力。其結果是，較小的密度漲落產生的引力會被熱壓力所克服，并不能導致塌縮。只有當分子云本身密度較大時，才可能存在較強的密度漲落，從而引起引力不穩定性，并導致塌縮。此時，熱壓力不足以抵抗引力導致的塌縮。這里只需要利用理想氣體壓強的概念，學生很容易順著這條思路找到答案。下面，我們來簡單估計產生引力不穩定的臨界條件。假設分子云為理想氣體，溫度為T、密度為ρ。考慮半徑為r的球，其質量為M∝r3ρ，球體受到的引力為∝GM2/r2，熱壓力為∝Pr2。若氣體分子的平均分子質量為m，利用理想氣體狀態方程，氣體壓強為P=ρkT/m。這樣就可以得到引力不穩定發生的臨界尺度和臨界密度：r>rJ≈■，ρ>ρJ≈■ （1）.

上面的式子就是天文學中常用的金斯不穩定性判據，更嚴格的解比上面的會多出一個常數π，但是作為量級來估計，（1）式已經足夠了。

這里用的物理知識都很簡單基礎，很容易讓學生入手。通過這個例子，學生感覺自己也會用物理知識，而且跟天文更近了。

是不是滿足金斯不穩定性引起引力塌縮就能形成恒星呢？這里還有一個關鍵的問題是關于恒星的點火條件。我們知道恒星能量來源于輕核聚變，例如天陽中心的氫核聚變。但是恒星內部是否能夠發生核聚變呢？

事實上，核聚變會受到原子間庫侖勢壘的阻礙。下面我們可以簡單估計該勢壘的大小。在原子核物理簡介這一章，我們學習過原子核中核子半徑為rN=R0A1/3≈1.2A1/3fm，其中A為原子核質質量數。在大于rN的區域，庫侖作用主導，則兩個核電荷數分別為Z1和Z2，質量數為A1和A2的原子核之間的庫侖勢壘為：Vc=■≈1.2■MeV （2）.

恒星中心典型溫度約107K，原子核的動能只有≈kT≈1keV？塏VC。因此，用經典物理知識我們甚至無法理解太陽為什么會發光這樣基本的問題。但是，微觀粒子具有波粒二象性，這里需要考慮量子隧道效應，只要核子動能足夠大，還是可以大規模穿過庫侖勢壘的，從而“點火”。這要求星體中心溫度不能太小，被稱為點火溫度。通過這個例子，學生感覺到像太陽這樣的宏觀天體，其核心的基本物理過程也需要借助微觀的量子效應。

關于恒星的特征溫度，天文學中常用維里溫度來估算。這里需要用到維里定理是：E■■=-■Egr （3）.其中，Egr為星體的自引力能，E■■為星體的總熱能。上式表明，當星體收縮時，一半的自引力能被輻射掉，剩下的一半將轉化為熱能，增加恒星的溫度。我們可以用它來估計恒星內部的特征溫度。

星體自引力能可以估計為Egr=-GM2/R，星體熱能Eth=■NkTvir，于是有■NkTvir≈■■=■■ （4）.這樣給出的溫度Tvir被稱為維里溫度。就以太陽為例，在上式中代入太陽質量和半徑后，估算的特征溫度為Tvir≈6×106K，與標準模型得到的結果量級一致。

上式（4）其實也很容易理解，只是用了氣體動理論里面的一些基本知識。關鍵是維里定理怎么來的，下面我們給出一個簡單推導，同樣是用到這部分的基礎知識。

考慮星體內部的流體靜力學平衡，某一半徑r流體元受到的引力與壓強梯度平衡，即：■=■ （5）.其中M（r）是半徑r所包圍的質量，式子兩邊同乘以4πr3dr，并從星體中心到表面（假設恒星半徑為R）進行積分，即：■4πr3■dr=-■4πr3■dr （6）.

上式右邊為星體的自引力能Egr.我們對（6）式左邊做分部積分，即：■4πr3■dr=4πr3P（r）■■-3■4πr2P（r）dr （7）.一般將P（R）=0的地方定義為星體表面，因此右邊第一項為零。右邊第二項可以改寫為：-3■4πr2P（r）dr=-3V■=-3VP （8）.

其中P為星體的平均壓強，這與求平均速度的方法類似。綜合以上（6）～（8）式，我們得到引力束縛系統的維里公式：3VP=-Egr （9）.

仍然把星體內氣體分子當作經典理想氣體。利用理想氣體狀態方程PV=NkT，和氣體熱能Eth=■NkT，我們得到 P=■■。對其兩邊同乘以4πr2dr并積分有：PV=■E■■（10）.聯立上面的（9）式和（10）式，即可以自然得到維里定理。

還有其他一些天文學問題，如當恒星演化至晚期，恒星中心合成鐵元素后，若再進一步核聚變需要吸熱，在原子核物理章節，其中給出的核子的平均結合能曲線就是這個意思。其結果是晚期星體核心必然塌縮，通過核聚變的方式合成比鐵重的元素是不可能的。這些都是能夠緊密結合所學內容，提出一些有趣的天文學問題，讓學生通過自己思考，能夠找到合理的解釋。只要留心，還能找到很多類似的例子。

三、總結

天文學本身具有很強的吸引力，容易引發學生的好奇心，因此在大學物理課程中穿插一些天文學知識能夠起到較好的教學效果，讓學生通過積極思考，感受如何運用物理知識，從而激發學習的主動性和創造性。另一方面，天文學作為一門古老的學科，作為自然科學的源泉，其發展對于人類的自然觀產生了重大影響，也最容易激發人們的求知欲望，理應更受重視。在國外，高校大都開設有天文課，而國內相對很少。我國是世界上天文學發展最早的國家之一，曾經在天文觀測和研究中取得了不少世界矚目的成就，但在近代卻陷于停滯，落后于西方。目前國內也僅有5所高校開設有天文專業，高校天文普及教育還亟待提高。在當前背景下，通過這樣的結合也有助于天文學知識的普及，讓學生在感受美妙的天文現象的同時，也思考其中的物理奧秘，切身感受到運用物理知識的確能使我們更加了解天文。

參考文獻：

[1]徐仁新.天體物理導論[M].北京：北京大學出版社，2006.

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關鍵詞：天文教育；公選課；教學實踐

引言

科學技術領先的發達國家都非常重視大學生的天文普及教育，發達國家及一些發展中國家的中學與高校也都普遍開設了天文學課程。美國國家天文學聯盟副主席肯·威爾科克認為：“對于學生，天文學是檢驗他們一生對科學興趣的最好方法”[1]。

我國的天文教育目前很薄弱，與發達國家相比差距很大。我國現有高校3152所，在校生超過2000萬，其中高職高專1281所，開設天文選修課的高職院校不到20所[2]。近幾年一些高校紛紛開設天文公選課，但目前高職院校中開設天文選修課的仍是鳳毛麟角，多數學生天文地理知識貧乏。例如，許多學生不能辨認北斗星、不知道四季更替的原因，或熱心于“占星學”，相信網上傳播的帶有迷信色彩的信息。因此在高職院校中開設天文選修課，普及天文學知識，不僅非常必要，而且勢在必行。

我院在校學生有1200余人。自2003年開設“趣味天文”第二課堂，2009年起開設“星空探秘”公選課。至今已運行天文公選課4個學期，選課人數累計198人。隨著教學實踐的深入，我們不斷總結經驗改進教學，將天文公選課開成學生喜聞樂見的一門課程。本文分析了天文選修課的必要性，結合近年來我校教學經驗體會，介紹我院天文公選課的實施。探討天文教育的特征、模式、選修課所面臨問題及其對策。

1.天文選修課的必要性

人類有別于其他動物的重要標志之一是有思維活動，人的思維活動涉及到其所處環境，包括宇宙環境。高職院校的天文教育，是提高學生科學素養不可或缺的重要環節。天文領域的相關知識和新的發現，能激發學生的科學熱情，幫助學生掌握科學思維方法，樹立正確的宇宙觀。

在高職學生中普及天文知識，對破除迷信、反對偽科學具有重要意義。天文是研究天上發生的現象的學問，而很多迷信也恰恰來源于“天上”。例如，很多學生迷戀“生肖、星座與命運”的所謂對應關系，社會上一度有許多出版物，對這一不科學的論調起了推波助瀾的作用，相信所謂“生肖”的因果對應的思潮，對社會良性發展危害性很大。天文知識的普及，正是讓學生知曉正確的天文知識、樹立正確人生觀和科學思考方法、破除迷信和偽科學的有力武器。

大量調查數據的分析，說明學生需要天文知識。公選課實施以來，針對天文公選課，我們進行了連續多個學期的問卷調查。累計發出問卷198份，收回182份。被試學生涵蓋高職生和中職生，來自4個學院的9個專業，其中3個文科或藝術類專業。

結果表明，有89%的學生希望學習天文知識。對于學生獲取天文學信息的途徑，我們讓學生在以下6種途徑中進行多項選擇：⑴多媒體網絡⑵電視⑶報刊雜志⑷科普書⑸科普展覽或天文館⑹課外活動。統計顯示，使用過小于或等于2種途徑的學生占46%，使用過3種途徑的占23%，4種途徑的占15%，5種或以上的途徑的僅占2%，其中絕大多數人是由網絡或電視中了解天文信息的。上述結果說明，絕大多數學生很希望了解天文知識，但是獲得天文知識信息的途徑還很少。問卷中還設計了少量天文基本常識題，從答卷結果看，學生的天文知識很膚淺而零散。

關于學生對天文知識的興趣點，問卷結果顯示了以下幾個方面：星座與人生、外星人與UFO、流星及日月食、小行星撞地球、黑洞。

表1是學生回答的選課動機統計表（問卷為多項選擇）。可以看出，多數學生的選課動機是積極的。學生希望拓展知識面和提高素質，但也有部分學生的選課目的是為修夠學分，其部分原因是可供選擇的選修課數量尚不多。

綜上可見，高職學生的天文基本常識還很欠缺，他們對天文知識是渴求的，這種渴求正是探索宇宙和認識自然的原動力。因此在高職院校中很有必要提供途徑，使學生有機會了解和學習天文知識。

2.天文選修課的教學實踐

2.1教學目標的研究與確定

學校應根據學生特點來設置教學目標，這個原則對于選修課更為重要[3]。我院天文選修的授課對象是全院學生，他們專業分散，大部分是二年級學生，五年制高職生約占60%的比例。學生數理基礎很差，已有的天文知識很零散且膚淺，基本知識往往局限于一些科技史話或科幻故事等。

根據學生情況，參照其他院校的經驗，我們將天文選修課的教學目標定位于：通過本課程的學習，一方面了解一些天文常識和前人的研究歷程，拓寬知識面，幫助學生形成較科學的理性思維習慣。另一方面使學生了解天文新成就和進展，激發他們對天文的興趣。

2.2教學內容的取舍

鑒于選修課的特點和我們的現有條件，我們首先明確一個主導思想：打破紛繁復雜的天文知識體系，根據既定教學目標制訂教學內容。經過多學期教學探索，篩選出一些重要的、有趣味性的、適合我校實際情況的內容，重構成為天文選修課的授課內容。制訂教學內容時我們設計了兩條主線，一是天文現象與天文觀測，因為這是天文理論與實踐的基礎，而且從現象入手的教學更容易為學生所接受。二是天文新成果，介紹一些天文研究最新成果，經常結合媒體報道的科技新聞，以通俗易懂的方式引入相應天文知識或常識，拓寬學生知識面的同時，提高學生的學習興趣。

教學內容的選取上，我們特別注意了教學內容的趣味性[4]。例如，第二課的題目是“從干支紀年談起——天文簡史”，最后一課“外星人存在嗎——探索地外文明”，題目吸引了學生的興趣。課堂教學中，我們一般選擇有趣的事例或經典故事引入教學內容。還利用一些名人軼事、歷史典故等，活躍課堂氣氛，集中學生注意力[5][6]。另外，教學中還介紹一些科技發展史，一些重要天文成果產生的背景，對學生的思維習慣和能力起到潛移默化的培養作用[7]。

天文公選課沒有合適的教材，課題組開發編纂了講義。內容源于相關圖書資料、天文館資料、圖片、官方網站資料、有關科技新聞等。網絡資源中有極多可以利用的素材，但也需要花很大精力去選取和濃縮。講義涉及經典核心知識、歷史、研究方法、趣味實驗、天文新發現等。教學內容動態變化，緊跟科技發展形勢，也是教學內容之一大特點。

2.3教學方法的研究

按照天文選修課的特點，本課特別適合采用活動教學、案例教學和多媒體教學。我們在教學中大量采用多媒體教學方式。多媒體教學手段可以容納大量知識信息，另一方面還可以展示豐富的、多彩絢麗的天文圖片和視頻內容。除此之外，還利用多種教學形式，如主題討論、室外觀測、器材及星圖使用、觀測記錄講評等，多樣的課堂形式和大量的信息交流，活躍課堂氣氛，學生在活動中既學習了知識，又提高的思維水平。

比如在第一次課上，教師引導做一個有趣的假想“旅行”[8]：多媒體課件演示，從教室出發，由近及遠漸漸遠離地面、地球、地月系、太陽系、銀河系…，直至“宇宙邊緣”。這個假想的旅行，展示了宇宙之大而給學生以震撼，學生正確認識了我們人類在宇宙中的地位，同時又進一步提高學習興趣。這個“開篇”為學生所喜聞樂見，也得到很多教師的好評。

作為天文類課程的重要環節，實地觀測是必不可少的。借助逐步完善的觀測條件，我們組織學生進行天文觀測。利用不同的學期時段所發生的天象，布置和指導學生完成定期和不定期的觀測與記錄[9]。這些活動有：課程前4周的月相觀察和記錄；星圖的使用練習；夜晚辨認識別星座和認星；二分二至午時太陽高度角的測量；赤道儀和折射鏡的使用等。這些活動往往聯系著諸多知識、歷史神話、常識等，活動使學生拓展了知識、開闊了心胸、陶冶了情操、鍛煉了能力。

2.4考核方法的探索

選修課的考核類型一般為考查。經過近幾年的教學實踐，我們總結了一套適應天文選修課的考核方法。

根據天文選修課程特點，本課不宜閉卷考試。我們采用觀測天象記錄、知識競賽、討論天文新發現、撰寫小論文等方式，考核學生對天文選修課的掌握程度。例如在2010年，結合科技新聞“發現最年輕的黑洞”的討論題，學生寫出自己的看法或深度解讀，經過查找資料和討論，評出單元成績，每個學生都不覺得是在考試，但是掌握了科技新知識。在結課考核的學生論文要求時，學生往往很關心如何要求論文的字數，我們對字數的要求很寬泛，字數不做特別要求，重在論文質量。規定學生可以針對其所感興趣的內容（天文范疇），發表自己的看法，寫出自己的認識或觀點，不能抄襲或下載，引用文獻要注明出處等。這樣的要求下，學生能夠發揮出主觀能動性，寫出言之有物、觀點明晰的小論文。培養了他們實事求是的科學態度和嚴肅認真的治學精神。

3.若干思考

在高職院校中開設天文選修課，是普及天文知識的一種很有效的方式。天文學是對人類文明影響最大的學科之一，天文學與社會政治、宗教、文化、藝術等領域也有久遠的關系。天文學的基本知識，對于當代大學生，無論將來從事何種職業，都是值得學習的。

通過對天文學基本知識的學習和觀測活動，可以使高職院校學生獲得關于天體和宇宙的各種知識，科學地認識宇宙，了解人類生存的宇宙環境和探索宇宙的科學方法，從而開闊學生的視野，樹立正確的世界觀和人生觀，提高科學素質和綜合知識水平。

3.1授課內容與方式

天文選修課的授課內容可以包括：天文學簡史、認識四季星空、天球坐標系、天體測量概述、太陽及行星系統、恒星和星系、現代宇宙學知識。實踐部分包括：普通天文望遠鏡基本知識、星座辨認、大行星的觀測、河外星系觀測、彗星及其它天象觀測、簡易天文望遠鏡的制作知識等。根據學生學習情況和教學條件的配備，可以對以上內容進行一定的取舍。

針對該課程知識性強，與其它學科的交叉、綜合性強，學生好奇性強的特點，理論部分采用課堂講座方式為主、學生討論為輔的開放式教學模式。實踐部分可適時做基本觀測實習，或針對當時特殊天文現象，組織觀測活動，豐富和活躍學生學習內容。

3.2天文選修課的實施效果

通過調查問卷，我們要求學生評價課程對自己的“作用”和學習“收獲”。表2顯示了學生對天文選修課的基本評價。認為天文選修課“有用”和“有收獲”的都占到90%以上。

3.3存在的問題與建議

在高職院校開設天文選修課是一項新的教改實驗，尚有以下問題要解決：如何定位教學目標、教學內容的組織、平衡教學內容的系統性與趣味性、課外作業內容問題、網絡資源的利用、實踐活動內容的設置、觀測器材購置。

天文選修課的目的應該是：通過選修課學習，了解天文發展歷史、天文發現方法和成果，拓寬知識面，幫助學生形成一種科學的、理性的思維方式，培養學生克服困難的意志，提高學生學習的主動性和創新性。

課外作業的選取對學生學習效果影響頗大。作業形式可以是：對某一問題的思考、課外閱讀后的課堂討論、小論文、觀察記錄、觀測數據計算推演。研究和布置的作業要保護學生的學習積極性和熱情，進一步引發其探索興趣。

在教學中發現，文科生的感悟和追求與理科生有所不同。他們在知識的本體之外，更側重天文奧秘中蘊含著的人類思想的美麗，更善于理解星語、品位內涵，悟出做人的道理，自我培養凈化的心靈。我們不妨將他們的這一學習特點和感悟，引入到天文選修課目標中，使理科學生具有更高人文素質。

[參考文獻]

[1]樊軍輝.對我國高校天文學選修課開設的思考[J].湖南師范大學教育科學學報.2009（5）

[2]李華南.普通高校天文公選課的構建[J].沈陽教育學院學報.2008（10）

[3]趙娟.天文公共選修課教學的一點體會[J].北京師范大學學報（自然科學版）.2005（6）

[4]葉壬癸.天文知識選講[M] .科學出版社.2002.4

[5]王玉民.星座世界[M] .遼寧教育出版社.2008.7

[6]

[7]【美】卡爾·薩根著.李元等譯.宇宙[M] .吉林人民出版社.1998.10

篇3

中國有這樣一對父子,當爹的懶、饞、沒什么責任感,最理想的生活就是賺點小錢、喝點小酒、挨點小罵。他基本上沒管教過兒子,不過因為他自己對天文學特別感興趣,于是順帶著把兒子也培養成了天好者。結果,兒子在2010年的高考中考出了617分的好成績。

梁家有兒愛天文

梁天這個爹不負責任到什么地步呢?僅從兒子的名字上就能窺見一斑,本來打算只在自己的名字中加個“小”字的,結果太太孫鳳英堅決不肯,但梁天依然不肯費腦筋,最后加了個換湯不換藥的“曉”字,“咱兒子就叫梁曉天啦!”

雖然出生在書香門第,父親梁達是人民日報副主編,母親諶容是著名作家,哥哥梁左是喜劇才子,妹妹梁歡是北大才女,梁天卻有一個跟家人都搭不上邊的愛好―――天文學。或許是自己的名字里面有個“天”字,又或許是因為當過炮兵,對坐標之類的東西特別有感情,轉業后,他就成了一個業余的天文學愛好者。

一開始梁天只是小打小鬧,花幾十塊錢買來入門級的天文望遠鏡,一到晚上就跑到天臺上觀星,夢想著能發現幾顆尚未被天文學家們發現的恒星行星星云星座星系,然后用自己的名字給它們命名。

后來搬了家,他買了最大尺寸的天文圖當壁紙,孫鳳英懷孕的時候,不得不去婆家養胎,因為一見那些眼花繚亂的星空圖就要害喜。兒子出世了,梁天給他買的第一個玩具是一個微縮版的太陽系模型,掛在他的搖籃正上方,裝上電池后,九大行星就圍著用一個小燈泡做的太陽打轉。

梁曉天三歲的時候,梁天就抱著他一起在天臺上用天文望遠鏡看星星了。雖然平時嬉皮笑臉,但在這個愛好上,梁天卻態度端正得很,從月球開始介紹,金木水火土星挨個兒說起,太陽系說完了再教他逐一認識星座―――梁天覺得自己特別有當天文學老師的潛質,他可以將與星座、行星有關的故事都在教兒子辨識的時候說出來,比如牛郎織女、比如二十八星宿……那時正在熱播《圣斗士星矢》,給他對兒子的星座啟蒙起了很大的幫助:這個星座是冰河,那個星座是紫龍,遠遠的很模糊的那片星云就是阿瞬……

別人家的孩子還在聽爺爺奶奶講嫦娥奔月的凄美故事的時候,梁曉天已經通過梁天花大價錢買的Meade長焦距望遠鏡看清楚了月球其實只是一個充滿環形山、隕石坑的清冷世界;同年齡的小朋友以為金星是個白胡子老頭的時候,梁曉天已經被梁天帶到天文館看遍了麥哲倫飛行器近距離觀測后發回的金星各個角度的高清照片,知道了金星的大氣壓是地球的90倍、表面溫度很高、沒有液態水……是一個不可能存在任何生命的行星。

梁天承認自己這么做完全是為了兩全其美―――一來可以滿足自己玩天文的愛好,二來還可以冠冕堂皇地聲稱自己盡到了做爹的責任。不過,連他自己都沒想到,最后的結果是三全齊美―――耳濡目染之下,梁曉天對天文學也產生了濃厚的興趣,成為了一個低齡天好者。

兒子的獎品,爹來蹭

還沒開始啟蒙教育,梁曉天就已經開始有模有樣地舉著天文望遠鏡跟著梁天一起觀星了,兒子繼承了自己的愛好,梁天覺得特別有成就感,在給梁曉天置辦行頭時也不遺余力―――光是望遠鏡就給買了三個:長焦距的用來觀測行星、小焦比的用來看深空、大口徑的則是觀測彗星專用……

然后,梁天就發現,兒子的表現跟別人家同齡的小孩子有區別:入學時,他不哭不鬧,仿佛上學跟夜觀天象一樣,是一件很有意思的事情;而且,他的智商似乎開掘得特別順利,盡管在家沒有受過任何學前教育,可入學后接受能力卻特別強,不管是拼音漢字還是加減乘除,幾乎全是一遍過。

梁天跟母親諶容說起這個事兒,諶容問了幾個從事天文學工作的朋友,喜滋滋地告訴梁天,他讓梁曉天接觸天文學,絕對是歪打正著的好事―――因為天文學特別需要耐得住寂寞,潛心觀測,所以特別能鑄就沉穩內斂的性格;再加上觀測時要鎖定坐標、天空范圍、尋找參照星系,所以能大幅提升辨識能力;觀測過的星象必須記在心里,所以又特別鍛煉記憶力……總而言之一句話,從小玩天文的孩子,不管是智商情商還是心理素質,都會比普通的小孩高出一截。

果不其然,梁曉天在學業上沒讓家人操過心,從小學到中學,學習成績始終名列前茅,多次在市、區比賽中獲獎,高二時還作為學生代表參加了聯合國兒童基金會舉辦的“青少年八國峰會”,與其他國家的同齡人探討氣候變暖等熱點議題。

有子如此,梁天可樂顛了,當然,兒子學習好,自然是需要獎勵的。不過梁天給兒子的獎品也與眾不同―――小學畢業考得好,他帶著兒子去了一趟澳大利亞,因為梁曉天一直惦記著想用射電望遠鏡看看天空,澳大利亞新南威爾士州的帕克斯天文臺就有一臺64米直徑的射電望遠鏡可以有償對公眾開放。

在帕克斯天文臺,梁曉天終于如愿以償―――射電望遠鏡穿過了二氧化碳含量超過97%的金星大氣層,又穿過厚達30公里由濃硫酸組成的濃云后,親眼看到了伊師塔地、金星最高的麥克斯韋山脈、阿芙羅狄蒂地、艾塔蘭塔平原低地……以及金星表面固化的玄武巖熔巖、從南到北穿過赤道長達1200公里的大峽谷、金星特有的一串串的環形山。最讓梁曉天興奮的是,通過射電望遠鏡,他看到了金星上方明亮的橙黃色天空,并無意中觀測到了金星大氣中一次持續八分鐘的猛烈雷電現象。

梁曉天特別喜歡爸爸的這種獎勵手段,每次寒暑假放假時,總會舉著優異的成績單沖梁天晃悠,言下之意非常明確―――考這么好,您又打算安排我去哪兒看看呢?

這些年來,每逢假期,梁天就得忙著安排天文觀測之旅,一是為了獎勵兒子,二來,自己也正好好這口。父子倆攜手游歷了威爾遜山天文臺、帕羅瑪山天文臺、瑪納基亞山天文臺、卡拉阿托天文臺、基特峰天文臺、漢堡天文臺、哈佛大學天文臺、伽俐略天文臺……

被拍死在沙灘上,光榮!

別人家的孩子到了青春期就開始叛逆,梁天壓根兒不擔心兒子有這趨勢。自己太了解兒子了,拿出一個海衛一衛星的仿真模型一晃,兒子馬上眼睛放光。如果再告訴他剛弄到手一整套由哈勃太空望遠鏡拍攝的太空照片,兒子能像看見肉骨頭的小狗一樣纏著自己直到照片到手為止―――這樣黏著爹的兒子,能叛逆?

不過,梁天的隱憂還是越來越強烈,因為自己屬于二把刀的天好者,肚子里的東西有限,進步也始終不明顯,在接受能力極強的兒子面前,他越來越覺得自己的權威性在動搖,尤其是在兒子DIY出了一套自制航天照相機后,他那種被后浪拍死在沙灘上的感慨就更強烈了……

今年高考一結束,梁曉天就把梁天給拖到了蒙古,因為他花了半年時間,琢磨出了一個連梁天都不知道起什么作用的神秘裝備。

作為天好者,地球太空圖像通常是由太空探測器拍攝的,這是常識,梁天知道。讓他難以置信的是,梁曉天竟然用實踐證明了拍攝這種壯觀的太空地球景象并不一定需要數百萬美元的資金發射太空探測器,因為他成功地用自制氦氣球綁帶照相機在高空拍攝到了地球。

在蒙古大草原上,梁曉天把一個聚苯乙烯的箱子系在一個氦氣球上,然后讓這個氦氣球漂至35公里的高空,并使用了一個類似車載導航系統的GPS定位追蹤設備,然后在聚苯乙烯箱子里安裝了一個無線電發射器,通過它來發現箱子的返回位置。

箱子里裝的是一個已經設置好程序的數碼相機,數碼相機每隔5分鐘拍攝一張照片,氣球升空后,相機就開始工作,直到氣球因為高空氣壓過低,難以維持其中的氦氣,爆炸為止。

氣球爆炸后聚苯乙烯箱子就會自動釋放一個微型降落傘,然后只需要根據GPS上顯示的坐標去尋找,就能找到安全返回的數碼相機―――梁曉天DIY的這個太空地球照相機的總開支不過5000元人民幣,卻拍攝到了地球表面1609公里范圍的景象,并呈現出地球美麗的彎曲度。這讓梁天瞠目結舌。

高考成績公布后,因為高分被北大錄取,梁曉天頓時成了網絡紅人,實際上,梁曉天早就是網絡紅人了,早在幾年前,在國內最大最有影響力的牧夫天文論壇中,他就已經是最受追捧的名人了。

篇4

第一次飛躍：日心說取代了地心說

日心說代替地心說，是人類認識宇宙的第一次飛躍，日心說中行星繞太陽運動這一基本思想的正確性完全得到了驗證。這一次飛躍的重要性在于，地心說隱含地支持了基督教（包括天主教）等宗教的基本教義，也就是神創造的人類和地球在宇宙中具有重要的中心位置。日心說代替地心說，則從科學上挑戰了這些宗教教義。

第二次飛躍：太陽系也不是宇宙的中心

人類認識宇宙的第二次飛躍是通過天文觀測得到的，不但地球不是宇宙的中心，就連太陽也不是宇宙的中心。那時人類認識的宇宙就是銀河系，卡普坦（Jacobus Cornelius Kapteyn，1851年～1922年）通過測量超過45萬顆恒星的距離，得到了銀河系的結構，這就是卡普坦的“島宇宙”，這個“島宇宙”說明銀河系有著明確的邊界，而太陽系在稍微偏離銀河系中心的位置。而沙普利（Harlow Shapley，1885年～1972年），通過測量69個球狀星團的距離，得到的銀河系結構顯示，太陽系處于銀河系比較邊緣的地方。盡管這兩個結果的細節有所不同，而且和現代的結果也有出入，但它們有一個共同的重要結果，就是太陽系不是銀河系的中心，當然也就不是宇宙的中心。

第三次飛躍：銀河系不是整個宇宙

在20世紀初，關于觀測到的眾多“星云”的性質，科學界有兩種截然不同的觀點。以沙普利為代表的多數派認為星云就是銀河系內的天體，銀河系就是整個宇宙。而以柯蒂斯（Heber Doust Curtis，1872年～1942年）為代表的少數派，則認為星云實際上是和銀河系一樣的“島宇宙”，處于銀河系以外很遠的地方，而整個宇宙則是由無數個這樣的“島宇宙”組成。為此，1920年4月26日，在位于華盛頓美國國家科學院史密松學會的自然史博物館里，這兩個派系舉行了一次激烈的沙普利柯蒂斯世紀大辯論。但是這場辯論并沒有解決這個問題，因為辯論本身并不能解決科學問題，科學問題的解決只能通過科學研究來實現。此后不久，哈勃（1889年～1953年）就通過進一步的觀測確認了這些星云實際上是眾多遙遠的、但是形態各異的星系，很多都和銀河系類似，這有力地支持了柯蒂斯的基本觀點。到此時為止，人類認識的宇宙尺度突然變得極度地廣闊無涯，這是人類認識宇宙的第三次飛躍。

第四次飛躍：宇宙是膨脹的、非永恒的

由于哈勃觀測到的很多星系都非常暗，因此距離銀河系應該很遠。把哈勃的觀測結果直接外推，就會得到宇宙是無限的、永恒的，物質分布是均勻的。但是奧伯斯（Heinrich Wilhelm Matth us Olbers，1758年～1840年）佯謬（奧伯斯佯謬實際上是現代宇宙學的發端，第一次定量地考慮了整個宇宙的行為）告訴我們，這樣的宇宙中，即使沒有太陽光，但是由于永恒宇宙中的每一個天體的光都會照到地球，黑夜也應該像白晝一樣明亮。（實際上在永恒和物質均勻分布的無限大宇宙中，宇宙中任何一處接收到的光流強都是無窮大。）但是這個推論顯然和我們的常識不符，我們見到的黑夜是黑暗的，所以一定是什么地方有重大問題！到了1929年，哈勃發現遠處的星系在退行，退行速度和距離成正比，因此宇宙在膨脹，反推回去就得到宇宙的年齡是有限的，更遠的光來不及到達地球，所以存在“視界”（稱為宇宙的視界）。宇宙空間相對于地球的巨大退行速度使得該距離以外的天體發出的光尚未到達地球，這就自然地解決了奧伯斯佯謬。因此我們可見的宇宙必頂是有邊界的，這是人類認識宇宙的第四次飛躍。

第五次飛躍：宇宙大爆炸

1965年彭基亞斯（Arno Allan Penzias，1933年～）和威爾遜（Robert Woodrow Wilson，1936年～）發現了宇宙大爆炸殘留的宇宙微波背景輻射，這和伽莫夫（George Gamow，1904年～1968年）的模型曾經預言的宇宙大爆炸留下的熱輻射一致，證實了哈勃膨脹是宇宙大爆炸的結果，他們也因此于1978年獲得了諾貝爾物理學獎。因此我們觀測到的宇宙不僅是有邊界的，而且也是有起點的，這是人類認識宇宙的第五次飛躍。

第六次飛躍：宇宙在加速膨脹

1998年，三位年輕的天文學家普爾穆特（Saul Perlmutter，1959年～）、施密特（Brian P.Schmidt，1967年～）和賴斯（Adam G.Riess，1969年～）通過觀測一類特殊超新星（Ia型）的光度隨宇宙紅移的變化，發現了目前的宇宙在加速膨脹，確定了宇宙由未知的暗能量主導，并于2011年獲得了諾貝爾物理學獎。把他們的結果和其它天文觀測結果結合起來，可以得到宇宙從大爆炸開始（約140億年之前）到今天的演化過程，以及在不同時期宇宙中的普通物質、暗物質和暗能量的比例的演化。今天宇宙中的普通物質、暗物質和暗能量分別占宇宙總的物質—能量的比例為4%、23%和73%，但是物理學中最成功的粒子物理標準模型只能解釋其中僅僅占宇宙組成4%的普通物質，也就是說我們目前對今天宇宙成分的96%幾乎毫無所知。這既是物理學和天文學共同面臨的巨大挑戰，當然也是人類認識宇宙的第六次飛躍。

第七次飛躍：可能有其它世界和文明

盡管有大量的證據支持生命能夠從低級到高級進化，但是地球生命“種子”的來源目前仍然未知：可能產生在地球，也可能來自于太陽系其它行星，也完全可能來源于太陽系外的其它行星。科學家們于1992年在一個脈沖星（中子星）周圍發現了第一顆太陽系外的行星，又于1995年在一個恒星周圍發現了第一顆繞著另外一個恒星運動的行星，至今已經在太陽系外其它恒星周圍共發現了超過700個行星。其中有些行星是“宜居”行星，很有可能存在生命，甚至高級生命或者文明，這是人類認識宇宙的第七次飛躍。

目前，對于太陽系外行星的搜尋以及生命的探測已經成為天文學的重要研究前沿。我們有可能找到高級生命能夠存在的其它“地球”，使得外太空移民成為可能；有可能找到我們生命的“種子”，使得地球上的生命最終可以“認祖歸宗”；有可能回答人類在宇宙中是否孤獨這個問題；甚至可能真的和“外星人”交流！如今，人類已經開始努力搜尋外星人的通訊信號了。因此，所有這些已經不是科學幻想，也不是哲學的探討，而是實實在在的科學研究。我想，人類認識宇宙的第八、九、十次飛躍是否都將來自于這里？

篇5

“黑洞”很容易讓人望文生義地想象成一個“大黑窟窿”，其實不然。所謂“黑洞”，就是這樣一種天體：它的引力場是如此之強，就連光也不能逃脫出來。

根據廣義相對論，引力場將使時空彎曲。當恒星的體積很大時，它的引力場對時空幾乎沒什么影響，從恒星表面上某一點發的光可以朝任何方向沿直線射出。而恒星的半徑越小，它對周圍的時空彎曲作用就越大，朝某些角度發出的光就將沿彎曲空間返回恒星表面。

等恒星的半徑小到一特定值（天文學上叫“史瓦西半徑”）時，就連垂直表面發射的光都被捕獲了。到這時，恒星就變成了黑洞。說它“黑”，是指它就像宇宙中的無底洞，任何物質一旦掉進去，“似乎”就再不能逃出。實際上黑洞真正是“隱形”的，等一會兒我們會講到。

那么，黑洞是怎樣形成的呢？其實，跟白矮星和中子星一樣，黑洞很可能也是由恒星演化而來的。

當一顆恒星衰老時，它的熱核反應已經耗盡了中心的燃料（氫），由中心產生的能量已經不多了。這樣，它再也沒有足夠的力量來承擔起外殼巨大的重量。所以在外殼的重壓之下，核心開始坍縮，直到最后形成體積小、密度大的星體，重新有能力與壓力平衡。

質量小一些的恒星主要演化成白矮星，質量比較大的恒星則有可能形成中子星。而根據科學家的計算，中子星的總質量不能大于三倍太陽的質量。如果超過了這個值，那么將再沒有什么力能與自身重力相抗衡了，從而引發另一次大坍縮。

這次，根據科學家的猜想，物質將不可阻擋地向著中心點進軍，直至成為一個體積趨于零、密度趨向無限大的“點”。而當它的半徑一旦收縮到一定程度(史瓦西半徑)，正象我們上面介紹的那樣，巨大的引力就使得即使光也無法向外射出，從而切斷了恒星與外界的一切聯系——“黑洞”誕生了。

與別的天體相比，黑洞是顯得太特殊了。例如，黑洞有“隱身術”，人們無法直接觀察到它，連科學家都只能對它內部結構提出各種猜想。那么，黑洞是怎么把自己隱藏起來的呢？答案就是——彎曲的空間。我們都知道，光是沿直線傳播的。這是一個最基本的常識。可是根據廣義相對論，空間會在引力場作用下彎曲。這時候，光雖然仍然沿任意兩點間的最短距離傳播，但走的已經不是直線，而是曲線。形象地講，好像光本來是要走直線的，只不過強大的引力把它拉得偏離了原來的方向。

在地球上，由于引力場作用很小，這種彎曲是微乎其微的。而在黑洞周圍，空間的這種變形非常大。這樣，即使是被黑洞擋著的恒星發出的光，雖然有一部分會落入黑洞中消失，可另一部分光線會通過彎曲的空間中繞過黑洞而到達地球。所以，我們可以毫不費力地觀察到黑洞背面的星空，就像黑洞不存在一樣，這就是黑洞的隱身術。

篇6

1．尼瑪•阿卡尼一哈米德，34歲，第五維研究者

哈米德在理論物理和粒子物理學界無人不知，他的研究并非以前提出的多維空間，而是“額外的宇宙”――他認為大概有10500個。哈米德與少數見解獨立的科學家認為我們的宇宙只是數不清的、并列存在的宇宙之一，我們的世界只是多元宇宙中的一個，每個宇宙都有各自的物理規則和自然界常數。多元宇宙的存在意味著什么?記得500年前哥白尼打破地心學說嗎?如果哈米德是正確的，目前的宇宙理論將再次受到巨大沖擊。

2．杰里•格爾德斯坦，35歲，太空氣象學家

地球磁層是地球外層一個無形的磁性防護罩，格爾德斯坦對傳統觀念發起沖擊，他參考美國航空航天局(NASA)的衛星圖片，證明太陽風最猛烈時期，那些原本被認為是平靜的等離子體層會完全侵蝕太空，等離子體“入侵”會讓宇航員受到嚴重的電磁輻射，導致國防和通訊衛星內部的電路板起火，并且使全球定位系統(GPS)產生多達250英尺的誤差。

3．梅勒迪•斯瓦茲，37歲，人體器官建造師

斯瓦茲向人們展示了人體內部一種神秘的液體流如何幫助器官生長。每個傷口都會提醒我們：人體內流淌著熱血。但是斯瓦茲卻在研究一種不為人知但又很重要的液體流――人體組織之間的細胞間液的緩慢流動。這種緩慢流動很可能是科學家夢寐以求的培植人體器官的關鍵所在。

4．大衛•湯普森，36歲，北極厄爾尼諾現象發現者

湯普森發現的北極氣候模式將氣象候科學推到了新高度。他和導師、氣學家約翰•華萊士首先確定北極存在著一種席卷了1／3個地球的氣候模式。他們將之稱為“北極濤動”(簡稱AO)，這種現象改變了整個北半球的氣候模式，被稱為“北極厄爾尼諾現象”。

5．陶哲軒，31歲，密碼世界“通才”

澳大利亞華裔數學家陶哲軒是個密碼破譯大師，他開發出一種嶄新有效的破譯方法，能夠將零散的信息片段拼湊起來。這項技術正在被希望整理混亂信息的人所用，美國中央情報局竊聽可疑電話或醫生修復腦掃描圖像中的斑點時都會用到。陶哲軒贏得了今年的菲爾茲獎(被譽為數學界的諾貝爾獎)，是1986年以來贏得這個獎項的最年輕的數學家。

6．凱莉•道甘，26歲，地下世界科學權威

達爾文認為，當蚯蚓“擠”進土里時，會吞下前方的泥土，“吃”出一條路來。這個理論已經存在120年之久。凱莉•道甘通過研究蚯蚓鉆地的“工程學”原理來探索神秘的地下世界，讓她達爾文理論，成為地下世界科學權威。

7．奧馬爾•雅奇，41歲，氫納米“建筑師”

雅奇目前正在研制的“微型支架”日后可能幫你在氣罐里存放氫，成為“氫汽車”使用的燃料箱。如果將雅奇發明的這種物質放大10億倍，它看上去很像一套巨大的支架。材料學家此前也見過類似框架，但無法 “定制”特殊用途的材料，雅奇就是將這個夢變成現實的人。

8．薩拉•西格，35歲，外星生命搜尋者

過去10年，天文學家發現了200顆環繞遙遠恒星運行的行星，但沒有一顆看起來像第二個地球。西格認為這個情況將會改變，她設計出一套鑒定遙遠行星的大氣成分的方法，試圖證明像地球一樣的行星遍布銀河系。她的電腦仿真模擬有助于天文學家找到在其他行星上生活的智能生命。

9．埃里希•賈維斯，41歲，鳥語翻譯家

人類和雀類都是“聲音模仿者”，在動物王國中這種能力非常罕見，只有人類、鳴鳥、蜂雀、鸚鵡、蝙蝠、海豚、鯨和大象才知道如何模仿別人的聲音。賈維斯極富創造力的研究，有助于神經學家通過改變基因藍圖來修復大腦損傷或者促進人類學習新語言的能力。

篇7

曹寶龍：打破舊的體系，建立一個新的體系不是那么容易的。浙江省實施綜合科學課程的前十年非常艱難，也不順利。一是教師的適應性存在很大的挑戰，單科出身的教師要站在一個包括物理、化學、生物學、地球與宇宙等大綜合的講臺上并不容易，尤其是重新“充電”有困難的老教師就更難了。二是學校的管理難以適應，習慣了分科管理教研組的學校遇到了如何過渡到綜合學科管理的難題。學校的課程設置、人員安排、教學進程等一系列問題需要一個調整與改革的過程。三是家長與社會對綜合科學課程的認識。一部分家長擔心幾門課變成一門課是否有“縮水”之嫌，孩子是否能適應高中生活；高中學校則擔心孩子是否能夠適應高中物理、化學、生物學和地理的分科學習，是否能打好“學科基礎”；社會上一些關心教育的人擔心教育質量是否會下降，有的還向省人大、政協提交了質疑綜合科學課程的提案或議案，教育行政部門承受的壓力可想而知。

綜合科學課程的改革需要承受艱難的“痛”，并找準問題解決的途徑與方法。我省在改革之初主要做了幾件事。一是讓學校、教師深刻認識綜合科學的課程性質，使教師們理解綜合科學是提高學生科學素養或科學能力的重要途徑，對培養學生具有重大意義。二是大規模培養教師。讓教研員、高中學科教師對初中科學教師進行專業知識的培訓；在浙江省的高校開設科學教育本科專業；在大的初中學校或一個教研片區開展教師之間的教學研討活動。這些措施大大減輕了教師的不適應之“痛”。三是實行評價制度的改革。初中理、化、生、地各科的教師評審中學高級教師和浙江省特級教師以一個學科——“科學”出現。因此，在浙江省只有初中科學高級教師和科學特級教師。初中學業評價與高中招生考試設置科學科目，沒有分學科的考試。

現在，浙江省已基本建立并完善了初中綜合科學課程體系。社會、學校、教師、學生、家長已完全適應了科學課程。

《中國教師》：浙江的綜合科學課程走到今天，您認為可供大家借鑒的主要經驗有哪些？

曹寶龍：猶如培養一個孩子一樣，浙江省的綜合科學到今天可以說已經長大了。它經歷了成長的艱難期。總結20年改革的經驗，最有價值的經驗是浙江省各界對新事物的“呵護”和對改革的“堅持”。最初的幾年，綜合科學改革最困難，也最容易“夭折”。全國大部分實施綜合科學的課改實驗區都是在最困難的前五年內“夭折”的，因為這個時段是改革最“痛”的時期。浙江省在最初的困難期，各界人士和教育內部都對綜合科學給予了有效的“呵護”，讓其不至于在改革之初就“夭折”。面臨困難，堅持改革也是最可貴的。困難時期我們堅持方向不動搖，堅持改革不固守，堅持工作不抱怨。“呵護”與“堅持”使浙江省的綜合科學改革之路越走越順，越走越寬。

《中國教師》：在接下來的10年中，浙江要貫徹落實2011年版課標的理念和目標，您認為可能存在的最大困難是什么？

曹寶龍：2011年版的科學課程標準與10年前的實驗稿相比，更加突出科學課程的整合，也更強調了科學的探究性。科學課程作為一門綜合性課程，不是原來分學科的簡單相加或拼湊，它是一門整合的，體現科學探究，旨在培養學生科學素養的課程。因此，這門課程實施的關鍵在于課程理念的貫徹與落實。

經過20年的改革，浙江省現有的科學教師大多已成為“綜合型”或“全能型”的教師了，但還有一些教師在知識層面上并不完全令人放心，所以必須加大師資培訓的力度。2012年開始，各地的教師培訓計劃中都有各種形式的90學時以上的科學教師培訓項目。實施這些項目必定會使廣大科學教師受惠，使教師自身的科學素養不斷提升。

科學課程的質量不僅體現在科學的知識教育，更重要的是能否體現學生科學素養或科學能力的培養。例如，在“科學入門”這一專題中，教師能否站在科學方法論的角度讓學生來認識、體驗或探究科學。教師課程設計中是否有科學方法的“入門教育”，如科學觀察的方法、科學測量的方法、科學探究的方法等。雖然是7年級學生的入門教育，但學生必須在各種形式的簡單而有趣的科學探究活動中體驗方法，而不是單純地“知道”這些方法。就是說，教師的教學著力點不僅要放在“科學的知識”上，更重要的是“關于科學的知識”。這是科學教育目前要解決的根本問題，也是浙江省的科學課程今后需要著力的關鍵問題。我們需要在教材建設、課程資源建設、教師培養、學校管理和學科教育評價等方面共同努力，使浙江省的科學教育真正達到“優質”水平，為全國建設一個高質量的科學教育示范區。

《中國教師》：對于綜合科學課程的實施，尤其是綜合科學課程的課堂教學改革，您有何建議？

曹寶龍：科學課程的核心是培養學生的科學素養，使學生能用科學的方式來解決科學問題，提高學生的科學探究能力。對于初中學生來說，培養科學素養可從三方面進行，即科學的知識和科學情感與態度。教學的立足點是學生能夠識別科學問題，描述和解釋科學現象，進行科學探究，并且有科學的興趣、科學態度和科學精神。我國的科學教育總體來說對學生的問題發現意識、問題探究能力和科學解釋能力不夠重視，學生用科學方法來發現、探究和解釋問題的能力比較薄弱，我們把太多的時間用在解一些抽象的題目上了。事實上，我們有太多的練習題沒有以科學情境為基礎，而是人為地編造一些數據，讓學生套用死板的公式解練習題。一些練習題往往無趣無味，不僅沒有能夠培養學生對科學的興趣，反而讓學生感覺科學課程就是“解題目”，是很枯燥的。因此科學課程更需要重視科學思維、科學實驗、科學方法的教育，使課程回歸到體現科學的本質上來。

科學不僅僅是一個知識或邏輯實證的靜態體系，更是一個人類獲取知識、探索自然的認識活動，是創造知識的動態過程。因此，科學不僅是一種結果，也是一種過程。科學不僅是知識，更重要是體現科學方法與科學精神。科學是對觀察或認識到的自然現象進行的合理解釋或說明。事實上，每一堂科學課都要明確其科學目標，且目標與教學設計要有很好的協調性與一致性。科學教師在課堂上的語言、行為和形象都要有“科學味”，教師教學設計都要體現科學課程的融合性與探究性。

《中國教師》：對于綜合科學課程在我國的發展走向，您是如何看待的？

曹寶龍：從“科學是一種知識體系”的傳統觀點來看，科學的體系可以細分為物理、化學、生物學和地理等學科。這種分科式教育可以使學生對各科知識體系的了解更系統。因此,有人認為科學教育應該是分科教育,因為分科比綜合科學更能有效地掌握知識。其實，持此觀點者往往是把科學只看成是一種靜態的知識體系。

科學課程包括了“統一的科學概念與原理，科學探究的基本過程和方法，自然科學中最基本的事實、概念、原理、觀點和思想，發展學生思維能力、創新精神和實踐能力的內容，培養學生科學精神、科學態度的內容，反映現代科學技術發展的新成果以及科學技術與社會之間關系的內容”。初中學生在小學科學常識學習的基礎上，學習綜合科學后，能用整合的眼光來分析科學事實，用系統的方法來概述科學概念、原理、觀點和思想。這樣的整合課程與分科課程相比更能培養學生的素養與能力。

從“科學是一種知識探索與創造的過程”的觀點來看，科學課程應該是反映科學探究過程和體現科學方法教育的一種綜合性課程。在這樣一個整合的科學課程中可承載科學教育所共有的一些因子。例如，觀察與描述科學現象、歸納科學事實的方法，從大量的科學現象與事實中形成科學概念的能力，從事實和現象出發，在形成概念的基礎上尋找科學規律或提出科學理論（假設）的能力，在科學探究過程中解釋科學現象或科學事實的模型建構能力等，都是學生科學能力的形成和發展所必不可少的。對于初中學生來說，科學方法與科學精神的教育因素對于培養學生的興趣與態度更為重要。

從學生應有的素養來看，科學知識本身盡管重要，但僅有知識意義不大。科學教育的主要任務是學生在學習科學知識的過程中學會科學的觀察、思維、實驗方法，這種科學探究的體驗會深刻影響學生今后的學習與工作，改變人的思維方式和行事方式，這應該是科學教育宗旨所在。所謂科學素養就是學生通過科學課程的學習，學會了用“科學”方法來思考問題和處理事務。

培養公民的科學素養，不僅僅要讓學生學習科學的知識體系，更重要的是學習科學的探究能力、科學思想和科學精神等。這個重任只有整合的科學課程才能較好地承擔。在分科教學的情況下，很難系統、有效地培養學生的科學素養，也難以避免各自為政分割式的低效教學狀態。因此，綜合科學課程能夠從科學的本質出發，系統地培養科學素養的各種組成成分。

因此，我國的科學教育從分科狀態到綜合科學需要有一個認識與探索的過程，當我們真正理解科學教育的任務和宗旨的時候，綜合科學課程的時代也一定會到來的。

《中國教師》：2011年版的課標指出，綜合科學課程內容的組織要突出“整合”和“探究”兩個特點。那么，在教材的編寫上、在課堂教學的實踐中，怎么做才能發揮綜合科學課程的特色呢？

曹寶龍：這一版科學課程標準要求突出“整合”與“探究”，切合了科學教育的核心理念，對今后10年的綜合科學課程改革能起很好的引領作用。從課程改革進程來看，課程標準確立后，需要在教材編寫和教學實施及教學評價幾個方面來切實貫徹課程思想。“整合”是針對原來使用的教材還較明顯地存在分科影子的背景下提出來的，“探究”是科學教育本質對我們的基本要求。

“整合”可在以下幾個方面體現：一是教材內容的整合。分科教材強調的是學科的邏輯體系，是一個學科內知識條塊與知識邏輯的相對融合，而綜合科學強調問題或情境的體系。例如我們可以以“水”組成一個綜合科學小主題。我們可以用這樣的方式呈現教材：水對生命的作用；水的分布；水的結構與性質；水的力學特性；水的物態變化；水對人類繁衍與社會發展的作用等。學生用這樣的教材來學習和研究水，既有宏觀方法，也有微觀方法，既有地理知識，更有化學、生物學、物理等分科知識。通過這樣系統學習，學生對“水”會有一個深刻、全面、系統的認識。而用分科教材來學習研究“水”就難以達到系統全面理解的程度。因此，綜合科學課程的教材編寫實現內容整合可為科學能力的培養打下基礎。

教材實現“整合”的第二個方面是科學方法上的整合。教材在科學方法、科學探究能力的培養上可以有一個系統的安排。例如，我們可以將科學方法的教授在整個初中學習階段按照教材的內容體系和學生認知能力發展分類分層次進行：（1）科學觀察與實驗（觀察法、實驗與調查法、模擬法）；（2）科學思維（歸納法、演繹法、分析法、綜合法）；（3）科學抽象（概念與符號抽象、模型抽象、數學抽象）。按照這樣的分類，然后根據學生的認知發展水平和科學的內容體系展開，對這些具體的方法進行系統研究后作出一個滲透方法教育的整體方案，在綜合科學學習的過程中每一種具體方法的學習時間、難度與嘗試、展開方式等都有具體可行的順序，這種教材安排的系統性更有利于培養學生的科學能力。

編寫教材時，在“探究”的安排上也要有一個整體方案。一般我們可以先整體簡單地讓學生體會什么是探究，探究的基本概念和基本程序。這個程序可以在教材第一冊基本完成。從第二冊到第四冊我們可以逐個安排探究活動，但每一個探究可以放一項或幾項重點。例如，某一個探究可重點培養學生提出問題與形成猜想的能力，而在另外一些探究活動中可重點培養學生探究實驗的設計能力或結果分析的能力，這樣每一個探究都有一定的側重與重點目標。因此，教材編寫時，探究活動要有系統性設計，而每一項探究可以有重點培養的目標。到了第五冊和第六冊可重點讓學生逐步學會探究全過程活動、探究的自我設計能力，讓學生在全面體驗探究的基礎上，逐步學會獨立探究的能力。教材編寫要體現探究，既要有系統更要有重點，活動既要有探究科學結論的目標，更要有科學方法與能力的目標。

課堂教學中突出“整合”就要求我們教師有問題研究意識、科學哲學的思想，讓科學方法的教育貫穿于課堂教學中，要有知識探究為科學能力提升服務的科學教育思想。課堂教學中突出“探究”就要求科學教師有“科學味”，以科學態度和科學精神引領學生探求科學的概念、規律，用科學原理解釋世界，用科學思維理解與處理事務。從這個意義上來說，科學教師營造科學課堂的科學氛圍顯得成為重要。

《中國教師》：2011年版的課標將原來的4條科學態度、情感與價值觀目標整合為3條：對自然和社會的態度，對科學的態度，學習科學、處理事務與人際關系的態度。在教學中如何落實這些目標，仍將是初中科學教育實踐中的難點。關于科學態度、情感與價值觀的教育，可否請您給教師們提出一些建議？

曹寶龍：科學態度與情感不僅是學生學習科學的需要，更是學生今后為人處事的需要。人們對科學情感、態度與價值觀的教育在學科教育中的作用還有認識上的偏差。有人認為它不重要，對學生并沒有用；有人認為情感、態度與價值觀的教育可有可無，不影響學生的發展；也有人認為這方面的教育比較空洞，沒有實際價值。我們認為，科學情感是一個人對待自然和社會的態度，是對科學本身的情感與態度，是以科學的方法來理解事務與處理人際關系的態度。例如，你認為應該如何處理廢舊電池？你會自覺地回收廢舊電池嗎？你是如何認識與處理可降解垃圾和不可降解垃圾的？你的生活是否過度消耗自然資源，你有沒有自覺約束的習慣？你相信2012是世界的末日嗎？……這些問題可反映一個人的科學素養，尤其是科學情感和科學態度的修養水平。培養一個理解科學，自覺地遵守科學規律，以科學思維來認識與處理事務，以科學信仰自覺遵守社會公德的公民是科學教育的任務。

科學課程的情感教育應該區別于社會學科。社會學科的目標主要讓學生從社會公益和社會發展的角度來理解與社會學科相關的情感目標，而科學學科的情感目標主要應該從如何理解自然、理解科學、理解自然與社會之間的聯系的角度來落實科學的情感目標。學習科學知識是科學情感與態度培養的一種載體。例如，學習生態系統中食物鏈的概念和生態系統平衡概念時，我們不能用說教的方法，而應該用科學原理來啟發引導學生。有的老師可能會急于說教：你們能不能不濫捕野生動物？你們能不能不濫砍濫伐？雖然這些教育沒有錯，但不是科學的本位，這反而如一位思想品德學科老師在上課。科學教師的任務是分析一種動物或植物的滅絕對系統內的其他動植物有什么影響，對人類生存環境有什么影響。讓學生通過科學分析，自覺地對一種動物或一種植物消亡引起深度擔憂。我們可以從全球氣候變化引起的效應分析，使學生擔憂冰山消失、雪線高度上升、地球大氣環流變化等帶來的影響……因此，科學課程的情感目標主要應該著眼于如何從科學的原理出發來理解自然，理解生命，理解自然與社會的關系。

《中國教師》：教師們曾經反映初中科學課程中天文學的內容過難，但本次課標修訂基本維持了實驗版課標中天文學部分的課程內容和教學要求，這就要求廣大初中科學教師盡快提高自身天文學方面的素養，落實好天文學的教學內容以提升學生的科學素養。對于今后的科學教師師資培訓和教師教研等方面的工作，您有何建議和要求？

曹寶龍：天文學對學生的思維能力，尤其是空間思維能力的發展是非常好的學習材料。我們生活在地球上，自然要認識地球的運動與變化，認識地球所在的太陽系和銀河系的運動與變化，我們還要知道河外星系的探索方法。如果說關于地球與太陽的運動與變化與我們日常生活聯系非常密切，那么，銀河系與河外星系的探索與我們的文化生活相關，與我們的科學信仰有關。隨著人類探索空間能力的發展，天文學與我們的聯系越來越密切了。

本次課標中天文學內容適當降低了要求，一些與地球公轉運動相關的定量分析與計算的要求基本上降低為定性要求。這樣的變化是符合學生認知發展規律的，也是對基層學校實施課程存在困難的恰當回應。天文學的難度關鍵在于學生的空間思維與空間想象正處于發展階段，有的學生的空間想象能力不足以理解天文學中位置關系與運動關系，因此一些學生在天文學習上有困難。一方面原因是課標的難度過大，這次的調整是恰當的；另一方面是教師的教學沒有幫助學生搭建空間思維與空間想象的階梯。我們可以用模型、類比等方法來幫助學生理解，也可以用計算機輔助教學的方法來幫助學生理解。

《中國教師》：2011年版的課標提出“評價的內容和方式應有利于引導教師實施真正意義上的科學教育，體現本課程整合和探究的特點”。對于科學教育評價，您可否為大家提供一些良策？

曹寶龍：評價非常重要，也非常難。學科評價也同樣，是一個很重要的難題。學科評價的任務是建立客觀、合理、準確的評價系統，用此系統進行的評價能對學科教育起良好的引導與促進作用。綜合科學課程是一門跨分科界線的綜合理科課程，其內容必須以科學的統一概念與規律來呈現，例如物質、能量等概念，守恒的思想與方法等，我們的評價在內容方面須導向“整合”。科學探究是科學知識與科學方法運用，學生可從中得到科學的體驗，這對科學素養的培養極其重要。因此，評價突出“整合”與“探究”符合科學學科的本質特征。

評價需要有思想引導，方法引路，科學建立評價體系。平時的教學評價主要是突出學生學習過程中對科學學科的情感與興趣、實驗技能、科學探究的方法等項目的過程性評價，促進學生提高學習能力和學習興趣。考試評價尤其是大規模考試，需要先建立一套評價的理論框架和評價方案，命題思想要體現科學能力。目前我們實施的考試總體來說沒有突出科學能力或科學素養，而對知識本身的考查比例太大。事實上，在知識層面命題是比較簡單的，大部分命題者也認為知識層面上的題目比較“靠得住”，容易命制。科學能力層面的題目命制難度較大，但促進教師平時的教學更重視學生的科學能力或素養，也能夠真正回歸科學的本質。如何有效命制科學試題，老師們可研究PISA的理論架構和試題編制方法，例如2006年的報告：《為明日世界的科學能力》。研究PISA每一次測試后公布的樣題可以體會到PISA的命題思想和方法。

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關鍵詞：天文；科普教育；四季星空

四季星空是天文普及教學的一個重要環節。如果教師引導得法，會極大地提高學生對天文科學的興趣。通過對星空的認識，學生可以形成對周日、周年視運動的感性認識。通過對恒星的了解，學生會對恒星物理性質的多樣性，演化的必然性產生理性的認識。

一、星空的季節分期

根據周年視運動的規律，我們可用四季來劃分星空，即所謂的“四季星空”。具體是：春季3月至5月，夏季6月至8月，秋季9月至11月和冬季12月至次年2月。需要注意的是，因為周日視運動規律的作用，四季星空實際適用于該季節的上半夜。

由于廣州是北半球低緯度的城市，恒顯星區面積只有1710平方度，僅占全天球面積的4.14%，所以在不同的季節，拱極星區的星座會有所變化。如秋季的上半夜，大熊座會位于地平線下。我們可以把仙后座和小熊座結合講解，既能讓學生了解兩個星座的相對位置，又能學習由仙后座找北極星的方法。而到了春季上半夜，仙后座沉于地平之下，則要用大熊座來指示北極星了。

二、四季星空的基本教學流程

可將教學流程分為兩個步驟。第一步：分東南西北和天頂五個方位介紹當季星空，使學生能初步了解當季星空的主要星座的相對位置，及尋找和辨認星座的基本方法。第二步：對當季的主要星座進行有特色的深入講解。簡而言之就是“先方位后星座”的教學策略。

筆者用下列表格說明各季節各個方位需要講到的主要星座。

試以春季星空為例說明第一步的教學流程。

1.指向北方找到大熊座的北斗七星，通過北斗的指極星找到位于小熊座的北極星。

2.從指極星到北極星的連線延伸下去，會找到仙后座。從大熊座順時針到仙王座，在兩個星座之間可以看到天龍座和仙王座。

3.由北斗斗柄的弧線可以找到位于天頂附近牧夫座大角星。大角星北方的5顆亮星構成一個不規則的五邊形。

4.由大角星向東可以找到獅子座。獅子座“頭部”類似一把鐮刀，“尾部”則是由三顆較亮的星組成的三角形。其中最亮的一顆叫“五帝座一”。

5.從獅子座往南會找到室女座，室女座的最亮星叫角宿一。北斗、大角的弧線最終可以落到角宿一的位置。大角、五帝座一和角宿一構成了“春季大三角”。

6.指向南方，我們會找到全天最大面積的長蛇星座。

7.指向西方，冬季星空的巨蟹、雙子等星座快要西沉了。

8.指向東方，夏季星空的天秤、蛇夫等星座慢慢升起了。

一般地，講解季節的星空，可以先從北方入手，經天頂到南方，然后就兼顧西方（上個季節的部分星座）和東方（下個季節的部分星座）。講解過程中注意引導學生觀察主要星座亮星的分布，主要星座間的相對位置等內容，將能加強學生對星座辨認的能力。

三、根據學生的不同層次進行有效的星空教學

我們將面對小學、初中和高中不同層次的學生開展四季星空的教學。上述的基本流程主要是從天文學的學科角度來進行考慮的。具體到不同層次的學生，在組織教學方面應有不同的策略。

1.小學生。小學生思維活躍，喜歡與教師交流，不過專注程度會相對較弱一些。教師應通過生動、有趣的語言吸引住學生，邊回答他們的問題，邊引導他們觀察星空。教學內容可偏重于介紹星座和亮星的位置，教師多用比喻手段，令學生加深對星空星座的感性認識。多給學生講述星空的傳說，提高他們的興趣和專注度，并適時地滲透最基本的天文知識，如星等，光年等。

2.初中生。初中生的思維特點從感性思維為主向理性思維轉變。教師一方面要以生動、形象的方式介紹星空的基本情況，指導學生辨認星座。可以提及一些關于星空的神話，傳說，加強講解的吸引力。教師還要聯系初中地理、數學、物理等學科知識來介紹天文的常識，增加知識容量。如通過天文軟件（或天象館的演示），引導學生思考緯度與星空的關系，初步了解地平坐標與赤道坐標的聯系。

3.高中生。各季節星空概況的基本介紹方式可以參考對應初中生的方法。由于高中生在地理、物理和數學上獲得的知識和技能要多于初中生，所以教師可以更多地介紹有關天體物理的初步知識，天球坐標的基本知識。在介紹中，要不斷啟發學生思考，加強互動環節的設計，而不要簡單地敘述孤立的知識點。

四、各種星空教學資源的優劣勢比較及應用的原則

四季星空的教學離不可教學資源的使用。教學資源可包括：真實的星空，天象館的人造星空，天文軟件的虛擬星空，星圖（包括掛圖，活動星圖及多媒體課件中的星圖照片）。

參考文獻：

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關鍵詞：語文教學 教學成效 語文教師

在初中語文教學改革中，作為教育教學活動的主要組織者，語文教師發揮著重要的作用，教師教育理念的創新程度直接影響著教學活動的成效。筆者長期從事初中語文教育教學工作，在新課程改革方面進行了積極的嘗試，主要在教學手段改進、教學模式創新、教學對象研究以及教學空間拓展等方面進行了探究，取得了明顯成效，本文將作簡要論述。

一、以多媒體手段為代表，提升教學手段，有效激發學生的學習興趣

1.運用多媒體形象導入

在語文教學中，大多數教師對教學導入環節重視程度不夠，有些時候只是輕描淡寫地說上幾句，沒有能夠充分激發出學生的學習積極性。筆者在新課導入環節，運用多媒體手段激發學生學習興趣，成效較為明顯。如教學《濟南的冬天》內容時，為了激發學生對新課學習的興趣，筆者以多媒體手段向學生展示了一段江南冬天美麗景色的紀錄片，增強學生對教學內容的直觀感知，學生的學習積極性被有效調動起來，效果十分明顯。

2.運用多媒體補充信息

作為初中語文教學活動，需要大量的教學信息作為支撐，但是在實際教學中，教材中有限的內容無法完全滿足學生對語文學習的需求，教師的教學活動難以變得更加豐潤，在這樣的情況下，多媒體教學手段可以發揮有效的輔助作用。如教學《宇宙里有些什么》內容時，由于涉及到天文學內容，并不是學生非常熟悉的方面，因此，筆者在教學中播放了一些天文學知識短片作為教學補充，豐富了學生的天文知識，為教學活動順利開展發揮了良好的促進作用。

3.運用多媒體營造情境

語文教學活動是一項充滿情感的活動，教師在語文教學中要用心去講授，同時要積極創設與教學活動相應的情境，讓學生在身臨其境的氛圍中開展學習活動，提高教學成效。為了實現這一效果，教師可以發揮多媒體的作用，如教學《“神舟”五號飛船航天員出征記》內容時，為了讓學生親身感受到這一偉大時刻給中華兒女帶來的心靈震撼，筆者在教學中播放了實況新聞，學生激情高漲，仿佛來到了現場，整個教學活動富有激情。

二、以探究式模式為代表，改進教學模式，有效培養學生的自主學習能力

1.人員科學分組

為了發揮好學習小組這一載體的作用，筆者從數量、分布等方面進行了有效運作，按照6～8人的規模進行分組，每一個小組里面都確定一名品學兼優的學生作為小組長，牽頭開展探究性學習活動。此外，在小組成員的選擇上面兼顧到均衡性，將中等生以及后進生較為平均地編進各個小組，做到實力相當。

2.開展自主探究學習

在探究性學習教學中，筆者將學習的主動權交給學生，自己在教學中不再進行“滿堂灌”式的教學灌輸活動，而是將需要學生掌握的內容，設計成探究思考題的形式，在教學中向學生展示出來，讓學生以學習小組為單位進行自主學習。在這一過程中，筆者也沒有做旁觀者，而是相機在各個小組進行檢查指導，了解掌控各個小組的推進情況，同時對學生無法自行解決的難點問題予以必要的指導，促進小組探究學習深入開展。

3.注重科學引導點撥

在探究性教學中，筆者堅持做到“收放自如”，在“放”的環節，放手讓學生依靠自己的努力來完成學習目標，在“收”的環節，還要將學生的學習情況進行進一步的整合與篩選。在學生完成自主學習之后，筆者要求學生代表匯報學習成果情況，其他學生可以舉手予以補充，通過這樣的方式提高答案的完整性以及科學性。最后，筆者還要對學生學習成果進行點評活動，幫助學生進一步梳理歸納，完成學習目標，提升了教學成效。

三、以差異性教學為代表，兼顧學生發展，有效促進學生全面發展

1.在目標設置上體現差異性

學生受到自身智力以及學習態度、技巧方法等方面的影響，存在著差異性，對于這一現狀，教師要能夠正確對待，要緊密結合學生的實際狀況進行教學活動的設計與組織。在培養目標上，筆者將學生進行分類，分別確定不同的教學目標，對于學困生而言，筆者降低教學要求，只要求他們能夠完成基礎性內容的學習，對于語文學習基礎較好的學生，則提出拔高性的目標，確保學生都能夠找準自己在語文學習中的目標定位。

2.在教學組織上體現差異性

對學生差異性的兼顧更重要的是體現在教學活動組織過程中，在教學提問方面，筆者堅持專門為學困生設計一些較為簡單的題型，能夠將這些學生的注意力集中到教學活動之中，防止出現被邊緣化的傾向，激發了學生對語文學習的參與熱情。對于優秀生，則在一些具有拓展性或是思考難度較大的提問上為全體學生提供示范，以此來滿足班級不同能力層次學生的學習需求。

3.在考試檢測上體現差異性

為了能夠在整體上促進教學成效的提升，筆者尤其注重對后進生群體的關注，在考試考核中，結合后進生的教學目標以及他們的學習實際水平，設計專門的教學測試卷，與班級其他學生一起開展測試活動，保證學生只要盡了自己的努力，都能夠取得滿意的成績，保護學生學習積極性。

四、以開放性空間為代表，整合教育資源，有效構建立體教學框架

1.充分運用課外興趣組織提升教學成效

作為初中語文教學活動，課堂教學短短的45分鐘是無法完全滿足學生對語文學習的需求的，這時，課外興趣組織可以發揮重要的補充作用。筆者在語文教學中，按照學生的興趣愛好，建立起多個興趣小組，如文學社團、古文研究小組等，滿足學生的差異性學習需求，促進學生語文素養提升。

2.充分運用各類競賽組織提升教學成效

為了激發學生對語文學習的熱情，筆者還結合教學進度安排，適時組織一些配套的學科競賽活動，來激發學生的學習欲望，以賽促學，提升教學成效。如定期組織口頭小作文競賽、古文背誦和翻譯比賽、文學常識搶答賽等，將教學目標要求蘊含其中，在學生喜聞樂見的活動中鞏固了教學內容。同時，筆者還推薦學生參加教育主管部門以及各種學術團體舉辦的競賽活動，為學生的全面發展提供幫助

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作者：楊丹丹 單位：吉林大學應用技術學院

為了讓學生掌握多種科學知識，在大清海關總稅務司赫德的財力支持下，從各國延請名師，配備的英文教師除精通英文文法之外，還兼具多學科的高文化素養。在《再擬開辦學館章程十六條》里提出了其擇師標準“：館中延訂西國學問貫通之人為西教習，似宜精通中國語言文字，斯義理之奧，名物象數之繁，方能以語言文字相為授受。“”師資從端模范”“，于中西之學確有見地者一人為山長”“，知古通今，所造即有可觀，即舉而任以教習”。也就是說，的西方教習既要是西國之有科學知識的人，又要精通中國語言和中國文化，方能“審讀句讀”，用英語講授科學知識，使同文館的學生“即以西語講解其義，或以中國文義譯出西文”，達到精通“西學”之目的。開館之后，共有14位西方英文教習在此任教，他們是：包爾騰、傅蘭雅、額伯連、吉德、柯理士、馬士、歐禮斐、韓威禮、烈悌、安格聯、貝安德、馬都納、徐邁德等，而這14位英文教習，大都來自母語為英語的國家，也大多受過高等教育，是西方各學科的飽學之士，現列舉重要者分析如下：英國人包爾騰，是第一個進入的英文教習，是受英國公使威妥瑪推薦的英國傳教士，兼通漢語和教育理論。英方推薦他是因為“本系在外教徒，若充中國教習，系屬試辦”；中方聘用他是看中他“兼通漢文”。

據文獻記載，當時聘用包爾騰還經過了面試“：來署察看，尚屬誠實，雖未深知其人，惟以教習學生，似可無事苛求。”另外，清政府了解到他“只圖薪水，不求官職”的意圖之后，就更加看重這位一心做學問的包爾騰，當時聘用一名中國教習一年才需支付九十六兩銀子，總理衙門付給包爾騰的年薪是一千兩銀子，清政府不惜以十倍的高價吸引西方教習來館任教，可見對英文教習的器重。包爾騰于1862年至1864年于任英文教習，1865年至1872年為駐華使館牧師，1874年12月到香港出任圣公會維多利亞教區第三任會督，1877年應港督軒尼詩邀請出任香港政府考試委員會主考，并主持當年6月巡理署書吏銓選的考試。從包爾騰一生所獲得重要官職來看，包爾騰是真正的西方教育家，所以才一直活躍在中西方文化溝通的重要平臺上。美國人丁韙良，字冠西，系基督教新教教會長老派傳教士，1846年畢業于印第安納州大學，又入新奧爾巴尼長老會神學院。1849年被立為長老會牧師，道光三十年（1850）于長老派神學校畢業后派來中國傳教，1850～1860年在中國寧波傳教，1865年為同文館英文教習，教授國際公法和富國策課程，1869至1894年為該館總教習，并曾擔任清政府國際法方面的顧問，1898至1900年，又出任京師大學堂總教習。丁韙良在中國生活了62個年頭，曾協助湖廣總督張之洞辦學，也曾在京師創辦北京崇實中學，是中國近代教育的醞釀和形成過程中的重要人物。愛爾蘭人歐禮斐，英國貝爾法斯特的皇家學院的碩士，1879年入中國海關工作，同年到任英文教習，教授天文、化學課程，1894年任總教習，兼授物理課程。1902年同文館并入京師大學堂之后，歐禮斐開始在寧波等海關任職，曾在北京海關總稅務司管理漢文案稅工作。從歐禮斐所授課程來看，歐禮斐的學問是多方面的，是一位既通英文語法，又通自然科學的全方面發展人才。英國人傅蘭雅，1860年畢業于英國倫敦海伯雷師范學院，1861年赴香港擔任圣保羅書院院長，1863至1864年在任英文教習，主講格致課程。同治四年（1865）轉任上海英華學堂校長，并主編字林洋行的中文報紙《上海新報》。同治七年（1868）受李鴻章雇傭任上海江南制造局翻譯館譯員，清光緒二年正月二十三日（1876年2月17日）創辦格致書院,光緒三年（1877）被舉為上海益智書會干事，從事科學普及工作。光緒二十二年（1896）去美國擔任加利福尼亞大學東方文學語言教授。1884年在上海創辦了自己的書店和出版社，即格致書室。傅蘭雅在教中國人學習英文的過程中，已對粵語、官話、上海話都能運用自如，再加上全方面的科學知識，使他能夠熟練地將西方的數學、軍工、礦物、化學、醫學、生理學、天文學等多學科的書籍介紹給中國讀者，成為中國近代史上為科學技術推廣作出最杰出貢獻的英國人。同時多才多藝的傅蘭雅還曾在《申報》和《萬國公報》上刊登過“求著時新小說啟”的廣告，成為中國新小說的最早倡導者，正如傅蘭雅所言：“半生心血，惟望中國多興西法，推廣格致，自強自富。”

張功臣所著《洋人舊事》中提到“：從光緒朝開始，同文館聘請的洋教習中新面孔漸多，來源不再是單一的傳教士，而且總署任命人員比重加大，說明總理衙門在任用教習方面經驗不斷增加，渠道也有所拓展。以光緒朝前10年入館的11名教習為例，法文教習培黎、英文教習馬士、化學教習歐禮斐和天文教習駱三畏等都是海關人員，且為署任。其余的如海靈敦、費禮飭、班鐸等，或是直接來華入館，或是駐華使館翻譯。”隨著的英文教習結構的改變，說明清政府在選擇英文教習時更有經驗，也更有目的性，因此，的英文教習的素質不斷提高，他們在工作實踐中摸索出西學中用的方法和途徑之后，或自辦雜志、出版社傳播科學知識，或譯介西學科技著作給中國讀者，這些科學知識對于中國近代化的進程有著巨大的推進作用，也產生出如下的學術成果：《格致匯編》：傅蘭雅自費創辦的科學雜志，光緒二年正月（1876年2月）創刊，是中國最早的自然科學期刊，是一份以介紹聲光化電等科學知識為中心內容的專門性刊物。《格致匯編》以帶有新聞性質的短文來介紹科學知識，設有“互相問答”的欄目，以相互問答的形式，一共刊出了322條科學常識，交流了500個自然科學問題。現在中國學生所熟知的一些化學元素名字，如鉀、鈉、鉛、鈣等等，都是由傅蘭雅制定的。《萬國公法》：英國人惠頓撰，美國傳教士丁韙良譯，分釋義明源、論諸國自然之權、論平時往來、論交戰等四卷，同治三年（1864）刊行。丁韙良認為惠頓所著的《國際法原理》“更為現代而且同樣權威”，此書會對中美兩國的交往產生一定的積極影響，于是丁韙良采取了“惟精義是求，引證繁冗之處稍有刪減耳”的翻譯風格，將《國際法原理》的425個章節大量刪減至4卷12章231個章節，使之更切合于中國民眾的需要。丁韙良的翻譯工作得到了清廷政府的支持，總理衙門專門撥白銀500兩，以政府名義刊印了《萬國公法》。《萬國公法》一書溝通了漢英語言之間關于法律法規語匯方面的交流，今天中國人所熟知的漢字法律術語如政治、責任、權利、選舉、司法、國會、爭端、賠償、人民自治、利益、管轄等法律專門語匯都是來自于這本專業書中。《英文舉隅》：譯者汪鳳藻，校訂者丁韙良，是編譯出版的英文語法的專業書籍，譯者汪鳳藻采取了文言翻譯風格，使此書保留了濃郁的時代特色，《申報》稱此書為“總理衙藏版，民間罕得而見之”的奇書，北京師范大學歷史系邱志紅指出“：《英文舉隅》不僅代表了同文館卓著的英語教學水平，同時對戊戌維新以后英語語法知識和概念傳播的成熟化、深入化發展，起到了至關重要的承上啟下作用，在晚清中國的英語傳播史上，是值得重視的一個細節。”《富國策》：汪鳳藻譯，丁韙良校對。因為丁韙良在里講授“富國策”課程，所用的教材是英國資產階級經濟學家法思德的《政治經濟學提要》，故產生了將此書翻譯出版的想法,1880年出版此書時名為《富國策》。這是西方資產階級經濟學的第一部中譯本，也是中國人最早接觸到的政治經濟學專著，《富國策》自問世以來曾多次刊刻翻印,先后出現過樂善堂本、美華書館本、益智書會本、實學新編本、鴻寶書局本等版本，其對于晚清時代的中國學者的影響可以想見。

此外，還先后譯刊了《星學發韌》、《坤象究原》、《中西合歷》等西方天文學著作，還有傅蘭雅所撰的《重學須知》、丁韙良所撰《力學入門》、《電學入門》、《聲音學測算》等科學著作，這些學術著作不僅產生了強大的學術群體，更掀起了西學東漸的新，并且為中國的教育界探索出了一條在科舉選士以外培養人才的嶄新途徑，為清末的中國培養出了一批外交人才和翻譯人才，正如《同文館題名錄》所言“：自開館以來,譯書為要務。起初總教習、教習等自譯,近來學生頗可襄助,間有能自行翻譯者。”