Загальна методика викладання астрономії

Ще з античних часів астрономія була складовою частиною освіти молоді. Пов’язано це з важливим значенням астрономічних знань для розвитку нашої цивілізації. Зародки цих знань належать ще до первісних часів. Уже тоді почали формуватися дві найважливіші соціальні функції астрономії — прикладна (орієнтація людини в часі та просторі, що є необхідною умовою її виробничої діяльності, соціального та повсякденного життя) і загальнокультурна (визначення місця та ролі людини в структурі Всесвіту). Протягом тисячоліть астрономічна картина світу є невід’ємною складовою загальнонаукової картини світу та однією з підвалин наукового світогляду в цілому, саме тією, що містить інформацію про просторово-часову будову світу, у якому живе й діє людина.

Значення астрономії як необхідного елемента сучасної середньої освіти підсилюється такими чинниками:

а) зростанням пізнавального, економічного та соціально-культурного значення освоєння космосу, важливістю цього процесу в розв’язанні глобальних проблем людства, насамперед екологічних; місцем і роллю в ньому України як космічної держави;

б) пізнавальними процесами на межі космології та фізики надвисоких енергій, що ведуть до створення єдиної теорії фізичних взаємодій і фундаментальних зрушень у фізичній та астрономічній картинах світу, в уявленнях людини про навколишній світ у цілому (антропний принцип, ідея множинності всесвітів);

в) поширенням останнім часом антинаукових та позанаукових, а по суті міфічних уявлень, астрологічних зокрема.

Викладання астрономії мусить входити до інваріантної компоненти середньої освіти як окрема дисципліна, що завершує цикл фізико-математичних та природничо-наукових предметів, сприяє формуванню наукового світогляду, демонструє дію фізичних законів у різних просторово-часових масштабах, а також застосування математичних методів пізнання природи й водночас показує силу та велич пізнавальних можливостей людини. При цьому повною мірою слід використовувати гуманістичний аспект змісту та історії астрономії, зокрема відзначати внесок учених України в розвиток науки про Всесвіт. Застосовуючи історичний підхід до вивчення матеріалу, треба звертати увагу на роль астрономії у формуванні наукового методу пізнання, у загальнокультурному розвиткові людства.

Основні завдання астрономічної освіти:

— закладання основ знань про методи та результати досліджень руху, фізичної природи й еволюції небесних тіл та їхніх систем, будову й еволюцію Всесвіту в цілому;

— показ ролі астрономії в пізнанні фундаментальних законів природи, використання яких є основою науково-технічного прогресу та розв’язання глобальних проблем людства, у формуванні сучасної природничо-наукової картини світу;

— сприяння формуванню наукового світогляду та навичок діалектичного мислення, формуванню імунітету проти антинаукових поглядів;

— більш повне та послідовне, ніж в інших предметах, ознайомлення учнів з основами, значенням і перспективами розвитку космонавтики, зокрема значенням космонавтики для економічного й соціального розвитку України та можливостями нашої країни як космічної держави;

— опанування учнями розуміння астрономічних явищ, із якими людина стикається в повсякденному житті, і засвоєння ними елементарних умінь застосовувати ці явища для орієнтування в просторі й часі.

Підкреслюючи загальнокультурну орієнтацію у викладанні астрономії, не можна разом з тим забувати, що астрономія є однією з фізико-математичних наук. Тому її неможливо вивчати без засвоєння певної сукупності кількісних характеристик небесних тіл, без послідовного використання знань із фізики й математики. Необхідною і в той же час специфічною складовою вивчення астрономії є виконання учнями під керівництвом вчителя спостережень астрономічних об’єктів та явищ. Програмою передбачено обов’язковий мінімум таких спостережень.

Важливим елементом засвоєння дисципліни є розв’язування задач та виконання вправ. При цьому треба звертати увагу на одержання правильних числових відповідей, зважаючи на певні труднощі, пов’язані з використанням різних одиниць виміру й дуже великих або дуже малих за порядком величин (числових значень мас, густин, відстаней, проміжків часу тощо). При цьому йдеться про явища, що безпосередньо не пов’язані з виробничою діяльністю. Тому застосування системи одиниць СI не завжди є доцільним, застосування інших систем, зокрема CGS (як це й передбачено відповідними нормативними документами) зустрічається в астрономічній літературі, у тому числі й науково-популярній. Широко вживаними в астрономії є й специфічні для неї одиниці довжини (астрономічна одиниця, парсек, світловий рік).

Для матеріального забезпечення викладання астрономії треба створити астрономічний куточок у кабінеті фізики, в якому має бути набір демонстраційних матеріалів — плакатів, фотографій, слайдів, комп’ютерних зображень, зокрема динамічних. Якщо в місті є планетарій, слід використовувати його можливості. Як правило, планетарії можуть запропонувати цикли лекцій, які відповідають шкільній програмі з астрономії.

Дуже великі можливості у викладанні астрономії має використання комп’ютерів. Це комп’ютерні планетарії, атласи зображень космічних об’єктів, зокрема зображень планет та їхніх супутників, одержані за допомогою ракетно-космічної техніки, комп’ютерні тести для контролю та самоконтролю знань тощо. Однак досвід показує, що часто недостатньо мати дискету чи компакт-диск із відповідною програмою. Треба знати апаратні та програмні вимоги до комп’ютера, бажано мати інструкцію користувача до цієї програми. У Додатках наведено таку інструкцію до російськомовної версії однієї з поширених навчальних програм з астрономії «REDSHIFT-3», яка являє собою комп’ютерний планетарій та астрономічну енциклопедію. Інструкцію склав старший науковий співробітник Науково-дослідного інституту астрономії Харківського національного університету В. Г. Кайдаш, за що автори посібника висловлюють йому свою щиру подяку.

ВИКЛАДАННЯ ОСНОВНИХ

ПОНЯТЬ АСТРОНОМІЇ

Поряд із застосуванням знань зі шкільної програми фізики та математики під час викладання астрономії доводиться використовувати специфічні для неї поняття й методи. Зупинимося на найважливіших із них. Крім того, розглянемо деякі характерні риси астрономії, зокрема ті, що відрізняють її від фізики.

Системи астрономічних координат

Це координати, що визначають розташування об’єкта (зорі, планети) на небесній сфері — сфері довільного радіуса з центром у точці, у якій знаходиться спостерігач. Положення точки на сфері визначається двома величинами центральних кутів (або рівних їм дуг). Один із цих кутів відраховується вздовж основної площини системи, а другий — від цієї площини в площині, перпендикулярній до основної (або від напрямку, перпендикулярного до основної площини). Кожного разу слід чітко усвідомлювати, яка площина є основною, від якої точки відраховується координата вздовж цієї площини, від чого відраховується інша координата, які назви мають ці координати. Найбільш вживані системи координат — горизонтальна та екваторіальні (перша й друга).

Перевага горизонтальної системи координат і водночас необхідність використовувати цю систему полягають у її принципово простій фізичній реалізації. Основна площина цієї системи — горизонтальна — відтворюється за допомогою двох взаємоперпендикулярних рівнів, а основна вісь — вертикальна — за допомогою виска. Тому в цій системі зручно вимірювати координати світил за допомогою відповідних кутомірних пристроїв (універсальний інструмент, меридіанне коло та інші). Але внаслідок добового обертання небесної сфери відносно спостерігача, який обертається навколо осі обертання Землі разом із земною кулею, горизонтальні координати (азимут та висота або зенітна відстань) упродовж доби змінюються. При цьому така зміна відбувається складно — нелінійно та немоно-

тонно — і, крім того, залежить від географічної широти спостерігача. Тому й доводиться розглядати першу та другу екваторіальні системи координат. У першій з них кутова відстань світила від основної площини — площини небесного екватора (схилення) — уже не залежить від добового обертання небес ної сфери, друга координата (годинний кут) змінюється рівномірно. У другій екваторіальній системі друга координата (пряме сходження) відлічується від точки весняного рівнодення, що бере участь у добовому обертанні небесної сфери, і тому також практично не змінюється протягом доби. Тому координати небесних тіл (зір, планет та ін.) даються саме в другій екваторіальній системі координат. Зауважимо також, що сама назва «пряме сходження» пов’язана з тим, що чим більшим воно є, тим пізніше сходить дане світило (зустрічається й назва «пряме піднесення», але, як на наш погляд, вона не є правильною).

За традицією, кути (або дуги), що є координатами в тій чи іншій системі, виражаються в градусній мірі (градуси, дугові мінути та секунди) або часовій мірі (години, хвилини та секунди). Для обчислень на ПК, а також тоді, коли маємо справу з кутами настільки малими, що їхній синус або тангенс можна замінити самим кутом, треба мати значення кута в радіанній мірі. Знаючи визначення градуса, радіана й те, що повному колу в часовій мірі відповідають 24 години, неважко одержати співвідношення для переходу від градусної або часової міри до радіанної і навпаки та від градусної до часової і навпаки. Дуже корисно, щоб самі учні обчислили таблицю таких співвідношень і надалі користувалися нею.