地球空间单元在宇宙探索类大学通识课中的地位探讨

摘要：结合宇宙探索类大学本科通识课课程本身的特点，探讨了其中有关地球空间的内容所占比重、知识点选择以及不同专业对该内容的需求，从而指明了地球空间知识点在该类课程授课时的重点与方向。

关键词：地球空间；宇宙探索；本科通识教育

中图分类号：G642.4 文献标志码：A 文章编号：1674-9324（2013）43-0228-03

从古至今，人类就对我们头顶的天空充满了无限的好奇。浩瀚无垠的宇宙一直吸引着人类的注意力，成为他们飞向太空的梦想。对地球空间乃至宇宙的探索从千百年前古人观察星空那刻开始，就成为了人类历史上深受瞩目并且持续时间最长的一项科学活动。如何从科学的角度去了解宇宙，成为了无数学者孜孜以求的话题。人类的活动的足迹及其研究的领域，经历了从陆地到海洋，从海洋到大气层，从大气层到宇宙空间的扩展过程。人类活动范围的每一次飞跃，都大大增强了其对于认识自然和改造自然的能力，促进了时代生产力的发展和社会的进步。当人类的活动领域从地面扩大到空间后，我们开始利用和开发空间蕴藏的极其丰富的资源，并使人类能从全宇宙的观点来解决社会发展问题。人类对宇宙的认识经历了一个漫长的时期。最初，人类对宇宙的认识是基于有限的观测与想象。到了近代，自从1957年10月原苏联向太空发射了人类历史上的第一颗人造卫星，对宇宙的探测就跨入了一个新时代。人类在向外层空间的探索过程中，中国既是最古老的航天国家，也是本世纪航空航天事业发展最快的国家之一。经过多年的努力和探索，如今我国已经处于空间探测发展的前端。随着“神舟”与天宫的对接成功、“嫦娥”的上天、北斗导航卫星的完善，标志着我国已步入航天大国的时代前列。积极参与太空探索对我国政治、思想、社会、文化等方面的意义十分重大，将促进生产力的变革、人与自然的协调发展以及社会文化的进步。“神舟”、“嫦娥”等多个重大空间研究项目的进展，可以促使我们去了解宇宙演化及其中的各种物理现象和过程，探寻人类和地球生物在宇宙中的地位及意义，发展各种太空技术并将其运用到各个领域，探索和占有各种太空资源，利用太空的极端环境进行各种科学和技术试验，以及显示我国综合国力的先进和强大。随着宇宙探索和空间科学成为热点，特别是近数十年来我国航空航天科技的蓬勃发展，促使国内很多以理工学科为主的高等院校，甚至许多综合性大学，都开设了针对各个专业学科的关于空间学科的专业课和通识教育型的基础课，用以向高等院校学生传授空间学科的各项知识。其中尤以开设范围较广，也是深受各学科学生欢迎的宇宙探索类公共选修课，因其对空间学科知识面覆盖较全，学科前沿性良好，教师自主选择较大，通常可采用大量的图片、动画、影音资料等多媒体手段，往往能达到很好的教学效果。对国内各个知名大学的宇宙探索类公共选修课的教学计划、教学日历、课程简介以及教学课件等教学安排进行调查之后，发现其大多数的课程范围均包括以下几个方面：地球空间、日地空间环境、日球空间、银河系等的基本结构、特性和人类对其探测的新进展；恒星的分类及其演化；黑洞的特性及其发现与观测；宇宙的起源与演化；人类深空探测和寻找地外文明的方法和技术，以及它们的原理、分类和发展历程；太空存在的各种资源以及未来的太空产业、灾害性空间天气的类型及预防。但是在大多数的课程安排和教授过程中，过分强调了空间学科点前沿性和学生关注度，对于在中学或大学其他课程中已有所涉及的地球空间的有关知识点，往往学时分配较少，不受到关注与重视，学生学习兴趣不高。

学科知识点的选取：

在很多大学的本科教育中，宇宙探测类通识课一般是针对空间科学及其发展的导论性课程。空间科学作为地球科学的重要分支，主要研究发生在日地空间、行星际空间及至整个宇宙空间的物理、天文、化学及生命等自然现象及其规律的科学。作为宇宙的一部分，地球空间一般认为是靠近行星地球的、受太阳辐射变化直接影响的空间区域，具体指地球大气中层顶以上的区域，其外边界是太阳风与地磁场相互作用形成的。地球空间是对外层空间探索的基础，人类对于宇宙的认识与探测首先就建立在对地球空间的逐步了解中。目前人类对于宇宙的探索工作重点在于三个方面：卫星的发射与应用、载人航天、深空探测。因此，在教授有关宇宙探测的课程时，地球空间的基本特征与特性、目前已经进行的探测方法及探测结果、地球空间中的一些主要现象和变化，应该成为首先讲授的基础与重点。本文将根据对各大院校该类课程教学过程的总结，以及自身的讲授经验和认识体会，分析地球空间知识点在该课程中的教学应用，以期提高此类课程的教学质量。下面是笔者认为需重点纳入教学范围的几个知识点。

1.地球空间探测方法。要想对地球空间进行了解，掌握它的整个的结构和基本变化，首先我们要对地球空间进行观测。地球空间探测是人类航空航天事业的起点，是人类飞向外层空间的技术基础，也是整个空间科学的源头和重点。因此地球空间探测手段、卫星应用、航天器的发展、人类空间探测历史等，都应作为此知识点的重点进行。

2.电离层/磁层与电磁波传播。地球空间并不是一个很安宁的地球空间，它是受太阳风和地球磁场双重作用而形成的。这一知识点主要是研究电离层与磁层中发生的物理现象、动力学和电动力学过程，因此对于地球物理、信息工程乃至通信、测量等专业的学生是非常必要的。在教学中，应重点探讨日地系统中太阳活动、地磁活动和人类活动对电离层和磁层环境的影响，无线电波在各种介质中的传播过程与理论研究以及电离层/磁层对无线电波传播在各种工程系统中尤其在移动通信中的影响研究。

3.大气层光学现象。大气层光学现象是指大气中发生的各种光学现象，来自太阳、月亮和其他光源的光线通过大气层时，发生选择性吸收、散射、反射和折射、衍射等以及其各种物理化学作用，改变原来的路径和颜色，呈现出的各种色彩缤纷的光学现象。它所反映出来的规律和物理机制，在大气物理学、环境科学、天文、航空遥感等许多专业方向上有着重要地位。

4.高层中性大气。这一知识点主要研究中高层大气动力学，中高层大气中的风、波和相关的暂态过程，以及中高层大气的光学和无线电探测技术。如果是理工科的选课学生为主的大学公选课，建议加入此知识点。

5.对流层。严格意义上来说，由于其主要影响源为地面，对流层大气不属于地球空间的研究范围。然而作为人类的生存的大气空间层，对流层变化与我们的生活息息相关，同时也有很多的空间探测方法的研究目标就是对流层大气。因此作为通识课，这一知识点也应考虑加入，而非忽略，教学重点应放在对流层与气象学以及对流层与其他大气耦合机制上。

地球空间是和航天技术紧密结合的现代科学技术研究领域，地球外大气层的世界，逐渐被一一发现，但是未知的东西仍然很多。对其热点问题和研究前沿进行探讨，可以丰富并拓展学生们对于宇宙探索的认知。在高校开设宇宙探索类本科通识课程时，针对不同学科背景与专业方向的选课学生，该类课程中有关地球空间部分的教学方案也可进行科学的选择和适度的调整，以使学生有效接受并消化大量信息，切实掌握有关的知识点，各专业课程之间形成互补，最大程度发挥宇宙探索类通识课的作用。

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