Авторская педагогическая разработка по астрономии «Земля и Вселенная» (10-11)

Министерство образования и науки Российской Федерации Министерство образования Иркутской области Отдел образования и молодежной политики администрации муниципального образования города Усолье- Сибирское МБОУ «Лицей № 1» Авторская педагогическая разработка по астрономии «Земля и Вселенная» (адаптационная, комбинаторная, радикальная)                                                                                       Автор:                                                                                                Крячко Ирина Николаевна,                           учитель физики МОУ «Лицей № 1»,  высшая квалификационная категория г. Усолье-Сибирское 2016г. Содержание авторской педагогической разработки 1.  Пояснительная записка.                                                                                2. Описание разделов авторской разработки. 3.  Учебно­тематическое планирование спецкурса для 10 класса. 4.  Учебно­тематическое планирование спецкурса для 11 класса.          5. Приложение 2 "Астрономия вовсе не испещрена сухими цифрами, как это принято думать. Математические формулы, встречающиеся в ней, ­ это только леса, без которых нельзя было обойтись при постройке великолепного дворца. Пусть леса будут снесены и пусть дворец астрономии предстанет перед нами во всем своем ослепительном блеске… Мы думаем, что в наше время вряд ли найдется такой человек, который был бы настолько мало развит умственно, чтобы основные положения современной астрономии были бы ему недоступны". Камиль Фламмарион (1842­1925) Пояснительная записка                Данная авторская педагогическая разработка спецкурса «Земля и Вселенная» для 10­11 классов комбинаторного типа составлена на основе:  1. А.В. Засов, М.В. Медведева. Программа по астрономии. ­ М.: Дрофа, 2008г. 2. Журнал «Земля и Вселенная» № 2. Факультативы по астрономии для детей и подростков. ­  М.: Просвещение, 1994г. 3. Е.П. Левитан. Факультатив. Твоя Вселенная.­ М.: Просвещение, 1995г, 2005г. 4. А.Ю. Румянцев Методика преподавания астрономии в средней школе. ­ М.: Просвещение, 2006г.         Актуальность создания авторской разработки «Проблема астрономического образования старшеклассников – традиционная проблема дидактики астрономии. В начале 90­х гг. казалось, что относящиеся к ней фундаментальные вопросы решены. Однако ситуация, в которой оказалась школьная астрономия в начале XXI в., неожиданно поставила вопрос о том, как спасти школьную астрономию. Реальны два пути. Во­первых, разумно включить самые необходимые учащимся сведения о Вселенной в курсы физики   и   естествознания   старшей   школы.   Во­вторых,   разработать   факультативы   или спецкурсы для старшеклассников» (Е.П. Левитан, доктор педагогических наук).  Современная   астрономия   –   сложная   физико­математическая   наука,   поэтому преподавание   достаточно   серьезного   курса   школьной   астрономии   должно   максимально опираться на знания учащихся по физике и математике. Это возможно, если школьный курс астрономии будет следовать вместе с курсами физики и математики.  Сейчас   система   среднего   образования   оказалась   настолько   деформированной,   что   о преподавании астрономии забыли. Изменилась к худшему ситуация и в выпускных классах общеобразовательной школы. Курс астрономии существует даже не во всех регионах России. 3 Там, где его удалось сохранить, учителя ведут факультативный курс только в 11 классе. Но этого,   конечно,   недостаточно,   потому   что   сегодня   нельзя   обрекать   на   астрономическую безграмотность   большинство   выпускников   российских   средних   общеобразовательных учреждений. Тем более это недопустимо в канун юбилея космической эры.  Хочется   быть   оптимистом   и   верить,   что   наступит   время,   когда   сегодняшнее отвратительное  отношение   к  школьной  астрономии   изменится.  И  возможно,  сегодняшние современные   люди   убедятся   в   справедливости   прогноза   относительно   того,   что   в   школе будущего, в силу требований жизни, астрономия станет играть системообразующую роль в планировании содержания общего образования.  Новизна программы Астрономия  –  это,  прежде  всего   правильное  научное   мировоззрение,   которое  должно формироваться   с   начальной   школы.   Что   такое   правильное   научное   мировоззрение?   Это   не только   объективное   знание   об   окружающем   Мире,   но   и   система   философских   принципов, взглядов,   убеждений.   Именно   с   10   класса   должны   закладываться   азы   общефилософских астрономических   знаний.   Эти   знания   интегрируют   курсы   физики,   философии,   географии, математики. Ведь именно сегодняшние выпускники должны правильно ориентироваться в мире информации, выбирая истинное научное знание среди безграничного моря не просто ложной, но вообще квазинаучной, оккультной, мистической, не подающейся всякой критике «информации». Владеть   правильным   знанием   сегодня   –   залог   успешного   завтра.   Что   можно   говорить   о культурном   обществе,   если   такое   общество   не   обладает   элементарными   знаниями   об окружающем Мире. Некоторые до сих пор не знают, где находится наша Галактика и что такое Солнечная система!  Когда учащиеся узнают, что состоят из вещества, которое миллиарды лет назад побывало в   "термоядерной   печке"   массивной   звезды,   их   отношение   к   астрономии   изменяется.   Они ощущают, что все эти проблемы не бесконечно далеки от них, а все вокруг и сами они несут в себе частички вещества звезд. "Небо становится ближе". Благодаря   изучению   спецкурса   «Земля   и   Вселенная»   учащиеся   узнают   современные открытия   в   области   космической   астрономии,   астрофизике,   науке   о   Вселенной,     научатся пользоваться звездной картой, находить созвездия на звездном небе, ориентироваться по звездам (солнцу),   решать   астрономические   задачи,   участвовать   в   олимпиадах   и   научно­практических конференциях по астрономии различного уровня.  4 Лишь немногие из сегодняшних юных любителей астрономии станут завтра астрономами­ профессионалами. Но всегда над нами будет звездное небо, созерцание которого принесет тем большую радость, чем полнее наши знания о небесных объектах. Методологические положения: Программа спецкурса «Земля и Вселенная» может быть использована:  В   средних   общеобразовательных   учреждениях   (школах),   лицеях,   гимназиях, классах с физической, астрономической или аэрокосмической направленностью;  В   классах,   где   астрономия   представлена   как   составная   часть   физики,   для углубленного ее изучения в качестве предмета по выбору или для её изучения на спецкурсах, факультативах. Учащиеся, изучающие данный спецкурс овладевают теорией и практикой, ведут учебные наблюдения,   выполняют   практические   работы,   используя   звездную   карту,   астрономический календарь за данный год, атлас и виртуальную модель звездного неба,   мастерят свой первый телескоп, с помощью которого ведут самостоятельные наблюдения. О своих наблюдениях, о прочитанных книгах и статьях школьники делают доклады на занятиях спецкурса.  Отличительной особенностью данной программы является включение практических работ и   упражнений,   а   также   исследовательская   деятельность.   Это   практикум   по   решению астрономических, олимпиадных, качественных и логических задач, научно­исследовательские и творческие проекты, наблюдения и НИР. Спецкурс «Земля и Вселенная» ­ это предмет по выбору, является курсом, обобщающим и   завершающим   не   только   астрономическое,   но   и   все   естественнонаучное   образование выпускников 11 классов. В связи с этим решается проблема «Уровневая дифференциация как основной компонент развития астрономического образования».               Учебно­тематическое планирование составлено отдельно на каждый класс. В 10 классе отводится 68 часов в год, 2 часа в неделю. В 11 классе изучается спецкурс 68 часов в год, 2 часа в неделю.        Методическое обеспечение кабинета физики мультимедийным комплексом, электронными пособиями, выход в Интернет на астрономические сайты, посещение виртуального планетария (http://www.uic.rsu.ru/astro/), обеспечивает преподавание данного спецкурса.  Программой спецкурса предусматриваются экскурсии в Байкальскую астрофизическую обсерваторию Института солнечно – земной физики СО РАН п. Листвянка, планетарий ИГПУ, лекции по астрономии ИГУ. 5 Завершающим этапом изучения факультатива является не оценка ответов учащихся, а гибкая зачетная система.         Цель программы:       Формирование у школьников целостное представление о строении и эволюции Вселенной,  научного мировоззрения  о современной естественнонаучной картине мира.     Задачи обучения:  1.   Рассмотреть  и  изучить представление  о действии  во Вселенной  физических  законов, открытых в земных условиях и единстве мега мира и микромира; осознание свое место в солнечной системе и Галактике; 2. Развивать креативность личности через поисковую и исследовательскую деятельность; 3. Развивать логическое мышление  учащихся через решение астрономических задач; 4. Воспитывать   у   учащихся   чувство   патриотизма   через   изучение   крупнейших представителей   отечественных   и   зарубежных   учёных   и   их   вклад   в   развитие   науки   и техники; 5. Организовать   учебный   процесс   с   учётом   индивидуальных   особенностей   через педагогические технологии. 6 Описание разделов авторской разработки 1. Описание разделов программы 10 класс (68 ч, 2 ч в неделю) Раздел I. Введение. 2 час. Цель   и   задачи   спецкурса   «Земля   и   Вселенная».   Презентация   программы.   Выбор проектных, творческих работ, тем НИР. Раздел II .  Человек открывает Вселенную. 10 час. Из глубины веков. Астрономия наших далеких предков. Обсерватории каменного века. Великий Стоунхендж. Обсерватория «Висячие деревья». Астрономия на Руси. Пространственно­ временные масштабы исследуемой Вселенной. Задачи астрономии на различных исторических этапах   (включая  современный).   Творцы   астрономии   (Фалес,   Анаксагор,   Пифагор,   Демокрит, Аристотель, Аристарх Самосский, Эратосфен, Гиппарх, Птолемей, Коперник, Бруно, Галилей, Браге,   Кеплер).   Специфика   астрономических   исследований.   Астрономические   наблюдения   в древности. Астрономия как основа и венец естественнонаучных знаний.  Раздел III. Звездное небо. 10 ч. 7 Созвездия. Элементарные сведения о блеске, цвете звёзд и видимой звёздной величине. Мифы   о  звёздном  небе.   Названия  звёзд   и   классификация.   Изменение   вида   звёздного  неба   в течение суток, года.  Ориентирование по Солнцу и Полярной звезде. Решение задач «Звездное небо» Раздел IV. Основные вопросы практической астрономии. 16 ч. Созвездия.   Ориентация   по   сторонам   света.   Небесная   сфера   и   ее   основные   элементы. Горизонтальная и экваториальная системы координат. Звездные карты. Вид звездного неба на различных   широтах.   Кульминации   светил.   Теорема   о   высоте   Полюса   мира.   Связь   высоты   и зенитного   расстояния   светила   в   кульминации   с   его   склонением   и   географической   широтой наблюдателя.  Движение   Луны   и   смена   лунных   фаз.   Видимое   движение   Солнца.   Эклиптика.   Смена сезонов   года   и   тепловые   пояса.   Условия   наступления,   типы   и   периодичность   лунных   и солнечных затмений.            Понятие о звездном, истинном и среднем солнечном, поясном и декретном времени. Линия смены даты и ее учет в счете суток. Прошлое, настоящее и будущее календаря. Угловые   расстояния   и   размеры.   Сумерки.   Общие   сведения   об   астрономических   приборах. Особенности   астрономических   наблюдений.   Понятие   о   гражданских,   навигационных, астрономических   сумерках.   Измерение   угловых   расстояний   на   небесной   сфере   и   угловых размеров небесных тел. Практические работы.  12 ч. 1. Графическое построение основных элементов небесной сферы. 2 ч.  2. Изготовление подвижной карты звездного неба. 2 ч.  3. Работа с подвижной картой звездного неба. Определение местонахождение светил по звездной карте. 4 ч.  4. Определение сезонной зависимости угла падения солнечных лучей в местный полдень на земную поверхность. 2 ч.  5. Определение условий наступления белых ночей. 2 ч. 8 Решение задач. 10 ч.  Определение: высоты и зенитного расстояния светила в моменты кульминации; географической широты точек земной поверхности по астрономическим наблюдениям; лунных фаз; периодов возможного наступления затмений.  1. Планетарий ИГПУ. Экскурсии. 8 ч.  2. Байкальская астрофизическая  обсерватория Института солнечно – земной физики  СО РАН п. Листвянка. 3. Лекции по астрономии ИГУ. 11 класс (68 ч, 2 ч в неделю) Раздел V. Движение небесных тел. 12 ч.              Видимое движение планет Солнечной системы. Конфигурации планет. Синодический и сидерический периоды планет. Методы определения расстояний до тел Солнечной системы.                  Законы   Кеплера.   Закон   всемирного   тяготения.   Движение   материальной   точки   под действием   силы   притяжения   (задача   двух   тел).   Обобщение   законов   Кеплера.   Космические скорости на поверхности небесных тел. Движение искусственных спутников и автоматических межпланетных станций.  Практические работы.  1. Графическое построение движение Солнца по эклиптике небесной сферы.  2. Определение   звездных   координат   Солнца   и   планет   солнечной   системы   по   подвижной карте звездного неба. 3. Взаимосвязь между силой тяготения и силой тяжести.  Решение задач.  Определение: синодического и сидерического периодов планет; расстояний до небесных тел и их параллаксов; конфигураций планет. Использование формул: законов Кеплера; закона всемирного тяготения; 1­й и 2­й космических скоростей.  9 Раздел VI. Методы астрофизических исследований. 12 ч.               Электромагнитное   излучение.   Понятие   спектра.   Спектры   Солнца,   планет,   звезд, разреженного газа. Спектральный анализ как ключ к тайнам Вселенной.        Назначение, принцип действия и важнейшие характеристики оптических и радиотелескопов. Понятие разрешающей способности и проницающей силы телескопа.        Методы  определения   основных  характеристик  небесных  тел  по  их  спектру:  химического состава, скорости, температуры.  Практические работы.  4. Определение   химического   состава   газа   по   спектру.   Оценка   температуры   абсолютно черного тела по непрерывному спектру.  5. Определение звездных координат небесных светил помощью подвижной звездной карты. Решение задач.  1. Использование принципа Доплера и закона Вина.  2. Оценивание разрешающей способности (дифракционной) телескопов. 3. Определение массы небесных тел по скоростям орбитального движения.  Раздел VII. Природа тел Солнечной системы. 12 ч.               Земля   как   планета.   Луна.   Синодический   и   сидерический   периоды   вращения   Луны. Физическая   природа   Луны.   Причины   возникновения   приливов   и   их   влияние   на   движение небесных тел.       Физические свойства планет земной группы: Меркурия, Венеры, Марса. Физические свойства планет­гигантов: Юпитера, Сатурна, Урана, Нептуна. Особенности системы Плутон­Харон.       Малые тела Солнечной системы: астероиды, кометы, метеориты. Межпланетная среда.  Практические работы. 1. Изучение методов оценки расстояний до различных тел.  2. Получения сведений о движении и возможностях наблюдения тел Солнечной системы, используя астрономический календарь. Решение задач 1. Определение физических характеристик Луны. 2. Нахождение физических характеристик планет Солнечной системы. 10 Раздел VIII. Звезды и Солнце. 14 ч.      Понятие   об   астрофотометрии.   Освещенность   и   звездная   величина.   Шкала   звездных величин.        Звезды.   Определение   расстояний   до   звезд.   Определение   звездных   характеристик: температуры, светимости, размеров, массы, плотности. Диаграмма «Температура­светимость», ее физический смысл.        Химический   состав   звездного   вещества.   Физические   свойства   звездного   вещества. Внутризвездное равновесие давлений. Температура в недрах звезд. Источники энергии излучения звезды.      Переменные звезды. Новые звезды. Сверхновые звезды.       Солнце как звезда: общие сведения, внутреннее строение, атмосфера, источник солнечной энергии. Солнечная активность, солнечно­земные связи.   Эволюция и конечные стадии эволюции звезд: белые карлики, нейтронные звезды, черные    дыры.     Практические работы 1. Определение   звездных   величин,   используя   шкалу   звездных   величин,   диаграмму «Температура­светимость».  2. Определение звездных координат небесных светил помощью подвижной звездной карты. 3. Определение   звездных   координат   небесных   светил   помощью   астрономического календаря. Решение задач.        1. Решение задач на связь звездных величин небесных тел с их относительной яркостью и приходящей от них энергии.        2.   Решение   задач   на   определение   физических   характеристик   звезд   (размеров,   массы, светимости, абсолютной величины); на определение расстояний до звезд.      3. Решение задач на определение физических характеристик звездного вещества (давления, средней скорости атомов, среднего расстояния между атомами, условий протекания ядерных реакций).    4. Решение задач на применение знаний об эволюции звезд.      5. Решение задач на определение  солнечных характеристик и на исследование  процессов, протекающих на Солнце. 11 Раздел IX. Наша Галактика. 8 ч.      Распределение   звезд   в   пространстве.   Млечный   путь.   Структура   и   размер   нашей Галактики. Звездные скопления, их типы.        Способы   определения   скоростей   звезд.   Движение   Солнца   и   звезд   в   Галактике. Положение Солнца в Галактике.    Практическая работа.    Межзвездные газ и пыль. Образование звезд и планет. Жизнь и разум во .Вселенной.   Определение лучевой скорости движения небесного тела по эффекту Доплера.  Решение задач.  Определение скоростей звезд, физических характеристик межзвездной среды.  Раздел X. Эволюция Вселенной. 6 ч.                      Галактики во Вселенной. Ближайшие галактики. Красное смещение и определение расстояний до галактик. Типы, состав и структура галактик. Системы галактик. Радиогалактики. Квазары.           Расширение Вселенной. Необратимость изменений во Вселенной.  Модели Вселенной. Реликтовое излучение.  Решение задач.  Использование закона Хаббла.  1. Планетарий ИГПУ. Экскурсии. 4 ч.  2. Байкальская астрофизическая  обсерватория Института солнечно – земной физики  СО РАН п. Листвянка. 3. Лекции по астрономии ИГУ 12 2. Практические знания и умения учащихся. Учащиеся должны знать: Учащиеся должны знать понятия: звездные координаты, величины, планеты Солнечной системы,   понятия   Вселенной,   галактики,   млечного   Пути,   звездного   скопления,   характер движении звезд в галактике; общие представления о размере и структуре галактики, гипотезы о существовании жизни во Вселенной, законы астрономии, движение ИСЗ. Понятие   астрономической   единицы,   гелиоцентрическую   картину   строения   солнечной системы,   конфигурации   внутренних   и   внешних   планет,   различные   свойства   тел   солнечной системы. Основные физические характеристики солнца, звезд (масса, размеры, температура) схему строения Солнца и физические процессы; происходящие в его недрах и атмосфере, основные проявления солнечной активности их причины, периодичность и влияние на Землю; основные характеристики звезд, в сравнении с Солнцем. 13 Учащиеся должны уметь: Работать с подвижной картой звездного неба, атласом, календарем. Находить на звездном небе навигационные звезды, созвездия северного неба. Строить   и   моделировать   звездные   треугольники   в   разное   время   года.   Рисовать расположение созвездий, Солнца. Уметь работать с действующей моделью небесной сферы. Рассчитывать период обращения планет.   Оценивать   массу   галактики   по   скорости   кругового   движения   звезд;   различать   на фотографиях   различные   типы   звездных   скоплений.   Объяснить   теории   "Большого   Взрыва", "Большого схлопывания", "Пульсирующей Вселенной". Применять основные положения ведущих физических теории при объяснении природы Солнца и звезд. 3. Формы и методы обучения При изучении данного курса учитывается: 1. Уровневая   дифференциация.   Она   предусматривает   возможность   свободного   выбора учащимися объема лекционного материала,  решение заданий по астрономии, творческой или проектной работы.  2. Возрастные особенности учащихся 10­11  классов. 3. Применение педагогических технологий:  проблемное обучение, развивающее обучение,  проектные, исследовательские, поисковые, ИКТ. 4. Психолого­педагогическая диагностика.  5. Мониторинг успехов учащихся. 6. Разнообразные формы и методы обучения:  Методы организации и самоорганизации. 14  Словесные (лекции, беседы, работа со справочной литературой).  Наглядные   (виртуальные   наблюдения,   показ   видеофильмов,   фотографий, презентаций, работа с электронными пособиями).  Практические (практические работы, решение задач).  Частично – поисковые (работа с научной, электронной (Интернет) литературой, подготовка   докладов,   к   НПК,   фестивалю,   подготовить   презентацию   к выступлению)  Исследовательские   (смоделировать   затмения,   сделать   простейший   телескоп, исследовать вспышки на Солнце на экскурсиях в обсерватории).                         Методы контроля и самоконтроля. 1. Письменные. Зачет – это тематический учет знаний, умений и навыков, это логическое завершение тем,  изучающих в первом и втором полугодиях.  Главная цель зачета – проверка качества знаний: полноты, глубины, систематичности,  системности, гибкости, прочности, осознанности.  Форма зачета – письменная. 2. Устные (защита доклада, реферата, проекта, модели, презентации, НТР). Учебно­тематическое планирование спецкурса «Земля и Вселенная» для 10 класса  68 часов (2 часа в неделю) Наименование разделов и тем уроков Раздел I  .  Введение. 2 ч. Цель и задачи спецкурса «Земля и Вселенная». Презентация  программы. Выбор проектных, творческих работ, тем НИР. Раздел II.  Человек открывает Вселенную. 10 час. Из   глубины   веков.   Астрономия   наших   далеких   предков. Обсерватории каменного века. Великий Стоунхендж. Обсерватория №  занятия 1­2 3­4 Кол­во часов 2 2 15 «Висячие деревья». Астрономия на Руси. Пространственно­временные   масштабы   исследуемой   Вселенной. Задачи   астрономии   на   различных   исторических   этапах   (включая современный). Творцы   астрономии   (Фалес,   Анаксагор,   Пифагор,   Демокрит, Аристотель, Аристарх Самосский, Эратосфен, Гиппарх, Птолемей, Коперник, Бруно, Галилей, Браге, Кеплер). Специфика астрономических исследований. Астрономические  наблюдения в древности.  Астрономия как основа и венец естественнонаучных знаний. Раздел III. Звездное небо. 10 ч. Звездное небо. Мифы о звёздном небе. Названия звёзд и  классификация. Изменение вида звёздного неба в течение суток, года. Наблюдение,  зарисовка. Элементарные сведения о блеске, цвете звёзд и видимой звёздной  величине Решение качественных задач. Ориентирование по Солнцу и Полярной звезде. Решение задач  «Звездное небо» Решение задач «Звездное небо» 5­6 7­8 9­10 11­12 13­14 15­16 17­18 19­20 21­22 Раздел IV. Основные вопросы практической астрономии. 36 ч. 23­24 Ориентация по сторонам света. Небесная сфера и ее основные  25­26 27­28 29­30 31­32 33­34 элементы. Горизонтальная и экваториальная системы координат. Звездные  карты. Вид звездного неба на различных широтах. Кульминации светил.  Теорема о высоте Полюса мира. Связь высоты и зенитного  расстояния светила в кульминации с его склонением и  географической широтой наблюдателя.  Решение задач. Определение: высоты и зенитного расстояния  светила в моменты кульминации Практическая работа: «Графическое построение основных  элементов небесной сферы» Практическая работа: Изготовление подвижной карты звездного  неба. 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 16 35­36 37­38 39­40 41­42 43­44 45­46 47­48 49­50 51­52 53­54 55­56 57­58 59­66 Практическая работа: «Работа с подвижной картой звездного неба.  4  Определение местонахождение светил по звездной карте»  Движение Луны и смена лунных фаз. Видимое движение Солнца.  Эклиптика. Смена сезонов года и тепловые пояса. Условия наступления, типы и периодичность лунных и солнечных затмений.  Решение задач на определение: лунных фаз; периодов возможного наступления затмений.  Понятие о звездном, истинном и среднем солнечном, поясном и  декретном времени. Линия смены даты и ее учет в счете суток.  Прошлое, настоящее и будущее календаря. Угловые расстояния и размеры. Сумерки. Общие сведения об  астрономических приборах. Особенности астрономических  наблюдений. Понятие о гражданских, навигационных,  астрономических сумерках. Измерение угловых расстояний на  небесной сфере и угловых размеров небесных тел. Решение задач на определение небесных координат, местного  звездного, поясного, всемирного времени. Практическая работа: «Определение сезонной зависимости угла  падения солнечных лучей в местный полдень на земную  поверхность» Практическая работа: «Определение условий наступления белых  ночей» Экскурсии. 8 ч.  Планетарий ИГПУ. Байкальская астрофизическая обсерватория Института солнечно – земной физики СО РАН п. Листвянка. Лекции по астрономии ИГУ. РЕЗЕРВ 2 2 2 4 4 2 2 2 2 4 2 2 ИТОГО 68 17 Учебно­тематическое планирование спецкурса «Земля и Вселенная» для 11 класса  68 часов (2 часа в неделю) Наименование разделов и тем уроков Раздел V. Движение небесных тел. 12 ч. Видимое движение планет Солнечной системы. Конфигурации  планет. Синодический и сидерический периоды планет. Методы  определения расстояний до тел Солнечной системы.  Практические работы: «Графическое построение движение  Солнца по эклиптике небесной сферы», «Определение звездных координат Солнца и планет солнечной  системы по подвижной карте звездного неба» Решение задач на определение: синодического и сидерического  периодов планет; расстояний до небесных тел и их параллаксов;  конфигураций планет. №  занятия 1­2 3­4 5­6 Кол­во часов 2 2 2 18 7­8 Законы   Кеплера.   Закон   всемирного   тяготения.   Движение 9­10 11­12 материальной точки под действием силы притяжения (задача двух тел). Обобщение законов Кеплера. Практическая   работа   «Взаимосвязь   между   силой   тяготения   и силой тяжести» Решение задач на использование формул: законов Кеплера; закона всемирного тяготения Космические  скорости на поверхности небесных тел. Движение искусственных   спутников   и   автоматических   межпланетных станций. Решение задач на использование 1­й и 2­й космических скоростей. Раздел VI. Методы астрофизических исследований. 12 ч. 13­14 Электромагнитное излучение. Понятие спектра. Спектры Солнца, планет, звезд, разреженного газа. Спектральный анализ как ключ к 15­16 17­18 19­20 21­22 23­24 тайнам Вселенной.  Практическая работа: «Определение химического состава газа по спектру.   Оценка   температуры   абсолютно   черного   тела   по непрерывному спектру» Практические   работы:   «Определение   звездных   координат небесных   светил   помощью   подвижной   звездной   карты», «Определение   звездных   координат   небесных   светил   помощью подвижной звездной карты».   Назначение,   принцип   действия   и   важнейшие   характеристики оптических   и   радиотелескопов.   Понятие   разрешающей способности и проницающей силы телескопа.  Решение задач на использование принципа Доплера и закона Вина, оценивание   разрешающей   способности   телескопов. Методы определения основных характеристик небесных тел по их спектру: химического состава, скорости, температуры.  (дифракционной) Решение задач на определение массы небесных тел по скоростям орбитального движения.  Раздел VII. Природа тел Солнечной системы. 12 ч. 25­26 Земля как планета. Луна. Синодический и сидерический периоды   Причины вращения   Луны.   Физическая   природа   Луны. возникновения приливов и их влияние на движение небесных тел.  2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 19 Решение задач на определение физических характеристик Луны. 27­28  Физические свойства планет земной группы: Меркурия, Венеры, 29­30 31­32 33­34 35­36 Марса. Физические свойства планет­гигантов: Юпитера, Сатурна, Урана, Нептуна. Особенности системы Плутон­Харон.  Решение задач на нахождение физических характеристик планет Солнечной системы. Малые тела Солнечной системы: астероиды, кометы, метеориты. Межпланетная среда.  Практические работы: «Изучение методов оценки расстояний до различных   тел»,   «Получения   сведений   о   движении   и возможностях   наблюдения   тел   Солнечной   системы,     используя астрономический календарь». Раздел VIII. Звезды и Солнце. 14 ч. 37­38 Понятие об астрофотометрии. Освещенность и звездная величина. 39­40 Шкала звездных величин.   Звезды. Определение расстояний до звезд. Определение звездных характеристик:   температуры,   светимости,   размеров,   массы, плотности. Диаграмма «Температура­светимость», ее физический смысл.  Решение   задач   на   связь   звездных   величин   небесных   тел   с   их 41­42 относительной яркостью и приходящей от них энергии.  Химический   состав   звездного   вещества.   Физические   свойства звездного   вещества.   Внутризвездное   равновесие   давлений. Температура в недрах звезд. Источники энергии излучения звезды. Решение  задач на определение  физических  характеристик  звезд (размеров,   массы,   светимости,   абсолютной   величины);   на 43­44 определение расстояний до звезд. Решение   задач   на   определение   физических   характеристик звездного вещества (давления, средней скорости атомов, среднего расстояния   между   атомами,   условий   протекания   ядерных реакций). Практическая работа: «Определение звездных величин, используя шкалу звездных величин, диаграмму «Температура­светимость».  2 2 2 2 2 2 2 2 2 20 45­46 Переменные звезды. Новые звезды. Сверхновые звезды.  47­48 Практическая   работа:   «Определение   звездных   координат небесных светил помощью подвижной звездной карты». Солнце   как   звезда:   общие   сведения,   внутреннее   строение, атмосфера, источник солнечной энергии. Солнечная активность, солнечно­земные связи.  Практическая   работа:   «Определение   звездных   координат 49­50 небесных светил помощью астрономического календаря». Эволюция   и   конечные   стадии   эволюции   звезд:   белые   карлики, нейтронные звезды, черные дыры.  Решение   задач   на   применение   знаний   об   эволюции   звезд, определение   солнечных   характеристик   и   на   исследование процессов, протекающих на Солнце. Раздел IX. Наша Галактика. 8 ч. Распределение звезд в пространстве. Млечный путь. Структура и размер нашей Галактики. Звездные скопления, их типы.  Способы определения скоростей звезд. Движение Солнца и звезд в Галактике. Положение Солнца в Галактике. Практическая работа: «Определение лучевой скорости движения небесного тела по эффекту Доплера» Межзвездные газ и пыль. Образование звезд и планет. Жизнь и разум во .Вселенной.  Решение   задач   на   определение   скоростей   звезд,   физических характеристик межзвездной среды.  Раздел X. Эволюция Вселенной. 6 ч. Галактики   во   Вселенной.   Ближайшие   галактики.   Красное смещение и определение расстояний до галактик. Типы,   состав   и   структура   галактик.   Системы   галактик. Радиогалактики. Квазары.  Решение задач на использование закона Хаббла.  Расширение Вселенной. Необратимость изменений во Вселенной.  Модели Вселенной. Реликтовое излучение.  51­52 53­54 55­56 57­58 59­60 61­62 63­64 65­66 Планетарий ИГПУ. Экскурсии. 4 ч. 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 21 67­68 Байкальская астрофизическая обсерватория Института солнечно  2 – земной физики СО РАН п. Листвянка. Лекции по астрономии ИГУ каникулярное время ИТОГО 68 ПРИЛОЖЕНИЕ Содержание методического обеспечения спецкурса «Земля и Вселенная»: Приложение № 1. Диагностическая программа по выявлению эффективности реализации авторской разработки 1. Диагностика оценки объема внимания. 2. Диагностика особенностей вербального мышления. 3. Мониторинг и диагностика знаний. Приложение № 2.  Каталог мультимедийных пособий  Приложение № 3.  Астрономические олимпиады Литература для учителей и учащихся Приложение № 4. 22 Приложение 1. Диагностическая программа по выявлению эффективности реализации авторской разработки Для реализации необходимо: 1.   На   первых   занятиях   спецкурса   10­11   классов   необходимо   провести   психолого­ педагогическую ­   диагностику для диагностирующего уровня развития общих и специальных способностей, определяющих успешность обучения и креативность. ­ Методика "Запомни и расставь точки" – проверить и оценить у учащихся объем внимания на занятиях в игровой форме ­  Методика   "Аналогии"   ­  проверить   и   оценить   у   учащихся  особенности   вербального (понятийного) мышления. 2. Мониторинг и диагностика знаний – отслеживать у учащихся качество знаний и умений, полученные на занятиях спецкурса – это зачетные, практические, творческие задания, проектные работы за полугодия в 10­11 классов. 1) Методика "Запомни и расставь точки" Цель: оценить объем внимания учащихся на занятиях спецкурса. 23 Для этого используется стимульный материал, изображенный ниже. Лист с точками  предварительно разрезается на 8 малых квадратов, которые затем складываются в стопку таким  образом, чтобы вверху оказался квадрат с двумя точками, а внизу — квадрат с девятью точками  (все остальные идут сверху вниз по порядку с последовательно увеличивающимся на них числом  точек).  Перед началом эксперимента ученик получает следующую инструкцию:  «Сейчас мы поиграем с тобой в игру на внимание. Я буду тебе одну за другой показывать  карточки, на которых нарисованы точки, а потом ты сам будешь рисовать эти точки в пустых  клеточках в тех местах, где ты видел эти точки на карточках».  Далее ученику последовательно, на 1­2 сек, показывается каждая из восьми карточек с  точками сверху вниз в стопке по очереди и после каждой очередной карточки предлагается  воспроизвести увиденные точки в пустой карточке за 15 сек. Это время дается ребенку для того, чтобы он смог вспомнить, где находились увиденные точки, и отметить их в пустой карточке.  Оценка результатов  Стимульный материал к заданию «Запомни и расставь точки». Матрицы к заданию «Запомни и расставь точки».  Объемом внимания ребенка считается максимальное число точек, которое ребенок смог  правильно воспроизвести на любой из карточек (выбирается та из карточек, на которой было  воспроизведено безошибочно самое большое количество точек). Результаты эксперимента  оцениваются в баллах следующим образом:  10 баллов — ученик правильно за отведенное время воспроизвел на карточке 6 и более точек. 8­9 баллов — ученик безошибочно воспроизвел на карточке от 4 до 5 точек.  6­7 баллов —ученик правильно восстановил по памяти от 3 до 4 точек.  24 4­5 баллов —ученик правильно воспроизвел от 2 до 3 точек. 0­3 балла — ученик смог правильно воспроизвести на одной карточке не более одной точки.  Выводы об уровне развития 10 баллов — очень высокий.  8­9 баллов — высокий.  6­7 баллов — средний.  4­5 баллов — низкий.  0­3 балла — очень низкий. 2) Методика "Аналогии" Методика   состоит   из   30   заданий   на   установление   логических   связей   между   словами   по заданному   образцу.  Она   предназначена   для   оценки   особенностей   вербального   (понятийного) мышления.    Инструкция  На   демонстративном   плакате   (или   на   доске)   представлен   пример   задачи,   аналогичной   тем, которые вам предстоит решать. В левой части каждого задания одно под другим расположены два   слова,   которые   находятся   в   определенном   логическом   отношении.   Справа   контрольное слово, а под чертой ­ 5 вариантов ответа. Вам необходимо выбрать одно из этих пяти, которое находится в такой же логической связи с контрольным, как и левая пара слов.  Например:  Шофер                                                        Летчик  Автомобиль                                                    А) Трактор                                                                           Б) Самолет       В) Велосипед                                                                           Г) Дом                                                                           Д) Небо В данном случае правильный ответ ­ « Б» (Самолет). На регистрационном листе следует знаком « х» отметить ответ: 1­Б. На работу отводится 5 минут. У кого есть вопросы? » 2. Мониторинг и диагностика знаний  25 Цель – отслеживать у учащихся качество знаний и умений, полученные на занятиях  Спецкурса – это зачетные задания, творческие задания, проектные работы за полугодия в 10­11  классов. Таблица №1.  Результаты зачета  № Фамилия, имя учащегося 10 класс Результаты 10 класс Результаты 11 класс Результаты 11 класс Результаты I полугодия II  полугодия I полугодия II  полугодия 1 Итого Успеваемость Качество Уровень обученности Приложение 2. Каталог мультимедийных пособий 26 Каталог мультимедийных пособий                                                       1.    3D­Путешествие по Солнечной системе Мультимедийная интерактивная программа по астрономии Компьютерная программа DVD­ROM, 2007 г. 2.    RedShift 6 (DVD­ROM) Виртуальный планетарий Компьютерная программа DVD­ROM, 2007 г. 27 Космическая станция (Jewel)                                    3. Симулятор строительства и полета  реальной космической станции 4.                      Открытая Астрономия 2.6 (Jewel)  Полный мультимедийный курс для учащихся средних    общеобразовательных школ, лицеев, гимназий, колледжей                                                      5.       Увлекательный мир астрономии (Jewel)  Познавательная программа о планетах Солнечной  системы для школьников. В увлекательной форме  рассказывается о Солнце, Меркурии, Юпитере, Сатурне,  Венере, Марсе, Земле и Луне, Уране, Нептуне, Плутоне, а  также о недавно открытой планете Кваваре.  Приложение 3. 28 Астрономические олимпиады Олимпиада по астрономии и физике космоса 10 класс. Задачи 1.   Обычно  полное   солнечное   затмение   наблюдается   в   полосе   шириной   около   200   км   и протяжённостью   приблизительно   10   тыс.   км.   В   среднем   на   Земле   происходит   одно   полное затмение в год. Оцените, через сколько лет затмение повторяется в одном и том же месте, например, в вашем городе (селе). 2. Космический корабль опустился на астероид, диаметр которого 1 км и  средняя плотность 2,5 г/см3. Космонавты решили объехать астероид по экватору на вездеходе за 2 часа. Смогут ли они это сделать? 29 3. В романе Жюля Верна "Гектор Сервадак" описывается комета Галлия с  расстоянием от Солнца в афелии 820 млн. км и с периодом обращения 2 года.  Могла ли быть такая комета? 4. Почему при наблюдении с Земли астрономы не смогли точно определить массу Венеры таким же способом, как они определяли массы большинства других планет? 5. Космический корабль запущен таким образом, что, освободившись от земного притяжения, он начал свободно падать на Солнце практически по прямой линии. Сколько дней продлится это падение? 10 класс. Ответы и решения. 1. Поскольку каждый раз полоса затмения накрывает случайную область на  Земле, вероятность того, что данная географическая точка попадает в полосу затмения, равна отношению площади этой полосы s к площади поверхности земного шара S. Значит, в среднем из данной точки будет наблюдаться одно из S/s затмений, а интервал между ними будет составлять t = S/s лет.  S = 4 Rπ З 2  8 км2, s = 2∙106 км2 .   t = 250 лет.  5∙10≈ ρ  = 3 М / 4  / π G  )ρ 0,5 . πR3. Тогда 2. Нет, не смогут. Вездеход должен двигаться со скоростью не больше первой космической, иначе он оторвется от поверхности и потеряет опору. Найдем время облета астероида по низкой орбите с этой предельной скоростью: T = 2πR / V1 = 2 π (R3 / GM)0,5. Учтем, что плотность астероида выражается так:  Т = (3  Время   оборота   по   низкой   орбите   зависит   только   от   его   средней   плотности.   Для   поиска численных   значений   удобно   помнить,   что   у   низколетящего   спутника   Земли   Т   =   1,5   часа,   а плотность Земли    ρЗ = 5,5 г/см3. Тогда для планеты плотности  ρ  получим: Т = 1,5 час ((5,5 г/см3) /  )ρ 0,5 = 3,5 час (  (г/см 3))­ 0,5. Зная плотность астероида, определим Т = 2,2 часа. Значит, вездеход не сможет объехать астероид за 2 часа.  До сих пор мы предполагали астероид невращающимся. Но если он вращается вокруг оси (а большинство астероидов вращается, и довольно быстро, с периодами в несколько часов), то, двигаясь в сторону, противоположную вращению, космонавты могли бы объехать астероид за указанное время, не оторвавшись от его поверхности. ρ 3.   Применяя   третий   закон   Кеплера   Т2(лет)   =   а3(а.е.),   найдем,   что   большая   полуось   орбиты кометы равна (4)1/3  Тогда   величина  большой  оси   составит  3,176 а.е.,  или  около  480  млн км.  Это  противоречит афелийному расстоянию в 820 млн км. Следовательно, подобной кометы быть не могло.  1,588 а.е. ≈ 4.  Массу планеты можно определить очень точно, если у нее есть спутник. Его расстояние от планеты (R)  и период обращения (T) позволяют по третьему закону Кеплера вычислить массу планеты: М = R3 / GT2 . 30 У   Венеры   и   Меркурия   спутников   нет.   Поэтому   их   массу   оценивали   по   влиянию   на   другие планеты или пролетающие мимо них кометы и астероиды. Это давало не очень точный результат. После пролета мимо этих планет космических аппаратов, и особенно после появления у Венеры искусственных спутников значения массы были существенно уточнены. 5. Падение по радиусу к Солнцу с расстояния rЗ можно представить как движение по предельно сжатому   эллипсу   с   большой   полуосью   а   =  rЗ  /   2.   Тогда   время   падения  t,   равное   половине орбитального периода Р на этой орбите, по 3­му закону Кеплера:                                           t = P/2 =            где PЗ = 2  (π rЗ Следовательно, t = 65 суток.  (2)π 3 /GMC)0,5 = 1 год. 3 /GMC)0,5 = PЗ (2)­5/2,  (аπ 3 /GMC)0,5 =  ­1,5 (rЗ 11 класс. Задачи 1. Космический корабль опустился на астероид диаметром 1 км и средней  плотностью 2,5 г/см3. Космонавты решили объехать астероид по экватору на вездеходе за 2 часа. Смогут ли они это сделать? 2. Почему во время полного лунного затмения Луна все же видна и имеет красный цвет? 3. Сферический астероид разделился на две равные сферические части. Как изменился их суммарный блеск по сравнению с блеском исходного астероида? Ответ выразить в звёздных величинах.  4.    Оцените приблизительно размер солнечного паруса, с помощью которого   можно   было   бы   свободно   путешествовать   по   Солнечной   системе   на   космическом корабле массой  m = 10т (массой паруса можно пренебречь). Солнечная постоянная равна А = 1,4 кВт / м2, расстояние от Земли до Солнца R = 150 млн. км. 5. Сколько времени прошло от соединения до противостояния планеты, если  блеск её за это время увеличился на 0,85m? Орбиту планеты считать круговой и лежащей в плоскости эклиптики. 6. Определите высоту орбиты спутника связи, неподвижно висящего в зените над Москвой. 11 класс. Ответы и решения. 1. Нет, не смогут. Вездеход должен двигаться со скоростью не больше первой космической, иначе он оторвется от поверхности и потеряет опору. Найдем время облета астероида по низкой орбите с этой предельной скоростью: T = 2πR / V1 = 2 π (R3 / GM)0,5. Учтем, что плотность астероида выражается так:  Т = (3  Время   оборота   по   низкой   орбите   зависит   только   от   его   средней   плотности.   Для   поиска численных   значений   удобно   помнить,   что   у   низколетящего   спутника   Земли   Т   =   1,5   часа,   а плотность Земли    ρЗ = 5,5 г/см3. Тогда для планеты плотности  πR3. Тогда  / π G  )ρ 0,5 .  получим: ρ ρ  = 3 М / 4 31 ρ 3)) ­ 0,5. Зная плотность астероида, определим Т = 2,2 Т = 1,5 час ((5,5 г/см3) /  )ρ 0,5 = 3,5 час (  (г/см часа. Значит, вездеход не сможет объехать астероид за 2 часа.  До сих пор мы предполагали астероид невращающимся. Но если он вращается вокруг оси (а большинство астероидов вращается, и довольно быстро, с периодами в несколько часов), то, двигаясь в сторону, противоположную вращению, космонавты могли бы объехать астероид за указанное время, не оторвавшись от его поверхности. 2.  Во время затмения на Луну попадает свет, прошедший сквозь земную атмосферу и  преломленный ею. Максимальный угол рефракции для наблюдателя на поверхности Земли около 0,5˚. Выходя из нижних слоев атмосферы в космос, свет еще раз испытывает преломление на  0,5˚ . Итого около 1˚ . Диаметр земной тени у Луны около 1,5˚ . Значит, преломлённый в  атмосфере Земли свет попадает во все области геометрической тени у поверхности Луны.  Красные лучи солнечного света менее других рассеиваются и поглощаются в земной атмосфере,  они то в основном и доходят до Луны сквозь земную атмосферу.  3. Поток отраженного света увеличится пропорционально возросшей суммарной площади. Радиус каждого куска составил 0,51/3 радиуса исходного астероида, и площадь поверхности, соответственно   0,52/3.   Полная   площадь   двух   кусков   возросла   по   сравнению   с   исходной   в 2(0,52/3) = 21/3 = 1,26 раза. В звездных величинах это составляет 2,5 lg(1,26) = 0,25m.   4. Разумно считать, что с помощью такого паруса, точнее, с помощью силы солнечного давления на него, можно было бы существенно  изменять орбиту космического корабля. Иными   словами,   чтобы   сила   солнечного   давления   была   сопоставима   с   силой гравитационного притяжения. Поскольку в задаче требуется оценить приблизительно, то Fграв   F≈ давл.  Fграв = GmMC  / R2 . Силу давления найдем, считая, что энергия фотона Е = mc2, а его импульс p = mc, т.е., для каждого фотона  p = Е/c. Сила давления есть ΔP/Δt ­ изменение импульса системы « парус – корабль » за счет всех фотонов, падающих в единицу времени на парус. По закону сохранения импульса ΔP/Δt равно сумме изменений импульсов всех попавших на парус фотонов. Будем считать, что   парус   практически   зеркальный:   фотоны   отражаются   и   изменения   импульса каждого из них есть 2р0 = 2E0/c . Таким образом:     Учитывая, что энергия фотонов, падающих в единицу времени на парус, находящийся на расстоянии R от Солнца:        ΔЕ/Δt = А (RЗ/R)2S,  получаем  Fдавл = 2А S(RЗ/R)2/c, Fдавл = ΔP/Δt = (2ΔЕ/Δt)/ с.        GmMC  / R2 = 2А S(RЗ/R)2/c, S   (GM≈ C  / R2)∙(mc/2A). 32 Рассматривая движение Земли по орбите вокруг Солнца, имеем:      GMC = 4π2RЗ 3/ T2, где Т – период обращения Земли вокруг Солнца.  Таким образом,  S = (4π2RЗ/ T2) ∙ (mc/2A).   S   ≈ 6 ∙ 106 м2 = 6 км2. 5. Около 200 дней. Расстояние между планетами в соединении (R+r), а в противостоянии (R­r). Тогда отношение потоков света от планеты (R+r)2 / (R­r)2 =2,512 Δm, где Δm – разность блеска. Отсюда   R/r = (2,512 Δm/2 + 1)/( 2,512 Δm/2 – 1). Из 3­го закона Кеплера орбитальный период планеты составляет Р = (R/r)3/2 лет, а время от соединения до противостояния (t) найдём из соотношения (1год)­1 ­ (Р)­ 1 = (2t)­1 .   6. Такой  орбиты  не существует. Москва  расположена  не на экваторе,    значит, ее  суточное вращение происходит по малому кругу относительно центра Земли. Орбиты же спутников всегда лежат в плоскости, пересекающей центр Земли. Только для точек на экваторе Земли геостационарный спутник может постоянно находиться в зените. 33 Литература для учителя Приложение 4. 5. Е.П.Левитан. Факультатив «Твоя вселенная» астрономия для ребят. ­ М.: Просвещение,  1995г. Учебники и задачники 6. П.И. Бакулин, Э.В. Кононович, В.И. Мороз. Курс общей астрономии.  ­ М.: Просвещение,  2000г. 7. К.А. Постнов. Лекции по Общей Астрофизике для Физиков.  ­ М.: Просвещение, 2004г. 8. Н.Н. Самусь. Учебное пособие по курсу "Астрономия" Переменные звезды.  ­ М.:  Просвещение, 2005г. 9. В.В.Иванов, А.В.Кривов, П.А. Денисенков. Парадоксальная Вселенная. 250 задач по  астрономии.  ­ М.: Просвещение, 1995г. 10. Н.Н. Гомулина, под редакцией В.Г. Сурдина Открытая Астрономия. ­ М.: Просвещение,  2006г. 11. М.Б.Богданов Использование ресурсов сети Интернет при изучении астрономии. Учебное  пособие по курсу "Астрономия".  ­ М.: Просвещение, 1995г. 12. Ян Гевелий Описание всего звездного неба  13. Е.Б.Гусев Качественные задачи по астрономии. ­ М.: Просвещение, 2005г.  А.Ю. Румянцев Методика преподавания астрономии в средней школе.  ­ М.: Просвещение,  2000г. 14. Internet­ресурсы по астрономии Литература для учащихся 1. Журнал "Звездочет", 2005­2010 гг.   2. "Треугольник"  Астрономический портал: Астрогалактика, Солнечная система,  Планетные системы, Лента новостей космонавтики, Энциклопедия космонавтика, Лента  новостей науки и техники, Космические новости, Астрономические новости ПРАО   3. Энциклопедия для детей. Том "Астрономия"­ М: Аванта+ 2006г. 34