Современная астрономия и методика ее преподавания
| << Предыдущая |
МЕТОДИКА ПРЕПОДАВАНИЯ ТЕМЫ "ВИДИМОЕ ДВИЖЕНИЕ СВЕТИЛ" В КУРСАХ АСТРОНОМИИ ДЛЯ ШКОЛ И ПЕДВУЗОВ
Клыков Д.Ю., Клыкова В.В., Кондакова Е.В., Ромашова Г.А.
ГАИШ МГУ (1), школа № 1903 г. Москвы (1,
2, 4),
Елецкий государственный университет им. И.А.
Бунина (3)
dyuk@sai.msu.ru (1), eloleg@yelets.lipetsk.ru
(3)
Школьный курс астрономии начинается, как правило, с изучения темы "Небесная сфера", которая следует непосредственно за введением, или даже рекомендована для изучения на первом уроке. При этом теме "Видимое движение светил" в большинстве школьных программ астрономии отводят 1 час на объяснение темы и 1 час на решение задач. В педвузе ведущий преподаватель обычно отводит по 2 часа на лекционное и семинарское занятия.
Несомненно, указанная тема является очень важной в понимании и объяснении многих наблюдаемых явлений и закономерностей. И хотя методику изучения данной темы следует считать достаточно хорошо разработанной, все же для учащихся она остается малопривлекательной и трудно воспринимается. В качестве подтверждения этого тезиса приведем несколько высказываний студентов одного из педвузов, согласившихся ответить на вопросы анкеты: "... Мои воспоминания связаны с какими-то формулами, линиями, точками (чистая математика)...", "Воспоминания смутные. Помню, что долго и нудно решали какую-то задачу по видимости светил...".
Можно выделить следующие противоречия, наличие которых и приводит, по нашему мнению, к отрицательному опыту изучения вышеупомянутой темы.
1. В ряде учебных программ тема "Небесная сфера" стоит первой. Учащиеся, только что пришедшие на курс астрономии, подсознательно ожидают от этой науки эмоциональных, красивых и очень интересных знаний о строении мира, о звёздах, планетах, а, возможно, и о том, "есть ли жизнь на Марсе"! А вместо этого им предлагают сухие формулы и сильно отвлечённые от обычной жизни конструкции. Налицо разочарование!
2. Последовательность изучения разделов курса астрономии удобно выстраивать в соответствии с исторической очередностью развития знаний человека о Небе. Так построено большинство учебных программ.
Необходимость первых простейших наблюдений за светилами, по всей видимости, была продиктована потребностями в ориентировании и определении сезонов сельскохозяйственных работ. Нечеткие понятия "купол неба", "небосклон" явились прототипами научной модели небесной сферы.
Однако эта историческая преемственность в учебных пособиях не излагается, и материал преподносится только с позиции основ современной теории. Это приводит к тому, что учащимся остается неясен смысл введения понятий небесной сферы, кругов и т.д., потому что не объяснены причины появления этих понятий в самой астрономии.
3. Видимые движения ярких светил наблюдаются невооруженным глазом. Очевидно, что учащиеся неоднократно наблюдали суточные движения Солнца и Луны, реже - движения звезд. Этот элементарный жизненный опыт используется не в полной мере. Изложение материала, как правило, опирается лишь на не всем понятный снимок треков звезд и на известный факт о неподвижности Полярной звезды для стационарного наблюдателя. Как следствие, учащиеся принимают основные понятия небесной сферы как отдельно взятые абстрактные понятия, не относящиеся к их жизни.
Также после изучения темы не делается четких выводов о применимости полученных знаний для наблюдений невооруженным глазом, которые невольно совершаются из окна дома или летом во время отдыха. Поэтому чаще всего выпускник школы или педвуза сам не в состоянии объяснить происходящие вокруг него астрономические явления.
Метод такого "плоского" изложения, без мотивировки введения каждого понятия, без четкой логической, исторической, культурной связанности, приводит, на наш взгляд, к тому, что учащийся часто не понимает смысла изучения указанного материала, не находит применения этим знаниям в своей жизни.
4. Довольно трудно обеспечить наглядность при изложении данной темы. И дело здесь состоит не только в распространенной нехватке плакатов, слайдов и средств ТСО. Большинство людей испытывают трудности, когда приходится иметь дело с трехмерными объектами.
Всё мы ходим по Земле, в нашем представлении плоской. Даже если спускаемся, к примеру, в метро, или взбираемся по лестнице, тут же забываем о переходе на другую высоту, и у нас опять отпадает необходимость в третьей координате.
Двумерность мышления относится и к небесному "куполу". Человек не в состоянии определить расстояния до светил и воспринимает их, будто нарисованными на внутренней поверхности гигантской сферы. Использовать такое двумерное восприятие, до настоящих времен сохранившееся в подсознании людей, преподавателю выгодно. Но для этого аудитория должна находиться внутри модели небесной сферы, что возможно только в планетарии.
В учебном кабинете, при решении задач приходится использовать пособия (армиллярную сферу, звездный глобус), где аудитория находится вне сферы. Таким образом, ученики видят модель небесной сферы с точки зрения "богов". Стереоскопическое зрение человека позволяет воспринимать такую, не слишком удаленную от него модель, в трех измерениях. Однако в этом случае требуется представить себя внутри этой небольшой модели и выполнить мысленный перевод трехмерной модели в свою привычную двумерную систему для внутренней поверхности сферы.
Рисунки, выполняемые линиями (необходимые, в частности, при решении задач), требуют активизации объемного мышления. Здесь учащимся необходимо выполнить сначала мысленное преобразование из двумерной плоскости бумаги (доски, экрана) в трехмерную модель. Количество преобразований удваивается.
Опыт показывает, что в полной мере такие мысленные преобразования не удается выполнить практически никому.
Мы предлагаем следующую последовательность изучения рассматриваемой темы.
1. Преподавание темы "Небесная сфера" удобно начинать не раннее второго занятия курса. Первое занятие следует посветить краткому экскурсу в историю науки, обзору наиболее интересных новых достижений науки, упомянуть о видимости созвездий, мифологии. Имеет смысл подробнее рассмотреть программы, в которых в начале курса также рассматриваются такие обзорные и увлекательные темы, как "Планеты". Этим достигается лучшая подготовленность учащихся к восприятию более сложных тем, в которых необходимо применение математики.
2. Для понимания учащимися причин появления в астрономии понятия "небесная сфера" чрезвычайно полезным был бы краткий экскурс в историю науки (см., например, [1-3]).
Древние люди разделяли видимую Вселенную на "низ" - землю, и "верх" - небо. Землю они считали плоской, поскольку сферичность ее поверхности человек не замечает. Это представление до настоящего времени сохранилось в нашем подсознании, несмотря на то, что интеллектуально мы считаем ее шаром.
Человек в состоянии оценить расстояние до близлежащих объектов земной поверхности благодаря стереоскопичности зрения. Однако все небесные светила для него удалены на одинаково далекое, "бесконечное" расстояние. Поэтому кажется, что они расположены на внутренней поверхности огромной сферы, а не плоскости. Древние люди считали её реально существующей и, к тому же, твердой! Это понятие до сих пор прочно существует в нашем языке как "небосвод", "небосклон" ("Качнется купол неба...", Ю. Визбор).
Обращение к культурной памяти народа (см. [4]) позволит образовать прочную связь между понятием "купола неба", существующим в глубоком сознании каждого, и новым, научным понятием "небесная сфера".
3. В процессе введения основных понятий сферической астрономии необходимо их связывать с уже имеющимися знаниями и жизненным опытом.
Так, математический горизонт близок к географическому в открытом море. Плоскость математического горизонта, в первом приближении, идентична плоской земле в представлении древних (хотя первая должна проходить через глаза наблюдателя). Отвесная линия имеет замечательную аналогию со строительным отвесом. Высоту светила в жизни мы отмечаем лингвистическими переменными "над головой", "высоко", "низко".
Большинство учащихся в жизни замечают характер суточного движения светил (обычно Солнца). Представить расположение дуги небесного экватора над горизонтом проще исходя из факта, что рассматриваемые треки параллельны ему. Северный полюс мира прочно ассоциируется с Полярной звездой (с оговоркой, что они находятся на близком расстоянии). Экваториальная система координат имеет часто используемую аналогию с географической, поэтому в процессе объяснения темы удобно использовать глобус Земли с прикрепленным липкой лентой пластмассовым "наблюдателем".
Верхнюю кульминацию Солнца наблюдал каждый. Однако не все замечали, что она происходит над точкой юга для средних широт (это повод для небольшой дискуссии). Обобщая высказанные результаты наблюдений, следует ввести понятия кульминаций и небесного меридиана.
4. В процессе объяснения учебного материала предлагается использовать три типа наглядных пособий.
а) Ввиду отсутствия купола планетария (в подавляющем большинстве случаев) при проведении урока предлагается использовать для этого потолок и стены классной комнаты. Светило, линии и точки небесной сферы можно изобразить при помощи светового пятна туристического фонаря или прибора из комплекта оборудования физического кабинета - осветителя теневой проекции.
 Рис. 1. Осветитель теневой проекции установлен в наклоненную ось (в модели "ось мира"). При демонстрации поворачивается вокруг этой оси. |
 Рис. 2. Ученик показывает видимое суточное движение светила при помощи фонаря. |
Перед началом демонстрации необходимо сориентировать слушателей по "сторонам света" данной модели. Наиболее удобно, если точка юга находится в передней части аудитории, со стороны доски. Следует также перед демонстрацией развесить в классе таблички с надписями "север", "юг", "восток", "запад".
В ряде случаев возможно дополнительно использовать лазерную указку, например, для иллюстрации определения координат светила.
Демонстрации видимых движений светил на экране при помощи компьютера, проектора и программы "Starry Night" ("Red Shift", "SkyMap" или др.) также позволяют учащимся почувствовать себя наблюдателями. Однако небольшой экран не позволяет добиться полноценного эффекта присутствия учащегося под "куполом неба". Этот способ может использоваться в дополнение к описанному выше.
б) Для решения задач требуется использование модели небесной сферы небольших масштабов, когда аудитория находится извне. Для лучшего представления расположения элементов небесной сферы в трехмерном пространстве следует использовать трехмерную модель.
Армиллярная сфера не считается авторами удачным вариантом, поскольку здесь изображены все объекты одновременно. К тому же ее размеры не всегда достаточны для демонстрации в классе или лекционной аудитории.
 |
| Рис. 3. Модель небесной сферы из аквариума. |
Представляют интерес сборные модели, в которых плоскости горизонта и небесного экватора сделаны из негнущегося прозрачного материала (оргстекла), а оси и другие большие круги - из жесткой проволоки. Пособие можно изготовить силами учащихся или лаборантов, размеры её могут быть достаточно большими для показа. Удобно сделать модель легко разбирающейся, этим обеспечивается не только ее компактное хранение, но и поэтапная сборка непосредственно в процессе введения понятий.
В другом типе моделей используется прозрачный шар, например, круглый аквариум. Линии и точки рисуются разноцветными маркерами, также легко стираются. Однако небольшие размеры пособия, световые блики позволяют его использовать лишь в небольшой аудитории, когда учащиеся могут находиться рядом с моделью.
в) Для самостоятельного изучения материала и работы с учебником необходимо понимание того, как изученные объекты изображаются на рисунке.
Педагогический эксперимент показал, что невозможно выполнить подробное объяснение темы и все демонстрации за один школьный урок. Были использованы демонстрации с использованием туристического фонаря (признана как наиболее эффективная), с глобусом Земли (смена дня и ночи; аналогия с экваториальной системой координат), с использованием компьютера и программы Starry Night (суточные движения светил на различных широтах и теорема о высоте полюса мира). Лекционное занятие курса астрономии педвуза способно вместить все демонстрации с объяснением методики преподавания темы.
Второй урок по данной теме (семинарское занятие) следует посветить опросу и решению задач. Педагогический эксперимент показал, что практически все опрошенные учащиеся оказались способными самостоятельно показать суточное движение светила при помощи фонаря согласно заданию учителя. Отмечена высокая активность аудитории при возникновении у отвечающего затруднений или неточностей.
Решение задач учащимися вызвало немало трудностей, связанных, в основном, с геометрией и трехмерным воображением. Лишь способные к этому ученики справлялись с заданиями. Более того, значительная часть предлагаемых задач воспринимаются как ненужные, а ситуации, описанные в них, по мнению учеников, далеки от реальных, встречающихся в жизни.
Мы считаем, что с одной стороны, требуется тщательный отбор задач и, в некоторых случаях, их переформулировка. С другой стороны, следует больше использовать самостоятельных заданий с использованием небольших объемных моделей, например, картонных [5], подвижной карты неба и т.д.
Итак, на наш взгляд, изложение темы "Видимое движение светил" не требует принципиального пересмотра и изменения количества выделенных на нее учебных часов. Однако требует пересмотра поход к преподаванию темы.
Материалы в помощь учителю планируется опубликовать в газете "Физика", на сайтах "Книга неба" (www.uranometria.ru) и Astronet (www.astronet.ru).
Авторы благодарят ведущего научного сотрудника ГАИШ МГУ К.В. Куимова за консультации и директора школы № 1903 г. Москвы Г.И. Аникину за содействие в проведении педагогического эксперимента.
Литература:
1. Фламарион К. История неба. М.: 1994.
2. Ван-дер-Варден Б. Пробуждающаяся наука II. Рождение астрономии. М: Наука. 1991.
3. Паннекук А. История астрономии. М: Наука. 1966.
4. Клыков Д.Ю., Кондакова Е.В., Маркова С.Н. Принципы составления учебного материала по курсу астрономии на основе семиотической теории. Материалы III Всероссийской научно-практической конференции 27-29 марта 2002 г. РПГУ им. А.И. Герцена. Санкт-Петербург. С. 179. http://www.astronet.ru/db/msg/1177124/60.html
5. Paper Plate Education. http://analyzer.depaul.edu/paperplate
| << Предыдущая |
|
Публикации с ключевыми словами:
методика преподавания - методические материалы - конференции - преподавание астрономии
Публикации со словами: методика преподавания - методические материалы - конференции - преподавание астрономии | |
См. также:
Все публикации на ту же тему >> | |
