台灣的天文教育
陳文屏（中央大學天文所及物理系）
每當有學生問我，學習天文學有什麼用，我都先回問莫札特的音樂有什麼用呢？身為老師，我當然胸懷理想，希望能夠循循善誘，引導學生自己最後體會到這是人類心靈對「真、善、美」的終極追求。沒想到有一次有人說，這兩者怎麼能相比呢，起碼莫札特的音樂可以賣CD賺錢啊！那麼，學習天文到底有什麼用呢？能賺錢嗎？天文學是怎麼樣的學問呢？現代國民對於宇宙應該有哪些基本認識呢？我國的天文基礎教育能夠達到這些要求嗎？
天文學研究的是切身的問題
天文學研究的對象包括宇宙中種種的天體，以及它們彼此的交互作用。很多天文現象，像是星斗升沈、月亮圓缺，在生活當中隨時可見。我們想要知道太陽以及其他的恆星如何會發光，想要知道行星如何繞行太陽，想要知道這些天體誕生、老化，而衰亡的過程。這部分牽扯到的是物理與化學的科學知識。地球的萬有引力讓拋向天空的石頭落回地面，也同樣讓人造衛星繞行地球，太陽的萬有引力則讓行星繞行太陽，也是同樣的這種力量（但是強度大得多）把太陽以及其他超過千億顆恆星拉在一起，構成了銀河系。
你我身上所富含的水分子，它們當中的氫原子，也就是構成太陽的主要成分。而我們身體裡的元素，像是碳、氮、磷，甚至我們配戴的金銀首飾，都是恆星製造出來的。地球上一切活動所需要的能量，直接或間接全都來自太陽中心隨時在進行的核子反應。太陽光照到地面，植物透過光合作用把能量儲存起來，我們吃下植物（或是吃下吃了植物的動物），因而得到了我們所需的能量。燃燒用的煤或是汽車用的汽油，其能源來自古代埋藏的生物，其最終來源還是太陽。就我們目前所知，宇宙遙遠角落的恆星，其發光原理和太陽是一樣的，在這些恆星周圍，說不定也有其他行星或生命，藉著恆星的光與熱維持生命的活動。因此，人類與宇宙天體的關係是密不可分的。
天文學研究地理的問題：我們想知道在浩瀚的宇宙中，自己所在的位置，想知道我們有哪些鄰居，這些鄰居距離我們多遠、有哪些「特產」？天文學家利用科學方法，繪製出宇宙的「地圖」，利用天體發出的光，推論這些天體的距離、成分、大小等。
另一方面，天文學也探討歷史問題：我們從何而來、往何處去？宇宙天體如何起源、演化，其中發生了哪些事件？天文學家像考古學家一樣，從珠絲片斷的證據裡，抽絲剝繭地（還是利用科學方法！）試圖重建這段歷史。
國民應具備的基本天文知識
俗語說：「上知天文、下知地理」。我國基礎國民教育中有完整的地理課程，甚至近年更積極加入本土教材。但是，對於我們頭上的那片天空呢？我們可能知道法國產什麼（細心的地理老師甚至可能提醒準備聯考的學生，注意馬其頓產什麼！）、知道四川有哪些重要鐵路、金瓜石冬天吹什麼風。然而學遍中、外地理，卻忽略了人類地理！因為聯考不考，大家都成了「不知天高地厚」的小子。歷史科目亦然，我們學遍古今中外的天下大事，怎麼能夠渾然不知宇宙、地球，與人類的來龍去脈呢？
在科學部分也是一樣，我們學到了原子中有電子，學到了鎂元素有兩個價電子，這些是重要的知識，但都是我們看不到的東西，那麼對於每天看到的太陽、月亮、星星，更應該知道它們是什麼。「流星是太空掉進地球大氣的石頭」這樣的知識，也許不會比「體積一樣時，密閉容器內的壓力與溫度成正比」來得重要，但是也不應當來得不重要，而應該都是生活的常識。
我在教「物理科教學教法」這門課時，曾經讓學生做問卷調查，訪問各階層、年齡的人一些科學問題，很多人能夠背出牛頓三大運動定律（雖然大多不知道意義），但是卻無法正確說出四季的成因。顯然我們的教育環節中，沒能夠讓一些天文基本知識成為日常生活的常識，造成一般人認為天文學屬於高深的學問，只有少數人才懂。這樣的問題其實歐美等先進國家也都有，也並不僅止於天文學，每個領域的學者相信都能提出類似的缺失。但是我國國民普遍缺乏天文學常識，則尤其嚴重。
目前國內的基礎天文教育
問題的關鍵，當然是因為聯考不考地球科學，所以從家長、老師，到學生都不重視這門學問。在教科書方面，目前國小的課程中，自然課裡包括了月球以及太陽隨時間、季節在天空的位置，還有月相（圓缺）等。國、高中的天文相關課程則包括在地球科學裡，透過介紹我們所在的地球，向外探討宇宙的大環境，在內容上是適當的。和很多其他領域比起來，天文學有吸引人而又似乎顯得神秘的漂亮照片與題材，因此學生通常都非常有興趣。然而在實際教學時，由於天文學往往安排在課程的最後部分，因此常在學期末囿於進度，便匆匆帶過，這是很可惜的。
教學時間不夠的主要原因，通常是課程內容太難。以中學物理課程為例，儼然就是簡化了的大學物理，連章節的順序（力學、電學、磁學、光學、近代物理）都大同小異，目的似乎在訓練人人成為物理學家。地球科學也有一樣的問題。如果站在「從地球的觀點看宇宙」，強調的是宇宙之大、天體之多樣性，地球只是其中一個成員。課程上可以由小而大，從地球向外看，也可以從大尺度的宇宙環境講起，漸次介紹星系、恆星、太陽、行星與地球，然後才翔實介紹地球的地質、大氣，與海洋。把握的原則當然是日常生活息息相關的多講，看不到的少講，但是一定要給學生宏觀的視野。
目前國內地球科學課程大綱包含地質、大氣、海洋、天文等領域。值得注意的是，這其實是大學系所的名稱，名稱已經是地球科學的，就以此分組。因此教科書往往由不同領域的專家學者分別撰寫，缺乏彼此之間的協調，這樣子寫出的教科書，很難寄望學生能夠學得整體的概念。造成這個結果的原因，是目前負責教育的我們這代人，在求學的過程中缺乏自然科學的通識教育，因此只能透過單獨領域的訓練，來看大自然。缺乏通識宏觀修養的結果，就是學電機的人，原諒自己不懂得DNA（喔，好像學過，但是忘了），念數學的人覺得沒有必要知道工業廢氣對臭氧層的影響，而這些都是與我們生活息息相關的常識。天文的常識包括四季更迭、日夜交替、星辰升落、流星殞落等（這些是眼睛看得到的）；另外報章雜誌也不乏天文新聞，例如哈柏望遠鏡最新的發現（這些是眼睛看不到的）；而流星雨、彗星、黑洞等等早已成為耳熟能詳的日常字彙了。天文學不該只是象牙塔裡，少數學者的學問。
我們的師資養成教育亦面臨同樣的問題，幾乎所有的小學自然科老師，以及中學的物理或地球科學老師，普遍沒有天文學背景，因此在教學時，難免感到生疏。這不是老師們的錯，我們的教育制度中，跨科系的訓練普遍不足，因此即使是高科技的人造衛星計畫，我們有得是優秀的工程師，卻缺乏整合系統的人才。每次我參加由老師們自發組成的天文讀書會，我都很感動。然而後天的調理永遠彌補不了先天的不足，根本解決之道當然還是扎根的工作。相信每個教育工作者都希望錯誤到我們這一輩為止，缺乏實用而宏觀的國民常識的這個問題，透過你我的努力，或許有機會跨世代逐漸導正。
目前國內的高等天文教育
學習天文學的目的，並不是當個天文學家，而是瞭解我們所在的大環境。大學以上的天文教育在於培養研究，以及教育的人才，因此與前述之中、小學教育是環環相扣的。現在讓我們看看國內高等天文教育目前的情形、未來的發展，以及天文專業人員的就業前景。
在天文研究以及高等教育方面，我國基於歷史因素，落後世界先進國家甚多。單從數字來看，美國職業天文學家所組成的學會會員達到五、六千多人。環視亞洲，鄰近的日本有將近一千位天文學家（指具備高等學位，目前從事與天文相關的研究工作者），中國大陸也差不多是這個數字，韓國大約有一百位，而台灣目前有約廿位。美國著名大學裡，平均每個物理系有兩位從事與天文相關的研究人員，他們不見得是所謂的「科班出身」，而是發揮個人的專長，在太空的大實驗室裡尋找研究的課題，也因此大學裡普遍都有天文學的課程。相關的領域也不侷限於物理，而可以是化學、數學、電腦，甚至生物等。如果以此為指標，顯然在高等人力方面，我國還有非常大的成長空間，在目前國際上，算是非常特殊的。
目前中央大學設有天文學研究所碩士班，以及物理與天文研究所博士班。在大學部則開設天文學入門的一系列課程，包括普通天文學、天文觀測、天文物理導論等。研究所的課程深入探討各種天體──大到宇宙本身，小到太陽系裡的小天體，甚至星球間的氣體與塵埃──的性質，包括理論的基礎與如何瞭解這些性質的觀測方法。每年約招收12∼15名碩士班學生，多半以大學理科學生為主。博士班與物理系一起招生，每年約有1名選擇以天文為研究內容。中央大學另有數門與天文相關的通識課程，同時天文專長也列入地球科學教育學程的一部份。
在大學部方面，全國約有7∼8所大學開設有天文相關的課程，不少是應學生的要求而開設的。從修習人數來看，這些普遍都屬於受歡迎的課程。值得一提的是，目前一些大學（例如清華與台大）正籌畫設立天文研究所，而各大學的天文課程也陸續增加，在在顯示我國在高等天文教育急起直追的旺盛企圖心。
中央研究院的天文與天文物裡研究所成立時間雖短，但是豐富的研究成果以及所規劃的世界級研究計畫，已在國際間打下響亮的名聲。中研院雖屬於研究單位，但是天文與天文物理所與大學互動良好，除了有合作研究以外，也共同訓練高等天文研究人才。
相對於學校教育，我國的天文社會教育尚須加倍努力。台北市立天文教育館在這方面扮演了重要而成功的角色。除了靜態展示以外，天文教育館也舉辦各項動態活動，包括中、小學老師的講習進修。但是出了台北市，天文社會教育的資源就顯得貧乏得多。台中的自然科學博物館在生物學方面有非常傑出的成果，未來若能擴充天文人力，相信也能獲得好的成績。一些縣市的天文協會，由天文愛好者組成，在工作之餘除了欣賞星空之美，也餘積極推廣天文教育，這些協會若能合作，整合各自有限的人力，或許能增加影響的層面。近來天文新聞登上媒體的機會增多，有些報紙照本宣科把照片刊出，一般讀者根本不知所以。有時候記者會針對某些重大事件做後繼報導，但有時限於本身專業素養，又沒有求證，報導錯誤的比例很高。中央大學中文系正在規劃「科技報導」的學程，是個很好的想法。我們不難見到具備人文修養的科學家，現在我們需要的是具備科學背景的文史人才。值得慶幸的是，近年來市面上興起科學普及書籍的出版風氣，開始出現一些優良的天文讀物。但願這股風氣能持續下去，讓包括天文在內的科學教育能夠普及到更廣的層面。
學習天文的好處
宇宙萬物之美並不僅止於漂亮而懾人的彩色照片，而是其得以預測的規律性。我們站在地球仰望天空，慨嘆星空的神秘，太空人下望地球則讚嘆家園生命之美。學習天文得以探討宇宙的奧秘，不單開拓我們的心胸，也讓我們更加疼惜自己。那麼，除了形而上的享受外，有沒有實質的價值呢？
首先，天文學是應用的科學。這裡所謂的應用不僅止於一般民生或國防上的應用，而是因為研究的對象是宇宙天體，因此需要具備多種領域的綜合應用。學習天文時，除了物理、化學、數學等基本知識外，還常需涉獵光學、電子儀器。舉例來說，天文學家在計算天體的模型時，往往因為天體的數量龐大，同時跨越很長的時間尺度，因此必須使用最快速的電腦來計算，同時必須開發出效率高的軟體程式，因此連 IBM 公司內也聘有天文學家！由於必須處理人造衛星或是世界上各地望遠鏡傳來的大量資料，天文學界早在十幾年前，就領先有效地利用電腦網路。
然而，天文學對於民生、科技，與國防上也有直接的貢獻。例如天文學研究的對象既遠且暗，要觀察這些天體，就必須使用極為靈敏的儀器，所以天文學家不斷要求高於目前科技上「最好」的產品，因此常走在時代的最前端。例如我們日常使用的手提攝影機，其電子偵測器便受到天文研究的需要，而愈加靈敏。天文學家在電腦計算、網路通訊、影像處理、儀器製造、程式開發等「能賺錢」的技術方面，也都有很好的訓練。當然，這不表示學了天文，畢業後就會成為廠商競相爭取的熱門對象，但是由於天文學是一流而嚴苛的科學訓練，因此所具備的「十八般武藝」，使得即使不從事科學研究，也都有紮實「賴以吃飯的本錢」。以上所敘述的，並不表示天文學比其他的科學領域「偉大」（當然天文學研究的對象的確是最大的！）但是，從科學教育的觀點來說，由於宇宙天體漂亮與神秘的照片，還有容易引人入勝的內容（光聽到中子星或是時空穿越就讓人炫惑不矣），因此天文學是引導學生對探討大自然奧秘感興趣的絕佳工具。
總之，觀諸國內過去幾年的覺醒，以及所做的努力，我們有理由樂觀，相信會有越來越多的人關心天文教育（編輯之所以會促成這篇文章，就是明證！），取得天文資訊也將越來越容易，國民的天文常識將可大幅增進。另外由於我國天文學目前處於急起直追的時期，仍需要很多研究以及教學人才，高等天文教育是有市場出路的。如果俗氣一點，考慮附加價值，試想國內目前連一本中文的大學天文教科書都付諸闕如，在科普方面也絕大多數屬於翻譯，而缺乏本土作品。天文知識普及後的結果，會使得對觀測天象有興趣的人越來越多，望遠鏡及天文幻燈片、錄影帶等的銷售也將是不錯的市場。擁有科學背景的記者或編輯，甚至漫畫家，未來也會有工作上的「利基」。
所以，天文教育的目的是什麼呢？我衷心希望不只是想賣音樂CD賺錢，而是學到如何欣賞莫札特的音樂！說不定哪一天甚至會驚喜地造就出另外一個天文莫札特！