Целью учебно-методического инфокоммуникационного комплекса по астрофизике является обеспечение учебного процесса общеобразовательных учреждений возможностью выполнения практических работ по разделам программы по физике, связанным с астрофизикой. Комплекс участвует в учебном процессе учреждений региона, реализующих программы среднего (полного) общего образования, дополнительного образования.
Данный учебно-методический комплекс выполняет следующие функции:
1) обеспечивает доступ к лабораторным работам и проверку;
2) обеспечивает возможность проектной деятельности школьников и студентов.
Функциональная схема учебно-методического инфокоммуникационного комплекса по астрофизике дана в таблице.
Функциональная схема учебно-методического инфокоммуникационного комплекса по астрофизике
|
Режимы работы |
Основные |
Дополнительные |
||
|
Автоматический |
Интерактивные |
|||
|
Интернет-ресурс |
Очные занятия |
Тематические наблюдения |
Удаленный доступ |
|
|
Цель и форма |
Выполнение лабораторных работ |
Лекция с выполнением лабораторной работы и демонстрациями |
Проектная деятельность учащихся |
Демонстрация явлений |
|
Реализован с помощью |
Cайт [1] |
Преподаватель |
Астрофизическое оборудование |
Астрофизическое оборудование |
|
Форма взаимодействия |
Использование сайта [1] |
Непосредственное общение в помещении обсерватории |
Удаленный доступ |
Удаленный доступ |
В состав данного комплекса входят следующие компоненты: web-сайт, методические описания лабораторных работ и материалы к ним, а также специфическое оборудование (автоматизированный телескоп MEADE диам. 300 мм, ПЗС-камера SBIG ST-8XME, управляющий компьютер с доступом в Интернет, специализированное программное обеспечение).
Режимы работы астрофизического комплекса следующие. Во-первых, комплекс работает как Интернет-ресурс. Остальные режимы интерактивные: наблюдения по представленной программе пользователя и визуальные наблюдения в реальном времени, транслируемые по Интернет (удаленный доступ).
На данный момент разработаны четыре лабораторные работы для школьников и учащихся центров дополнительного образования. В лабораторных работах используются инфокоммуникационные технологии, и не требуется работать ни с каким оборудованием кроме школьного или домашнего компьютера. Реализация лабораторных работ с помощью инфокоммуникационных технологий создает условия для формирования специфических компетенций работы с информацией, и сводит к минимуму отвлекающие факторы (методически сложные наблюдения), так как цель этих работ – изучение собственно космического объекта или астрофизических закономерностей.
Преимуществом является также то, что в лабораторных работах используются электронные таблицы, входящие в состав офисных программных пакетов, потому что при использовании электронных таблиц (легкодоступного и мощного вычислительного средства, обладающего кроме того широким спектром возможностей графического представления данных) нарабатываются навыки обработки числовой информации.
Все лабораторные работы по методике выполнения можно условно разделить на две группы: расчетные и статистические. Расчетные работы подразумевают организацию вычислений как одной из задач и анализ их результатов. Примерами таких работ служат «Определение радиусов орбит и периодов обращения спутников планет-гигантов» и «Изучение спектра Солнца», в которых необходимо определить требуемые параметры. Статистические работы требуют правильно подставить необходимые массивы данных в заготовленную форму, в которой будет произведена их визуализация в режиме достаточно сложной диаграммы, и по виду диаграммы сделать выводы по цели работы. В данный раздел входят работы «Изучение собственных движений звезд» и «Изучение строения Галактики».
Тематически лабораторные работы охватывают следующие темы «Строение Солнечной системы», «Солнце – ближайшая к нам звезда» и «Современные представления о происхождении и эволюции Солнца, звезд, галактик» из авторской программы по физике для 10–11 классов общеобразовательных учреждений В.С. Данюшенкова и О.В. Коршуновой [2].
Первая лабораторная работа «Определение радиусов орбит и периодов обращения спутников планет». Ее цель проверить III закон Кеплера. Выполняющему работу следует решить следующие задачи: получить расстояния спутников от центра планеты в разные моменты времени по фотоснимкам; определить радиусы орбит спутников и периоды их обращения, считая орбиты круговыми для математической простоты. Расстояние центра спутника от центра диска планеты определяется в графическом редакторе. Работа развивает навыки работы с электронными таблицами и с графическими программами.
Для работы предназначены три точно датированных снимка системы спутников Юпитера, полученных с небольшим временным промежутком. Выполняющему работу следует определить расстояние спутников от центра планеты, для чего необходимо создать расчетную таблицу, используя математическую модель, данную в описании работы. Полученные результаты следует подставить в формулу III закона Кеплера и сделать вывод о движении рассматриваемых тел.
Данная работа знакомит учащихся с законами движения тел под действием силы тяготения, способствует формированию образа Солнечной системы, формирует навыки расчетов в среде электронных таблиц.
Вторая лабораторная работа «Изучение спектра Солнца» имеет цель определить температуру внешних оболочек Солнца. Для достижения цели следует решить следующие задачи: идентифицировать на диаграмме солнечного спектра спектральные линии водорода, сделать вывод о химическом составе Солнца; по ширине спектральных линий определить температуру хромосферы; по максимуму интенсивности спектра Солнца на основании закона Вина определить температуру фотосферы. Для работы используется интернет-сайт Парижской обсерватории, содержащий инфокоммуникационную версию атласа солнечного спектра [3]. Для расчетов рекомендуется создать несложную таблицу. Для определения температуры по интерактивной диаграмме спектра определяется ширина линий, расчет температуры по формуле Доплера производится в электронной таблице.
Познавательная цель этой лабораторной работы – познакомить учащихся со строением внешних областей Солнца, методами получения информации из спектра источника излучения. Работа помогает формированию исследовательской компетенции.
Третья лабораторная работа «Изучение собственных движений звезд» принадлежит к группе статистических. Цель работы: изучить звездные сообщества по их характерным собственным движениям. Задачи, которые должны быть выполнены, следующие: в среде электронных таблиц в режиме диаграммы визуализировать собственные движения звезд в заданных областях неба; по полученным изображениям выделить звезды со сходными параметрами движения (направление и величина); сделать вывод о принадлежности найденных звезд скоплению или ассоциации, а также об условиях их образования и эволюции. В данной работе в качестве исходных данных используются фрагменты каталогов UCAC2 и UCAC3. В качестве инструмента используется документ электронных таблиц с настроенной диаграммой. Осями диаграммы являются экваториальные координаты прямое восхождение и склонение. Особенностью работы с диаграммой является самостоятельная установка свойств координатных осей в зависимости от размеров изучаемого объекта.
Познавательная цель третьей лабораторной работы – знакомство учащихся с типами звездных сообществ, формирование понятия общности происхождения звезд и эволюции звездных сообществ. Работа также дает первичное представление о структуре Галактики.
Четвертая лабораторная работа называется «Изучение строения Галактики» и имеет цель познакомить учащихся со структурой Галактики в целом. Задачи, реализуемые в работе таковы: в среде электронных таблиц в режиме диаграммы визуализировать шаровые и рассеянные звездные скопления, планетарные и светлые туманности в галактических координатах, сделать вывод о составе галактических подсистем. Данная работа также относится к группе статистических. Учащиеся должны увидеть плоскую и сферическую подсистемы галактики, познакомиться с типами звездного населения. При выполнении работы развиваются навыки работы в среде электронных таблиц.
Апробация учебно-методического инфокоммуникационного комплекса по астрофизике в отдельных школах и центре дополнительного образования показала, что качество образования в области физики и информатики, а также интерес к этим предметам повышается. Разработанный учебно-методический инфокоммуникационный комплекс рекомендуется к использованию во всех учреждениях, реализующих программы среднего (полного) общего образования, при изучении курса физики.