 |
Астронет: Л. В. Жуков/РПГУ им. А.И. Герцена Современная астрономия и методика ее преподавания http://variable-stars.ru/db/msg/1177124/29.html |
| << Предыдущая |
Из опыта использования астрономии в курсе "Концепции современного естествознания"
Дубнищева Т.Я., Пигарев А.Ю.
Новосибирская государственная
академия экономики и управления,
E-mail: philos@seman.nsu.ru
Глобальные проблемы, стоящие перед человечеством, разрешить можно только при совместном решении их всеми народами, всеми государствами, всеми достижениями наук. Принятие ответственных решений, необходимых для управляемого развития общества, невозможно без знания современной науки, ее языка и методов. Потому и требуется построение учебных курсов, интегрирующее идеи и методы нескольких естественнонаучных дисциплин. Ведущую роль в этом процессе должен играть новый предмет "Концепции современного естествознания" (КСЕ), введенный в стандарт вузовского образования для гуманитарных и социально-экономических специальностей.
Целостное описание с единых позиций широкого спектра объектов мира природы, которые были предметом изучения различных научных дисциплин, позволяет оценить появляющиеся отдельные сообщения и, тем самым, стать основой образования. Дидактика и методика преподавания связана с мировоззренческими и методологическими установками учителя. В то время, когда человечество стремится получать все большую выгоду от результатов научных исследований, явно недооценивается роль "глобальных" проблем, и вопрос об устройстве и развитии Вселенной сопряжен с вопросом о месте каждого из нас в этом мире. Астрономия и космология, как наиболее романтические из всех естественнонаучных дисциплин, способны возбуждать интерес к познанию мира и своего места в нем.
Использование сведений о Вселенной, эволюционных представлений и сведений из истории научных идей позволяет компактно представить необходимый для усвоения материал, сделать его многомерным и современным. Ведь молодое поколение "усваивает истину сразу", формирует свое мировоззрение. Опыт преподавания КСЕ показывает, что использование этих материалов на семинарах, позволяет стимулировать интерес к изучению естественных и точных наук практически каждому студенту.
Например, в классической концепции измерения измерительный прибор является внешним по отношению к исследуемому объекту, то есть сам принципиально не может повлиять на результаты измерения. Подбирая все более чувствительный прибор, можно свести все погрешности к нулю. Для мотивированного восприятия этой концепции можно решить следующие задачи.
В день летнего солнцестояния в окрестностях города Сиены (нынешний Асуан в Египте) в полдень Солнце отражалось на дне самых глубоких колодцев. В этот же день в Александрии, находящейся на 800 км севернее Сиены, солнечные лучи образовали угол 7,2њ с вертикалью. Используя эти данные, около трех веков до нашей эры древнегреческий математик, астроном и географ Эратосфен Киренский определил размеры земного шара. Повторите его рассуждения.
В III веке до н.э. веке Аристарх Самосский придумал способ определения расстояния до Луны. Из отношения средней продолжительности лунных затмений к длительности лунного месяца Аристарх определил угол d » 12 мр (половина угловой меры пути, проходимого Луна за время затмения). Угловой радиус Солнца Аристарх определил из наблюдений g » 4,7 мр. Считая расстояние от Земли до Солнца много больше расстояния от Земли до Луны, оцените расстояние до Луны в радиусах Земли.
Аристарх Самосский предложил метод определения расстояния до Солнца: когда с Земли мы видим Луну, освещенной ровно наполовину, косинус угла между направлениями на центры Луны и Солнца равен f » 1/400. Оцените расстояние до Солнца в расстояниях до Луны.
Мотивация заключается в том историческом факте, что люди смогли оценить масштабы Вселенной только с помощью представлений евклидовой геометрии и данных непосредственных наблюдений, будучи ограниченными в пространственном перемещении.
По концепции моделирования познание природы состоит в построении адекватных научных моделей, когда в рамках принятой гипотезы сознательно отбираются наиболее значимые особенности объекта, опуская то, что считается несущественным. Но, согласно концепции экспериментальной достоверности, любая теория остается гипотезой до тех пор, пока не найдены факты, которые можно считать проявлением ее предсказаний. Мотивированное восприятие этих концепций может быть реализовано в ходе решения следующей задачи.
Используя данные измерения гравитационной постоянной Генри Кавендшем (G = 6,67ћ10-11 м3/кгћс2), оцените массу Земли, а учитывая радиус орбиты Земли - массу Солнца. Какие исследования подтвердили определенные таким образом массы Земли и Солнца?
Мотивация в использовании парадокса - определение массы Земли и Солнца "на крутильных весах". При обсуждении следует отметить, что предсказания теории подтвердились исследованиями сейсмической активности Земли и процессов на Солнце.
При построении механической модели Солнечной системы наиболее значимыми характеристиками оказались массы составляющих ее объектов и их удаленность от Солнца. Полезно обсудить и эффективность использования модели материальной точки для описания движения планет.
Приведем в заключение несколько примеров задач и вопросов, связанных с астрономией, которые использовались в курсе КСЕ.
1. Как измерили размеры Земли, Луны, Солнца?
Какие законы определяют движения планет?
Определите массу Солнца, если известно, что
Земля движется вокруг него со скоростью 30
км/с на среднем расстоянии 150 млн км.
2. Что такое "орбита планеты"? Насколько
отличаются орбиты планет? Перечислите
большие планеты по порядку их удаленности
от Солнца. Могут ли планеты столкнуться при
своем движении вокруг Солнца? Каковы законы
их движения? Если период обращения Плутона
равен 250 земных лет, так каково его
расстояние от Солнца и какую часть своего
"года" он прошел после того, как его
открыли?
3. Что такое астероиды, где они расположены,
каковы их орбиты и размеры? Назовите
наиболее крупные из них. Каковы возможности
наблюдения астероидов? Насколько близко
некоторые из них могут приблизиться к Земле?
В чем состоит отличие понятий "метеор"
и "метеорит"?
4. Луна находится в созвездии Стрельца. В
каком созвездии будет находиться Земля для
наблюдателя, находящегося на Луне? Как,
находясь на обратной стороне Луны, можно
догадаться, что Луна вращается вокруг Земли?
5. Будет ли на Земле смена дня и ночи, если
Земля перестанет вращаться вокруг своей
оси? При каких условиях на планете не будет
происходить смены дня и ночи? Можно ли
наблюдать солнечное затмение на Северном
полюсе?
6. Комета Галлея проходит в перигелии на
расстоянии в 0,6 а.е. от Солнца. Во сколько раз
Солнце освещает ее поверхность в перигелии
сильнее, чем в афелии?
7. Что такое "галактика", какова их
форма и строение? Как называется Наша
галактика, каковы ее характеристики? Где
находится Солнечная система в нашей
Галактике? Есть ли связь между планетами и
планетарными туманностями?
8. Каковы источники энергии звезд? Дайте
представление об эволюции обычных звезд и
красных гигантов и поясните процессы,
происходящие в их недрах. Каким образом
передается энергия из центра Солнца до его
фотосферы? Какова перспектива эволюции
Солнца? Поглотит ли Солнце какую-либо
планету?
9. Каково строение типичной звезды? Какие
процессы поддерживают "жизнь" звезд?
Почему у белого карлика Сириус В,
температура в центре которого оценивается
в 40 млн К, термоядерные реакции не протекают?
Почему существенна величина массы звезды?
Почему звезда с большей массой живет меньше,
чем звезда с большей массой?
11. Поясните, что такое Вселенная, каковы ее
размеры, какие объекты ее составляют и
какие модели развития Вселенной Вам
известны.
12. Плотность потока солнечного излучения,
приходящего на Землю, составляет 1,4Ч103 Вт/м2.
Какое световое давление производит
солнечное излучение на идеально зеркальную
поверхность (коэффициент отражения равен
единице)?
Индивидуальная работа со студентами осуществлялась и в форме рефератов. Среди обсуждаемых на семинарах тем, выбираемых по желанию студентами, такие: "Рационализм и мистицизм в познании природы"; "Антропный принцип и физические константы"; "В поисках внеземного разума"; "Причины популярности астрологии"; "Развитие идей русского космизма"; "Феномен самоорганизации в природе и обществе"; "Солнечно-земные связи и их влияние на человека"; "Гипотезы происхождения Земли, Луны и планет"; "Гипотезы происхождения элементов во Вселенной" и другие.
Итак, наука - живой, развивающийся организм, а непрерывное расширение пространственных и временных границ познанной части Вселенной дает человеку уверенность в собственной значимости, столь необходимую сегодня. Обилие плохо или неверно воспринимаемой информации часто приводит к сотворению мифов, и вера в нечто непостижимое для разума овладевает широкими слоями общества. Эта ниша легко заполняется разными антинаучными идеями, порожденными кризисом современного общества и кризисом системы образования. Возросшее количество информации, в том числе и невостребованной, требует перехода в новое качество. Само научное знание тоже развивается по законам открытых систем. Противоречие между объемом добытой информации и возможностью ее использования усиливает значение упорядоченности информационного пространства, как и в любой нелинейной системе. И рациональное мышление, развиваемое курсом КСЕ, позволит в потоке информации сохранять здравые суждения, опираясь на полученные знания.
| << Предыдущая |