Файл: Разработка элективного курса по астрономии.pdf


классифицировать объекты исследования, структурировать изучаемый материал, формулировать выводы и заключения;

на практике пользоваться основными логическими приемами,
методами наблюдения, моделирования, мысленного эксперимента,
прогнозирования;

анализировать наблюдаемые явления и объяснять причины их возникновения;

выполнять познавательные и практические задания;

извлекать информацию из различных источников (включая средства массовой информации и Интернет-ресурсы) и критически ее оценивать;

готовить сообщения и презентации с использованием материалов,
полученных из Интернета и других источников.
Коммуникативные УУД:

аргументация своей позиции.
Предметные результаты – освоенный учащимися в ходе изучения учебных предметов опыт специфической для каждой предметной области деятельности по получению нового знания, его преобразованию и применению.
Предметные результаты освоения тем астрономии:

воспроизводить сведения по истории развития астрономии, ее связях с физикой и математикой;

использовать полученные ранее знания для объяснения устройства и принципа работы телескопа.

воспроизводить горизонтальную и экваториальную системы координат;

воспроизводить определения терминов и понятий (созвездие,
высота и кульминация звезд и Солнца, эклиптика, местное, поясное, летнее и зимнее время);

объяснять необходимость введения високосных лет и нового календарного стиля;
12


объяснять наблюдаемые невооруженным глазом движения звезд и
Солнца на различных географических широтах, движение и фазы Луны,
причины затмений Луны и Солнца;

применять звездную карту для поиска на небе определенных созвездий и звезд.

воспроизводить исторические сведения о становлении и развитии гелиоцентрической системы мира;

воспроизводить определения терминов и понятий (конфигурация планет, синодический и сидерический периоды обращения планет,
горизонтальный параллакс, угловые размеры объекта, астрономическая единица);

вычислять расстояние до планет по горизонтальному параллаксу,
а их размеры по угловым размерам и расстоянию;

формулировать законы Кеплера, определять массы планет на основе третьего (уточненного) закона Кеплера;

описывать особенности движения тел Солнечной системы под действием сил тяготения по орбитам с различным эксцентриситетом;

объяснять причины возникновения приливов на Земле и возмущений в движении тел Солнечной системы;

характеризовать особенности движения и маневров космических аппаратов для исследования тел Солнечной системы [8].
1.3. Межпредметные связи
Формирование научного мировоззрения невозможно только лишь одной дисциплиной. Существенную роль играют межпредметные связи в обучении.
Астрономия тесно связана с физикой. Она использует физические знания для исследования и объяснения природы космических объектов,
явлений и процессов. Физика использует данные астрономических наблюдений для проверки известных физических теорий, для открытия новых физических явлений и закономерностей. Космос стал естественной
13

лабораторией, в которой физики могут исследовать явления и процессы,
которые невозможно или крайне сложно воспроизвести на Земле [9].
Астрофизики и физики в тесном содружестве изучают ядерные реакции в недрах звезд, взрывы звезд, нейтронные звезды и черные дыры, пульсации
Вселенной и т.д. Физика высоких энергий и космология совместно разрабатывают теорию Великого объединения, сводящую виды физических взаимодействий к единому началу и объясняющей перспективы развития материального мира в целом.
Взаимодействие астрономии и физики оказывает влияние на развитие не только других наук, но и техники, энергетики, различных отраслей народного хозяйства. Известными примерами стали появление и развитие космонавтики, разработка термоядерных реакторов, квантовых усилителей излучения (лазеров и мазеров) и т. д.
Коренным образом изменились многие старые способы использования астрономических знаний. Так, в основе мировой Службы Времени до середины ХХ в. лежали астрономические способы измерения и хранения времени. В наши дни развитие физики привело к созданию более точных способов определения и эталонов времени. Они стали использоваться астрономами для исследования явлений, лежавших в основе прежних способов измерения времени.
До середины ХХ в. основными способами определения географических координат местности, морской и сухопутной навигации были астрономические наблюдения. С появлением радиофизики и космонавтики,
широким применением радиосвязи и навигационных спутников в астрономических методах отпала нужда. Сейчас эти отрасли физики и технологии позволяют астрономам и географам уточнять фигуру и некоторые другие характеристики Земли [10].
Астрономию и химию связывают вопросы изучения происхождения распространенности химических элементов в космосе, химическая эволюция
Вселенной. Космохимия изучает химический состав и внутреннее строение
14

космических тел, влияние космических явлений на протекание химических реакций, распределение химических элементов во Вселенной. Большой интерес для химиков имеет исследование химических процессов, которые из- за масштабов или сложности нельзя воспроизвести в земных лабораториях
(вещество в недрах планет, синтез сложных химических соединений в туманностях и т.д.).
Астрономию, географию и геофизику связывает исследование Земли как одной из планет Солнечной системы:

определение основных физических характеристик Земли;

изучение влияния космических факторов на географию Земли;

астрономические методы ориентации и определения координат местности.
Одной из новых наук стало космическое землеведение – совокупность исследований Земли из космоса в целях научной и практической деятельности [11].
Астрономию и биологию связывает возникновение и развитие жизни на
Земле. В биологии рассматриваются процессы, связанные с жизнью на Земле и за ее пределами, астрономия дополняет эти знания и изучает воздействие космоса на планету и ее живые организмы. Межпредметная связь проявляется:
1.
Эволюция проявляется взаимосвязью живой и неживой материи во Вселенной.
2.
Наличие жизни на Земле обуславливается физическими процессами, влияющими на живые организмы, которые изучает биология.
3.
Астрономия рассматривает процессы, происходящие в космосе,
которые вносят изменения в лучшую или худшую сторону для развития жизни на Земле.
4.
Оказываемые действия человека на природу несут за собой последствия, влияющие на атмосферу, гидросферу и литосферу Земли. Из-за неправильного использования ресурсов и утилизации продуктов
15

человеческой жизнедеятельности возникают экологические проблемы космического масштаба.
Сходство астрономии и биологии заключается и в том, что в астрономии неживые объекты можно классифицировать по отличительным признакам также как и в биологии.
Все остальные естественные науки не являются эволюционными.
Действие фундаментальных законов физики извечно и не зависит от времени,
необратимые процессы исследуются лишь в некоторых разделах физики
(термодинамике). Законы химии тоже обратимы и могут рассматриваться как описание физических взаимодействий электронных оболочек атомов.
География и геология, в самом широком смысле, являются разделами астрономических наук планетологии и планетографии [12].
Проблемы, которые решают дисциплины совместными усилиями:
1. Возникновения и существования жизни во Вселенной
(экзобиология).
2. Процессы, лежащие в основе космическо-земных связей
(гелиобиология и космическая экология).
3. Развитие космической биологии.
5. Реальность существования внеземных цивилизаций, их поиск и развитие.
6. Роль человечества во Вселенной.
Наряду с естественно-научными дисциплинами, астрономия связана и с гуманитарными науками.
Взаимосвязь астрономии и философии определяется тем, что астрономия рассматривает не только научные аспекты жизни, но и общечеловеческие.
Благодаря связи этих двух дисциплин появляется возможность рассуждать и дискутировать по поводу предназначения человека во
Вселенной, вносить идеи о существовании внеземных цивилизациях – одни ли мы во Вселенной. Философия формирует научное мировоззрение.
16

Связь астрономии с историей определена влиянием астрономических знаний на мировоззрение людей и развитие науки, техники, экономики,
культуры и т.д. Ученые, философы, мыслители оставляют след в истории,
который несет вклад в развитие будущего общества.
Таким образом, астрономия находит связь во всех сферах человеческой деятельности, а, следовательно, переплетается с учебными дисциплинами.

Астрономия всегда оказывала существенное влияние на человеческое мировоззрение. Прогрессирует понимание мира и Вселенной, наши взгляды тесно переплетаются с астрономическими объектами и явлениями.
Изучение астрономии способствует развитию технологии, экономики и общества. Плоды научно-технического развития в астрономии, особенно в области оптики и электроники, такие как персональные компьютеры,
спутники связи, мобильные телефоны, панели солнечных батарей и магнитно
- резонансная томография (МРТ) сканеры, стали важными в нашей жизни.
Астрономия вносит вклад не только в технические и медицинские области, но и расширяет знания и помогает осознать величие Вселенной и наше место в ней. Благодаря изучению астрономии стало возможным определять влияние Солнца на климат Земли, влияющий на погоду, уровень воды и т.д. Кроме того, отображение движения всех объектов в нашей
Солнечной системе, позволяет прогнозировать потенциальные угрозы для нашей планеты из космоса. Такие события могут вызвать серьезные изменения в нашем мире, как, например, Челябинский метеорит в 2013 году.
Примеры взаимосвязи технологий между астрономией и промышленностью включают в себя достижения в области обработки изображений и коммуникации. В области связи, радиоастрономия предоставила множество полезных инструментов, устройств и методов обработки данных.
В аэрокосмическом секторе используют телескопы и приборы визуализации и методов обработки изображений. Наблюдения звезд и моделей звездных атмосфер используются для дифференциации между ракетными шлейфами и космическими объектами. Астрономы разработали солнечный слепой счетчик фотонов - устройство, которое может измерять частицы света от источника, в течение дня, не будучи перегруженным частицами, приходящими от Солнца. Эта технология также может быть использована для обнаружения токсичных газов.
18

В энергетическом секторе астрономические знания могут быть использованы для поиска новых видов топлива, и изучения возобновляемых источников энергии.
В сфере медицины наиболее ярким примером передачи знаний между астрономией и медициной является метод инверсной синтезированной апертурой, разработанный радиоастроном и лауреат Нобелевской премии,
Мартином Райлем. Технология используется в компьютерной томографии,
магнитно-резонансной томографии (МРТ) и во многих других инструментах медицинской визуализации. Наряду с этими методами визуализации,
астрономия разработала множество языков программирования, которые делают обработки изображений гораздо проще, в частности IDL и IrAF. Эти языки широко используются для медицинских применений.
Другой важный пример того, как астрономические исследования способствуют развитию в области медицины - стерильные производственные площадки. Протоколы чистых помещений, воздушные фильтры, и заячьи костюмы, которые были разработаны для достижения этой цели, в настоящее время также используются в больницах и фармацевтических лабораториях.
Радиоастрономы разработали метод, который в настоящее время используется в качестве неинвазивного способа обнаружения опухолей. Комбинируя это с другими традиционными методами, есть истинно-положительный уровень обнаружения 96% у больных раком молочной железы.
Программное обеспечение для обработки спутниковых снимков,
сделанных из космоса, теперь помогает медицинским исследователям установить простой метод для реализации широкомасштабного скрининга для лечения болезни Альцгеймера.
В повседневной жизни есть множество вещей, с которыми сталкиваются люди, они были сделаны благодаря изучению астрономии. В
аэропортах находятся газовые хроматографы, предназначенные для
19

разделения и анализа соединений - используются для обследования багажа на предмет наркотиков и взрывчатых веществ.
Гамма-спектрометр первоначально использовался для анализа лунной почвы, в настоящее время используется в качестве неинвазивного способа зондировать структурное ослабление исторических зданий или смотреть за хрупкими мозаиками, например, в Венеции.
ExoMars миссия, направленная в орбитальный и спускаемый аппарат на
Красную планету, но шлюпка врезалась в поверхность планеты, прежде чем она могла начать свою научную миссию. И многочисленные исследования,
ищущие признаки частицы, которые могли бы объяснить таинственную темную материю, оказались пустыми.
В
феврале лазерно
- интерферометрическая гравитационно- волновая обсерватория
(LIGO) объявила о первом прямом обнаружении гравитационных волн
- рябь, простирающаяся и сжимающая само пространство. Альберт Эйнштейн показал, что пространство и время неразрывно связаны, поэтому гравитационные волны на самом деле проходят через космическую ткань, известную как пространство и время.
Прямое обнаружение гравитационных волн открывает совершенно новую область для астрономии, так как эти волны несут информацию об объектах и событиях, которые их создают, и эта информация не передается никакими другими средствами. Сейчас ученые могут изучать Вселенную,
собирая свет от удаленных объектов, но гравитационные волны не создаются теми же механизмами, которые создают свет. LIGO сделал два гравитационно-волновых обнаружения в прошлом году, и в обоих случаях волна пришла из двух черных дыр сталкивающихся и закрученных вокруг друг друга. Эти слияния были бы невидимыми для астрономов, если бы не гравитационные волны. LIGO продолжает изучать небо, ученые хотят увидеть, как раскрываются другие космические сокровища.
Звезда Проксима Центавра находится примерно в 4,2 световых лет от
Земли, что в 270 тыс. раз больше расстояния от Земли до Солнца. В августе
20

ученые обнаружили планету, вращающуюся в обитаемой зоне Проксима
Центавра, где может существовать вода на поверхности планеты. Недавно открытая планета, получившая название Проксима B, имеет минимальную массу около 1,27 раз больше массы Земли, увеличивается вероятность того,
что эта планета может быть обитаемой.
В апреле фонд Breakthrough - член совета, которого физик Стивен
Хокинг, основатель Facebook Марк Цукерберг и предприниматель Юрий
Мильнер - объявил инициативу под названием Прорыв Starshot, целью которой будет послать космический корабль размером с микрочип к другой звезде. С открытием Проксима B, организаторы проекта Starshot объявили, что он будет направлен на эту обнаруженную планету, и приступит к поиску жизни на ней.
Массивный запас льда
, охватывающий участок размером с Нью-
Мексико был обнаружен в середине северных широт Марса. Запас льда может быть полезным, если люди в конечном итоге освоят Марс. Район, в котором был найден лед, называемый «Равнина Утопии», может быть легкодоступен для космических кораблей, поскольку он является относительно плоским и низменным. Месторождение льда было обнаружено с помощью прибора Малой Радар (SHARAD) на борту Mars Reconnaissance
Orbiter.
Космический телескоп Хаббл заметил, шлейфы воды на поверхности луны Юпитера - Европы. Этот ледяной спутник может обладать жидкой водой, и ученые считают, что океан может иметь правильный состав для жизни. В настоящее время НАСА планирует отправить орбитальный зонд для изучения Европы в 2020 - х годах.
Если Европа действительно извергает воду из своего океана в космос,
который открывает дверь для орбитальной миссии к образцу воды, то можно искать признаки жизни там. Телескоп Хаббл увидел струйку извержения из
Европы в 2012 году, но это явление редкий случай, поэтому признаки активности в последующие годы не наблюдались.
21