Исследовательская и проектная деятельность обучающихся по астрономии
статья по астрономии (11 класс)

Исследовательская и проектная деятельность обучающихся

по астрономии

В последние годы проектной деятельности учащихся уделяется все больше внимания. Если раньше подобного рода работы проводились в основном в рамках системы дополнительного образования, то сейчас требования о проведении исследовательских работ предъявляются и к школьным учителям.  Астрономия – уникальная во многих смыслах наука. В настоящее время – это единственная область знания, где любитель, в том числе – школьник, может получить новый и значимый для науки результат. Сейчас любителю астрономии доступна техника, о которой профессиональные астрономы еще 30 лет назад не могли даже мечтать – это высокоэффективные приемники изображения, дистанционно-управляемые телескопы, доступ к базам данных через всемирную сеть, наконец, быстродействующие компьютеры. Сейчас астрономия вернулась как самостоятельный предмет в школьную программу. Кроме того, по-прежнему её элементы встречаются в программах других предметов.

Исследовательская деятельность обучающихся.

Можно выделить несколько основных типов практических работ, встречающихся в школьном астрономическом образовании. Прежде всего, это лабораторные работы. Их основная цель – экспериментальное изучение, подтверждение и проверка теоретических положений. Лабораторные работы обычно посвящены какому-то одному узкому вопросу (как пример – работа «Определение фокусного расстояния окуляра»), выполняются по строго установленному алгоритму, отчет по ним представляется в заранее заданном виде (учащимся раздаются пустые формы для заполнения) и выполняются они за одно занятие (максимум за два). Следующими по сложности и объемности идут учебно-исследовательские работы. Перед работами этого типа не ставится цель получения нового знания или исследование неизвестной ранее зависимости. Основное их отличие от лабораторных работ в том, что учащийся самостоятельно разрабатывает план работ по теме. Выполняются такого рода работы обычно от одного до трех месяцев. Отдельно отстоят работы, которые  можно объединить под общим названием опытно-конструкторские работы. При их выполнении не ставится задача получения какого-то нового результата. Их основная цель – создание или усовершенствование прибора или установки, которая может иметь ценность сама по себе (например, изготовление телескопа). Вершиной списка типов практических работ, несомненно, являются научно-исследовательские работы (НИР) или научно-практические работы. Результатом НИР является новый научно-значимый результат. Необязательно это должен быть результат, в той области, в которой ранее никто не работал или абсолютно новый результат в уже существующих областях. Это может быть, например, исследование скорости таяния полярной шапки на Марсе, поиск и открытие переменной звезды или исследование изменения яркости фона неба в каком-то пункте Земли. Важно, чтобы эта работа была проделана с использованием научных методов наблюдений и обработки и, главное, на оригинальном материале (например, на основе результатов собственных наблюдений). Обязательным условием выполнения НИР должна стать защита результатов на ученической конференции хотя бы регионального уровня. Наверное не стоит требовать выполнения работы такого уровня от каждого ученика 10-11 класса, но надо стремиться к тому, чтобы в каждом классе был хотя бы один такой ученик. Ну и, наконец, специфичными для предмета астрономии являются такие практические работы, как наблюдения небесных объектов. Их проведение необходимо при изучении астрономии, т.к. они осуществляют связь между знаниями, полученными в ходе теоретических занятий, и реально существующей Вселенной. Астрономические наблюдения во многих случаях являются отправной точкой в исследовательской работе. Уникальность астрономии с точки зрения НИР проявляется, прежде всего, в возможности самостоятельного проведения наблюдений исследуемого объекта или явления. Кроме того, групповые астрономические наблюдения помогают поддерживать интерес учащихся к предмету и сплачивают коллектив.  

Лабораторные работы на занятиях в школе – естественный способ изучения целого ряда вопросов и проблем. Особенно это касается разного рода дополнительных, но тем не менее важных вопросов – например, работа с подвижными картами звездного неба, изучение законов распространения света, знакомство с различными астрономическими инструментами. Лабораторные работы можно разделить на два больших класса: 1) лабораторные работы на общеастрономические темы, 2) лабораторные работы, помогающие в подготовке учащегося к проведению НИР. Какие темы лабораторных работ можно рекомендовать для изучения астрономии? Приведем примерный (далеко не полный) список таких тем:

1. Подвижная карта звездного неба

2. Работа с картами звездного неба

3. Небесные координаты

4. Собственное движение звезд

5. Посох Якова

6. Гномон

7. Определение фокусного расстояния окуляра

8. Определение разрешающей способности объектива

9. Определение предельной звездной величины снимка

10. Определение расстояния до галактики с помощью закона Хаббла

11. Кривая вращения галактики

Для организации и проведения выше перечисленных работ, достаточно простейшего оборудования, которое входит сейчас во многие комплекты учебных школьных лабораторий.  Еще одна важная составляющая современной практической работы – программное обеспечение.

Т.к. время занятий на уроке ограничено, желательно на занятии, предшествующем лабораторной работе, раздать учащимся описание работы для подготовки к ней. Кроме собственно описания хода выполнения работы, оно обязательно должно содержать:

небольшой вводный текст, описывающий изучаемые явления и/или закономерности

список литературы (с указанием страниц) и сайтов где ученик может найти дополнительную информацию

список вопросов, на которые необходимо ответить при подготовке к работе

список вопросов, на которые необходимо ответить при защите работы

Вопросы для подготовки к работе необходимо составить таким образом, чтобы ответы на часть из них содержались в вводном тексте к работе, а ответы на другую часть можно было бы найти в приведенных литературных источниках.

Учебно-исследовательская работа имеет черты как лабораторной работы, так и НИР.

Пример работы «Изучение распределения яркости безоблачного дневного неба». Для выполнения работы в ее простейшем варианте потребуются:

приемник света (например, фотодиод; хотя может быть и вариант с использованием цифрового фотоаппарата, но он потребует последующей компьютерной обработки),

измерительный прибор (подойдет милливольтметр или цифровой мультиметр),

горизонтальная монтировка (от телескопа, подходящего геодезического прибора, треноги для фотоаппарата или самодельная) с разделенными кругами высоты и азимута.

 Цель работы в данном случае может совпадать с названием. За рабочую гипотезу примем два положения, которые встречаются иногда в литературе: 1) самая темная точка на небе находится в зените, 2) в направлении, противоположном направлению на Солнце, яркость неба больше, чем в окрестностях.

Методика выполнения работы предельно проста. Фотодиод необходимо установить так, чтобы ограничить участок неба, свет с которого попадает на чувствительную площадку. Для этого можно установить диод в фокусе объектива или линзы, а можно просто поместить его в трубку, покрашенную внутри черной матовой краской. При диаметре трубки в 5 мм и длине 287 мм получится поле зрения около 1 градуса. Трубку устанавливаем на монтировку. Далее, с некоторым заранее выбранным шагом (например, 15 градусов) мы сканируем небесную сферу, измеряя при этом сигнал с помощью милливольтметра. Итоговый результат лучше представить в виде компьютерной картинки, на которой изофотами показано распределение яркости неба.

Научно-исследовательские работы. Самое важное при подготовке к НИР – выбор темы исследования. Диапазон возможных вариантов – от чисто теоретических работ (например, «Компьютерное моделирование эволюции скоплений галактик») до наблюдательных работ (например, «Исследование распределения часового числа Персеид в 2019 г.»). Приведенная в качестве примера работа по наблюдению метеорного потока может быть выполнена за 2-3 месяца. Одна из основных дидактических целей практической работы – привить навыки самостоятельной работы. Поэтому работа на всех этапах должна быть доступна для понимания учащегося.

Формулировка названия и целей научноисследовательской работы.  Название – визитная карточка проекта. Оно должно давать полное представление о предмете исследования.

Структура письменного отчета (доклада) по результатам НИР.

 1. Название

2. Цель работы (решение той проблемы или задачи, которая вынесена в заголовок работы) 3. Список решаемых задач (по сути, задачи – это цели отдельных этапов работы)

4. Аннотация (необязательный пункт; тем не менее, она часто требуется при представлении работы на конференцию или конкурс);

5. Введение (необходимо дать общее представление о предмете исследования, используемых методах, рассмотреть основные литературные источники по теме работы, дать оценку существующим результатам в этой области)

6. Описание установки/прибора (если в ходе работы была изготовлена или модернизирована установка, создан прибор – в этом разделе необходимо дать ее описание и описать ход работы с ней)

7. Наблюдения (если в ходе работы проводились наблюдения, то в этом разделе дается их описание – дата и время наблюдений, использованная аппаратура (если она не была описана в п. 6 данного списка или раздела из п. 6 в докладе нет), режимы, в которых она работала и пр.; если для работы использовались чужие данные, то в этом разделе описываются они)

8. Обработка (описываются использованные методы обработки результатов наблюдений, результатов моделирования и т.д)

 9. Полученные результаты (приводятся полученные результаты, ошибки числовых величин)

10. Обсуждение (обсуждение полученных результатов, достигнута ли цель исследования)  11. Заключение (или выводы; если работу планируется продолжить, то сюда же можно добавить «планы на будущее»; выводы должны соответствовать целям и задачам исследования)  

12. Список литературы

Часть пунктов может быть объединена, иметь другие названия или вовсе отсутствовать. Обязательными являются «стандартные» пункты: Введение, Наблюдения (т.е. пункт об источнике исходных данных), Обсуждение, Заключение и Список литературы.

Проектная деятельность обуающихся.

Проекты органично вписываются в учебный процесс. При использовании метода проектов на уроках астрономии создается такая проблемная ситуация, в результате которой учащиеся самостоятельно формулируют исследовательские проблемы.

1. Исследовательские проекты. Они требуют хорошо продуманной структуры, обозначенных целей, актуальности, предмета исследования, социальной значимости, продуманных методов, в том числе и экспериментальных. Такие проекты имеют структуру, приближенную к научным исследованиям. В качестве примера можно привести рефераты, которые активно используются в учебном процессе: «Наблюдение Вселенной».

2. Творческие проекты не имеют детально проработанной структуры, она только намечается и далее развивается в процессе работы. В каждом конкретном случае договариваемся о планируемых результатах и форме их представления (газета, альбом, видеофильм, статья, презентация и т.д.). В 11 классе очень актуальны проекты по астрономии:

«Солнце и его влияние на жизнь людей».

«Есть ли жизнь на Марсе».

«Происхождение Вселенной. Теория большого взрыва».

«Происхождение солнечной системы».

3. Игровые проекты – их структура только намечается и остается открытой до конца проекта. Участники принимают на себя роли, обусловленные характером и содержанием проекта. Степень творчества очень высокая, но доминирующим видом деятельности является ролевая, игровая. Примером могут служить уроки, проведенные в виде пресс-конференции по некоторым учебным темам, например:  «Исследование космоса», где есть «представители» средств массовой информации и «руководители» предприятий, ведомств, министерств.

4. Информационные проекты. Этот тип направлен на сбор информации о каком-то явлении, на ознакомление с информацией, обобщение фактов, предназначенных для широкой аудитории – класса. Примером могут служить актуальные темы, не вошедшие в программу по астрономии. Проекты, посвященные изучению истории  астрономии, биографии ученых позволяют раскрыть учащимся духовные богатства настоящей личности, нравственную чистоту лучших представителей интеллигенции, имеют большое воспитательное и познавательное значение.

5. Практико-ориентированные проекты отличает четко обозначенный с самого начала результат деятельности его участников, который ориентирован на социальные интересы самих участников. Такой проект требует хорошо продуманной структуры деятельности всех участников. Здесь важны и работа, и обсуждение, и корректировка совместных усилий, организация презентации полученных результатов и способов внедрения в практику.

Темы проектов по астрономии:

История возникновения астрономии. Древние обсерватории

Легенды и мифы звездного неба

Астрономия в поэзии И.Бунина
Эпиграфы к урокам астрономии.
Сказки звёздного неба. Зодиак.

Кто вы, астроном Галилео Галилей?
Мифы и гипотезы о происхождении и строении Земли
Планета Земля в азбуках и викторинах (поверхность Земли)
Исследования Луны. Лунные базы будущего
Влияние фаз Луны на успеваемость школьников
Почему Луна не падает на Землю?
Спор учёных: сколько планет в нашей Солнечной системе
Существуют ли планеты вне Солнечной системы?
Загадки красавицы Венеры
Тайна красной планеты Марс.

Возможна ли жизнь на спутнике планеты Юпитер - Европе?
Астероидная опасность – миф или реальность
Прошлое, настоящее и будущее Солнца
Солнечная активность и её влияние на здоровье человека.
Наблюдения редких астрономических явлений.
Тайна девятой планеты
Тайна красного Сириуса
Тайны Вселенной
Тайны черной дыры
Телескоп — устройство и история
Темная материя
Что такое космический мусор и опасен ли он для планеты Земля?

На практике приходится иметь дело и со смешанными типами проектов. По окончании работы над проектом проводится презентация.

Отличие урока с использованием метода проектов от традиционного в том и заключается, что меняется роль учителя. Теперь уже у него не доминирующая роль, а помогающая, направляющая. Учащийся сам отбирает нужную ему информацию, определяет ее необходимость, исходя из замысла проекта. Если в традиционном обучении ученик получает готовые, систематизированные знания, подлежащие усвоению, то при использовании метода проектов систематизация, приведение знаний в порядок – дело и забота самого учащегося. Он не усваивает готовые представления и понятия, но сам, из множества впечатлений, знаний и понятий строит свой проект, свое представление о мире.

При использовании метода проектов учителю необходимо пересмотреть организационную структуру уроков, т.к. она отличается от структуры обычных уроков в лучшую сторону большей зоной неопределенности. Обычно учащимся представляют материал, как нечто давно сформировавшееся, незыблемое, с его уже открытыми законами. Но мы существуем в среде с множеством неопределенностей из-за влияния большого количества случайных событий и их различных сочетаний, будь это научный эксперимент или реальная жизненная ситуация. Необходимы гибкость мышления, умение анализировать и учитывать множество факторов и находить оптимальное решение в данной ситуации. Это увеличивает творческий потенциал, гуманитарную составляющую технологии, т.к. основное отличие гуманитарных систем – наличие вероятностных моделей, оперирование неопределенностями, существование в их среде. Не потому ли в последнее время и в олимпиадных заданиях все чаще встречаются задачи, подразумевающие допуск нескольких вариантов в условии и в решении. Не такие же ли задачи ставит перед человеком жизнь?

Интернет-ресурсы:

1. https://vega1972.ru/data/files/000505/Статья%20Научно%20исследовательские%20работы%20школьников%20.pdf
2. https://nsportal.ru/shkola/materialy-metodicheskikh-obedinenii/library/2013/02/05/proektnaya-deyatelnost-na-urokakh
3. http://obuchonok.ru/temaastronom