Теоретические основы содержания и методики обучения астрономии в системе непрерывного образования

Обращение планет вокруг Солнца. Периоды планет. Законы Кеплера. Движение Луны и ее фазы. Периоды Луны: сидерическое и синодическое. Солнечное и Лунное затмения, условия затмений.

Измерение времени. Среднее солнечное время. Календари.

Физическая природа тел Солнечной системы. Основные характеристики планет земного типа (Марс, Венера, Меркурий). Планеты-гиганты, их физические характеристики. Малые тела Солнечной системы (кометы, метеориты). Строение нашей Галактики и ее вращение. Современные представления о происхождении и эволюции Солнечной системы. Роль в развитие астрономии Среднеазиатских ученых (Хорезми, Фергани, Беруни и Улугбек). Заключительная лекция (по выбору учителя). Внеклассные занятия. Наблюдение звездного неба. Изучение расположения главных созвездий, ярких звезд и Полярной звезды. Наблюдение имеющихся в это время в небосводе планет. Наблюдение Луны. Наблюдение Солнца и фотосферных образований (солнечные пятна, факелы и др.).

4.5 Содержание базового астрономического образования для академических лицеев гуманитарного профиля и профессиональных колледжей

С целью достижения непрерывности образования на разных, предусмотренных законом “Об образовании”, этапах образования и соблюдения принципа преемственности возникла необходимость разработки содержания учебных документов для начальной, общеобразовательной школы, а также для академических лицеев разного профиля и профессиональных колледжей. Исходя из поставленной задачи, нами было разработано базовое содержание астрономии для общеобразовательной школы, и затем, на её основе - содержание астрономии для академических лицеев и профессиональных колледжей. При этом, естественно, учитывался многолетний опыт содержания обучения астрономии в старших классах гуманитарного профиля, профессионально-технических училищах республики и зарубежных учебных заведений. В существующей методической литературе достаточно широко обсуждались проблемы содержания и обучения предметов естественно-математического цикла для классов гуманитарного профиля и профессионально-технических училищ [157,158]. Но некоторые отличительные особенности академических лицеев гуманитарного профиля от бывших классов гуманитарного профиля общеобразовательных школ, а также отличие современных профессиональных колледжей от бывших профессионально-технических училищ, ставят перед методистами республики задачу определения содержания астрономии с учетом её базового уровня. Общеизвестно, что изучение основ астрономии в академических лицеях и профессиональных колледжах является составной частью общеобразовательной подготовки их выпускников. При определении содержании курса астрономии и для гуманитарных лицеев и профессиональных колледжей на первый план выдвигается задача формирования научного мировоззрения учащихся в процессе овладения системой основных научных знаний о строении Вселенной и методах её исследования. Учебные планы академических лицеев гуманитарного профиля и профессиональных колледжей предусматривают 40 часов на преподавание курса астрономии. Разрабатывать содержание курса астрономии пришлось, естественно, не на пустом месте. Мы опирались на уже накопленный и, в значительной мере обобщенный опыт преподавания физики и астрономии в средней общеобразовательной школе гуманитарного профиля [90, 91, 92, 159, 160, 283].

Прежде всего, остановимся на принципах, которые легли в основу структурирования содержания курса астрономии для лицеев гуманитарного профиля и профессиональных колледжей. Их можно сформулировать следующим образом: 1. Главная задача предлагаемого курса астрономии - добиться от учащихся усвоения ряда важнейших идей. Эти важнейшие обобщающие идеи, вкратце сводятся к следующему: астрономия имеет огромное мировоззренческое значение, её развитие - яркая иллюстрация диалектики природы; её сущность - наблюдение электромагнитных излучений; движение во Вселенной - проявление универсальных взаимодействий в природе; распределение вещества во Вселенной определяет свойства нашего физического пространства; сведения о телах Солнечной системы - основа для понимания её происхождения; эволюция звезд - важнейшее звено эволюции природы в целом; природа и эволюция галактик - основа космологии. 2. Успешное овладения этими идеями зависит от выбора ведущих компонентов содержания, единичными элементами которого являются понятия, система понятий, факты, законы, научные теории, предназначенные для усвоения. 3. Вопросы астрофизики должны занять главное место в курсе, для чего необходимо включить в него некоторые теоретические положения, без которых невозможна интерпретация важнейших астрономических наблюдений и понимание сути соответствующих астрономических явлений. 4. Начало космической эры сильно повлияло на удельный вес астрономических знаний. В этой связи считаем необходимым включить в содержание современного курса астрономии методы и результаты космических исследований, как элементы космонавтики. 5. Система знаний о Вселенной рассматривается с точки зрения интересов человечества, каждого человека, приступающего к его изучению. При изучение астрономии в гуманитарных лицеях и профессиональных колледжах мощным интегративным фактором должна выступать гуманитаризация ее содержания. Поэтому при разработке концепции курса астрономии мы руководствовались следующими основными положениями: при доступной школьникам данного возраста глубине изложения учебный материал должен быть завершенным, охватывающим фундаментальные основы научного знания по астрономии;

он должен обеспечивать научное миропонимание (природы, преобразующей деятельности человека, проблемы охраны окружающей среды и др.);

формировать у учащихся представления о научных методах исследования и познания природы, необходимых для самостоятельного овладения новыми знаниями и продолжения образования;

включать вопросы прикладной астрономии, необходимые для практической деятельности человека;

Исходя из этих положений были сформулированы основные особенности, которыми должен обладать курс:

- курс является самостоятельным. Он включает в себя основные понятия, идеи, закономерности и теоретические положения астрономии;

- он учитывает познавательные возможности учащихся, а также их уровень естественно научной и математической подготовки;

- курс ориентирован на уровневую (внутреннюю) дифференциацию. Это означает, что он должен быть доступен учащимся гуманитарных лицеев и профессиональных колледжей, а также удовлетворять потребностям учащихся, которые проявляют интерес и способности к более глубокому изучению астрономии.

На основе изложенных выше положений нами был разработан обязательный минимум содержания курса астрономии для академических лицеев и профессиональных колледжей.

Обязательный минимум содержания курса астрономии

Введение. Предмет астрономии. Научные методы исследования. Астрономия как наука, методы её исследования. Её связь с другими науками. Астрономическая картина мира. Роль восточных астрономов в формировании астрономии как науки.

Основы практической астрономии.

Звездное небо и его вращение. Небесные координаты, звездные карты. Измерение времени. Календари. Календарь Хайяма. Движение и фазы Луны. Лунные и солнечные затмения.

Строение солнечной системы и движение небесных тел.

Гелиоцентрическая система мира. Состав и масштабы Солнечной системы. Движение планет. Законы Кеплера. Определение расстояний и размеров тел солнечной системы. Определение размера Земли восточными астрономами (Хорезми, Фаргани, Беруни и др.).

Элементы космонавтики.

Зависимость траектории движения тела от начальной горизонтальной скорости с поверхности Земли. Первая и вторая космические скорости. Искусственные спутники Земли и орбитальные космические станции. Основы полетов к Луне, планетам. Научные и народно хозяйственные значения космических исследований.

Методы астрофизических исследований.

Основы всеволновой астрономии. Оптические и радиотелескопы. Спектральные методы исследований природы небесных тел. Методы исследований движения небесных тел в средневековом Востоке. Обсерватория Улугбека и его главный инструмент .

Физическая природа тел Солнечной системы.

Солнце - дневная звезда. Природа планет Земной группы. Луна - спутник Земли. Физическая природа планет-гигантов. Малые тела солнечной системы (астероиды, кометы, метеоры и метеориты).

Звезды.

Звезды, их температура, спектр-светимость. Диаграмма спектр светимость. Массы и радиусы звезд, методы их определения. Переменные звезды. Эволюция звезд : их рождение, жизнь и смерть.

Строение и эволюция Вселенной.

Наша Галактика: состав и структура. Вращение Нашей Галактики. Место Солнечной системы в Галактике. Внегалактические объекты. Классификация галактик. Скопления галактик. Крупномасштабная структура Вселенной. Место Земли во Вселенной. Мировоззренческие и экологические аспекты астрономии.

Учебная программа по астрономии с соответствующими ей разделами (объяснительной запиской, рекомендациями по организации межпредметных связей, с указаниями требований, знаний и умений учащихся и др.), разработанная автором и утвержденная Центром среднего специального и профессионального образования при МВ и ССО Республики Узбекистан для академических лицеев (гуманитарного профиля) и профессиональных колледжей приведена в приложениях к диссертации.

4.6 Содержание астрономических знаний для академических лицеев физико-математического профиля

Необходимость разработки содержания курса астрономии для академических лицеев физико-математического профиля диктуется следующими соображениями. Общеизвестно, что содержание физики и математики в лицеях такого профиля дается углубленно. Теперь, нельзя забывать, что астрономия по сути, является физико-математической наукой. Методы исследования, применяемые в астрономии являются общими, математическая обработка результатов полученных из наблюдений (в астрономии) и из опытов (в физике) также являются общими. В силу этих обстоятельств необходимо также углубить и расширить содержание курса астрономии.

При определении содержания астрономии для академических лицеев физико-математического профиля помимо вопросов основного курса астрономии следует включать наиболее важные вопросы факультативных курсов "Физика Космоса" и "Основы космонавтики".

Главной целью обучения астрономии при этом должно быть углубление и расширение содержания основного курса, усиление его прикладной направленности.

Хотя содержание астрономии при этом совпадает с содержанием основного курса, дополненного вопросами факультативного курса, но структура изучения отдельных разделов может существенно отличаться.

Общеизвестно, что в последние годы астрофизика является наиболее бурно развивающейся областью физики. Этим обстоятельством диктуется углубление и расширение содержания этого раздела астрономии. Этому способствует раздел "Электродинамика" в углубленной программе курса физики для академических лицеев, [161], где дополнительно включены темы: "Движение электрических зарядов в магнитном поле. Ускорители заряженных частиц", а также раздел "Электрический ток в различных средах", куда включены материалы с названием темы: "Понятие о плазме. МГД генератор".

Эти знания по физике позволяют в астрономии более углубленно изучать природу активных образований Солнца, т.к. солнечные пятна, вспышки хромосферы, протуберанцы, в конечном итоге, есть результат взаимодействия магнитных полей и плазмы. Появление радиационных поясов вокруг планет, в частности и вокруг Земли, на больших высотах также является результатом взаимодействия корпускулярного потока Солнца с магнитным полем планет. Изучение элементов плазмы в углубленном курсе физики, даст возможность учителю астрономии более глубже раскрыть суть явлений, происходящих в атмосфере Солнца, звезд и планет.

Глава "Колебания и волны" углубленной программы физики обогащена новыми материалами - включениями тем: "Дифракционный спектр. Определение длины волны излучения. Поляризация света и её применение в технике. Дисперсия и поглощение света. Дисперсионный спектр. Спектроскоп".

Данные темы позволяют углубить и расширить материал, предлагаемый разделом астрономии - "Астрофизические методы и инструменты". В частности, на основе полученных на уроках физики знаний можно легко объяснить механизмы образования спектров тел солнечной системы, виды спектров небесных тел, степень поляризации в них. Принципы работы спектрографов, применяемых при исследованиях Солнца, звезд и их систем, также становятся легко доступными после изучения упомянутых тем по физике.

Интенсивное исследование космоса, сильно обогатило науку, прежде всего астрономию, новыми знаниями. Сегодня космонавтика активно участвует в решении глобальных проблем человечества. В частности, давно работают спутники на орбитах, целью которых является контроль за загрязнением атмосферы, водного бассейна нашей планеты.

Существует несколько проектов космических станций (солнечных фабрик и «космических колоний») для решения энергетической и демографической проблем человечества.

Многими народно-хозяйственными и сельскохозяйственными задачами занимаются специальные спутники. Ежегодная прибыль от таких спутников и орбитальных станций составляет миллиарды долларов.

В данное время строится огромная международная космическая станция странами Европейского Космического агентства (которое объединяет 14 развитых стран), американского и российского агентств. Завершится данное строительство, стоимостью 114 миллиардов долларов, в 2005 году.

Из этих фактов становится ясно, что космонавтика прочно вошла в нашу жизнь и поэтому учащиеся ХХI века должны иметь солидные знание по космонавтике. Чтобы осуществить такую цель, считаем необходимым включить небольшой раздел с названием "Основы космонавтики" в содержание углубленного курса астрономии.

Данный раздел наряду с "Элементами космонавтики" (включенными в программу академических лицеев гуманитарного профиля) содержит материалы по орбитальным маневрам, сведения об орбитальных и межпланетных станциях, а также основы достижений полетов к Луне и планетам.

В разделе "Основы динамики" углубленного курса физики имеются темы: "Явления, наблюдаемые в неинерциальной системе отсчета. Искусственная тяжесть. Центробежные механизмы". Широкое применение эти вопросы находят в космической технике. С проблемой искусственной тяжести космонавтика встречается при создании больших орбитальных станций, так называемых "космических колоний", рассчитанных на несколько тысяч человек, со сроком существования на орбите - несколько десятков лет. Таким образом, на основе знаний углубленного курса физики можно расширить знания учащихся по космической индустрии, можно ознакомить их с принципами создания проектируемых сегодня эфирных городов на Лунной орбите, так называемых "точках Лагранжа".

В раздел "Молекулярно-кинетическая теория" углубленного курса физики включена тема "Возникновение кристаллов в природе, получение их в технике (искусственным образом)".

Достаточно хорошим условием выращивания кристаллов является невесомость. И поэтому большой опыт по выращиванию кристаллов имеет космонавтика. Полученные в условиях невесомости достаточно чистые без примесей сплавы, также широко применяемые в радиоэлектронной, компьютерной технике - создают сегодня в условиях высокого вакуума, т.е. в условиях космоса.

Эти вопросы также изучаются в разделе "Основы космонавтики" углубленного курса астрономии и дают широкую возможность учащимся ознакомиться с одним из важных направлений современной технологии.

Раздел “Механика” углубленного курса физики обогащен новыми учебными материалами о времени - "Использование периодических и равномерно протекающих явлений для измерения времени. Ознакомление с современными методами и приборами для измерения времени". Эти знания позволяют углубить и расширить учебный материал курса астрономии об измерении времени. Традиционный для средней общеобразовательной школы курс астрономии имел не большой параграф с названием "Время и календарь", рассчитанной на 1 час. Этого явно было недостаточно, для того чтобы после прохождения этой темы ученик отвечал на такой простой вопрос: "По какому времени идут наши часы?".

Поэтому углубление знаний учащихся об измерении времени, вооружить их понятием о восточных календарях, которые в последнее время широко вошли в нашу жизнь.

В этой связи в содержание углубленного курса астрономии были включены темы "Звездное и истинное солнечное время", которые являются основанием при изучении среднего солнечного времени. Среднее солнечное время - это и есть время, по которому ходят наши часы.

В связи с приобретением республикой независимости, в быт людей, наряду с григорианским, широко вошли восточные календари, т.к. раньше наши предки в основном имели дело с лунным и солнечным календарями хиджри.

Небезинтересно учащимся узнать о том, что один из этих календарей (лунный календарь хиджри) основан пророком Мухамедом в VII веке, а другой видным поэтом, математиком и астрономом средневековья Умаром Хайямом XI веке.

Особенно богат историко-научными знаниями средневекового Востока раздел сферической и практической астрономии. Прежде всего - это научное творчество и наследие ученых, родившихся на земле узбекской. Своими научными наследьями в области астрономии оставили глубочайший след такие средневековые ученые как Мухаммад ал-Хорезми, Ахмад ал-Фергани, Махмуд ал-Ходжанди, Абу Райхон ал-Беруни, Умар Хайям, Гиясиддин ал-Каши, Улугбек и др.

Научные наследия этих восточных ученых являются ценными для учащихся Республики и поэтому они широко должны отражаться в содержании курса.

Историко-научные знания по содержанию имеют также мощный воспитательный потенциал. Жизнь и творчество этих ученых часто про- ходили в сложных и трудных условиях. Путь к истине требовал от ученых мужества, храбрости и настойчивости. В биографических очерках мы находим такие моменты, которые послужат учащимся и хорошим примером для подражания.

Поэтому историко-научные знания, включающие в себя жизнь и творчество ученых, не должны оставаться в стороне от внимания при определении содержания курса астрономии.

С учетом всех этих обстоятельств можно предложить следующий обязательный минимум содержания курса астрономии для академических лицеев физико-математического профиля:

Введение. Предмет астрономии. Место астрономии как науки среди других наук. Её народнохозяйственное и мировоззренческое значение. Краткий исторический очерк о современном представлении о строении и эволюции Вселенной. Роль ал-Хорезми, ал-Фергани, Абу Райхана Беруни, У. Хайяма, Н.Туси, Улугбека и др. в развитии мировой астрономии.

1. Основы сферической и практической астрономии.

Звездное небо и его вращение. Созвездия. Небесная сфера, её основные точки, линии и круги. Видимое годичное движение Солнца. Эклиптика. Зодиакальные созвездия. Горизонтальная и экваториальная система координат. Эклиптическая система координат. Звездные карты, атласы и их использование. Звездная величина. Связь между звездной величиной и освещенностью. Формула Погсона. Связь между высотой полюса мира и географической широтой наблюдателя. Кульминация светил и высота кульминации. Суточное вращение звездного неба на различных широтах. Изменение суточного вращения Солнца на разных широтах.

Измерение звездного время. Истинное солнечное время. Среднее - солнечное время. Уравнение времени. Местное, поясное и всемирное время. Календари. Юлианский и григорианский солнечные календари. Лунный и солнечный календари хиджри. Понятие о мучале.

2. Строение солнечной системы и элементы небесной механики.

Самые древние представления о мироздании. Геоцентрическая система мира Аристотеля-Птолемея. Гелиоцентрическая система мира Коперника. Борьба за гелиоцентризм. Работы Дж.Бруно и Г.Галилея.

Конфигурация планет и условия их видимости. Сидерический и синодический периоды планет. Законы Кеплера. Уточненный Ньютоном III закон Кеплера. Определение масс небесных тел.

Суточный и суточно - горизонтальный параллакс светил. Определение расстояний до тел Солнечной системы. Определение длины астрономической единицы. Определение размеров тел Солнечной системы.

3 Элементы космонавтики.

Зависимость траектории тела, выброшенного по горизонтали с поверхности Земли, от величины начальной скорости. Первая и вторая космическая скорость. Вывод на околоземную орбиту искусственных спутников Земли (ИСЗ). Орбитальные элементы ИСЗ. Влияние земной атмосферы на движение ИСЗ. Орбитальные маневры. Одно и двухимпульсные маневры. Измерение орбиты спутника. Орбитальные станции и межпланетные орбитальные станции. Спуск спутника с орбиты. Использование спутников и космических станций в решениях народно-хозяйственных и сельскохозяйственных задач (метеорологических, связи, энергетических, поисково-спасательных, экологических и др.)

Принципы осуществления полетов к Луне. Спуск на Луну. Основы полетов к планетам. Гомоновские траектории. Продолжительность полетов в зависимости от выбранной траектории.

4. Методы и инструменты астрофизических исследований.

Рождение всеволновой астрономии. Открытие рентгеновских и гамма источников. Оптические телескопы. Различные системы зеркально-линзовых телескопов. Радиотелескопы и понятие о радиоинтерферометрах. Основные характеристики телескопов.

Внеатмосферная астрономия. Законы излучения. Спектрографы (призменные и с диффракционной решеткой). Спектры различных источников. Понятие о дисперсии. Эффект Доплера в спектрах. Астрономический Институт АН РУз и его Высокогорный филиал (Майданакская обсерватория). Научная деятельность ученых-астрономов Узбекистана. Обсерватория Улугбека в Самарканде и ее главный инструмент - секстант.

5. Физическая природа тел солнечной системы.

Общие сведения о Солнце. Спектр Солнца. Фотосфера и наблюдаемые на ней объекты. Физическая природа пятен и их периодичность. Хромосфера, ее спектр. Образования хромосферы. Протуберанцы и хромосферные вспышки. Магнитные поля активных образований. Солнечная корона и её радиоизлучение. Источники солнечной энергии. Солнечная активность и её влияние на атмосферу и биосферу Земли.

Планеты земного типа. Меркурий и Венера. Земля. Физическая природа Луны. Марс и его спутники. Планеты гиганты. Юпитер и его спутники. Сатурн. Кольца Сатурна и его спутники. Уран, Нептун и Плутон. Новые сведения, полученные о планетах и их спутниках. Малые тела солнечной системы. Астероиды. Природа комет. Метеоры и метеориты. Современные представления о происхождении и эволюции тел солнечной системы.

6. Физическая природа звезд.

Звезды - главные объекты Вселенной. Годичный параллакс и определение расстояний до звезд. Абсолютная звездная величина. Связь между видимой и абсолютной звездными величинами звезд. Спектральный параллакс. Определение температуры звезд. Цвета звезд. Спектральные классы звезд. Диаграмма спектр-светимость. Определение радиусов звёзд. Методы определения масс звезд. Диаграмма масса-радиус-светимость. Внутреннее строение звезд и источник их энергии.

Двойные звезды. Физические переменные звезд. Цефеиды. Новые и сверхновые звезды. Нейтронные звезды. Понятие о "черных дырах".

7. Строение и эволюция Вселенной.

Строение и структура галактик. Звездные скопления. Газовые и пылевые туманности. Строение Нашей Галактики и местоположение Солнечной системы в ней. Вращение Нашей Галактики. Типы галактик и их основные характеристики. Галактики с активными ядрами. Квазары. Крупномасштабная структура Вселенной: местная система галактик, сверхгалактики. Красное смещение в спектрах галактик.. Определение расстояний до них. Закон Хаббла. Представление о расширяющейся Вселенной. Реликтовое излучение. Метагалактика. Современные представления о происхождении и развитии Вселенной, их методологический и мировоззренческий аспекты.

Тематика итоговых лекций.

1. Современные достижения астрофизики

2. Космонавтика вчера, сегодня и завтра.

3. Экологические аспекты космонавтики.

4. Астрономия средневекового Востока и её роль в развитии мировой астрономии.

5. Проблема внеземных цивилизаций.

6. Астрономия об НЛО и "космических" пришельцах.

4.7 Дидактические основы содержания астрономического образования в высших педагогических учебных заведениях

Закон «Об образовании» и «Национальная программа по подготовки кадров» принятые Олий Мажлисом Республики Узбекистан (август, 1997), как было отмечено ранее, предусматривают осуществление высшего образования в республике в двух этапах - бакалавриата и магистратуры.

Это в свою очередь, поставило ряд задач перед научно-педагогическими коллективами, методистами и учёными республики, в частности, на разработки, нормативной учебно-методической документации. Прежде всего, создать в содружестве c учеными вузов соответствующие новые учебные планы специальностей, а в дальнейшем государственные стандарты и на их основе разработать учебные программы и учебники.

В этой связи, исходя из целей и задач нашего педагогического исследования, наши поиски были направлены на разработку и создание учебно-методических комплексов для специальностей «Физика - астрономия» - бакалавриата (5140200) и частично для специальности «Астрономия» - магистратуры.

Общеизвестно, что содержание образования раскрывается и регламентируется тремя документами: учебными планами, учебными программами и учебниками. Среди этих документов, немаловажную роль играет учебный план, который устанавливает состав и объемы учебных дисциплин, их распределение по годам обучения, недельный объём учебной нагрузки и др.

Отметим, что вопрос о принципах построения учебного плана и для общеобразовательной и для высшей школ до сих пор продолжает вызывать среди педагогов всего мира большие споры [138, 139, 162] .

В мировой педагогике идут дискуссии о том, как строить структуру учебных планов, а также отдельных учебных предметов или из комплексов и проектов, в которых знания из различных наук группируются вокруг какого-нибудь практического дела или области исследования. Однако, на наш взгляд, всё таки наиболее распространённым в мировой практике приёмов создания учебного плана является предметная структура. Она лучше обеспечивает возможность формирования у студентов системы научных знаний, умений и целостной картины мира, чем какая-либо другая структура.

Предметный принцип построения учебного плана требует переосмысления состава содержания образования на уровне учебных дисциплин. Циклы учебных дисциплин намечаются учебным планом. В нём определяется набор учебных дисциплин, которые могут быть по разным основаниям объединены в отдельные группы: общеобразовательные, социально-общественные, гуманитарные, социальные, дисциплины по выбору и т.д. Через принципы построения учебного плана должны быть просмотрены все краеугольные идеи теории содержания образования. Например, принцип непрерывности и преемственности между ступенями обучения и одновременно действующий с ним принцип дифференциации содержания образования играют своеобразную контролирующую функцию по отношению к процессу формирования содержания образования.

Со способами учебного планирования так же связано понятие обязательного и необязательного содержания из-за существования ограничений на объём учебного материала. Так возникла идея разделения учебных дисциплин на обязательные и по выбору.

При определении количества учебных часов на каждую дисциплину принимаются во внимание, во-первых, роль и значение дисциплины в системе образования при подготовке специалиста, во-вторых, объём и содержание учебного материала, который должен быть изучен по данной дисциплине, в-третьих, дидактические особенности изучения той или иной дисциплины.

При создании учебных планов для специальностей «Физика - астрономия» бакалавриата (5140200), исходя из квалификационной характеристики специалиста «учитель физики и астрономии» для академических лицеев и профессиональных колледжей, в общеобразовательный блок учебного плана для педвузов были включены следующие учебные дисциплины: «Курс общей астрономии», «Основы космонавтики», «Общая астрофизика», «Методика преподавания астрономии» и «История астрономии».

В разделе «Курсы по выбору» данного учебного плана было запланировано чтение следующих курсов: «Современные методы астрофизики», «Физика Солнца», «Внутреннее строение и эволюция звёзд», «Космическая индустрия в будущем» и др.

При выборе этих дисциплин было также учтено, что в дальнейшем выпускники могут продолжить учёбу в магистратуре и быть готовы, к выполнению предстоящих научно-исследовательских работ в определённом направлении астрофизики - магистерские диссертации.

Были разработаны государственные стандарты общеобразовательных астрономических дисциплин с указаниями требований к студенту по объёму приобретаемых знаний, навыков и умений для каждой дисциплины в отдельности. Эти стандарты, после нескольких доработок с учётом отмеченных экспертами недостатков и недочётов, в числе стандартов по другим дисциплинам, разработанными кафедрами педагогического университета им.Низами представлены Научно-исследовательскому институту проблем высшей школы и были утверждены в начале 2002 года.

На основе государственных стандартов учебных дисциплин было разработано их содержание. При определении содержания учебных дисциплин по астрономии мы руководствовались нижеследующими теоретическими положениями.

Из педагогической литературы [163] известно, что дидактическая модель учебной дисциплины состоит из двух блоков: основной - или содержательной, куда входит, в первую очередь, то содержание, ради которого учебная дисциплина введена в учебный план, и блок средств или процессуальный блок, обеспечивающий усвоение знаний, формирование различных умений, воспитания и развития студентов.

Известно также, что несмотря на многофункциональности каждой учебной дисциплины, у каждой из них есть ведущая функция [52, 164]. Ведущими компонентами астрономии, как и других дисциплин естественного цикла (физика, химия, биология и др.) могут выступать научные знания. Поэтому, основной блок в зависимости от функции учебной дисциплины, наполняется содержанием в соответствии с ведущим или ведущими компонентами.

В процессуальный блок входят комплекс вспомогательных знаний: межнаучные знания (логические, методологические, философские) историко-научные, межпредметные и оценочные знания. Сюда же относятся формы организации процесса обучения (лабораторные работы, практикумы, экскурсии и т.д.) и способы деятельности (общенаучные, математические, наблюдательные, работа с астрономическими календарями, справочниками, звёздными картами, атласами и другая деятельность) студентов.

При структурировании содержания учебной дисциплины следовало учитывать также тот факт, что от типа учебной дисциплины зависят и особенности отражения в нём науки. В учебные дисциплины с ведущим компонентом «научные знания» (куда входит и астрономия) основы науки отражаются непосредственно как система знаний и опосредованно как деятельность. Из них первое фиксируется учебной программой, а второе в определённой мере раскрывается в учебнике, в деятельности обучения. Непосредственно из науки учебная дисциплина в свой состав черпает основные её структурные элементы - понятия, факты, гипотезы, теории, законы и их взаимосвязь. Ясно также, что на пути из науки в учебную дисциплину должен существовать своеобразный фильтр, который пропускал бы только то содержание, которое необходимо для реализации целей обучения и удовлетворения требований предъявляемых к госстандартам.

Дидактические принципы конструирования содержания образования допускают большую его вариативность и различную сложность. Они формулируются в зависимости от типа учебной дисциплины. Что касается астрономии, из-за отсутствия непосредственного эксперимента с небесными объектами (если не учитывать незначительное начало таких экспериментов во второй половине XX столетия с телами Солнечной системы с помощью космических аппаратов) при конструировании ее содержания опираются на главный метод наблюдения.

При структурировании содержания учебного материала по астрономии, мы опирались также на вспомогательные знания. Прежде всего, на логические знания, которые необходимы для полноценного усвоения научных знаний и развития логического мышления студентов; на методологические и историко-научные знания, которые необходимы для сознательного системного усвоения основ наук, формирования научного мировоззрения и научного мышления студентов, а также на межпредметные и оценочные знания, которые привлекаются для «обслуживания» ведущего компонента данной учебной дисциплины и для воспитания эмоционально-мотивационной сферы студентов соответственно.

Кроме вспомогательных знаний, процессуальный блок включает в себя научные и практические способы деятельности и определённые формы организации процесса обучения. Руководствуясь дидактическими принципами о непрерывности и преемственности знаний, а так же на основе многолетнего опыта преподавания в ВУЗе, с учётом логико-структурного анализа нами был разработан следующий минимум содержания курса общей астрономии, и на его основе типовая программа для педвузов страны, которая прилагается к диссертации:

Введение

Предмет и задачи астрономии. Разделы курса общей астрономии. Краткий исторический очерк о развитии представлений о Вселенной. Роль восточных астрономов в истории мировой астрономической науки.

1. Основы сферической и практической астрономии

Небесная сфера и ее основные точки, линии и круги. Видимое годичное движение Солнца. Эклиптика. Зодиакальная область. Зодиакальные созвездия. Восточные названия созвездий и ярких звезд. Горизонтальная система координат. Экваториальная система координат. Теорема о высоте полюса мира. Кульминация светил. Видимое суточное вращение звездного неба на разных широтах. Параллактический треугольник и формулы преобразования координат. Основы измерения времени. Звездное время. Истинное солнечное время. Среднее солнечное время. Уравнение времени. Местное и всемирное время. Поясное и декретное время. Линия перемены дат. Календари: юлианский и григорианский. Мусульманские календари: лунный календарь хиджры и солнечный календарь хиджры. Календарь Умара Хайяма. Понятие о мучале.

3. Основы теоретической астрономии и небесной механики

Геоцентрическая система мира. Космологические взгляды Беруни и других ученых средневекового Востока. Движения планет на фоне звезд. Гелиоцентрическая система Коперника. Борьба за гелиоцентризм. Работы Дж.Бруно, Галилея. Конфигурации планет и условия их видимости. Периоды обращения планет (сидерический и синодический). Элементы орбит планет. Законы Кеплера.

Суточный и суточно-горизонтальный параллакс. Определение расстояний до тел Солнечной системы. Закон всемирного тяготения. Задача двух тел. Понятие о задаче трех тел. Возмущающее ускорение. Вычисление масс небесных тел. Движение и фазы Луны. Периоды Луны. Лунные и солнечные затмения. Условия затмений. Сарос. Вращение Земли вокруг оси. Прецессия и нутация. Приливы и отливы. Приливообразующее ускорение.

4. Основы астрофизики

Астрофизические методы. Астрофизические инструменты. Оптические телескопы и их основные характеристики. Радиотелескопы. Главные астрономические обсерватории мира. Главный инструмент Самаркандской обсерватории Улугбека. Астрономический институт АН РУз. Высокогорный комплекс Китабско-Майданакской обсерватории РУз. Основа астрофотометрии. Видимая и абсолютная шкала звездных величин. Международная система звездных величин UВV. Законы излучения. Спектральные закономерности и их применение при изучении небесных тел и их систем. Спектрографы и принципы их работы.

5. Физическая природа тел Солнечной системы.

Физические характеристики Солнца. Спектр Солнца и его химический состав. Фотосфера и ее образование. Солнечные пятна. Цикличность пятнообразовательной деятельности Солнца. Хромосфера и ее спектр. Хромосферные образования. Протуберанцы и хромосферные вспышки. Солнечная корона и ее радиоизлучение. Внутреннее строение Солнца. Солнечная активность и ее влияние на атмосферу и биосферу Земли. Ученые Узбекистана - исследователи физики Солнца.

Планеты земного типа. Спутники планет земного типа. Луна. Планеты-гиганты, их кольца и спутники. Исследование планет космическими аппаратами. Астероиды. Кометы, метеоры, болиды и метеориты. Комета Галлея и Тунгусский метеорит.

6. Звездная астрономия.

Годичный параллакс. Определение расстояний до звезд. Спектральный параллакс. Спектральная классификация звезд. Светимость звезд. Определение температур звезд. Диаграмма "спектр-светимость" (диаграмма Герцшпрунга-Ресселя). Определение размеров звезд. Двойные звезды. Визуальные и затменные двойные звезды. Вычисление масс звезд. Орбитальные элементы орбит двойных звезд. Диаграмма "масса - радиус - светимость". Спектрально-двойные звезды.

Физически переменные звезды. Цефеиды и звезды типа RR Лиры. Новые и сверхновые звезды. Пульсары (нейтронные звезды). Внутреннее строение звезд и их эволюция. Ядерные источники энергии звезд. Их собственные и пространственные движения. Роль узбекских астрономов в исследованиях собственных движений звезд. Движение Солнца. Апекс Солнца.

7. Строение и эволюция Вселенной.

Наша Галактика: строение, вращение и состав. Место Солнечной системы в ней. Шаровые и рассеянные скопления звезд. Диффузные и пыльевые туманности. Планетарные туманности. Распределение водородного газа в рукавах Галактики.

Внегалактическая астрономия. Классификация Галактик. Спектры Галактик. Взаимодействующие Галактики. Местная система Галактик. Сверхгалактики. Квазары. Элементы космологии. Красное смещение. Закон Хаббла. Нестационарная модель Вселенной. Модель горячей Вселенной. Основы космогонии. Происхождение и эволюция Солнечной системы.

ВЫВОДЫ 4 ГЛАВЫ

Содержание образования, как педагогическая категория, имеет свою социальную сущность и педагогическую принадлежность. Рассмотрение его как педагогической модели социального заказа, определение его состава, структуры и функции позволило сделать следующие выводы:

1. Определение структуры содержания непосредственно связано с функциями последнего, одна из которых служит средством формирования всесторонне развитой личности. Структура содержания образования отражает также связь между элементами его состава на каждом уровне его формирования.

2. Определены общие требования к содержанию астрономического образования для разных ступеней обучения.

3. Определен круг задач, которые легли в основу структурирования содержания астрономического образования для базового уровня.

4. Определены объем учебных понятий, теорий, законов и основных идей, а также умений и навыков, которые должны формироваться у учащихся и студентов при изучении на разных ступенях обучения астрономического материала - в основной школе и специальных курсов астрономии в средних специальных учебных заведениях и высшей школы.

5. Разработаны и систематизированы основные принципы отражения науки в содержании учебного предмета.

6. В структурировании содержания астрономического образования согласованы между собой разные точки зрения (психолого-педагогические, методические и др.) относительно структурных единиц содержания учебных предметов.

7. Разработано астрономическое содержание пропедевтических материалов (элементы астрономии и космонавтики) для начальных школ и базовое содержание астрономии для общеобразовательной девятилетней школы и минимумы содержания астрономического образования для средних специальных и профессиональных образовательных учреждений и высшей педагогической школы.

8. Содержание курса астрономии для академических лицеев физико - математического профиля должно углубляться с учетом углублённых программ физики и математики. Общеизвестно, что для изучения физической природы многих космических объектов, открытых в последних десятилетиях ХХ столетия, потребуются глубокие знания по физике(физики плазмы, принципы регистрации излучений, лежащих за пределы оптических в шкале электромагнитных волн и др.) и математике (для решения задач и выполнения лабораторных работ по астрономии). В этой связи для академических лицеев физико - математического профиля предоставлена разработанная нами учебная программа углублённого курса астрономии с объёмом 80 часов.

9. При подготовке учителей астрономии, содержание курса общей астрономии строится на базе астрономического содержания материалов интегративных курсов и элементарного курса школьной астрономии и состоит из трех компонентов: лекционных (90 ч.), практических (20 ч.) и лабораторных занятий (62 ч.) Общий курс астрономии охватывает следующие разделы: Сферической и практической астрономии, основы теоретической астрономии и небесной механики, основы астрофизики, звёздной астрономии, элементы космогонии и космологии.

ГЛАВА 5. МЕТОДИКА ОБУЧЕНИЯ АСТРОНОМИИ В СИСТЕМЕ НЕПРЕРЫВНОГО ОБРАЗОВАНИЯ

5.1 История и современное состояние обучения астрономии в общеобразовательных школах

Астрономия является древнейшей учебной дисциплиной. Требование практики уже давно приводило к необходимости обучения подрастающего поколения некоторым приёмам ориентировки по небесным светилам. Общее развитие материальной жизни общества, культуры, расширение деловых связей народов средиземноморского побережья, необходимость составления географических карт всё это требовало создания теории небесных явлений и строения планет, Солнца и Луны. Учёные средневекового Востока опираясь на эту теорию древности, одними из первых ввели изучение астрономии в медресе.

На средневековом Ближнем и Среднем Востоке центрами образования и науки были духовные учебные заведения-медресе. Исследованиями отечественных и зарубежных востоковедов доказано, что учебные заведения - медресе возникли именно в Средней Азии и отсюда распространились в другие страны. Первые конкретные упоминания о медресе встречаются в «Истории Бухары» известного арабского историка Наршахи. Он писал о медресе Фарджак, существовавшем ещё до крупного пожара в Бухаре в 936 году [165].

В то время Бухара была столицей централизованного феодального государства саманидов, крупным научным и экономическим центром Средней Азии. При саманидах в одном только Самарканде функционировало около 20 медресе. В этих учебных заведениях преподавалось не только религиозное учение, но и светские науки - математика, астрономия, и др., велись научные исследования, складывались научные школы.

В культурных центрах стран средневековой Средней Азии уже в IX -X вв. сложилась традиция, обязывающая преподавать в медресе крупных ученых. Опыт обучения наукам в медресе постепенно обогащался и распространялся по странам мусульманского мира, усваивался и совершенствовался отдельными учеными [166]. Так ещё в IX веке Хорезми синтезировал в своем творчестве и деятельности основные идеи, принципы и методы научного образования, которыми пользовались до него. Хорезми высоко ценил «Альмагест» Птолемея, как руководство по астрономии.

Содержание и методы научного образования, как ведущего фактора формирования человеческой личности, Хорезми понимал в первую очередь как сбор научных данных, наблюдаемых фактов и явлений, их описание и последовательное объяснение. В предисловии сочинения «Краткая книга об исчислении алгебры и ал-мукобаля» он писал: «ученые прошлых времен и ушедших народов не переставали писать книги по различным разделам науки… Один из них опередил других в том, что не разрабатывалась до него, и оставил его наследие тем, кто придёт после него. Другой комментирует труды его предшественников, и это облегчает трудности, открывает закрытое, освещает путь и делает более доступным» [167].

Эти высказывания Хорезми в известной степени раскрывает его взгляд на нравственность учёных и специфику науки и свидетельствует о том, что он широко использовал весь арсенал известных в то время методов, средств научного исследования и преподавания и учил этому своих учеников

Очень ценными были идеи у Фараби, относительно учебных предметов. В трактате «Слова о классификации наук» он подразделил математику на семь разделов (арифметика, геометрия, оптика, математическая астрономия, музыка, наука о тяжестях и наука об искусных приёмах), определил предмет каждого из них, дал рекомендации по обучению и самообучению им [168].

Настоящим педагогом в подлинном смысле этого слова был великий узбекский учёный Беруни. В своей научной и педагогической деятельности он опирался на все известные в его время достижения науки, пользовался самыми разнообразными методами и сам разрабатывал методику исследования и преподавания, уделял особое внимание вопросам содержания научного образования, его целям и методам. Он писал в «Индии»: «В начале среди индийских астрономов я занимал положение ученика по отношению к учителю, так как в их среде я был иноземцем, был недостаточно знаком с их достижениями и методами. Когда я немного продвинулся в ознакомлении с ними, я стал объяснить им истинные методы математических наук, и они стали стекаться ко мне во множестве, выражая удивление и стремясь получить от меня полезные знания» [169].

Беруни проявлял глубокий интерес к проблемам педагогики, придавал особо большое значение обучению математике. Его сочинение «Книга вразумления начаткам науки о звёздах» сыграла важную роль в развитии математики и астрономии в средневековом Востоке [32]. В ней собраны важнейшие сведения по арифметике, алгебре, геометрии и астрономии. Книга как основное учебное пособие, изучалась во всех медресе крупных городов средневекового Востока.

Рассуждения об оригинальности и значении высказываний о содержании и методах обучения, можно встретить в трудах Ибн Сины: «В каждой науке необходимо, прежде всего, знать определение предметов. А наличие их познается, в конце концов, посредством доказательства, так как они представляют собой явления, которые устанавливаются этой наукой … Изучающий науки должен, прежде всего, усвоит их, чтобы изучить данную науку. Другими словами, всякая наука, имеет предмет, проблемы и исходные принципы» [170].

Методы научного образования, по мнению Ибн Сины, опираются на взаимосвязь наук. Такая взаимосвязь бывает, по его словам «троякой». Во-первых, одна из двух каких-то наук может подчиняться другой, и тогда нижестоящая наука будет черпать свои принципы из вышестоящей. Во-вторых, обе науки могут иметь один и тот же предмет исследования, но одна из них будет рассматривать его по сути, а другая, с акцидентной стороны, и тогда первая делится некоторыми принципами со второй. Например, как физика, на которую опирается астрономия. В третьих, две науки могут изучать объекты, выступающие в качестве видов одного и того же рода. И тогда более простая наука, будет снабжать принципами менее простые, например, как арифметика и геометрия.

Много ценных высказываний, относительно методов обучения имеются в трудах У. Хайяма. Он писал, что метод обучения математики (куда входила и астрономия) можно сделать простым и совершенным, понятным всякому желающему. Самостоятельное изучение математики имеет огромное образовательное значение, «математические науки более всего заслуживают предпочтения» [34].

В XIII веке основатель Марагинской обсерватории (Иран) Насриддин Туси в своей книге «Наставление обучающемуся на пути обучения» отметил, что содержание науки и любого знания раскрывается в спорах и взаимном обмене вопросами и ответами. «Ищущий науки должен всё время размышлять о её тонкостях. Надо думать, прежде чем говорит, дабы это было правильно. Его слова и речь должны быть полезными во всех случаях и моментах и в отношении всех людей. Ищущий науки должен быть благородным… Кто терпелив в этом деле, тот получит такое удовольствие, какое несравнимо ни с какими другими удовольствиями» [171].

Известный учёный XV века Гиясаддин ал-Каши в «Письме об Улугбеке и Самаркандской научной школе» писал: «Через каждые несколько дней Его величество шах Улугбек присутствует на занятиях, в такие дни обычно бывают занятия по математике. Ваш покорный слуга тоже начал посещать эти занятия. Одно из правил ведущих здесь занятий состоит в следующем: лицо, которое приходит на очередное занятие слушателей, не знает какая проблема будет предложена для обсуждения, в то время как ученики медресе заранее получают этот вопрос и освежают свои знания перед занятиями» [172].

Эпоха возрождения потребовала коренного пересмотра прежних взглядов относительно мироздания. Открытие Коперника положило начало новой гелиоцентрической системы мира. Ещё в 1424 году итальянский гуманист Витторио да-Фельтре стремился отойти от средневекового схоластического обучения астрономии. Позже чешский педагог Я.А.Каминский ввёл основы астрономии в число предметов, которым обучались школьники. Затем астрономия прочно вошла в систему обучения европейской школы.

В России до Петра I были предприняты робкие шаги по ознакомлению русских с основами астрономии. Более решительные меры в этом направлении осуществил Петр I . В 1701 году он учредил школу «Математических и навигацких хитростно искусств учения» и эту дату надо считать узаконенного систематического обучения астрономии в русской школе [173].

В постановке преподавания основ астрономии в России большое значение имела деятельность Л.Ф. Магницкого. Он был автором первого русского учебника астрономии изданного в 1703 году, под заглавием «Арифметика сиречь наука числительная». Изложение элементов астрономии в ней начинается во введении, а во второй ее части определено содержание предмета астрономии и раскрывается её практическое значение для инженеров и «кораблеходцев» [174].

В академической гимназии, организованной М.В.Ломоносовым астрономия входила в курс математической географии. Так систематическое обучение астрономии перешло в общеобразовательную школу, каковой была академическая гимназия.

К концу XVIII и началу XIX веков преподавание астрономии вошло в учебные планы всех школ. В 1864 году новый Устав средней школы закрепил астрономию под названием «Космография» в классических и реальных гимназиях, но преподавание космографии в большей мере сводилось к сферической астрономии. Методика её преподавания была словесной, математизированной, без наблюдений [175].

В конце XIX в. в России возникли астрономические общества: сначала Нижегородский кружок любителей физики и астрономии, затем Русское астрономическое общество (РАО) в Петербурге. Большую роль в организации РАО сыграл астроном проф. С.П. Глазенап.