Теоретические основы содержания и методики обучения астрономии в системе непрерывного образования

На последнем пятнадцатом уроке, посвященном наблюдению Солнца, учащиеся ознакомятся с поверхностными образованиями Солнца (пятнами, факелами). Учащиеся, зарисовав на экране диск Солнца, контуры пятен и их групп, могут легко определить (с помощью подсказки учителя) угловые и линейные размеры этих образований. Наблюдения ночного неба и Солнца - днем должны сопровождаться рассказом учителя, охватывающим сведения о природе изучаемых объектов.

5.4 Основы обучения астрономии в академических лицеях гуманитарного профиля и профессиональных колледжах

Поскольку пока еще отсутствует специальная методическая литература по обучению астрономии для академических лицеев и профессиональных колледжей, то для этой цели в качестве руководства, учитель пока может пользоваться существующей литературой по методике преподавания астрономии в средней общеобразовательной школе. Её достаточно много [205-211], и многие методологические и дидактические аспекты преподавания астрономии в них являются, естественно, основой и для обучения астрономии в лицеях и профессиональных колледжах. Вместе с тем не следует забывать и о некоторых существующих особенностях и специфике обучения астрономии в академических лицеях и профессиональных колледжах. Прежде всего, эти особенности связаны с дифференциацией академических лицеев по направлениям (гуманитарный, физико-математический и т.д.) и многопрофильностью колледжей. О некоторых основных особенностях и методических приемах обучения астрономии в академических лицеях и профессиональных колледжах остановимся ниже. В последние годы достаточно много работ посвящено решению этой проблемы, в частности и работы автора [212-217].

Мировоззренческий потенциал современной астрономии велик. Знакомясь с астрономической картиной мира, с космическими явлениями и процессами, протекающими в недрах Вселенной, учащиеся получают представления о действиях известных им физических законов и закономерностей в необычных условиях космоса. Это не только расширяет кругозор учащихся, но и позволяет глубже усвоить ряд принципиально важных вопросов курса физики и техники.

При разработке содержания астрономического образования для академических лицеев гуманитарного профиля и профессиональных колледжей, исходя из цели обучения и согласно государственному стандарту астрономического образования, мы считали [218], что содержание должно отражать основы астрономической науки. Оно должно учитывать особенности мышления учащихся, имеющих склонностей к изучению гуманитарных дисциплин. А обучение учащихся фундаментальным теориям, законам и идеям астрономии должно иметь практическую, политехническую и гуманитарную направленность, и в результате подводить к мировоззренческим и методологическим выводам [211, 219, 220].

Курс астрономии в гуманитарных лицеях и профессиональных колледжах обязан существенно отличаться по целям, объему содержанию и, естественно, методами обучения (см. Таблицу 5.3). Он должен, прежде всего, давать учащимся общеобразовательную подготовку и учитывать специфику их будущих профессий.

Обучения астрономии в упомянутых образовательных учреждениях (в гуманитарных лицеях и профессиональных колледжах) должно преследовать следующие цели:

- изучение основных астрономических явлений и идей, формирование основных понятий;

- воспитание интереса к миру астрономических явлений;

- развитие познавательных способностей учащихся;

- формирование современного научного мировоззрения относительно мироздания;

- иметь представление о развитие прикладных направлений изучения космоса в будущем, в системе «Человек - Космос».

Объем политехнических умений для учащихся такого рода общеобразовательных учреждений невелик, для них надо упростить и уменьшить объем лабораторно практических занятий. Такого рода занятия должны, соответственно, носить наблюдательный (т.е. строится на базе астрономических наблюдений), качественный и тренировочный характер.

Учитывая тот факт, что учащиеся таких школ в основном не имеют склонности к абстрактному, теоретическому мышлению, по сему следует избегать сложных математических выводов, не делать акценты на строгие определения и абстрактные астрономические понятия.

Кроме того, при организации учебно-воспитательного процесса при обучении астрономии следует обратить внимания на следующие факторы:

- с целью гуманитаризации обучения, целесообразно усилить исторический подход к обучению и заострить внимание учащихся на истории становления научных взглядов, идей и космологических представлений;

- исторические обзоры, посвященные открытию основных законов небесной механики, астрофизики, биографии ученых (Кто был предшественником ученого в изучении рассматриваемого явления? Какова была историческая обстановка в стране, где он жил и творил?);

- широко использовать художественные произведения. Различные приемы использования отрывков из художественной литературы (Назовите астрономического явления, которое описывается в зачитанном отрывке? Составьте задачку, используя предложенный вам текст. Дайте объяснения с физической точки зрения описанному астрономическому явлению?);

- широко пользоваться научно-популярной и научно-фантастической литературой;

- при объяснениях учебного материала широко применять такие методы, как аналогия, образность, сравнения, моделирование и т.д.;

- широко применять наглядные пособия, компьютерные технологии и другие средства;

- использовать в обучении средства занимательности (занимательные задачи, парадоксы, викторины и др.);

- применять различные формы уроков, в том числе нетрадиционные;

- многие астрономические явления изучать на базе наблюдательных уроков.

Современная астрономия, оперирующая грандиозными пространственно-временными масштабами и экстремальными значениями состояний (температуры, давлений, плотности и др.) различных форм материи, приобщает учащихся к такой разновидности абстрактно-логического мышления, которую можно было бы назвать "космическим мышлением". Едва ли нужно доказывать, насколько необходимо нетрадиционное творческое мышление людям, работающим с современной техникой и создающим своими руками материально-техническую базу.

Уроки астрономии помогают учащимся осознать грандиозность и масштабность космических свершений, понять необходимость международного сотрудничества в освоении космоса и почувствовать, что познание тайн Вселенной должно делать людей добрыми и гуманными.

Являясь мировоззренческим, общеобразовательным учебным предметом, вносящим немалый вклад в образованность и общую культуру учащихся, астрономия должна дать им ряд умений и практических навыков. К их числу относится умение объяснять различные астрономические явления - восход и заход светил, смену времен года, смену лунных фаз, затмения Луны и Солнца, периодическое появление комет и метеоров, неисчерпаемости энергии Солнца и звезд и т.д.

В курсе астрономии учащиеся гуманитарных лицеев и профессиональных колледжей ознакомятся со звездным небом, важнейшими яркими навигационными звездами, простейшими способами ориентировки по небесным светилам. Они приобретают навыки работы с подвижной картой звездного неба, астрономическими календарями, справочниками и школьными телескопами.

Также следует отметить, что изучение строения Солнечной системы, Галактики и их систем, занятия, связанные с астрономическими наблюдениями, в особенности, имеют немаловажное значение для эстетического и нравственного воспитания учащихся [97, 221-223].

Курс астрономии для академических лицеев гуманитарного профиля и профессиональных колледжей должен давать учащимся общеобразовательную подготовку и учитывать специфику их будущей профессиональной деятельности. В курс астрономии для них нет необходимости включать астрономический практикум, можно сильно упростить характер практических занятий по решению задач и лабораторных работ по наблюдениям. В курсе астрономии для гуманитариев предпочтение должно быть отдано на занимательности содержания излагаемого материала, на практических занятиях иметь дело главным образом с качественными и тренировочными задачами [224].

При изложении учебного материала на уроках необходимо учитывать, что учащиеся гуманитарных лицеев, как правило, не имеют склонности к абстрактному теоретическому мышлению. Поэтому следует избегать сложных математических выводов.

С целью гуманитаризации астрономического образования целесообразно усилить исторический подход к обучению [93, 225-227]. Основные разделы курса астрономии полезно завершить рассмотрением истории становления научных взглядов на соответствующую область знания. Такие исторические экскурсы позволяют проследить диалектику процесса познания. Желательно знакомить учащихся с историей наиболее важных, часто встречаемых в природе законов, в частности астрономических (небесной механики, излучения абсолютно черных тел и др.), биографиями ученых, особенно создателей средневековой астрономии - знаменитых астрономов Востока, что имеет не только познавательное, но и большое воспитательное значение [228 - 230]. Трудолюбие, скромность, преданность Родине, гражданская активность многих ученых- астрономов являются примерами достойными подражания.

Таблица 5.3

Цели и методы обучения астрономии в академических лицеях гуманитарного профиля и профессиональных колледжах

В процессе преподавания астрономии необходимо широко использовать художественную литературу [231 - 235]. Приемы использования отрывков из художественных произведений на уроках астрономии разнообразны. Одни из них включаются учителем в объяснение учебного материала, другие используются им в виде разнообразных заданий для учащихся. Можно предлагать школьникам самим выписывать цитаты из книг, в которых речь идет о том или ином астрономическом явлении (особо часто такого характера материалы в виде прозы или поэзии встречаются в произведениях классиков), а затем устраивать обсуждения сделанных ими выписок в классе.

Использования заданий, связанных с изучением истории, литературы и других предметов гуманитарного цикла, будут способствовать гуманитаризации курса астрономии, облегчению его усвоения учащимися. Этому же должны содействовать доходчивость и образность объяснения учителем нового материала, широкое применение астрономических наблюдений (в частности и самостоятельных) и ТСО, организация уроков на базе современных информационных технологий, разнообразие форм организации учебного процесса (урок-лекция, беседа, нетрадиционные уроки, конференции и др.), использование средств занимательности обучения, на основе построения кроссвордов, ребусов, имеющих астрономическое содержание, показ эффектных опытов, при решение задач - парадоксов, задач исторического содержания и др. [236 - 241].

5.5 Особенности преподавания астрономии в академических лицеях физико-математического профиля

Углубление астрономических знаний в академических лицеях физико-математического профиля, как было отмечено ранее (4.6, Гл. 4), диктуется углублением знаний по учебным программам по физике и математике для такого рода учебных заведений [242, 243].

Программа с углублённым изучением астрономии предусматривает более широкое использование физических и математических знаний учащихся. Такая возможность обеспечена увеличением времени на изучение физики и математики. Достаточная математическая подготовка учащихся облегчает показ индуктивного способа установления основных законов природы на основе обработки результатов наблюдений и эксперимента, и дедуктивного пути получения следствий из фундаментальных теоретических положений. А углубленная физическая подготовка учащихся даёт широкую возможность углубить и расширить у них знания по астрофизическим направлениям (см. Таблицу 5.4).

Для углубления знаний и навыков учащихся по астрономии, ее преподавание не должно ограничиваться материалами базисной программы. Оно должно включить и многие вопросы из программы факультативных курсов («Физика космоса» и «Основы космонавтики») [244], вопросы по дополнительным учебным пособиям по астрономии, рассчитанным на учащихся школ и классов углублённого изучения астрономии ( М. М. Дагаев, В.М. Чаругин «Астрофизика», Е. П. Левитан «Физика Вселенной», А. Д. Марленский «Основы космонавтики» и др.) [245 - 247].

В программе углублённого курса астрономии уделяется также особое внимание рассмотрению глобальных явлений природы («Земля как планета») и её охраны. При этом неизбежна интеграция знаний не только из различных разделов физики и астрономии, но и из других наук о природе - химии, биологии и географии.

Важным моментом в формировании у учащихся научного мировоззрения является чёткий показ условий и границ, применяемых законов и теорий небесной механики и астрофизики. В этом отношении особое внимание уделяется изучению методологическим аспектам фундаментальных физических принципов: соответствия, симметрии, относительности и сохранения.

Теперь переходим к особенностям преподавания астрономии в академических лицеях физико-математического профиля, где эти предметы изучаются по углубленной программе [248]. В углублённой программе по физике при изучении раздела механики включены следующие темы: «Понятия о современных методах измерения расстояний. Пространственные масштабы природы. Использование периодических и равномерно протекающих явлений для измерения времени. Временные масштабы природных явлений. Рассмотрение этих вопросов в курсе физики позволяют изучить основы определения расстояний до тел солнечной системы с помощью лазерного и радиолокационного методов, не ограничиваясь приведённой в традиционном учебнике астрономии параллактическими методами. Они также позволяют расширить и углубить содержание курса по вопросам измерения времени, в то время как в 34-х часовом курсе астрономии для средних общеобразовательных школ на изучение темы «Время и календарь» выделялось меньше одного часа. А многолетний опыт показывает, что для того чтобы объяснить вопрос учащимся - «По какому времени идут наши часы?» и дать понятия о существующих календарях понадобится минимум 3 часа. Сначала надо дать понятия о звёздном времени и звёздных сутках, потом на основе этих понятий формировать понятие - «истинное солнечное время» и только после этого опираясь на последнее, можно будет объяснить «среднее солнечное время», время по которому идут наши часы. Поскольку наши часы показывают поясное время, то необходимо формировать у учащихся также понятия о местном, поясном и всемирном временах и о связи этих времён.

Что касается календаря, то до сих пор школьная программа предусматривала понятие только о григорианском календаре, а о восточных календарях не было сказано ни слова. В связи с приобретением независимости нашей Республикой, и задачей, поставленной перед средней общеобразовательной школой о приобщении учащихся к культурному наследию наших предков, был включен в программу углублённого курса астрономии материал о Восточных календарях - лунный и солнечный календари хиджры.

Понятия о лунном и солнечном календарях хиджры достаточно чётко изложены в трудах И.С.Селешникова [249], И.А.Климишина [250], В.В.Цыбульского [251] и др. Учитель кратко расскажет об истории реформы этих календарей, об основателях. Как известно лунный календарь хиджры был основан пророком Мухаммедом, затем от его имени реформирован халифом Умар ибн Хаттабом. А солнечный календарь хиджры основан Умаром Хайямом по просьбе сельжукского султана Маликшаха [121]. Особо следует отметить, что календарь Умара Хайяма был одним из самых точных календарей мира (намного точнее чем действующий у нас григорианский календарь, ошибка которого за год составляет 19,5 сек.). При изложении данной темы следует давать понятие о мучале, имеющий 12-ти летний цикл в основе которого лежит древнекитайский цикличный календарь. Включение в программу углублённого курса физики темы «Ознакомление с современными методами и приборами для измерения времени» обязывает изучить в курсе астрономии (дать понятия) о кварцовых и атомных часах, дать понятия о принципах их работы и их точностях (10^-5 c. и 10^-12 с. соответственно). Включённые в раздел «Основы динамики» - «Явления наблюдаемые в неинерциальных системах отсчёта. Искусственная тяжесть. Центробежные механизмы» широко применяются в космической технике. Для создания эфирных (орбитальных) городов - «космических колоний» в будущем. Космическими агентствами развитых космических держав разработаны несколько проектов, началось строительство (со второй половины 90-х годов) международной космической станции (МКС), в строительстве которой участвуют 16 развитых стран.

Упомянутые темы дают возможность развернуть вопросы космической индустрии - запланированной в XXI веке. Эти материалы сильно расширят и углубят содержание раздела «Элементы космонавтики» углублённого курса астрономии, существенно обогатят знания учащихся по космонавтики.

Раздел, включённый в программу углубленного изучения физики «Вращательное движение твёрдых тел», предусматривает вывод основного уравнения динамики вращательного движения, изучение момента инерции, использование вращательного движения в технике. Эти учебные материалы также находят широкое применение в космонавтике при изучении вопросов ракетно-космической техники, управление полётом и др. Поэтому позволяют широко освещать эти вопросы при изучении раздела курса космонавтики.

В разделе «Молекулярно-кинетической теории» предусмотрено изучение тем - «Динамические и статические закономерности. Вероятность события. Микро и макроскопических физических величин. Распределение как способ задания состояния системы. Распределение Максвелла. Опыт Штерна. Опыты Перрена». Эти углубленные материалы очень пригодятся в углублении и расширении знаний по звёздной статистике (распределение звёзд в Галактике на основе вероятностей), определению химического состава на основе полученного спектра, распределению атомов по энергетическим уровням, состояниям звёздных атмосфер и т. д.

Они позволяют глубже изучать физические состояния атмосфер небесных тел, применяя газовые законы, вероятности событий на основе изученных в курсе физики состояний макроскопических систем.

На основе Максвеллова закона распределения скоростей, результатов опыта Штерна и Перрена легко интерпретировать профили линий Солнца, планет и других небесных тел, тем самым углубить знания учащихся по физической природе тел Вселенной.

В программе по этому разделу предусмотрено также изучение темы «Образование кристаллов в природе и получение их в технике». Общеизвестно, что самые дорогие кристаллы из числа искусственно выращиваемых, которые широко применяются в технике и радиоэлектронике, выращиваются в условиях космоса, т.е. в невесомости и условиях высокого вакуума. Поэтому при изложении темы «Народно-хозяйственное значение космонавтики» (на уроках астрономии) учитель более подробно может рассказать об искусственном получении кристаллов в условиях космической техники и вакуумной технологии вообще, а также о других технологиях невесомости, просвещая учащихся тем самым о роли и значении космонавтики в жизни современного общества. В разделе «Магнитное поле» углублённой программы по физике включены темы «Электрические заряды в электрическом и магнитном полях. Ускорители заряжённых частиц. Масс спектрограф», а раздел «Электрический ток в различных средах» содержит темы: «Понятие о плазме. МГД - генератор», которые являются очень важными с точки зрения астрофизики. Дело в том, что знания полученные учащимися по этим материалам позволяют понимать многие физические процессы, протекающие в атмосфере и недрах небесных тел и их систем. В частности при изучении темы «Солнце» курса астрономии учитель может углубить и расширить знания учащихся о физической природе солнечных пятен, на основе знаний о взаимодействии плазмы (ионов и заряженных частиц) и магнитного поля, появиться возможность объяснить выбросы, возникновения пятен и их групп и других активных образований Солнца (протуберанцы, хромосферные вспышки и др.) [252, 253]. При изучении природы планет эти знания очень пригодятся для объяснения существующей их магнитосферы, возникновения радиационных поясов вокруг планет (в частности вокруг Земли и Юпитера), их формы и состава. На базе учебных материалов, приобретённых из углублённого курса физики, появится возможность также объяснить многие вопросы, связанные с механизмом воздействия Солнечной активности на атмосферу и биосферу Земли (полярные сияния, увеличение концентрации ионов в верхних слоях атмосфер и их последствия на распространение радиоволн, магнитных бурь и их влияние на биологическую сферу Земли и т.д.)[254]. Понятия о плазме и взаимодействии частиц с магнитным и электрическим полями, являются очень ценными также для понимания физики атмосферы звёзд, туманностей и межзвёздной среды.

В главе «Колебания и волны» программы углубленного курса физики существуют разделы, в содержание которых включены темы «Дифракционная решётка. Дифракционный спектр. Определение длины световой волны. Понятие о голографии. Поляризация света и её применение в технике. Дисперсия и поглощение света. Дисперсионный спектр. Спектроскоп». Эти учебные материалы предоставят учителю астрономии широкую возможность углубить и расширить содержание раздела «Астрофизические методы и инструменты» курса астрономии.

Углублённые знания по оптике, предусмотренные программой позволят поглубже ознакомиться с оптическими телескопами, о сферических и хроматических абберациях, намного облегчат и сделают доступным изложение учебных материалов, которые связаны с принципами работ астрофизических инструментов (разного рода телескопов, спектрографов и др.)

А изучение тем: «Электромагнитные излучения различных длин волн - радиоволны, инфракрасное излучение, видимое излучение, ультрафиолетовое, рентгеновское и гамма-излучение. Свойства и применение этих излучений». На основе этих знаний стало возможным раскрыть суть таких важных, с точки зрения новой астрономии, как «Как астрономия из оптической за несколько десятков последних лет, стала всеволновой? Как возникла внеатмосферная астрономия? Как регистрируются разного рода излучения, поступающие от космических объектов, с помощью каких приёмников? Каковы принципы работы этих приёмников? » и т.д. Другими словами, эти знания предоставляют возможность для изучения элементов внеатмосферной астрономии, приборов, детекторов и телескопов, с помощью которых регистрируются невидимые лучи, поступающие от космических объектов. Поскольку часто наблюдения небесных тел в невидимых лучах (особенно в коротковолновом диапазоне) связаны с космической техникой, то частично придётся включать в содержание астрономии также и материалы этой техники (специальные автоматические станции типа «Астрон», «НЕАО-1,2», «OSO» и др.)

Углубление знаний по физике за счёт включения в раздел «Физика атома» темы - «Происхождение линейчатых спектров. Спектры излучения и поглощения.» представляет учителю физики широкое поле действий по изучению небесных объектов, которые являются источниками линий частого спектра, спектров поглощения и излучения (хромосферу, солнечную корону, туманностей и др.).

Новые знания, полученные из курса физики, позволяют углубить и расширить знания по механизму образования спектров небесных тел и спектральному анализу. На базе этих знаний учитель может организовать практические занятия по вычислению лучевых скоростей (на основе принципа Допплера), определению величин смещения линии в спектре и изменения длин волн спектральных линий и, опираясь на результаты измерений, может проводить отождествление спектральных линий, объяснить многие явления и процессы, протекающие в активных областях Солнца, в атмосферах звёзд, особенно явления, природа которых связана с поляризацией излучения (в солнечных пятнах, короне, звёздах с достаточно большой напряжённостью магнитного поля и др.). Механизмы излучения диффузных и планетарных туманностей связаны с поглощениями и затем с излучениями атомов, которые входят в их состав, т.е. в сущности эти материалы являются физикой холодной плазмы. В силу этих обстоятельств, знания о физике плазмы, полученные учащимися из курса физики позволяют также углубить и расширить знания учащихся по наиболее часто встречаемым объектам нашей Галактики - газопылевым туманностям.

Таблица 5.4

Углубленное содержание астрономии, соответствующее углубленному содержанию физики для лицеев физико-математического профиля

Изучение темы: «Термоядерные реакции. Создание и удержание высокотемпературной плазмы, Токамак. Успехи и перспективы ядерной энергетики» (в разделе «Физика атомного ядра») являются основой для включения новых знаний по астрономии. Опираясь на эти знания можно углубить и расширить содержание тем «Внутреннее строение и источники энергии звёзд. Эволюция звёзд. Нейтронные звёзды (пульсары) и чёрные дыры».

Можно более подробно (при изучении ограничиваться понятиями о существовании таких звёзд, а рассказ о ходе эволюции носит описательный характер) рассказать о существующих термоядерных реакциях - о протонно-протонном цикле для звёзд класса типа Солнца и углеродно-азотном цикле для звёзд более ранних классов. Свободно можно также изложить, на основе знаний, полученных из курса физики, причины вспыхивания новых и сверхновых звёзд, состояния вещества в нейтронных звёздах и, частично, в «чёрных дырах».

В целом, суммируя изложенное здесь содержание и методику его изложения, последовательность и системность которого достаточно хорошо согласуется с логико-структурным содержанием учебной программы, можно убедиться, что углубление астрономического образования наряду с физикой и математикой для академических лицеев физико-математического профиля является вполне необходимым условием для подготовки высококвалифицированных педагогических кадров по физике, математике и астрономии.

5.6 Некоторые особенности преподавания астрономии в высшей педагогической школе

Более четверти века в стенах Государственного педагогического университета имени Низами готовятся учительские кадры по специальности “Физика и астрономия”. С 1976 г., наряду с другими педвузами бывшего СССР, наш университет осуществлял набор студентов для будущих учителей физики и астрономии. С тех пор выпущено более чем 500 учителей физики-астрономии для школ республики.

Известно, что современная наука астрономия сильно отличается по содержанию от астрономии 50-60-х годов прошлого столетия. В связи с научно-техническим прогрессом, переживаемым нашей цивилизацией, появились сверхточные и очень зоркие астрономические наблюдательные инструменты, а космическая техника расширила наблюдаемый диапазон электромагнитных излучений.

Учёными-конструкторами созданы инструменты, позволяющие вести наблюдение за звёздным небом в ультрафиолетовом, рентгеновском и гамма диапазонах вне атмосферных условиях. Развитие космонавтики начиная с 60-х годов стала благоприятной почвой для становления внеатмосферной астрономии.

Всё это позволило развитию астрофизики с невиданным размахом, особенно в области физики Солнца, звёзд и их систем. В развитии астрофизики немаловажную роль сыграла также радиоастрономия, благодаря которой астрономы смогли изучать природу наиболее отдалённых объектов вселенной.

Естественно, что в эти годы перед педагогическими вузами страны в астрономической подготовке будущих учителей физики и астрономии ставились большие требования, соответствующие духу и развитию современной астрономии.

Учебная программа курса общей астрономии для педуниверситов в настоящее время содержит более 90 ч. лекционных и почти столько же (82 ч.) лабораторно-практических занятий [255].

Курс общей астрономии содержит разделы: «Основы сферической и звёздной астрономии», «Строение Солнечной системы и основы теоретической астрономии и небесной механики», «Основы астрофизики», «Звёздная астрономия», «Проблемы космологии и эволюции небесных тел».

Основываясь на знаниях студентов, полученных на занятиях по геометрии и математического анализа на начальных курсах, при изучении раздела «Сферической и практической астрономии» имеется возможность разъяснить студентам взаимосвязь теории и практики, именно в этом разделе имеется наибольшее число конкретных примеров прикладного характера, ради которых в древности возникла астрономия как наука.

Овладение этим разделом немыслимо без овладения понятиями сферической и практической астрономии. Первоначальные понятия сферической астрономии («Звёздное небо», «Небесная сфера», «Созвездия» и т. д.) были введены путём абстракции из окружающей нас материальной действительности, они отражают, при этом, знаки, свойства, закономерности окружающего нас мира [256].

Основными понятиями при изучении раздела сферической астрономии являются понятия об основных точках, линиях и кругов небесной сферы (полюс мира, ось мира, круги склонения, и высот, математический горизонт, небесный экватор, эклиптика и пр.), об экваториальных и горизонтальных небесных координатах, о кульминациях светил и др.

Богата также понятиями практическая астрономия. В частности при, изучении раздела «Измерение времени», студенты сталкиваются с такими понятиями как «звёздное время», «истинное солнечное время», «среднее солнечное время», «уравнение времени», «местное, всемирное, поясное, декретное и летнее время» и т. д.

Прежде чем формировать какие-либо понятия у студентов, преподаватель должен ясно себе представить сущность и свойства этих понятий. Известно, что сущность определения понятий заключается в перечислении существенных признаков предмета, отображенных в данном понятии. Перечислить существенные признаки часто бывает делом не лёгким, однако задача упрощается, если опираться на понятия ранее установленные (родственные или сходные).

Например, при формировании понятия полюса мира следует опираться на видимые суточные круги звёзд, которые для наблюдателя всегда окажутся концентрическими кругами. Общий центр этих кругов - точка, которая останется неподвижной и условно названа полюсом мира. А при введении понятия ось мира следует в свою очередь опираться на понятия полюс мира, т.е. даётся следующее определение: «Ось видимого вращения небесной сферы, соединяющей полюса мира и проходящая через глаз наблюдателя называют осью мира».

Когда вводится понятия «круги склонения», «небесный экватор», «суточные параллели», а также понятия о небесных координатах и звёздных картах можно добиться большого успеха, если учитель знает, как провести аналогию между этими небесными координатами и координатами на сфере Земли, уже известными учащимся из курса географии («земной экватор », «меридиан», «параллель» и др.).

Понятие «небесный меридиан» играет существенную роль при объяснении явлений как «кульминация светил», «полдень», «полночь», а затем и при определениях времени. В этой связи очень важно, насколько чётко дано ему определение в школьном курсе астрономии. Понятие «небесный меридиан» базируется на такие понятия как «полюс мира», «зенит», «надир», другими словами, он определяется так: «Небесным меридианом называют большой круг, который проходит через полюса мира, зенит и надир».

Другим важным понятием является «эклиптика». Главным определяющим свойством этого понятия является то, что она отображает на небе среди звёзд видимое годичное движение Солнца. Другие его признаки - наклон к плоскости экватора, величина наклона, и что она также как небесный экватор является большим кругом и при пересечении с экватором делится пополам. Сведения о том, где находится Солнце в дни солнцестояний и равноденствий на ней, облегчает формирование данного понятия у учащихся.

Чёткое определение понятия «эклиптики» и его формирование у учащихся позволяет им легко определить местонахождение Солнца на небе в любое время года, вместе с тем и описать его видимое движение относительно горизонта на определённой географической широте. Через «эклиптику» легко формировать понятие «зодиакальное созвездие».

Вопросы практической астрономии связаны с измерением времени («звёздное время», «среднее солнечное время», «уравнение времени» и пр.) и определением географических координат. Формирование этих понятий опирается на известные из школьного курса астрономии понятия - «звёздные и солнечные сутки». Помимо этих понятий в курсе общей астрономии вводятся такие понятия как «среднее экваториальное солнце», «среднее эклиптикальное солнце». Эти понятия необходимы для связи «истинного солнечного времени» со «средним солнечным временем».

К изучению темы «Календари» можно приступить после формирования у студентов понятий «тропический год», «синодический месяц», «средние солнечные сутки», и др. Программа курса общей астрономии рекомендует изучать для педвузов республики, кроме юлианского и григорианского календарей, наиболее распространённые в мусульманском мире календари - лунный и солнечный календари хиджри, основателем которых были, соответственно, и сам пророк Мухаммад (поэтому и называется магометанским), и учёный средневекового Востока, основатель Исфаханской обсерватории в XI веке Умар Хайям.

Определение географических координат местности (долготу и широту), объясняется студентам, соответственно, на основе определения верхней и нижней кульминации одного и того же светила на данном месте и разности местных времён местностей.

Изучение второго раздела («Строение солнечной системы и основ небесной механики») начинается с объяснения видимых движений планет на фоне звёзд. Исторический экскурс на мироздание охватывает период развития космологических взглядов учёных от Аристотеля до Птолемея. Затем переходят к гелиоцентрическому учению Коперника. Здесь следует обратить внимание студентов на сущность и революционность данного учения в мировоззренческом плане. Рассказывая о работах Г. Галилея, Дж. Бруно в распространении и развитии учений Коперника, следует подчеркнуть, насколько дорого обошелся поиск истины.

Одной из главных и имеющей наибольшее значение тем небесной механики является обобщенные законы Кеплера. Поэтому при их изучении следует подчеркнуть универсальность и важность открытых Кеплером законов, их роль в развитии современной космонавтики.

Закон всемирного тяготения Ньютона и уточнённый им третий закон Кеплера позволили определить массы небесных тел. Рассказывая об открытии данного закона, следует отметить, что определение масс небесных тел с помощью этого закона имело огромное значение в изучении движений этих тел в динамической связанной их системе, а так же их эволюцию.

В этом разделе изучается движение и фазы Луны. Рассматриваются задачи двух и трех тел, возмущающие силы и их влияние на орбитальные элементы движущихся тел (пример - Лунная орбита). Огромное значение имеет в формировании научного мировоззрения у студентов изучение таких астрономических явлений, как фаза Луны, затмения. Так научные представления об этих явлениях природы формировались миллионы лет. Истинную природу затмений раскрыли китайские учёные еще в третьем тысячелетии до н. э.

В отличие от предыдущих уровней, изучение этих явлений (в начальной школе в курсе «Природоведение», затем и в курсе астрономии 11 класса), содержание общей астрономии полностью раскрывает условия наступлений затмений Солнца и Луны.

Во вводной части раздела «Основы астрофизики» надо указать роль астрофизики в развитии естественных наук. О том, как сравнительно молодая наука астрофизика, благодаря быстрому темпу своего развития, поставила много проблем перед физиками, решение которых может дать заметные уточнения существующим законам физики. Эти проблемы, прежде всего, связаны с физикой плазмы, источниками сверхвысокой энергии, сверхплотными состояниями вещества, т.е. с физикой сравнительно новых объектов Вселенной - квазарами, пульсарами и природой «чёрных дыр» [42, 257].

После рассказа о современных астрофизических методах преподаватель переходит к астрофизическим инструментам и следует начинать с оптических телескопов - рефракторов и рефлекторов. Чётко сформулировать назначения телескопов, ознакомить студентов с ходом лучей в различных системах (Галилея, Ньютона, Кассаргена, Григори и др). Затем можно переходить к основным характеристикам телескопов. Сравнить эти характеристики с характеристиками человеческого глаза, как приёмника излучения. Рассказать о крупных современных телескопах мира и их возможностях. Следует подробно описать предмет и задачи астрофотометрии. Когда речь пойдёт о шкалах звёздных величин, дать понятие о колориметрии (международных UBV системах).

Учитывая тот факт, что законы излучения подробно изучены в разделе «Оптика» курса общей физики, во избежание повтора, не следует глубоко проникать в содержания этих законов, лучше ограничиться коротким рассказом, с целью восстановления их в памяти студентов.

Более подробно следует остановиться на методах определения температур звёзд и планет, а так же на принципе определения лучевых скоростей (принцип Доплера), изучение спектральных приборов и их характеристик, формировать у студентов представления о спектральном анализе, как об одном из основных методов астрофизики [258].

В астрономической подготовке будущего учителя астрономии и физики важную роль играет изучение вопросов физики Солнца [253, 259]. Потому что Солнце типичная, ближайшая и в то же время единственная звезда, которую можно наблюдать и изучать детальнее, чем какую-нибудь другую звезду. И его изучение является основой изучения звёзд вообще. Кроме того, Солнце оказывает влияние на природу всех тел Солнечной системы: планет, малых планет, и описание природы этих тел опирается на выяснение солнечно-планетных и солнечно-кометных и такого рода других связей. Важность изучения природы Солнца для будущего учителя обуславливается и тем, что изучение природы Солнца можно сопровождать со значительным количеством наблюдательных и лабораторных работ астрофизического содержания [260, 261].

Особо следует уделять внимание изучению активных образований Солнца: солнечных пятен, протуберанцев, хромосферных вспышек, физическим процессам, протекающим в них. Так как при этом на ярких примерах, студенты ознакомятся с прикладными аспектами физики плазмы, основой спектрального анализа, их значениями, увидят в них отражение отдельных процессов, изучаемых атомной и ядерной физикой.

Изучение темы «Солнце» завершается частью «Солнечная активность и её влияние на биосферу и атмосферу Земли» (кратко называемой проблемой «Солнце-Земля»). Здесь лектор начинает рассказ с пионерских работ А.А.Чижевского [262], затем переходит к механизму влияния Солнца на биосферу и атмосферу Земли, и заканчивает свой рассказ современным состоянием данной проблемы.

Изложение раздела курса «Планеты солнечной системы» должно через представления общего сходства и частных различий планет подвести студентов к восприятию космогонических гипотез.

Прежде чем приступить к описанию отдельных планет, преподаватель должен обратить внимание студентов на необходимость знания ряда факторов, таких как смена времен года (из-за наклона оси к плоскости орбиты), условия освещения Солнцем, сила тяжести и вытекающая отсюда возможность существования атмосферы, сравнительные с Землей размеры и др. Эти факторы во многом обуславливают физические условия на планетах.

При изучении планет особое внимание студентов необходимо обратить на самые свежие данные, отражающие физическую природу планет и полученные с помощью космических аппаратов, направленных в космос, специальную программу по изучению конкретной планеты, или планет. Это - космические станции типа «Марс» и «Венера», «Луна», главной целью которых были исследования соответствующих названиям станций планет и американские автоматические станции «Пионер» и «Вояджер», целью исследования которых было планеты-гиганты [263].

Перед описанием планет и частных условий возможности на них жизни, преподаватель должен предварительно объяснить студентам современное учение о жизни, как способе существования белковых тел. И только за тем можно перейти к рассказу о возможностях возникновения жизни на других планетах.

Информацию о планетах лучше всего преподносить через демонстрацию таблиц с основными сведениями о них, чтобы не утомляя студентов числами, предоставлять им возможность сравнивать данные о планетах с хорошо им известными данными о Земле.

Раздел звездной астрономии дает понятие о строении Вселенной, о ее бесконечности в пространстве и времени, и поэтому он должен быть изложен с особой тщательностью и обоснованиями, опираясь на наблюдения.

Учитывая уровень математической и физической подготовленности студенческой аудитории каждый преподаватель должен выбирать наиболее лучшие варианты изложения [264]. Основные понятия, которые должны формироваться у студентов при изучении материалов данного раздела, таковы: параллаксы звезд, видимая и абсолютная звездные величины, цвет, температура, светимость и спектры звезд. Очень важно чтобы студенты знали о методах определения расстояний, размеров, температур и масс звезд.

Наиболее важной темой раздела звездной астрономии является «Диаграмма спектр-светимость», в которой отражены тесные взаимосвязи многих параметров (спектральный класс, светимость, температура, абсолютная звездная величина и др.).

Когда речь пойдет о двойных звездах, следует подчеркнуть об отличительных и общих свойствах различных двойных звезд (визуально двойные, спектрально двойные, и затменно-двойные). Ознакомить студентов с методами определения орбитальных элементов затменно- и спектрально-двойных звезд по их кривой блеска и кривой лучевых скоростей соответственно.

О двух классах физических переменных звезд (долго периодичных и коротко периодичных цефеид) следует рассказать подробно по чертежам, обосновав при этом возможные механизмы переменностей звезд-цефеид и звезд типа RR Лиры. Следует давать представление студентам о не правильных переменных и долго периодичных звездах.

Сведения о Нашей и внешних галактиках очень существенны, они дают основу для представления о бесконечности вселенной. Изложение надо начинать с рассмотрения распределения звезд на небе относительно Млечного Пути. После того, как студенты восприняли представления о Млечном Пути как об экваториальном сечении Галактики, можно перейти к разбору строения и состава галактики. Показав на фотографиях и описав основные составные элементы галактики, видимых на звездном небе- диффузных и темных туманностей, звездных скоплений (шаровых и рассеянных), спиральных туманностей и др., преподаватель должен выделить из них принадлежащие и не принадлежащие Нашей Галактике объекты.

Сведения о других звездных системах - внешних галактик можно преподнести на основе имеющихся фотографий с классификацией галактик. Затем перейти к методам определения их расстояния и размеров. Изложение физических свойств галактики (светимость, вращение, спектр, массы и др.), лучше всего осуществить с помощью таблицы, в которой отражены эти и другие сведения. В заключении можно дать представления о галактиках с активными ядрами, радиогалактиках и квазарах, рассказав при этом подробно о гипотезах, раскрывающих механизмов их излучения, и протекающих в них процессов.

5.7 Основные направления совершенствования преподавания астрономии в образовательных учреждениях Узбекистана в перспективе

Необходимость совершенствования преподавания астрономии в общеобразовательных, средних специальных и высших школах диктуется тем, что астрономия, среди других естественных предметов, играет важную роль в решении одной из наиболее актуальных образовательных задач формирования у учащихся научного мировоззрения. Вместе с тем, велики потенциальные возможности этого предмета в решении других воспитательных задач.

Анализ теоретических исследований и практика преподавания, проведенные в последние несколько десятков лет в школе и педвузе, дают возможность нам выбрать и обосновать некоторые актуальные и перспективные направления совершенствования преподавания астрономии в Узбекистане.

Одним из существенных пробелов в знаниях учащихся, связано с недостаточным вниманием со стороны преподавателей к астрономическим наблюдениям. В образовательных учреждениях Узбекистана, более полное использование астрономических наблюдений является особенно важным фактором повышения эффективности преподавания астрономии в силу специфики астроклиматических условий в республике. Большое количество ясных ночей и более быстрое наступление темноты летом (по сравнению с северными районами) создают благоприятные условия для проведения наблюдений, предусмотренных программой курса астрономии. Участие молодежи в сельскохозяйственных работах весной и осенью также может быть использовано для организации и проведения вечерних наблюдений.

При разработке наших рекомендаций по организации и проведению наблюдений, мы, в первую очередь, исходили из тех требований к знаниям и умениям учащихся по астрономии, которые зафиксированы в новой учебной программе для академических лицеев и профессиональных колледжей, где о роли астрономических наблюдений и исследований говорится особо [184].

Поэтому, вполне естественно, что в числе работ, посвященных методике преподавания астрономии, мы находим немало исследований, касающихся различных сторон методики организации и проведения наблюдений, в том числе и автора. Среди этих работ отметим следующие.

Н.К. Андрианов и А.Д. Марленский [265] разработали краткое руководство по проведению астрономических наблюдений с учебными и научными целями, изложили вопросы организации и техники проведения наблюдений с телескопами и теодолитами без детализации проведения этих наблюдений.

А.С. Алешкевич [266] исследовал роль собственных астрономических наблюдений учащихся в процессе формирования мировоззрения. В работе определены пути совершенствования программы наблюдений по астрономии. В работе отмечается также, что проведение астрономических наблюдений позволяет сформировать у учащихся ряд практических навыков, нужных им в жизни. Однако, сам процесс формирования этих навыков в его работе, в достаточной мере, не раскрывается.

В работе Г.С. Яхно [267] разработан ряд демонстраций, моделирующих астрономические явления, организация систематических наблюдений и проведение практических работ. Он даёт описание 15 практических работ, содержащих методические рекомендации по их организации и проведению.

К.А.Лупой [268] делает анализ самостоятельной работы учащихся при астрономических наблюдениях, в основном применительно к внеклассным занятиям. Мы, опираясь на результаты этих исследований, в качестве одной из задач поставили задачу проанализировать познавательную деятельность учащихся в процессе проведения наблюдений и использовать их результаты в ходе изучения курса. Основываясь на этом анализе и опираясь на опыт преподавания мы старались разработать и предложить систему заданий, способствующих активизации познавательной деятельности учащихся, более глубокому осознанию ими результатов приведенных наблюдений. При этом необходимо было учитывать те учебные умения, которые приобрели учащиеся в ходе изучения других предметов в младших классах и рассматривать не только деятельность учащихся в процессе самих наблюдений, но и всю их деятельность, осуществляемую в процессе учебного познания, которое включает решение познавательных задач, связанных с наблюдениями и с использованием подвижной карты звездного неба, как одного из важнейших пособий по астрономии. Тем самым обеспечивается преемственность в обучении и органическое включение астрономических наблюдений в учебный процесс.

Одной из причин невысокого уровня знаний учащихся по астрономии является недостаточная методическая подготовленность учителя к преподаванию предмета, основы которого должны закладываться в педагогическом институте. За последние годы сделаны определенные шаги для улучшения подготовки будущих учителей астрономии, введена новая специальность “физика и астрономия”, где в учебном плане предусмотрен курс методики преподавания астрономии.

Актуальные вопросы по совершенствованию подготовки учительских кадров по астрономии и методические разработки, предложенные автором, приводятся в его монографиях и статьях [97, 209, 211]. В преподавании астрономии, как и других предметов, можно добиться большого успеха, применяя принцип историзма в обучении для активизации познавательной деятельности учащихся. Осуществление исторического экскурса в прошлое астрономии повышает интерес учащихся к этой науке. Исторический принцип изложения материала позволяет показать на примере революционных изменений в астрономии, как развитии науки влияет на структуру человеческого мышления, формирование систем понятий.

Если учесть тот факт, что Древний Восток являлся родиной великих мыслителей и философов, многие из которых занимались астрономией, то нетрудно понять, что в школах нашей республики в процессе обучения астрономии есть возможность использовать богатейший исторический материал. При изучении астрономии в школах Узбекистана необходимо учитывать также национальные традиции и специфику географического расположения и природных условий Средней Азии.

Многие территории нашей республики связаны с жизнью и деятельностью выдающихся астрономов и в то же время, почти отсутствуют научно-методические разработки по использованию историко-научного материала на уроках астрономии. Поэтому мы провели работу по отбору соответствующего материала, определили основные положения методики его использования и разработали конкретные рекомендации. В процессе разработки методики использования историко-научных фактов при изучении астрономии мы руководствовались рекомендациями, содержащимися в работе М.Г. Ярашевского и Л.Я. Зориной [269].

Важно использовать историко-научный материал для того, чтобы показать учащимся ход развития научной мысли, преемственность научных знаний, внушить им уважение к труду ученых прошлых веков, которые, используя весьма ограниченный наблюдательный материал смогли сделать немало правильных выводов о природе и причинах различных астрономических явлений.

Помимо этих общих положений для использования историко-научного материала на уроках любого предмета, следует иметь в виду специфичность условий в республиках Средней Азии. Древняя культура народов Средней Азии, в которой астрономия является одним из ведущих компонентов, всегда была предметом интереса всех слоев населения, в частности учащихся. Это традиционный интерес важно поддерживать и развивать на уроках всех предметов, в том числе и астрономии. Воспитанию национальной гордости и патриотизма будет способствовать знакомство с революционными идеями астрономов Средней Азии, таких как Хорезми, Фаргони, Беруни, У.Хайяма, Н.Туси, Улугбека и др. Их мысли и идеи были созвучны идеям Аристотеля, Гиппарха, Птолемея, Коперника и других выдающихся ученых древности.