Астрономические наблюдения как углубление курса физики технического лицея

Моисеев, Иван Иванович

Темы диссертаций по педагогике » Теория и методика обучения и воспитания (по областям и уровням образования)

автореферат и диссертация по педагогике 13.00.02 для написания научной статьи или работы на тему: Астрономические наблюдения как углубление курса физики технического лицея

Автореферат

Автор научной работы: Моисеев, Иван Иванович
Ученая степень: кандидата педагогических наук
Место защиты: Санкт-Петербург
Год защиты: 2013
Специальность ВАК РФ: 13.00.02

Диссертация

Автореферат диссертации по теме "Астрономические наблюдения как углубление курса физики технического лицея"

На правах рукописи УДК 373.016:53

Моисеев Иван Иванович

АСТРОНОМИЧЕСКИЕ НАБЛЮДЕНИЯ КАК УГЛУБЛЕНИЕ КУРСА ФИЗИКИ ТЕХНИЧЕСКОГО ЛИЦЕЯ

Специальность: 13.00.02 - теория и методика обучения и воспитания (физика, уровень общего образования)

АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени кандидата педагогических наук

Санкт - Петербург 2013

005539737

Работа выполнена на кафедре методики обучения физике Федерального государственного бюджетного образовательного учреждения высшего профессионального образования «Российский государственный педагогический университет имени А.И. Герцена»

Научный руководитель:

доктор физико-математических наук, профессор, академик РАО, профессор кафедры методики обучения физике Федерального государственного бюджетного образовательного учреждения высшего профессионального образования «Российский государственный университет им. А.И. Герцена», Александр Сергеевич Кондратьев

Официальные оппоненты:

доктор педагогических наук, профессор, профессор кафедры теоретической физики и астрономии Федерального государственного бюджетного образовательного учреждения высшего профессионального образования «Российский государственный университет им. А.И. Герцена» Лев Викторович Жуков

кандидат физико-математических наук, старший научный сотрудник Главной (Пулковской) астрономической обсерватории РАН Ховричев Максим Юрьевич

Ведущая организация:

Государственное образовательное учреждение дополнительного профессионального образования (повышение квалификации) «Санкт-Петербургская академия постдипломного педагогического образования»

Защита состоится <//уС у> 2013 года, в 17 часов на заседании

диссертационного совета Д"^ 12.1^.21, созданного на базе Федерального государственного бюджетного образовательного учреждения высшего профессионального образования «Российский государственный педагогический университет им. А. И. Герцена», по адресу: 191186, Санкт - Петербург, наб. реки Мойки, 48, корпус 3, ауд. 52.

С диссертацией можно ознакомиться в фундаментальной библиотеке Российского государственного педагогического университета им. А.И. Герцена по адресу: 191186, Санкт - Петербург, наб. р. Мойки, 48, корп.5.

Автореферат разослан: «

Ученый секретарь диссертационного совета кандидат физ.-мат. наук,,

Н.И. Анисимова

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность исследования. Астрономия древнейшая из естественных наук. В нашей школе многие годы она была одним из основополагающих предметов, с помощью которого познавался мир, и формировалось научное мировоззрение. В XX веке астрономия приобрела новые качества. Во-первых, запуск в СССР первого ИСЗ ознаменовал начало космической эры на нашей планете. Во-вторых, астрономия стала одной из необходимых основ бурно развивающейся космонавтики. Общеизвестно огромное практическое значение ИСЗ для развития связи, прогноза погоды, исследования природных ресурсов, экологических мониторингов с орбиты, наземной и воздушной навигации, решения задач обороны страны т.д. В третьих, не следует забывать о новых возможностях развития фундаментальных исследований в области физики, открывшихся благодаря использованию небывало мощных средств наблюдения космоса: огромных наземных систем телескопов и радиотелескопов, космических обсерваторий, совершенной компьютерной техники. Благодаря наблюдениям быстро развивается астрофизика. В отличие от физики, в основе которой лежит эксперимент и у экспериментатора есть возможность произвольно менять условия протекания явления, астрофизика основывается главным образом на наблюдениях, когда исследователь не имеет возможности влиять на ход физического процесса. Однако при изучении, какого либо явления обычно имеется возможность наблюдать его на многих небесных объектах при различных условиях. Поэтому возрастает роль наблюдений и в конечном итоге наблюдатель оказывается в не менее благоприятном положении, чем экспериментатор в физике.

В настоящее время в средней школе астрономия как самостоятельный предмет не существует. Астрономический материал в виде отдельных глав присутствует в учебниках физики 9 и 11 классов. Например: в учебнике Пу-рышевой Н.С. "Физика - 9" имеется глава 6 "Вселенная", состоящая из 8 параграфов; в конце учебника Мякишева ГЛ. "Физика - 11" имеется раздел "Астрономия", состоящий из 11 параграфов. Анализ педагогической практики и результаты констатирующего эксперимента свидетельствуют, что данные разделы, как правило, изучаются обзорно или не изучаются совсем из-за нехватки времени.

Таким образом, анализ научно-методических исследований и современное состояние астрономического образования позволяют говорить о существовании следующих противоречий:

1. между интенсивным развитием физики благодаря открытиям, сделанным с помощью астрономических наблюдений, и отсутствием астрономических наблюдений в школе;

2. между высоким интересом школьников к астрономическим явлениям и отсутствием разработок методики практических наблюдений этих явлений в современной школе с помощью даже простейших астрономических инструментов.

Названные противоречия подчеркивают актуальность темы исследования, которая определяется тем, что из-за отсутствия в средней школе предмета "Астрономия" не проводятся астрономические наблюдения и учащиеся лишены возможности непосредственно наблюдать явления макромира. Это отрицательно сказывается на формировании у них современного научного мировоззрения. В последние годы было сделано много открытий в области физики и астрофизики только благодаря астрономическим наблюдениям. Это стало возможным за счет развития средств наблюдения (телескопов, радиотелескопов и т. д.), а также за счет того, что изучаемое вещество в космосе находится в таких состояниях, которые невозможно создать в лабораторных условиях.

Таким образом, проблема нашего исследования заключается в следующем: каковы эффективные способы повышения качества естественнонаучного образования, обеспечивающие возможность углубленного изучения курса физики и формирования современного научного мировоззрения учащихся.

Цель исследования: разработка методики проведения астрономических наблюдений в современной школе, способствующих углублению знаний учащихся по определенным разделам физики.

Гипотеза. Если в процессе изучения школьного курса физики проводить с учащимися астрономические наблюдения с их последующей математической обработкой, то это будет способствовать не только углублению знаний по определенным разделам физики, но и формированию современного научного мировоззрения учащихся и навыков в научно-исследовательской работе.

Исходя из сформулированной цели, были поставлены следующие задачи:

1. Обосновать целесообразность включения факультативных занятий по проведению астрономических наблюдений в процесс обучения физике с целью углубления знаний учащихся по некоторым разделам курса физики на основе научно-методического анализа состояния проблемы и обзора учебно-методической литературы.

2. Разработать программу организации и. проведения астрономических наблюдений со школьниками как факультативное дополнение к курсу физики средней школы.

3. Разработать критерии отбора астрономических объектов, наблюдения которых может способствовать углублению знаний учащихся по определенным разделам физики.

4. Разработать и внедрить в учебный процесс цикл экспериментальных (наблюдательных) работ по астрономии на базе простейших и современных любительских (школьных) инструментов.

5. Разработать и внедрить методику использования результатов астрономических наблюдений в проведение текущих учебных занятий по физике.

6. Определить эффективность разработанной методики школьных астрономических наблюдений в педагогическом эксперименте.

7. Разработать для учителей физики методические рекомендации по проведению астрономических наблюдений со школьниками.

Объектом исследования является процесс обучения физике в средней школе.

Предметом исследования является методика проведения астрономических наблюдений со школьниками, ориентированная на углубление и расширение знаний по физике, а также на формирование у учащихся умений и навыков научно-исследовательской работы.

Методологическую основу исследования составляют:

- работы по теории и методике обучения физике (Кондратьев A.C., Кудрявцев П.С., Спасский Б.И. и др.);

- работы по методике преподавания астрономии (Андрианов Н.К., Воронцов-Вельяминов Б.А., Дагаев М.М., Жуков JI.B., Засов A.B., Левитан Е.П., Набоков М.Е., Цесевич В.П., Фесенко Б.И., Яхно Г.С. и др.);

- работы по педагогике и психологии (Выготский Л.С., Пискунов А.И., Ка-банский Ю.К., Журавлев В.И., Кузьмина Н.В., Обухова Л.Ф., Сластенин В.А. и др.).

Методы исследования подбирались в соответствии с задачами исследования. На различных этапах исследования использовались следующие методы: теоретический анализ литературы по теме исследования, изучение и обобщение передового педагогического опыта, проведение астрономических наблюдений со школьниками, педагогические измерения (беседы, анкетирования учителей и учащихся), педагогический эксперимент с обработкой результатов.

Научная новизна исследования состоит в том, что в отличие от работ, выполненных ранее, где обосновывается методика обучения физике, включающая основные положения астрофизики, а также работ, посвященных рассмотрению астрономических вопросов через современные практикумы по астрономии в нашей работе обоснована, разработана и внедрена в учебный процесс методика организации и проведения астрономических наблюдений, включающая в себя не только проведение наблюдений, но и математическую обработку этих наблюдений с целью выполнения научно-исследовательских работ учащихся.-Показано, что проведение таких работ способствуют углублению знаний по некоторым разделам курса физики.

Теоретическая значимость исследования состоит:

- в обосновании необходимости проведения астрономических наблюдений со школьниками, показано, что только теоретическое осмысление материала совместно с практическими наблюдениями могут обеспечить углубление знаний учащихся по физике;

- в разработке критериев отбора астрономических объектов и явлений для проведения наблюдений;

- разработке методики проведения астрономических наблюдений конкретных объектов и явлений с последующей математической обработкой этих наблюдений.

внеурочных занятиях со школьниками. Соответствующие разработки внедрены в учебный процесс в Псковском техническом лицее.

Апробация полученных результатов по организации внеклассных занятий по астрономии и усиление связи астрономических знаний учащихся с их знаниями по физике проводилась в течение 14 лет с учениками школы №25 г. Пскова, учащимися технического лицея города Пскова, студентами Псковского государственного педагогического университета и со студентами Псковского политехнического института.

Результаты диссертационного исследования докладывались на ежегодных августовских совещаниях учителей физики, на городских научно-практических конференциях учащихся г. Пскова, на "Герценовских чтениях" (секция методики преподавания физики в школе. 2007 г., 2008 г., 2010 г. и 2013 г.), на заседании секции физики научно-практической конференции преподавателей Псковского государственного педагогического университета (2007 г.), на областной конференции учителей "Кикоинские чтения" (2008 г.), на международной конференции "Физика в системе современного образования" (2009 г.).

В результате проведенного исследования на защиту выносятся следующие положения:

1. Включение астрономических наблюдений в программу школьного курса физики будет способствовать углублению знаний учащихся при изучении разделов механики и оптики, а так же повышению качества естественнонаучного образования школьников.

2. Проведение астрономических наблюдений с последующей математической обработкой этих наблюдений является эффективным способом развития познавательного интереса, творческих способностей учащихся и формирования современного научного мировоззрения школьников.

3. Предлагаемая методика, включающая в себя не только проведение наблюдений небесных объектов и явлений, но и измерение, и математическую обработку некоторых физических величин вышеобозначенного с целью последующего вычисления других величин способствует не только повышению качества знаний по физике, но и формирует навыки в научно-исследовательской работе.

Структура и объем диссертации. Диссертационная работа состоит из введения, трех глав, заключения и списка литературы. Общий объем диссертации 163 страницы. Список литературы содержит 185 наименований.

ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ ДИССЕРТАЦИИ

В первой главе «Научно-методический анализ состояния проведения астрономических наблюдений в средней школе» дан анализ проблемы развития астрономических наблюдений в учебно-методической литературе. В начале XX века появляются книги, посвященные астрономическим наблюдениям. Эти книги были рассчитаны на массового читателя и не содержали

никакой методики. Пособия по методике преподавания астрономии и проведению астрономических наблюдений стали выходить во второй половине XX века. В это время наша отечественная промышленность наладила широкий выпуск вполне доброкачественных биноклей. Теперь школьники могли вести целый ряд полезных для науки наблюдений комет, метеоров, переменных звезд и тем самым ближе подойти к подлинной научной работе астрономов, всегда основанной на результатах наблюдений.

Вопросы совершенствования методики организации и проведения школьных астрономических наблюдений регулярно освещаются на страницах журналов "Физика в школе", "Земля и Вселенная", "Звездочет".

К настоящему времени имеются более 40 диссертаций, посвященных методике преподавания астрономии. О методике организации и проведения внеклассной работы по астрономии и ее связи с углублением знаний по физике написано не так много диссертаций. Большинство из них относятся к 50 - 80 годам прошлого века. Среди них можно отметить работы Яхно Г.С., Бо-ярченко И.Ф. и Могилко А.Д.. В этих работах авторами изложена методика проведения некоторых практических работ по астрономии. Более поздние работы посвящены в основном разработке и внедрению компьютерных технологий в преподавание астрономии. В них в основном идет речь о разработке методик применения средств обучения астрономии, которые заменяют астрономические наблюдения, подобно тому, как аудиовизуальные пособия и модельные демонстрации заменяют учебный физический эксперимент на уроках физики. Из последних работ, близких к нашей проблеме диссертационного исследования можно отнести работу Матарцевой Е.А.. В этой работе автор убедительно доказывается необходимость включения астрофизического материала в школьный курс физики.

Все эти работы объединяет идея изучения в средней школе астрономических явлений. Однако большая часть работ выполнена до 1980 года и поэтому предлагаемые методики изучения астрономических явлений в какой-то мере устарели. Работы, написанные в последнее время, посвящены, в основном, применению компьютерных технологий в преподавании астрономии, которые должны заменить астрономические наблюдения.

В нашем исследовании, в отличие от проведенных ранее, обосновывается методика организации и проведения астрономических наблюдений в средней школе с целью углубления знаний учащихся по физике.

Анализ учебно-методической литературы показывает, что методика проведения школьных астрономических наблюдений к настоящему времени разработана достаточно детально. Она подробно описана в "Методике" Набокова М.Е., трудах Левитана Е.П., в "классических" руководствах, адресованных любителям астрономии, а также многочисленных статьях, опубликованных в журналах "Земля и Вселенная", "Физика в школе" и "Звездочет".

Специфику астрономии как науки, отражающуюся на методах ее изучения, Набоков М.Е. описал так: "Выводы астрономии основаны на фактах, полученных из наблюдений. Следовательно, изложение астрономии всегда

должно исходить или из фактов, воспринятых самими учащимися, или из наблюдений, произведённых на астрономических обсерваториях, когда такие наблюдения недоступны школе". Данная точка зрения не претерпела принципиального изменения и в наши дни.

Однако все "Методики", в основном ориентированы только на наблюдения и практически, за редким исключением, не содержат никаких инструкций по измерению и вычислению физических величин. Мы предлагаем сформировать банк заданий, содержащий цикл экспериментальных (наблюдательных) работ по астрономии на базе простейших и современных любительских (школьных) инструментов требующих обработки результатов астрономических наблюдений с целью углубления знаний учащихся по физики.

Процесс научного познания выделяет эмпирические и теоретические аспекты исследования явлений природы, которым соответствуют эмпирический и теоретический уровень знаний об окружающей действительности. Основными методами эмпирического уровня научного познания являются наблюдение, измерение и эксперимент. На эмпирическом уровне осуществляется накопление и первичное осмысление опытных фактов, вытекающих из наблюдения и эксперимента. Так как наблюдение является сложной познавательной деятельностью, то в ней участвуют восприятие, мышление, требуется устойчивое внимание. Значит и в основе обучения должно лежать чувственное восприятие реального мира, а это удобнее всего осуществлять с помощью наблюдений.

Во второй главе «Основы методики проведения астрономических наблюдений в средней школе» рассмотрена методика проведения наблюдений, способствующая углублению знаний по физике и формированию и развитию исследовательских умений учащихся. Показано, что возрождение наблюдательного метода за природными явлениями позволяет более широко и наглядно представить учащимся некоторые важные черты методологии физического исследования, связанные со всем спектром практических методов получения информации. Особенно актуальным это становится сейчас, в связи с более широким внедрением методов математического моделирования при изучении природных явлений. Показано, что для построения физической теории, какого либо физического явления, обычно используется небольшое количество физических величин и параметров, численное значение которых и определяют свойства данного объекта. Большинство таких величин для астрономических объектов не могут быть непосредственно измерены, поэтому их значения получают в результате анализа и обработки, доступных измерению величин получаемых в результате наблюдений или эксперимента. Достоверность любой модели определяется наблюдательными фактами. Чем больше число различных наблюдаемых фактов получает качественное и количественное объяснение при использовании данной модели, тем более достоверной она является. При проведении астрономических наблюдений особо следует обратить внимание учащихся на данное обстоятельство, то есть на, то, что при измерении тех или иных физических величин их значения могут несколько отличаться от расчетных. Поэтому значительное место должно 8

быть уделено анализу возможных способов измерения интересующих нас величин, значение которых необходимо для проведения численных оценок.

Исключительно большое значение имеет подбор тех астрономических объектов и явлений, наблюдение которых может способствовать углублению знаний учащихся по определенным разделам физики. Основанием для отбора таких явлений служат принципы и критерии, ориентированные на цели обучения.

В нашем исследовании основными критериями отбора астрономических объектов для наблюдения и изучения с целью углубления знаний учащихся по некоторым разделам физики являются:

1. возможность наблюдения объекта в условиях данной местности;

2. научная и познавательная ценность тех знаний, которые учащиеся получают при наблюдении объекта;

3. возможность проводить, какие либо измерения при наблюдении;

4. доступность и простота наблюдений;

5. возможность проводить на основе наблюдений измерения физических величин с целью вычисления других физических величин.

При организации и проведении астрономических наблюдений мы считаем, что нужно руководствоваться следующими дидактическими принципами:

1. принцип научности;

2. принцип фундаментальности и прикладной направленности обучения;

3. принцип преемственности, систематичности и последовательности;

4. принцип единства группового и индивидуального обучения;

5. принцип учета возрастных и индивидуальных особенностей;

6. принцип доступности;

7. принцип наглядности.

При организации наблюдений следует учитывать особенности видимости астрономических объектов и явлений в данное время года, а так же географическое положение пункта наблюдения и метеорологические условия данной местности.

При планировании и организации астрономических наблюдений на первых порах требуется, как правило, некоторая методическая литература. На наш взгляд наиболее удобным пособием, выпущенным в последнее время, является книга Важорова Э.. Она рассчитана для широкого круга любителей астрономии, не располагающих дорогостоящим оборудованием. Данное пособие полезно при первых наблюдениях, не требующих никаких измерений. Для более серьезной работы рекомендуем учебное пособие Жукова Л.В. и Соколовой И.И., посвященное планированию, организации и проведения обязательных программных школьных астрономических наблюдений. В нем предлагается методика использования астрономических наблюдений в учебном процессе. Оно поможет подготовить учащихся к проведению тех наблюдений, в которых потребуется делать измерения, с дальнейшими вычислениями.

Мы считаем, что наиболее реальными и удобными объектами для наблюдений в условиях данной местности с целью последующих измерений и вычислений физических величин являются: Солнце, Луна, планеты, астероиды, двойные и переменные звезды. Из астрономических явлений можно выделить покрытие звезд Луной.

Для каждого из перечисленных объектов представлена методика проведения наблюдений и снабжена примерами, показывающими как можно ее применять в школе.

Рассмотрим, например методику проведения наблюдений астероидов и комет. Покажем, как можно определить координаты астероида на данный момент времени (на момент фотосъемки). Эту задачу можно решить с помощью простых измерений, не прибегая к сложным вычислениям, даже со школьниками средних классов. Нами был предложен следующий метод. Ребята должны найти (с помощью каталога) на фотографии 2 звезды, имеющие почти одинаковые склонения. Через них можно провести небесную параллель (круг склонений). Параллельно ей через опорные звезды, которые учащиеся могут выбрать самостоятельно, проводим другие параллели. Через эти же звезды перпендикулярно кругам склонений необходимо провести линии прямых восхождений (небесные меридианы). Ребята должны понимать, что чем аккуратнее они будут проделывать эту работу, чем точнее будут результаты. В зависимости от ситуации, эту работу можно предложить как отдельным учащимся, так и провести работу по группам. Приведем пример подобных измерений и вычислений для астероида Веста на 29 марта 2003 года (см. Фото 1).

Фото 1

Теперь, выбрав пару опорных звезд и астероид, проводим следующие измерения расстояний: а - расстояние между опорными звездами по прямому 10

восхождению, а! - расстояние между 1 опорной звездой и астероидом. Первую опорную звезду всегда берем левее второй, тогда разность прямых восхождений (XI и 0.2 будет всегда положительной. Таким образом, а определяется по формуле:

а,(а, - а-,)

а = ал---—

где а, а.1, а2 - соответственно прямые восхождения астероида, 1 опорной звезды и 2 опорной звезды. Все результаты занесены в таблицу 1.

Таблица 1.

Опорные сц СІ2 а,-а2 а аі а

звезды (ч. м. с.) (ч. м. с.) (ч. м. с.) (мм) (мм) (ч. м. с.)

8,20 13.02.11. 12.33.03. 0.29.08. 257 198 12.39.44.

є, 34 13.02.11. 12.47.14. 0.14.57. 131 198 12.39.35.

32,20 12.47.14. 12.33.03. 0.12.34. 113 54 12.39.37.

Аналогично производим измерения и вычисления для склонения 5. Опорные звезды учащиеся могут оставить те же самые, либо выбрать новые. В нашем случае — опорные звезды те же самые. Склонение астероида определяется по аналогичной формуле:

1 ъ

где 5, 5Ь 82 - соответственно склонение астероида, 1 опорной звезды и 2 опорной звезды. Все результаты занесены в таблицу 2. __Таблица 2. _

Опорные звезды 5, (°' ") §2 (°' ") 5і -62 (°'") Ь (мм) ь, (мм) 5 (°'")

34, 32 11.57.29. 7.40.24. 4.17.05. 151 90 9.24.15.

є, 32 10.57.33. 7.40.24. 3.17.09. 118 58 9.20.39.

20, 32 10.17.44. 7.40.24. 2.37.20. 93 32 9.23.36.

Вычислив средние значения координат, получим: аср = 12ч. 39м. 39с. 5ср = 9° 22' 50"

После проделанной работы было бы интересно сравнить полученный результат с данными, публикуемыми различными астрономическими изданиями. Например, АК на 2003 год приводит следующие данные:

_Таблица 3._

Дата а 5

22.03. 12ч. 45м. 49,5с. 8° 35' 53"

01.04. 12ч. 36м. 47,9с. 9° 44' 34"

Поскольку данные на время наблюдений в таблице отсутствуют, их можно вычислить методом линейного интерполирования. То есть будем считать, что на данном отрезке времени астероид двигался равномерно. Тогда: Ивы, = «22,03 - 7(а22оз - а104)/Ю = 12ч. 39м. 30с. 5ВЫч = §22оз + 7(5 , 04 - 522ОЗ)/10 = 9° 23' 58"

Следовательно, разность между нашими измеренными по фотографии и вычисленными по календарю координатами составляет:

Да = 9с., Д5 = Г 08".

Как видно, данные значения координат совпадают с большой степенью точности. Таким образом, делаем вывод с ребятами, что данным методом можно определять координаты небесных тел. Учащиеся должны догадаться, что такими телами могут быть не только астероиды, но и кометы, а так же планеты. Если данная работа (измерения и вычисления) проводилась по группам или учащиеся работали индивидуально, то результаты могут отличаться, причем значительно. Главное что бы школьники правильно сделали выводы, почему и по какой причине есть расхождения в конечном результате. На итоговый результат могли повлиять следующие факторы:

а) на фотографии участок небесной сферы мы считали плоским и проводили небесные параллели и меридианы как параллельные прямые;

б) прямая, проходящая через 2 опорные звезды с почти одинаковыми склонениями, не является небесной параллелью;

в) при проведении других параллелей и меридиан были допущены погрешности;

г) при измерении расстояний между изображениями звезд так же присутствует погрешность;

д) метод линейного интерполирования при вычислении координат астероида вносит некоторую погрешность, так как его движение нельзя считать равномерным.

Не смотря на все эти допущения и погрешности, этим методом можно пользоваться, так как его результаты достаточно хорошо согласуются с данными астрономических изданий, например из АК.

В третьей главе «Организация и результаты педагогического эксперимента» представлены результаты педагогического эксперимента, проведенного в ряде школ г. Пскова и Псковского района, перечисленных в общей характеристике работы.

Вначале исследования определялось отношение учащихся и преподавателей к проведению астрономических наблюдений в средней школе. По результатам анкетирования учителей можно утверждать, что большинство учителей не представляют, какие наблюдения можно проводить с учащимися, не предусмотренные программой, и как их можно организовать. Часть преподавателей хотели бы шире использовать возможности планетария для этой цели, а так же организовать наблюдения с использованием цифровых фотоаппаратов, так как они сейчас имеются у многих учащихся, однако не представляют, как это можно осуществить, так как для проведения подобных наблюдений нужны соответствующие методические разработки.

Результаты анкетирования учащихся 11 классов говорят о том, что интерес к астрономии у выпускников не ослабевает, а, наоборот, усиливается. Не смотря на свою занятость, ребята хотят проводить систематические наблюдения и интересуются разнообразными небесными объектами.

В ходе исследования были выбраны конкретные астрономические объекты, которые можно рекомендовать для наблюдений в школьных условиях. При выборе этих объектов учитывались особенности их видимости в данной местности, а так же что для проведения наблюдений будет использоваться не дорогостоящее оборудование, которым располагает школа или которое возможно приобрести. Разработаны первоначальные методические рекомендации по практическому использованию астрономических наблюдений. Эти рекомендации помогут проводить наблюдения и изучение астрономических объектов с целью углубления знаний учащихся по некоторым разделам физики.

Для выяснения влияния астрономических наблюдений на развитие физического мышления и повышения качества знаний по физике, учащимся было предложено ответить на вопросы анкеты. Анкетирование проводилось при изучении каждой темы на вводном занятии. Вопросы в анкетах подбирались таким образом, что бы выявить знания учащихся на данный момент по изучаемой теме.

Например, перед проведением работ по наблюдению астероидов учащимся была предложена следующая анкета.

Анкета для учащихся по теме «Астероиды».

1. Можно ли наблюдать астероиды невооруженным глазом, и в каком количестве?

а) нельзя

б) можно, несколько астероидов

в) можно, каждую ночь более десяти астероидов

г) можно только один астероид

2. Как можно отличить на звездном небе астероид от звезды?

а) по яркости (астероиды ярче звезд)

б) по мерцанию (астероиды не мерцают)

в) по перемещению относительно звезд

г) невозможно отличить

3. Где в Солнечной системе располагаются орбиты большинства астероидов?

а) за орбитой Земли

б) между орбитами Марса и Юпитера

в) за орбитой Марса

г) равномерно по всей Солнечной системе

4. Сколько приблизительно астероидов можно наблюдать в небольшие школьные телескопы и бинокли в течение года?

а) около десяти астероидов

б) около двадцати астероидов

в) около сотни астероидов

г) не более 3 астероидов

5. Каковы максимальные размеры астероидов?

а) до 10 км

б) до 100 км

в) до 500 км

г) до 1000 км

Ответы на вопросы анкеты составлялись таким образом, что бы их можно было оценить в условных баллах. Мы считаем, это позволит лучше оценить качество знаний учащихся по данной теме. На первом занятии учащиеся ответили на вопросы анкеты. После проведения всех теоретических занятий и практических наблюдений учащимся было предложено повторно ответить на вопросы этой анкеты. Чтобы провести сравнительный анализ, мы суммировали количество баллов всех учащихся до и после занятий. Результаты представлены на диаграмме.

Оценка эффективности предложенной методики проведения астрономических наблюдений проводилась группой экспертов, знакомых с организацией и проведением астрономических наблюдений и имеющих опыт работы в проведении подобных наблюдений. Суть метода экспертной оценки состоит в вынесении решения на основе мнения высококвалифицированных экспертов.

Экспертам было предложено оценить 6 основных направлений в методике проведения астрономических наблюдений. Нужно было оценить, в какой степени выполнение учащимися работ по данной теме способствует углублению некоторых разделов физики. С этой целью было отобрано 6 работ, по 1 в каждом направлении (список работ прилагается).

1 работа: определение географической широты по продолжительности захода Солнца за вертикальный столб и горизонт.

2 работа: определение высоты гор на Луне.

3 работа: измерение скорости света по наблюдениям за спутниками Юпитера.

4 работа: определение угловой скорости астероида.

5 работа: определение углового расстояния между компонентами двойных звезд.

6 работа: определение координат места наблюдения по покрытию звезд Луной.

Экспертные оценки выставлялись по каждому вопросу анкеты. Анкета для экспертов.

1. Формирует ли данная работа навыки научно-исследовательской работы?

1 раб. 2 раб. 3 раб. 4 раб. 5 раб. 6 раб.

Шкала формализации экспертных оценок:

1 - не формирует;

2 - формирует незначительно;

3 - формирует в достаточной мере; 2. Способствует ли данная работа углублению знаний по некоторым разделам физики, и по каким конкретно (механика, тепловые явления, электродинамика, оптика, атомная и ядерная физика)? Оцените каждый раздел физики в 3 балльной шкале.

1 раб 2 раб 3 раб

Механика Тепловые явления Электродинамика Оптика Атомная и ядерная физика Механика Тепловые явления Электродинамика Оптика Атомная и ядерная физика Механика Тепловые явления Электродинамика Оптика Атомная и ядерная физика

4 раб 5 раб 6 раб

Шкала формализации экспертных оценок:

1 - не способствует;

2 - способствует незначительно;

3 - способствует в достаточной мере;

3. Эффективна ли данная методика проведения работы в формировании

научно-исследовательских умений учащихся и углублении знаний по физике.

1 раб. 2 раб. 3 раб. 4 раб. 5 раб. 6 раб.

Шкала формализации экспертных оценок:

1 - не эффективна;

2 - эффективна при условии высокого уровня знаний учащихся;

3 - полностью эффективна;

В экспертную группу входило 6 опытных учителей, знакомых с методикой проведения данных работ.

Результаты анкетирования показали:

а) все работы формируют навыки научно-исследовательской работы (средний балл 2,97).

б) данные работы углубляют знания по физике в основном по 2 темам, это механика и оптика (средние баллы по механике-3; по тепловым явлени-ям-1,25; по электродинамике-2,02; по оптике-2,95; по атомной и ядерной фи-зике-1,53).

в) данная методика проведения работ в формировании научно-исследовательских умений учащихся и углублении знаний по физике эффективна.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Результаты проведенного исследования позволяют сделать следующие выводы:

1. Доказана целесообразность включения в школьный курс физики факультативных занятий по проведению астрономических наблюдений различных объектов с целью углубления знаний некоторых разделов физики у школьников.

2. Разработаны критерии отбора астрономических объектов, наблюдения которых может способствовать углублению знаний учащихся по определенным разделам физики.

3. Разработана и внедрена в практику методика проведения астрономических наблюдений Солнца, Луны, планет, астероидов, двойных звезд и покрытий звезд Луной.

4. Разработаны методические рекомендации для учителей физики по проведению астрономических наблюдений со школьниками.

5. Результаты проведенного педагогического эксперимента показывают, что разработанная методика проведения астрономических наблюдений эффективна.

Основное содержание и результаты исследования отражены в следующих публикациях диссертанта:

1. Моисеев И.И. Из опыта преподавания астрономии в школе. Методические рекомендации по физике: В помощь учителю и студенту. — Псков: Изд — во ПОИПКРО - 1998,- №6 - с. 60-62.

2. Моисеев И.И. Расчет скорости движения Луны по итогам лунного затме-ния//Физика в школе - 2000г - №6 - с. 53 - 54 .

3. Моисеев И.И., Розман Г.А. Как обойтись без так называемой «релятивистской» массы?»// Физика в школе - 2001г. - №5 - с. 71-74.

4. Моисеев И.И., Белов A.A. Измерение скорости света. В помощь учителю и студенту: методические рекомендации по физике. - Псков: ПГПИ им. С. М. Кирова - 2001. - №8 - с. 81 -86.

5. Моисеев И.И., Митрофанов П.И. Покрытие звезд Луной. В помощь учителю и студенту: методические рекомендации по физике. - Псков: ПГПИ им. С. М. Кирова-2001. - №8 - с. 87-94.

6. Моисеев И.И., Митрофанов П.И. Астрономические наблюдения как углубление курса физики технического лицея.// Международный сборник научных статей: Физика в школе и ВУЗе - СПб.: Изд - во РГПУ им. А.И. Герцена, 2007. - №6 - с. 228-235.

7. Моисеев И.И. Определение географической долготы г. Пскова с помощью кольца Глазенапа//Педагогическая палитра - 2008г. - №1 - с. 50 -51.

8. Моисеев И.И. Астрономические наблюдения как углубление курса физики технического лицея.// Международный сборник научных статей: Физика в школе и ВУЗе - СПб.: Изд - во РГПУ им. А.И. Герцена, 2008. - №8 - с. 187195.

9. Моисеев И.И. Измерение малых величин// Сборник: Физика в системе современного образования. Материалы X Международной конференции. -СПб.: Изд-во РГПУ им. А.И. Герцена, 2009. - т.2-с. 107-109. Ю.Моисеев И.И. Организация и проведение астрономических наблюдений// Физика в школе - 2009г - №3- с. 55 - 57.

11. Моисеев И.И. Определение периода обращения спутника Юпитера// Физика в школе - 2009г - №6—с. 61 - 62.

12.Моисеев И.И. Особенности проведения астрономических наблюдений в школе.// Международный сборник научных статей: Физика в школе и ВУЗе -СПб.: Изд - во РГПУ им. А.И. Герцена, 2010. - №12 - с. 114-118.

13.Моисеев И.И. Практические работы по астрономии - Псков: ПОИПКРО, 2011.-20 с.

Текст диссертации автор научной работы: кандидата педагогических наук, Моисеев, Иван Иванович, Санкт-Петербург

Федеральное государственное бюджетное образовательное

учреждение высшего профессионального образования «Российский государственный педагогический университет

им. А. И. Герцена»

0420145534^

На правах рукописи

Моисеев Иван Иванович

АСТРОНОМИЧЕСКИЕ НАБЛЮДЕНИЯ КАК УГЛУБЛЕНИЕ КУРСА

ФИЗИКИ ТЕХНИЧЕСКОГО ЛИЦЕЯ

Специальность: 13.00.02 - теория и методика обучения и воспитания (физика, уровень общего образования)

Диссертация на соискание ученой степени кандидата педагогических наук

Научный руководитель академик РАО, доктор физико-математических наук,

профессор A.C. Кондратьев

Санкт-Петербург 2013

СОДЕРЖАНИЕ:

ВВЕДЕНИЕ 3

ГЛАВА I. НАУЧНО-МЕТОДИЧЕСКИЙ АНАЛИЗ СОСТОЯНИЯ 11 ПРОВЕДЕНИЯ АСТРОНОМИЧЕСКИХ НАБЛЮДЕНИЙ В СРЕДНЕЙ ШКОЛЕ

§ 1. Анализ проблемы развития астрономических наблюдений в 11 учебно - методической литературе

§2. Психолого-педагогические аспекты проведения астрономических 20 наблюдений в школе

§3. Роль наблюдений в астрономии 27

ГЛАВА II. ОСНОВЫ МЕТОДИКИ ПРОВЕДЕНИЯ 36 АСТРОНОМИЧЕСКИХ НАБЛЮДЕНИЙ В СРЕДНЕЙ ШКОЛЕ

§ 1. Особенности проведения астрономических наблюдений в школе 36

§2.1 Методика организации проведения наблюдений Солнца 46

§2.2 Методика организации проведения наблюдений Луны 62

§2.3 Методика организации проведения наблюдений планет 73

§2.4 Методика организации проведения наблюдений астероидов 81

§2.5 Методика организации проведения наблюдений двойных звезд 93

§2.6 Методика организации проведения наблюдений покрытия звезд 101 Луной

ГЛАВА III. ОРГАНИЗАЦИЯ И РЕЗУЛЬТАТЫ 114 ПЕДАГОГИЧЕСКОГО ЭКСПЕРИМЕНТА

§ 1. Организация и структура педагогического эксперимента 114

§2. Констатирующий этап 118

§ 3. Поисковый этап 127

§4. Формирующий этап 129

ЗАКЛЮЧЕНИЕ 150

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ 151

ВВЕДЕНИЕ

Астрономия древнейшая из естественных наук. В нашей школе многие годы она была одним из основополагающих предметов, с помощью которого познавался мир, и формировалось научное мировоззрение.

В XX веке астрономия приобрела новые качества. Во-первых, запуск в СССР первого ИСЗ ознаменовал начало космической эры на нашей планете. Во-вторых, астрономия стала одной из необходимых основ бурно развивающейся космонавтики. Общеизвестно огромное практическое значение ИСЗ для развития связи, прогноза погоды, исследования природных ресурсов, экологических мониторингов с орбиты, наземной и воздушной навигации, решения задач обороны страны т.д. В-третьих, не следует забывать о новых возможностях развития фундаментальных исследований в области физики, открывшихся благодаря использованию небывало мощных средств наблюдения космоса: огромных наземных систем телескопов и радиотелескопов, космических обсерваторий, совершенной компьютерной техники. Благодаря наблюдениям быстро развивается астрофизика. В отличие от физики, в основе которой лежит эксперимент и у экспериментатора есть возможность произвольно менять условия протекания явления, астрофизика основывается главным образом на наблюдениях, когда исследователь не имеет возможности влиять на ход физического процесса. Однако при изучении, какого либо явления обычно имеется возможность наблюдать его на многих небесных объектах при различных условиях. Поэтому возрастает роль наблюдений и в конечном итоге наблюдатель оказывается в не менее благоприятном положении, чем экспериментатор в физике.

"Астрономия", состоящий из 11 параграфов. Анализ педагогической практики и результаты констатирующего эксперимента свидетельствуют, что данные разделы, как правило, изучаются обзорно или не изучаются совсем из-за нехватки времени.

Исходя из сформулированной цели, были поставлены следующие задачи:

2. Разработать программу организации и проведения астрономических наблюдений со школьниками как факультативное дополнение к курсу физики средней школы.

Объектом исследования является процесс обучения физике в средней школе.

Методологическую основу исследования составляют:

- работы по теории и методике обучения физике (Кондратьев A.C., Кудрявцев П.С., Спасский Б.И. и др.);

- работы по педагогике и психологии (Выготский Л.С., Пискунов А.И., Кабанский Ю.К., Журавлев В.И., Кузьмина Н.В., Обухова Л.Ф., Сластенин В.А. и др.).

включающая в себя не только проведение наблюдений, но и математическую обработку этих наблюдений с целью выполнения научно-исследовательских работ учащихся. Показано, что проведение таких работ способствуют углублению знаний по некоторым разделам курса физики.

Теоретическая значимость исследования состоит:

- в обосновании необходимости проведения астрономических наблюдений со школьниками. Показано, что только теоретическое осмысление материала совместно с практическими наблюдениями могут обеспечить углубление знаний учащихся по физике.

- в разработке критериев отбора астрономических объектов и явлений для проведения наблюдения.

- в разработке методики проведения астрономических наблюдений конкретных объектов и явлений с последующей математической обработкой этих наблюдений.

Практическая значимость работы состоит в том, что разработанная методика проведения астрономических наблюдений доведена до уровня конкретных методических разработок и рекомендаций для использования во внеурочных занятиях со школьниками. Соответствующие разработки внедрены в учебный процесс в Псковском техническом лицее.

Апробация полученных результатов по организации внеклассных занятий по астрономии и усиление связи астрономических знаний учащихся с их знаниями по физике проводилась в течение 14 лет с учениками школы № 25 г. Пскова, учащимися технического лицея города Пскова, студентами Псковского государственного педагогического университета и со студентами Псковского политехнического института.

преподавателей Псковского государственного педагогического университета (2007 г.), на областной конференции учителей "Кикоинские чтения" (2008 г.), на международной конференции "Физика в системе современного образования" (2009 г.).

В результате проведенного исследования на защиту выносятся следующие положения:

Положения, выносимые на защиту, раскрываются в следующих публикациях соискателя:

1. Моисеев И.И. Из опыта преподавания астрономии в школе. Методические рекомендации по физике: В помощь учителю и студенту. - Псков: Изд - во ПОИПКРО - 1998.- №6 - с. 60-62.

2. Моисеев И.И. Сатурн и Меркурий// Звездочет - 1998г. - №7 - с.34.

3. Моисеев И.И. Расчет скорости движения Луны по итогам лунного затмения//Физика в школе - 2000г - №6 - с. 53 - 54 .

4. Моисеев И.И., Розман Г.А. Как обойтись без так называемой «релятивистской» массы?// Физика в школе - 2001г. - №5 - с. 71-74.

5. Моисеев И.И., Розман Г.А. Как обойтись без «релятивистской» массы? В помощь учителю и студенту: методические рекомендации по физике. -Псков: ПГПИ им. С. М. Кирова - 2001. - №8 - с. 57-63.

6. Моисеев И.И., Белов A.A. Измерение скорости света. В помощь учителю и студенту: методические рекомендации по физике. - Псков: ПГПИ им. С. М. Кирова - 2001. - №8 - с. 81 -86.

7. Моисеев И.И., Митрофанов П.И. Покрытие звезд Луной. В помощь учителю и студенту: методические рекомендации по физике. - Псков: ПГПИ им. С. М. Кирова - 2001. - №8 - с. 87-94.

8. Моисеев И.И., Митрофанов П.И. Видимость небесных светил в светлое время суток//В помощь учителю и студенту, 2003г. - №9 - с. 51-60.

9. Моисеев И.И., Розман Г.А. Почему Эйнштейн отказался от эфира?// Физическое образование в ВУЗах - 2006г. - №2 - с. 20-28.

10. Моисеев И.И., Митрофанов П.И. Астрономические наблюдения как углубление курса физики технического лицея.// Международный сборник научных статей: Физика в школе и ВУЗе - СПб.: Изд - во РГПУ им. А.И. Герцена, 2007. - №6 - с. 228-235.

11. Моисеев И.И. Определение географической долготы г. Пскова с помощью кольца Глазенапа// Педагогическая палитра - 2008г. - №1 - с. 50 -51.

12. Моисеев И.И. Астрономические наблюдения как углубление курса физики технического лицея.// Международный сборник научных статей: Физика в школе и ВУЗе - СПб.: Изд - во РГПУ им. А.И. Герцена, 2008. - №8 -с. 187-195.

13. Моисеев И.И. Измерение малых величин.// Сборник: Физика в системе современного образования. Материалы X Международной конференции. -СПб.: Изд - во РГПУ им. А.И. Герцена, 2009. - т.2 - с. 107-109.

Н.Моисеев И.И. Организация и проведение астрономических наблюдений// Физика в школе - 2009г - №3- с. 55 - 57.

15. Моисеев И.И. Определение периода обращения спутника Юпитера// Физика в школе - 2009г - №6- с. 61 - 62.

16. Моисеев И.И. Особенности проведения астрономических наблюдений в школе.// Международный сборник научных статей: Физика в школе и ВУЗе -СПб.: Изд - во РГПУ им. А.И. Герцена, 2010. - №12 - с. 114-118. П.Моисеев И.И. Практические работы по астрономии - Псков: ПОИПКРО, 2011.-20 с.

ГЛАВА I. НАУЧНО - МЕТОДИЧЕСКИЙ АНАЛИЗ СОСТОЯНИЯ ПРОВЕДЕНИЯ АСТРОНОМИЧЕСКИХ НАБЛЮДЕНИЙ

В СРЕДНЕЙ ШКОЛЕ

§1. Анализ проблемы развития астрономических наблюдений в учебно - методической литературе

Астрономия - фундаментальная наука, оказывающая важное влияние на развитие естественно - математических, прикладных, технических и гуманитарных наук.

Значение астрономии определяется важностью ее вклада в создание научной картины мира: во всех исторически сложившихся моделях Вселенной, включающих в себя все основные теоретические идеи определенного периода развития науки - механической, электродинамической, квантово-полевой, квантово-релятивистской и современной квантово-космогонической, астрономические знания имели особо важное, если не основополагающее значение.

На протяжении всей истории развития цивилизации продолжается неуклонный рост практической значимости астрономических знаний в жизни и хозяйственной деятельности человеческого общества. На рубеже III тысячелетия астрономия и космонавтика становятся одним из средств вывода человечества из глобального энергетического и экологического кризиса путем привлечения ресурсов и возможностей космического пространства; по мнению ведущих ученых Земли, человек будущего должен обладать новым "космическим" мировоззрением.

Курс астрономии средних учебных заведений обладает очень высокой информационной насыщенностью, позволяющей обобщать и углублять изучение материала других естественно-математических дисциплин и, по мнению большинства ученых, педагогов и астрономов-методистов, призван выполнять образовательную и воспитательную роль в качестве курса,

дополняющего и завершающего не только физико-математическое, но и философское образование выпускников средних учебных заведений.

Однако астрономический материал стал включаться в курс физики только в середине XIX века, хотя изучение физики было введен�