 |
Астронет: Л. В. Жуков/РПГУ им. А.И. Герцена Современная астрономия и методика ее преподавания http://variable-stars.ru/db/msg/1177124/35.html |
| << Предыдущая |
Понятийный аппарат школьной астрономии: космические объекты, процессы и явления
Румянцев А.Ю.
Магнитогорский государственный
университет
E-mail: rumyancev_aleksa@mail.ru
Понятийный аппарат астрономии обладает своей классификацией - системой соподчинения понятий (классов объектов), используемой как средство для установления связей между ними и выражающей систему законов, присущих отображенным в ней объектам Вселенной.
В числе основных групп астрономических понятий мы выделяем объекты познания науки: космические объекты (космические тела и системы), космические процессы и космические явления.
Космические объекты могут рассматриваться как системы определенным образом организованных взаимосвязанных вещественных тел и полевых элементов.
Космические тела - физические тела, рассматриваемые в рамках понятийного аппарата науки астрономии как структурные единицы (элементы) Вселенной; в ряде случаев возможна упрощенная геометрическая интерпретация космических тел как ограниченных участков пространства вместе с их границами.
Системы космических тел - некоторые количества (множества) находящихся в определенных отношениях, физически взаимосвязанных космических тел, образующих некую качественно отличную от составляющих их элементов структуру.
Космические объекты классифицируются по существенным признакам, в качестве которых выступают их фундаментальные физические характеристики (масса, размеры и т.д.), структура и характер физических процессов, обеспечивающих их возникновение, существование и развитие.
В основе классификации лежат принципы таксономии и основные методы типологии и систематики. В них выделяются иерархические категории понятий, которые мы с некоторыми оговорками будем далее использовать для классификации астрономических понятий: вид => группа => класс => тип.
В качестве основной структурной и классификационной единицы в системах объектов астрономических исследований мы выделяем некоторую совокупность отдельных объектов, обладающих рядом общих существенных признаков по фундаментальным физическим характеристикам - группы космических тел.
Некоторое число групп космических тел, обладающих помимо единого общего признака (свойства), общностью структуры, строения и происхождения, объединяются в классы космических тел.
На основе единого, общего для ряда классов космических тел признака, определяющего все остальные физические свойства и характеристики, единый план строения, структуру, образование и эволюцию, а также характер космических процессов, лежащих в основе существования, выделяются типы космических тел.
Некоторое элементарно-эмпирическое "донаучное" разделение космических объектов на отдельные классы по их основным физическим характеристикам происходит при изучении соответствующего астрономического материала еще в начальной школе.
Выбор основания для классификации космических объектов, изучаемых в школьном курсе астрономии (физики и астрономии), затрудняется отсутствием единой классификации в "большой науке", возрастными особенностями мышления учащихся и недостатком у них соответствующих физико-математических знаний.
Пространственные характеристики (линейные размеры, объем и т.д.) космических тел неудобны для основ их классификации, поскольку несколько неопределенны (размыты) даже в пределах отдельных интуитивно выделяемых типов космических тел (так, размеры планет лежат в пределах от 104 до 106 м, а размеры звезд - от 104 до 108 м) и пригодны лишь в качестве второстепенного (дополнительного) признака каждого класса объектов.
Временные характеристики (продолжительность существования и т.д.) также могут быть лишь дополнительными признаками космических тел, и не могут быть основой их классификации, поскольку существенно различны даже внутри отдельных групп и классов объектов; в системах космических тел время существования отдельных объектов зависит от характера их взаимодействия.
Классификация космических тел по одной из их главных физических характеристик - типам и мерам фундаментальных взаимодействий - представляется нам наиболее удобной.
В курсе физики современной российской школы изучаются все 4 вида фундаментальных физических взаимодействий, однако сильное (ядерное) рассматривается в самых общих чертах лишь в XI классе, где о слабом взаимодействии по сути только упоминается; электромагнитное и гравитационное изучаются на протяжении ряда лет, причем не только в средней, но и в основной 9-летней школе.
Наиболее подробно и традиционно глубоко рассматривается гравитационное взаимодействие - единственное понятие, которое формируется в сознании учащихся в VII - IX классах в относительно полном и обобщенном виде, и связанный с ним комплекс физических процессов и явлений, описываемых в рамках исторически первой физической теории Всемирного тяготения.
В качестве основания для единой классификации космических тел по общему существенному признаку мы выделяем массу - фундаментальную физическую величину, меру гравитационных, инертных свойств и энергии материальных объектов, определяющую практически все физические свойства и характеристики космических тел, их структуру, строение, образование и развитие, "время жизни", характер космических процессов, лежащих в основе их существования и природу значительной части порождаемых ими космических явлений.
Мы выделяем следующие типы и классы космических тел: планетные тела (метеороиды, планетоиды, планеты); звезды (нормальные звезды и вырожденные звезды: белые карлики, нейтронные звезды); туманности (диффузные газопылевые туманности и галактические молекулярные облака); в особый класс космических тел выделяются черные дыры.
На границе значений масс разных классов космических тел происходит значительное изменение физических свойств объектов; на границе значений масс разных типов космических тел изменения приобретают характер качественного скачка. Последовательность классификации дополняется включением в нее отдельных "короткоживущих переходных звеньев" - классов и групп космических тел, являющихся продуктами, начальными или конечными этапами развития основных типов космических тел (протозвезды, планетезимали, волокнистые и планетарные туманности и т.д.).
Выделение отдельных групп космических тел внутри каждого класса может осуществляться на основе второстепенных, дополнительных к основному признаков: для туманностей - на основе понятий плотности и условий образования объекта; для планетных тел - по их размерам, форме, степени дифференцированности внутреннего строения и химическому составу; для звезд - по их светимости, температуре, спектру, плотности, размерам и т.д.
Понятия об энергетических характеристиках объектов, мерами которых выступают их светимость и температура (кинетическая и эффективная), могут, наравне с понятием массы, стать основанием для классификации космических тел в старшем звене средней общеобразовательной школы, особенно в физико-математических классах.
В качестве основания для единой классификации космических систем мы предлагаем уровень сложности их организации, определяемый богатством видового состава, численностью и характером взаимодействия космических тел, формирующих структуру данного объекта; в числе второстепенных признаков выступают масса и размеры объектов.
Мы выделяем следующие классы и группы космических систем: звездные системы (планетные системы; двойные звезды; кратные звезды); звездные скопления (звездные ассоциации; рассеянные и шаровые скопления; звездные комплексы); галактики (эллиптические, неправильные, линзовидные, спиральные и т.д.) и их скопления; Метагалактика; Мини-Вселенная; Вселенная.
Системы космических тел с низким уровнем организации выступают в качестве отдельных составных элементов систем космических тел с более высоким уровнем организации (так, планетные системы и двойные звезды входят в состав звездных скоплений, которые в свою очередь входят в состав галактик и т.д.). Предельной по степени общности и объему, обладающей структурностью на всех своих уровнях системой космических объектов выступает Метагалактика - доступная нашим наблюдениям часть Мини-Вселенной (Вселенной) - системы космических объектов (метагалактик) наивысшей масштабности и степени сложности организации материи.
Космические процессы - последовательные изменения или смены состояний (этапов) эволюции космических объектов (космических тел и их систем); физические процессы, обусловливающие возникновение, существование и эволюцию, основные физические характеристики космических объектов и их систем, и механизм возникновения и протекания космических явлений. Понятия, определяемые как "космические процессы", одновременно входят в понятийный аппарат двух наук - астрономии и физики - и могут классифицироваться по астрономическим и физическим теориям, наиболее полно и всесторонне объясняющим их природу; полное определение космических процессов дается через их описание.
В зависимости от глубины, масштабов и значимости космических процессов мы выделяем среди них:
1. Эволюцию космических объектов: возникновение, существование и развитие основных структурных элементов Вселенной - космических тел и их систем: планетных систем, звезд и галактик, описываемые в рамках соответствующих частных астрофизических и космогонических теорий (формирования планетных систем, звездообразования и т.д.).
2. Эволюцию Вселенной: возникновение и развитие Метагалактики, описываемое в космологической теории нестационарной Вселенной; эволюция материи, возникновение и развитие жизни и разума во Вселенной.
Формирование данных понятий высокой степени общности в средней школе требует глубокой физико-математической подготовки учащихся и широкого использования межпредметных связей с курсами всех естественно-математических наук, в первую очередь химии и биологии.
Космические явления - физические явления, возникающие в результате или обусловленные протеканием космических процессов и (или) взаимодействием космических объектов. Классифицируются по типу фундаментального физического взаимодействия, лежащего в основе данного явления.
| << Предыдущая |