Методика преподавания астрономии| << Предыдущая |
СОЛНЦЕ И ЗВЕЗДЫ
(7 ч. + 2 ч. + 2 ч.)
Основу этой важнейшей и интереснейшей темы составляют сведения по астрофизике (физике Солнца, гелиобиологии, физике звезд, теоретической астрофизике), небесной механике, космогонии и космологии.
В теме изучается комплекс главных объектов познания астрономии: основные типы космических тел и космических систем – звезды и звездные системы, туманности и космическая среда; космические процессы их возникновения, существования и эволюции; космические явления, возникающие в результате их взаимодействия и космическо-земные связи. Данный астрофизический, космогонический и космологический материал обладает огромной важностью для понимания законов развития материи. Особую роль в формировании научной картины мира и научного мировоззрения учащихся играет изучение:
1) природы Солнца, как типичной, наиболее близкой и наиболее подробно исследованной звезды, центрального тела Солнечной системы;
2) характера солнечно-земных связей как наиболее подробно исследованной разновидности космическо-земных связей, играющей исключительно важную роль в геосферных процессах, существовании и развитии жизни на Земле;
3) физических характеристик звезд, звездных систем, туманностей и космической среды как наиболее распространенных и взаимосвязанных типов космических объектов;
4) космических процессов формирования, существования и эволюции звезд и звездных систем как наиболее распространенных и играющих важнейшую роль в химической и структурной эволюции материи во Вселенной.
Методы астрономических и космических исследований демонстрируются на примере применения к изучению вышеперечисленных космических объектов, явлений и процессов.
В начале ХХ века сведения о природе Солнца, звезд, звездных систем и туманностей занимали до 5 % объема дореволюционных учебников астрономии и носили в основном из-за недостатка научных данных, описательный характер; исключением были сведения об основных физических характеристиках (размерах, массе, температуре и основных деталей фотосферы) Солнца. В "Кратком учебнике космографии" К.Д. Покровского выделялись астрофизические понятия, подлежащие формированию у учащихся гимназий, реальных училищ и кадетских корпусов – те же, что в современных учебниках астрономии: "Солнце. Вращение Солнца. Грануляция. Пятна и факелы. Вещества на Солнце. Температура Солнца. Солнечная корона. Протуберанцы. Солнечная энергия. Число звезд. Яркость звезд. Расстояния звезд. Природа звезд. Двойные и кратные звезды. Переменные звезды. Новые звезды. Звездные скопления и туманности". Схожее содержание, но несколько меньший объем имели учебники С.П. Глазенапа и С.В. Щербакова. Уровень науки того времени еще не позволял серьезно рассматривать многие вопросы (внутреннее строение и энергетика Солнца и звезд, их происхождение и др.), отсутствовали сведения о спектральной классификации звезд, некоторые данные (отождествление галактик и туманностей) были ошибочными.
В 20-30-х годах в советских учебниках астрономии объем материала о физической природе Солнца и звезд значительно возрос, что объясняется первоочередностью задачи формирования научной картины мира и научного мировоззрения учащихся Советского Союза, и важностью атеистической пропаганды. Происходил постепенный отход от описательности природы Солнца и звезд. В учебник включались самые свежие научные данные, гипотезы и теории: учащихся знакомили с гипотезами о внутреннем строении и энергетике Солнца (А. Эддингтона, Дж. Джинса и, в конце 30-х годов, Г.А. Гамова и Г. Бете); уже в 1936 году (!) в учебник были включены сведения о теории А.Л. Чижевского и солнечно-земных связях.
Подлинный скачок в увеличении информации о Солнце и звездах в 50-60-х годах обусловили достижения III Астрономической революции, положившей начало познанию природы космических тел при помощи новых методов и инструментов астрономических исследований (радио-, ИК- и УФ-, рентгеновских и гамма-телескопов и т.д.). Материал соответствующих параграфов увеличился до 18-19 % общего объема учебника Б.А. Воронцова-Вельяминова (1986 г.), дальнейшему росту помешали ограниченность курса астрономии 34 часами учебных занятий. Свою роль сыграло личное отношение авторов учебников к данным вопросам астрономии: специалист по внегалактической астрономии академик Б.А. Воронцов-Вельяминов был профессионально знаком с физикой звезд, а Э.В. Кононович – один из крупнейших в России астрофизиков, специалист по физике Солнца.
По мнению авторов пособия "Методика преподавания астрономии в средней школе" [167], раздел учебника, посвященный Солнцу, тесно связан как с предыдущими, так и с последующими разделами курса астрономии. Философско-познавательное значение изучения Солнца состоит в том, что "На примере Солнца легко обосновать положение диалектического материализма о всеобщей взаимосвязи и взаимообусловленности явлений в природе": воздействии Солнца на окружающую среду, взаимодействии вещества и излучения, плазмы и магнитного поля и т.д. При изучении темы важное значение имеет реализация межпредметных связей с курсом физики и осуществление преемственности знаний по астрономии.
Основные вопросы, с которые следует ознакомить учащимся:
а) показать, как определяют
размеры, массу, лучистую энергию Солнца,
изучают физическую природу внешних его
слоев и морфологию наблюдаемых в них
образований;
б) на базе известных учащимся законов
физики (газовые законы, законы излучения,
тяготения и т.д.) объяснить состояние
вещества на Солнце как следствие
физических процессов, происходящих в массе
газа, равной солнечной;
в) на примере явлений, происходящих в
атмосфере Солнца, проиллюстрировать
свойства плазмы, ее взаимодействие с
магнитным полем и излучением;
г) на земных проявлениях солнечной
активности показать взаимосвязь и
взаимообусловленность явлений в природе".
Основные положения, на которые нужно обратить внимание при изложении материала о звездах:
1. Звезды сходны с Солнцем по
своей физической природе, но в ряде случаев
сильно отличаются от него значением
основных параметров.
2. Несмотря на огромные расстояния до звезд,
существуют методы изучения их физических
характеристик, строения и развития,
основанные на законах физики, в том числе
уже известных ученикам закон Всемирного
тяготения или законы газового состояния.
3. Важнейшие характеристики звезд (размеры,
температура, спектр и др.) определяются
почти исключительно двумя параметрами –
массой и возрастом".
Предлагалось два варианта изложения материала о звездах:
- соответственно плану учебника вначале рассматриваются характеристики звезд, определяемые без знания расстояний (спектр, цвет, температура, размеры), а затем рассказывается об определении расстояния –до звезд и единицах его измерения; это дает возможность последовательно перейти к таким физическим характеристикам звезд, как светимость и масса, которые нельзя определить без знания расстояний;
- звезды с самого начала рассматриваются как массивные самосветящиеся плазменные шары, т.е. постулируется их природа, одинаковая с Солнцем; определение характеристик звезд и расстояний излагается после рассказа об их физической природе. "Этот вариант хотя и страдает некоторой непоследовательностью изложения, но зато позволяет опереться на уже известные сведения о солнце и логично перейти к рассказу о целом классе объектов, для которых Солнце лишь типичный представитель".
По нашему мнению в современных учебниках астрономии нужно изменить структуру и объем содержания отдельных вопросов данного раздела, сменить акценты в их изучении. Мы считаем неоправданно высокой затрату времени на изучение материала о двойных и переменных звездах на 3 уроках из девяти, отведенных на изучение данной темы. Эти сведения можно изучить в течение 1 урока или, еще лучше, включить в содержание других уроков: материал о цефеидах - при рассказе о формировании звезд; Новые и Сверхновые звезды – при изучении эволюции звезд; двойные звезды как частный случай звездных систем и т.д. "Освободившееся" учебное время следует использовать для более подробного изучения материала о физической природе, происхождении и эволюции звезд – сведений, имеющих важнейшее значение в формировании фундаментального астрономического понятия "звезда" и научного мировоззрения учащихся. Нужно уделить побольше внимания вопросам, интересующим школьников: солнечно-земным связям, природе нейтронных звезд и черных дыр.
К сожалению, глубине изучения материала об энергетике и, отчасти, эволюции Солнца и звезд препятствует "опережающий" характер изложения этих сведений: ученики еще не знают строения атомного ядра, характеристик входящих в его состав элементарных частиц, природы, характерных особенностей и свойств ядерных реакций. В данном случае использование межпредметных связей несет в первую очередь пользу изучению завершающим разделам курса физики XI класса. Поэтому при изложении данных по ядерной физике следует, не вдаваясь в подробное объяснение механизма термоядерных реакций, ограничиваться в основном качественными (превращение ядер атомов одних элементов в ядра атомов других элементов) и количественными (данные о выделении энергии и т.д.) характеристиками процессов.
Изучение темы начинается с рассмотрения физической природы и основных характеристик Солнца - ближайшей и наиболее подробно и глубоко изученной звезды, типичного по своим характеристикам представителя звезд, находящихся на устойчивой стадии своего развития, центрального тела Солнечной системы. Возможен противоположный вариант изложения материала, когда мы вначале знакомим учащихся с физической природой, основными характеристиками, энергетикой, происхождением и эволюцией звезд, а материал о Солнце и солнечно-земных связях завершает изучение темы. Современная структура учебников делает более удобным первый вариант.
До середины ХХ века основным источником сведений о Солнце и звездах были наземные астрономические наблюдения. В настоящее время в изучении этих космических объектов все большую роль играют космические обсерватории, позволяющие вести исследования в недоступных с поверхности Земли диапазонах часто электромагнитного излучения и потоков элементарных частиц. При изложении сведений о природе Солнца и звезд следует упомянуть о важности этих новых способов и инструментов исследований, дополняющих и расширяющих традиционные методы наблюдений.
Результаты тестирования, проводившегося в начале 90-х годов, показали, что российские школьники по сравнению с учащимися Польши и Чехо-Словакии и ряда государств слабо знают ряд вопросов астрономии, изучаемых в теме "Солнце и звезды". Учителю рекомендуется уделить дополнительное внимание вопросам:
1) Применение III уточненного
закона Кеплера.
2) Взаимосвязь между светимостями и
температурой звезд.
3) Зависимость вида спектра от температуры
звезды.
4) Химический состав и строение основных
типов звезд.
5) Причины, определяющие скорость эволюции
звезд.
Ученики должны усвоить, что процесс образования звезд является одним из закономерных этапов развития неживой материи. В настоящее время ученые могут наблюдать почти все стадии звездообразования в самых разных условиях и уголках Метагалактики, создавать и проверять компьютерные модели этого процесса. Процесс образования звезд подробно изучен, хотя полная его теория, ввиду сложности и многообразия, еще не создана.
К сожалению, описанию и, особенно, объяснению физики космических процессов в методических пособиях не уделялось должного внимания: в § "Заключительные уроки" [167 и др.] весь материал о звездообразовании уместился на полутора страницах, а материал о формировании планетных систем - на 2 страницах; об образовании галактик вообще не сказано ни слова! Отчасти это объясняется общим недостатком информации по исследуемым проблемам и неразработанностью соответствующих теорий в годы издания методических пособий (последнее из них увидело свет в 1985 г.), но ведь можно же было ознакомить учеников с основными гипотезами, что сделал в 1965 г. Е.П. Левитан - это содействует пониманию учениками путей научного познания.
Изложение материала об энергетике Солнца и звезд позволяет сформировать понятие о существовании звезд как проявлении космического процесса существования космических объектов. Работа над формированием понятия может начинаться при изучении материала об основных физических характеристиках и внутреннем строении Солнце и продолжиться (завершиться) при изучении материала об основных параметрах строения и эволюции звезд и звездных систем. При ограниченности учебного времени можно кратко описать данный космический процесс на уроке, посвященном рассмотрению физики звезд.
Необходимо ознакомить учащихся с методами расчета внутренних параметров Солнца и звезд на основе газовых законов. Методика изложения данного материала присутствует не только во всех учебниках астрономии и соответствующих методических пособиях, но и в некоторых учебниках физики для X-XI классов. В нашем пособии эти сведения содержатся в материале урока об эволюции звезд.
Заучивание отдельных сведений о Солнце и звездах малоэффективно, поскольку приводит к восприятию их природы как пестрой картины разнообразных фактов, ничем не обобщенных и не связанных. Нужно стараться, чтобы ученики, наряду с запоминанием основных физических характеристик этих объектов, осознали эти взаимосвязи и взаимообусловленности. В основе классификации звезд в сознании школьников должны лежать две их главные физические характеристики – масса как мера гравитационных и светимость как мера энергетических свойств космических объектов. Формированию понятия о классификации звезд по их основным физическим характеристикам нужно уделить основное внимание – тем более, что она понятнее для восприятия учащихся. Желательно также, чтобы ученики поняли, что выделение отдельных спектральных классов звезд является следствием "энергетической" классификации, поскольку различия в спектрах звезд объясняются прежде всего различиями их фотосферных температур, обусловленных звездной светимостью.
Нужно обязательно отметить обусловленность физической природы и современного состояния звезд условиями образования и предшествующего развития: это важно в свете знакомства школьников с одной из главных идей современной астрономии – идеей эволюции космических тел и всей Вселенной.
В классах со слабой подготовкой учащихся, классах педагогической поддержки и гуманитарного профиля учителю приходится самому систематизировать учебный материал и давать его учащимся в готовом виде; в "обычных" классах ученики посильно участвуют в разработке систематизирующих схем и таблиц; в "сильных" и физико-математических классах эта работа проходит более активно, поскольку "необходимо формировать у учащихся умение самостоятельно систематизировать и обобщать полученные знания", для них "полезны упражнения по определению рода и вида, нахождению родового понятия по известным видам" и т.д.
Желательно предложить ученикам задачи, в которых они по нескольким отдельным физическим параметрам звезды (массе, светимости и т.д.) должны были определять все остальные характеристики. В других задачах ученики "отслеживают" судьбу звезд на основе знания их основных характеристик, определяя их постепенное изменение, продолжительность отдельных этапов эволюции и конечные ее результаты.
В "обыкновенных" классах эти задачи можно предельно упрощать, делать их качественными, сводить до уровня программированных заданий; в физико-математических классах, для отдельных одаренных и заинтересованных учащихся они принимают расчетный и даже эвристический характер; можно, например, предложить им описать судьбу определенной звезды в специальном сочинении.
В число основных методических идей темы входят объективность методов изучения физической природы космических объектов, их эволюция и физическая обусловленность природы космических объектов, явлений и процессов. Ученики постоянно встречаются с философскими проблемами познаваемости материального мира, взаимосвязи и взаимообусловленности явлений природы (на примерах генетической связи между космической средой, туманностями и звездами, зависимости основных физических характеристик и эволюции звезды от ее массы, воздействии проявлений солнечной активности на геосферные процессы, биосферу и человека и т.д.) Принцип развития раскрывается двояко: при знакомстве с историей развития научных знаний о природе Солнца и звезд космических объектов и знакомстве с основами современных теорий о происхождение и эволюция космических объектов и систем. Закон перехода количественных изменений в качественные раскрывается при формировании понятий о космических процессах возникновения и эволюции звезд (зависимость типа, класса и группы образующихся объектов от начальной массы туманности; зависимость конечных стадий эволюции и типа образующихся объектов от массы звездного ядра и т.д.). Закон отрицания отрицания (развитие по спирали и обретение новых качеств объектов на новых витке эволюции т.д.) реализуется при изложении материала о круговороте космического вещества: межзвездная диффузная среда – звезды I поколения - межзвездная диффузная среда – ГМО и туманности - звезды II поколения - межзвездная диффузная среда – ГМО и туманности - звезды III поколения …
Обсуждение этих идей должно базироваться на фактическом материале: в пособии предложен ряд заданий по анализу физических характеристик изучаемых космических объектов, составлению классификационных таблиц и схем, объяснение физической сущности космических явлений и процессов.
Осознание приближенного характера знаний о звездах, звездных системах и туманностях не должно мешать пониманию их объективности и постоянного развития. На основе знакомства с историей исследования Солнца и звезд ученики должны видеть преемственность работы ученых и прогресс, неуклонное углубление и расширение понимания природы космических объектов, процессов и явлений.
Рекомендуется широчайшее использование межпредметных связей с курсами физики (механика: гравитация, закон Всемирного тяготения, динамическое равновесие сил в недрах звезд, существование звездных систем и т.д.; основы молекулярно-кинетической теории и термодинамики описание состояния вещества в недрах Солнца и звезд, способы теплопередачи; электродинамика: магнитное поле Земли, ионизация атомов, движение заряженных частиц в магнитном поле, плазма и т.д.; оптика волновая и квантовая (шкала электромагнитных волн, спектры, рассеяние и излучение света, законы Стефана-Больцмана, Вина, световое давление и т.д.; физика атомного ядра и элементарных частиц: термоядерные реакции как основа энергетики звезд и т.д.), химии (образование тяжелых химических элементов в недрах звезд; химические реакции с образованием сложных органических соединений в ГМО и туманностях и т.д.), физической географии (формирование начальных понятий о солнечно-земных связях).
Цель изучения темы "Солнце и звезды": формирование понятийного аппарата, необходимого для усвоения информации о Солнце, звездах и звездных системах, туманностях и космической среде и знакомство учащихся с физической природой, образованием и эволюцией звезд.
Задачи обучения:
Общеобразовательные:I. Формирование фундаментальных астрономических понятий о космических объектах - космических телах и космических системах как одном из главных объектов познания астрономии и ознакомление учащихся с основными результатами и методами исследования физической природы звезд и звездных систем:
1) О звездах как одном из основных типов космических тел:- об основных признаках и свойствах
данного типа космических тел;
- о классификации звезд по основным
физическим характеристикам (массе и
светимости);
- о характеристиках главных классов, групп и
подгрупп звезд: сверхгигантов (ярчайших,
ярких, средних и слабых); гигантов (ярких и
слабых); субгигантов; нормальных звезд
главной последовательности; субкарликов;
карликов; звездоподобных объектах –
продуктах звездной эволюции: белых
карликах и нейтронных звездах; черных дырах;
- о классификациях звезд по спектрам:
главных и дополнительных спектральных
классах (W, O, B, A, F, G, K, M, R, N, S) и подклассах
звезд;
- об основных закономерностях в мире звезд:
- о диаграмме Герцшпрунга-Рессела ("спектр
– светимость") и диаграммах "масса
– светимость"; "масса – возраст
звезды"; "масса – температура" и т.д.
- о химическом составе звезд, протозвезд и
звездоподобных объектов, структуре и
основных параметрах их внутреннего
строения, и о возможности их расчета на
основе законов физики;
- о состоянии вещества в недрах Солнца,
звезд и других изучаемых объектах,
свойствах плазмы и ее распространенности
во Вселенной;
- о термоядерных реакциях как основе
энергетики Солнца и звезд, их основных
циклах, условиях, особенностях и времени
протекания;
2) О звездных системах как одном из основных типов космических систем и основах классификации космических систем по уровню сложности их структуры:
- об основных признаках и
свойствах данного типа космических систем;
- об основных классах и группах звездных
систем: планетных системах; двойных и
кратных звездах; звездных О- и Т-ассоциациях;
рассеянных и шаровых звездных скоплениях.
- об основных характеристиках двойных
звездных систем и возможности их расчета на
основе данных наблюдений и законов физики.
3) О космической среде как одном из основных типов космических объектов и о межзвездной среде как одном из классов космической среды, основных ее признаках и свойствах.
4) О туманностях как одном из основных типов космических объектов:
- об основных признаках и
свойствах данного типа космических тел и о
классификации туманностей по их основным
физическим характеристикам (плотности),
особенностям происхождения, внутреннего
строения и состава.
- об основных классах, группах и подгруппах
туманностей: галактических молекулярных
облаках (ГМО); диффузных газопылевых
светлых и темных туманностях; глобулах;
протозвездных облаках; протозвездах;
планетарных и волокнистых туманностях, их
главных характеристиках, условиях
образования и эволюции.
5) о космических объектах, возникающих в результате эволюции звезд:
- белых карликах, их основных характеристиках и внутреннем строении;- нейтронных звездах, их основных характеристиках и внутреннем строении;
- черных дырах, их основных характеристиках( в рамках СТО);
II. Формирование астрономических понятий о космических процессах:
1) Формирования звезд и звездных систем при прохождением ГМО сквозь ветви галактической спирали и образования отдельных звезд, двойных и кратных звезд и планетных систем из вещества диффузных газопылевых туманностей.
2) Существования звезд и звездных систем:
- о термодинамическом равновесии в недрах и звезд;- о динамическом равновесии сил гравитации и инерции в звездных системах.
3) Эволюции звезд и звездных систем:
- об основных путях эволюции звезд в зависимости от их массы;- об изменениях основных физических характеристик и параметров внутреннего строения звезд при смене циклов термоядерных реакций в их недрах звезд;
- о завершающих стадиях эволюции звезд;
- об эволюционном характере диаграммы "спектр-светимость" и треках жизненного пути звезд;
- об основных путях эволюции звездных систем в зависимости от их общих характеристик (масс звезд и расстояния между ними), характера и степени взаимодействия компонент.
4) О возникновении тяжелых химических элементов в результате термоядерных реакций в недрах звезд на завершающих этапах их эволюции и образовании из этого вещества звезд II и последующих поколений и планетных систем, эволюции космической среды (общие сведения).
III. Формирование астрономических понятий о космических и небесных явлениях:
1) О небесном явлении изменения блеска (переменности) отдельных звезд;2) Явлениях в тесных двойных системах: затменно-переменных звездах, причине и характере изменения блеска.
3) О космическом явлении изменения светимости звезд:
- об основных классах физических
переменных звезд;
- о причинах изменения светимости молодых
звезд: цефеидах, лиридах, эруптивных
переменных и т.д., причинах пульсации цефеид,
связи между периодом изменения блеска и
светимостью цефеид и использовании этой
зависимости для определения космических
расстояний;
- о причинах изменения светимости звезд на
поздних и заключительных этапах их
эволюции: миридах и новоподобных звездах.
4) О космических явлениях, сопровождающих завершающие стадии эволюции звезд: вспышках Новых и Сверхновых звезд, их причинах и основных характеристиках;
IV. Формирование понятия о Солнце:
- об основных характеристиках
Солнца (массе, размерах, плотности,
светимости и солнечной постоянной,
движении, вращении, химическом составе и
состоянии вещества, магнитном поле,
возрасте и т.д.);
- о внутреннем строении Солнца (ядре, зонах
лучистого переноса и конвекции) и солнечной
атмосфере (фотосфере, хромосфере, короне);
- об основных параметрах внутреннего
строения (температуре, давлении, плотности
газа и т.д.) и возможности расчета этих
параметров на основе законов молекулярно-кинетической
теории и термодинамики;
- об энергетике Солнца и механизмах
переноса энергии из зоны термоядерных
реакций в космическое пространство;
О космическом явлении солнечной активности:
- различных формах проявлений солнечной активности: коронарных дырах и коронарных конденсациях, солнечных пятнах, факельных полях, флоккулах, протуберанцах, хромосферных вспышках, блинкерах, солнечном ветре и т.д.;- физических процессах взаимодействия солнечной плазмы и магнитных полей, обусловливающих возникновение вышеперечисленных проявлений солнечной активности;
- о цикличности солнечной активности.
О солнечно-земных связях:
- о роли солнечного излучения в существовании и развитии жизни на Земле;- о взаимодействии солнечного ветра с магнитным полем Земли, возникновении магнитных бурь и полярных сияний;
- о результатах воздействия проявлений солнечной активности на атмосферные, климатические, биосферные процессы;
- о результатах воздействия проявлений солнечной активности на общее состояние и здоровье людей, социальные явления и технические объекты;
- о мерах защиты и профилактики вредного воздействия солнечной активности на здоровье людей и техносферу.
Воспитательные:
1) Формирование научного мировоззрения учащихся:
- в ходе знакомства с
определенным типом космических объектов:
звездами и звездными системами,
туманностями и космической средой, их
физической природой и основными
физическими характеристиками;
- на основе раскрытия фундаментальных
природных закономерностей (причинной
взаимосвязи и взаимообусловленности
явлений и процессов, перехода
количественных изменений в качественные,
единства и взаимодействия
противоположностей) и философских
положений о материальном единстве,
познаваемости мира и объективности
изучаемых законов природы при изложении
астрономического материала о звездах,
звездных системах, туманностях и
космической среде;
- на основе раскрытия роли моделей в
процессе изучения реальной
действительности на примерах моделей
внутреннего строения, возникновения и
эволюции Солнца, звезд и звездных систем;
- при изучении материала о космических
процессах эволюции звезд и звездных систем,
их рождения, жизни и смерти, возникновения
химических элементов в недрах звезд в ходе
их эволюции с образованием из этого
вещества новых звезд и планетных систем и
космического процесса кругооборота и
эволюции космической среды;
- при изучении и повторении материала об
образовании и эволюции Солнца, Солнечной
системы и Земли как частных проявлений
вышеперечисленных космических процессов;
- при сообщении материала о различных
проявлениях солнечной активности и
механизмах их возникновения и в ходе
знакомства с определенным типом космическо-земных
связей – солнечно-земными связями, их
воздействием на атмосферу, климат и
биосферу Земли, общее состояние и здоровье
людей, социальные явления и технические
объекты;
- объяснения явлений "магнитные бури" и
"полярные сияния";
- при борьбе с предрассудками, связанными с
неверным пониманием физики солнечной
активности, ее периодичности и воздействия
на геосферные процессы и человека, в том
числе связи магнитных бурь и здоровья людей,
и при объяснении причин изменений блеска
затменно-переменных и физических
переменных звезд.
2) Политехническое образование и трудовое воспитание:
- при повторении и углублении
знаний о методах и инструментах,
применяемых для изучения звезд (спектральный
анализ, астрофотометрия, астрофотография,
космические исследования и т.д.);
- при знакомстве об использовании сведений,
полученных при исследовании энергетики
Солнца и звезд в земной энергетике (для
создания термоядерных реакторов и т.д.);
- при знакомстве об использовании сведений,
полученных при исследовании звездных
атмосфер и туманностей, в науке и
химической промышленности;
- при знакомстве с воздействием солнечной
активности на технические устройства (ИСЗ,
радио- и телесвязь, компьютерные сети, ЛЭП,
трубопроводы и т.д.) и способами их защиты;
3) Патриотическое воспитание при ознакомлении с ролью российской науки и техники в исследовании Солнца и звезд, в том числе с работами: В.Я. Струве по измерению расстояний до звезд и природы межзвездной среды; А.Л. Чижевского и В.И. Вернадского в исследовании солнечно-земных связей; Л.Д. Ландау и Г.Л. Гамова в теоретических исследованиях природы звезд и т.д.
4) Эстетическое воспитание в ходе знакомства с легендами об основных созвездиях и видом звездного неба, наблюдения и демонстраций вида космических объектов (Солнца, одиночных и двойных звезд, звездных скоплений, туманностей и галактик).
Развивающие - формирование умений:
1) Анализировать информацию, объяснять наблюдаемые явления, процессы и свойства космических объектов на основе важнейших физических теорий, составлять классификационные таблицы и схемы, использовать обобщенные планы изучения космических объектов, космических процессов и космических явлений, делать выводы.
2) Решать задачи на расчет основных характеристик и параметров внутреннего строения Солнца, звезд, звездных систем, и проявлений солнечной активности с использованием изученных законов физики (механики, молекулярной физики, термодинамики, электродинамики, оптики, ядерной физики), данных классификационных схем и диаграмм звездных характеристик ("спектр - светимость", "масса – светимость" и т.д.);
3) Применять подвижную карту звездного неба, звездные атласы, Астрономический календарь для определения положения и условий видимости Солнца, звезд и других космических объектов;
4) Использовать телескоп и вспомогательные приборы для проведения наблюдений космических объектов (рассчитывать основные параметры телескопа, подбирать нужные окуляры и дополнительное оборудование); готовить телескоп к наблюдениям (с установкой дополнительного оборудования), наводить его на цель; проводить наблюдения Солнца с соблюдением правил техники безопасности, фиксировать полученные результаты и давать им верное объяснение.
Ученики должны знать:
- основные сведения о важнейших
астрофизических методах и инструментах
изучения природы Солнца, звезд и звездных
систем;
- признаки фундаментальных астрономических
понятий "туманность", "звезда",
"звездная система" и "космическая
среда" как отдельных типов космических
объектов;
- принципы классификации звезд и звездных
систем и важнейшие закономерности мира
звезд, отраженные в диаграммах "спектр -
светимость", "масса – светимость",
"масса - продолжительность жизни"
звезды;
- классы и группы звезд, выделяемые на
основе их главных физических характеристик
(сверхгиганты, гиганты, нормальные звезды
главной последовательности; карлики);
- основные спектральные классы звезд (O, B, A, F,
G, K, M) и их главные характеристики;
- основные классы и группы звездных систем (двойных
и кратных звездах; звездных ассоциациях;
рассеянных и шаровых звездных скоплениях),
их главных характеристиках и возможности
расчета параметров двойных систем на
основе данных наблюдений и законов физики;
- принципы классификации и главные
характеристики основных классов и групп
туманностей (ГМО; диффузных газопылевых
туманностях; глобулах, протозвездных
облаках и протозвездах; планетарных и
волокнистых туманностях) и межзвездной
среде;
- о космических процессах формирования
звезд и звездных систем, о механизме
образования отдельных звезд, двойных и
кратных звезд и планетных систем из
вещества диффузных газопылевых
туманностей;
- о космическом явлении изменения
светимости молодых звезд, основных классах
физически переменных звезд: цефеидах,
причинах их пульсации и использовании
зависимости "период - светимость"
цефеид для определения космических
расстояний;
- о космическом процессе существования
Солнца и звезд: внутреннем строении,
условиях термодинамического равновесия,
основных параметрах состояния вещества (химическом
составе, физическом состоянии, температуре,
плотности, давлению в их взаимной
обусловленности), и возможности расчета
этих характеристик на основе законов
физики;
- о космическом процессе существования
звездных систем и возможности расчета их
характеристик (масс двойных звезд и т.д.) на
основе законов физики;
- основные сведения о термоядерных реакциях
в недрах Солнца и звезд как основах их
энергетики;
- о космическом процессе эволюции звезд и
звездных систем, ее причинах и основных
направлениях в зависимости от массы и
других характеристик космического объекта,
эволюционном характере диаграммы
Герцшпрунга-Рессела и треках "жизненного
пути" звезд;
- о завершающих стадиях эволюции звезд,
причинах и характере их "смерти";
- о космическом явлении изменения
светимости (вспышках) звезд на
заключительных этапах их эволюции –
Новых и Сверхновых звездах;
- о космических объектах, возникающих в
результате эволюции звезд: планетарных и
волокнистых туманностях; белых карликах,
нейтронных звездах и черных дырах;
- о возникновении тяжелых химических
элементов в результате термоядерных
реакций в недрах звезд на завершающих
этапах их эволюции и образовании из этого
вещества звезд II и последующих поколения и
планетных систем и эволюции космической
среды;
- об основных физических характеристиках
Солнца (приближенные значения
соответствующих числовых величин);
-о внутреннем строении (ядре, зонах
лучистого переноса и конвекции), Солнца,
структуре и основных физических
характеристиках солнечной атмосферы (фотосфере,
хромосфере, короне);
- об основных формах проявлений
солнечной активности: коронарных дырах
солнечных пятнах, факельных полях,
протуберанцах, хромосферных вспышках,
солнечном ветре;
- о причинах возникновение
вышеперечисленных проявлений солнечной
активности в результате взаимодействия
солнечной плазмы и магнитных полей;
- об основных циклах солнечной активности;
- о солнечно-земных связях: роли солнечного
излучения в существовании и развитии жизни
на Земле и взаимодействии солнечного ветра
с геомагнитным полем;
- о сущности явлений магнитных бурь и
полярных сияний;
- о воздействии проявлений солнечной
активности на атмосферные, климатические,
биосферные процессы, общее состояние и
здоровье людей и технические системы;
- о мерах защиты и профилактики вредного
воздействия солнечной активности на
здоровье людей и техносферу;
- астрономические формулы и величины: массу
и размеры Солнца в сравнении с земными,
солнечную постоянную, температура
фотосферы, температура и давление в центре
Солнца, продолжительность основного (11-летнего)
цикла солнечной активности, формулу для
расчета чисел Вольфа.
Ученики должны уметь:
- анализировать и
систематизировать учебный материал,
использовать обобщенные планы для изучения
и описания космических объектов,
космических процессов и космических
явлений, составлять классификационные
схемы, делать выводы;
- применять важнейшие физические теории при
объяснении природы Солнца и солнечно-земных
связей, звезд, звездных скоплений и
туманностей;
- использовать "Школьный астрономический
календарь", справочную и научно-популярную
литературу для подготовки докладов и
сообщений, готовить рефераты, выступать
перед аудиторией;
- решать задачи на расчет космических
расстояний, характеристик Солнца и звезд (массы,
размеров, плотности, температуры,
светимости и т.д.), параметров их
внутреннего строения, а также проявлений
солнечной активности с использованием
данных астрономических наблюдений на
основе изученных законов физики (механики,
молекулярной физики, термодинамики,
электродинамики, оптики и ядерной физики),
описания спектра, данных классификационных
схем и диаграмм звездных характеристик;
- использовать подвижную карту звездного
неба, звездные атласы, справочники,
Астрономический календарь для определения
положения и условий видимости небесных
светил и протекания небесных явлений;
- использовать телескоп и вспомогательные
физические приборы для проведения
наблюдений космических объектов.
Чтобы дополнить и уточнить имеющиеся в учебнике сведения о звездах, звездоподобных объектах и туманностях, целесообразно поручать учащимся подготовку коротких докладов и сообщений о результатах их исследования на основе материалов печати и телевидения.
Изложение нового материала желательно сопровождать краткими историческими справками по истории открытия и исследования физической природы Солнца, звезд (отдельных, наиболее известных космических объектов), закономерностей в мире звезд; сведениями об исследовавших их ученых и т.д. с использованием данных параграфа "История астрономии". Это тоже могут делать в виде кратких докладов и сообщений заранее подготовившиеся ученики.
Важную роль при изучении темы играет формирование наглядного образа изучаемых космических тел, осуществляемое в результате демонстрации фотографий, диапозитивов, кино- и видеофильмов, а также при собственных телескопических наблюдениях учениками Солнца, ярких цветных одиночных и двойных звезд, звездных скоплений, туманностей, Млечного Пути и галактик.
Краткие выводы, содержащиеся в учебниках, должны стать своеобразным итогом работы соответствующих уроков.
Тема включает в себя весь материал раздела "Солнце и звезды" и часть материала первых параграфов раздела "Строение и эволюция Вселенной" школьных учебников астрономии Б.А. Воронцова-Вельяминова (§§ 22-26; 27-28), Е.П. Левитана (§§ 18-27; 28, 31); материал раздела "Солнце и звезды" и почти весь материал раздела "Наша Галактики" школьного учебника астрономии А.В. Засова и Э.В. Кононовича (§§ 21-27; 28-31).
План изучения темы и краткое содержание каждого урока:
1. Солнце (основные физические характеристики, состав, внутреннее строение, энергетика).
2. Дневное занятие "Телескопические наблюдения Солнца".
3. Солнечная активность (Основные формы проявления солнечной активности (пятна, флоккулы, протуберанцы, вспышки и т.д.) и механизм их возникновения. Циклический характер солнечной активности. Солнечно-земные связи).
4. Звезды (Физическая природа звезд. Классификация звезд по основным физическим характеристикам и спектрам. Звездные диаграммы "спектр-светимость", "масса-светимость" и др.).
5. Рождение звезд (Космический процесс звездообразования. ГМО и диффузные газопылевые туманности. Двойные и кратные звезды. Звездные скопления. Физические переменные звезды).
6. Вечернее занятие "Телескопические наблюдения звезд" (Повторение материала о небесной сфере и ориентации на местности по Полярной звезде. Знакомство со звездным небом весны. Учебные телескопические наблюдения одиночных и двойных звезд, туманностей, звездных скоплений и галактик).
7. Жизнь звезд (Внутреннее строение и энергетика звезд. Возраст звезд. Космический процесс эволюции звезд).
8. Смерть звезд (Заключительные этапы эволюции звезд. Новые звезды, планетарные туманности и белые карлики. Сверхновые звезды, волокнистые туманности, нейтронные звезды и черные дыры. Эволюция звезд на диаграмме Герцшпрунга-Рессела).
9, 10. Внеклассные занятия "Жизнь и Разум на Земле и во Вселенной"
11. Решение задач. Контрольная работа.
Рекомендуемая литература:
- Агекян Т.А. Звезды, галактики, Метагалактика. - М.: Наука: Гл. ред. физ.-мат. лит., 1981. – 416 с.
- Амнуэль П.Р. Загадки для знатоков: История открытия и исследования пульсаров. – М.: Знание, 1988. – 192 с.
- Бакулин П.И., Кононович Э.В., Мороз В.И. Курс общей астрономии: Учебник для пед. вузов. - М.: Наука, 1986.
- Витинский Ю.И. Солнечная активность. - М.: Наука: Гл. ред. физ.-мат. лит., 1983. – 192 с.
- Гуревич Л.Э., Чернин А.Д., Происхождение галактик и звезд. - М.: Наука: Гл. ред. физ.-мат. лит., 1987. – 192 с.
- Зигель Ф.Ю. Сокровища звездного неба. - М.: Наука, 1987. – 292 с.
- Киппенхан Р. 100 миллиардов солнц: Рождение, жизнь и смерть звезд / Пер. с нем. – М.: Мир, 1990. – 293 с.
- Климишин И.А. Элементарная астрономия. - М.: Наука: Гл. ред. физ.-мат. лит., 1991. – 464 с.
- Кононович Э.В. Солнце – дневная звезда: Пособие для учащихся. – М.: Просвещение, 1982. – 112 с.
- Липунов В.М. Все нейтронные звезды: Книга для внеклассного чтения уч-ся 8-10 кл. сред. шк. – М.: Просвещение, 1988. – 63 с.
- Мирошниченко Л.И. Солнечная активность и Земля. – М.: Наука, 1981. – 144 с.
- Моше Д. Астрономия: Книга для учащихся. Пер. с англ. / Под ред. А.А. Гурштейна. – М.: Просвещение, 1985. – 255 с.
- Нарликар Дж. От черных облаков к черным дырам. / Пер. с англ. – М.: Энергоатомиздат, 1989. – 141 с.
- Степанян Н.Н. Наблюдаем Солнце. - М.: Наука: Гл. ред. физ.-мат. лит., 1992. – 128 с.
- Физика космоса: Маленькая энциклопедия / Редкол.: Р.А. Сюняев и др. – М.: Сов. Энциклопедия, 1986. – 783 с.
- Цесевич В.П. Переменные звезды и их наблюдение. - М.: Наука: Гл. ред. физ.-мат. лит., 1980. – 176 с.
- Шкловский И.С. Звезды их рождение, жизнь и смерть. -- М.: Наука: Гл. ред. физ.-мат. лит., 1984. – 384 с.
| << Предыдущая |
|
Публикации с ключевыми словами:
методика преподавания - преподавание астрономии - наблюдения - лабораторные работы - практические работы - учебная программа - учебные пособия - лекции - педагогический эксперимент - дидактика - контрольные работы - задача
Публикации со словами: методика преподавания - преподавание астрономии - наблюдения - лабораторные работы - практические работы - учебная программа - учебные пособия - лекции - педагогический эксперимент - дидактика - контрольные работы - задача | |
См. также:
Все публикации на ту же тему >> | |
