Методика использования электронных учебных модулей для изучения темы «Галактики»

Гомулина Н.Н.
кандидат педагогических наук
gomulina@orc.ru

Изучение данной темы может проходить в 9 классе по предмету «физика», в 11 классе по предмету «физика», в 10 классе по предмету «естествознание», в 11 классе по предмету «астрономия».

Степень сложности подачи учебного материала, естественно, зависит от предмета и возраста учащихся. Но основные особенности данной темы остаются неизменными.

При объяснении можно воспользоваться открытыми электронными учебными модулями (ЭУМ), размещенными на портале «Федеральный центр информационно-образовательных ресурсов» (ФЦИОР, http://eor.edu.ru). ЭУМ делятся по видам на информационные «И», практические «П» и модули контроля «К».

При создании электронных учебных модулей делался акцент на компетентностный подход. Особое внимание обращалось на создание модулей с высоким уровнем мультимедийности. Отличительные особенности созданных ЭУМ:

  • Компетентностный подход, индивидуализация обучения.
  • Углубленный деятельностный подход, формирование ключевых компетенций, смещение акцента на самостоятельную деятельность ученика.
  • Вариативность представления материала, индивидуальные траектории обучения.
  • Развитие самостоятельности учащихся, выработка навыков поисково-исследовательской деятельности.
  • Параметризация модулей практики и контроля в тестовом виде.

Параметризация - одна из уникальных особенностей разрабатываемых модулей:

  • Варьирование численных значений в тестовых заданиях, которые будут новыми при каждом открытии модуля.
  • Автоматическое перемешивание тестовых заданий.
  • Автоматическое перемешивание дистракторов (вариантов ответов на тестовые задания).
  • Подстановка совершенно других заданий.

Параметризация позволяет создавать большое количество вариантов модулей «П» и «К». Параметризация позволяет создавать уникальные контрольные работы с большим количеством вариантов. Поэтому можно говорить об ЭУМ - как «генераторе» контрольных и самостоятельных заданий по физике. Тем самым с помощью электронных образовательных модулей нового поколения можно реально осуществить индивидуализацию учебной деятельности обучаемых по разным образовательным траекториям, оптимизировать учебный процесс и повысить эффективность применения ИКТ.

Цель урока: дать представление о галактиках, как одном из основных типов космических систем в видимом диапазоне электромагнитного излучения, формирование представлений и материальном единстве и познаваемости окружающего мира.

Формирование астрофизических понятий: многообразие форм галактик, классификация галактик, процесс формирования галактик, методы определения расстояний до галактик (для 10-11 классов), движение газа и процесс звёздообразования в галактиках.

Использование информационных технологий. Модули (ФЦИОР, http://eor.edu.ru), презентация. (Наличие в классе компьютера, проектора, по возможности - интерактивной доски).

Ход урока с использованием интерактивной доски.

Во время урока необходимо познакомить учащихся с современными фотографиями галактик разных типов, с классификацией Хаббла. Остановиться на истории открытия галактик 90 лет назад, когда первые работы по определению расстояний до ближайших галактик продемонстрировали истинные масштабы доступной наблюдениям Вселенной, положив начало исследованию далеких звездных систем.

С 1920 г., когда Лундмарку удалось разложить на звёзды периферийную часть спиральной туманности М 33 (или NGC 598) в созвездии Треугольника. Вскоре Э. Хаббл, работавший на крупнейшем в то время телескопе с зеркалом диаметром 2,5 м, установил звёздную природу спиральных рукавов туманности Андромеды и нескольких более слабых галактик неправильной формы. Это положило начало развитию новой отрасли астрономической науки - внегалактической астрономии.

Стало очевидным, что почти все видимое вещество во Вселенной сосредоточено в этих гигантских звездно-газовых островах с характерным размером от нескольких килопарсек до нескольких десятков килопарсек (1 килопарсек = 1000 парсек ~ 3х10 cветовых лет ~ 3х10 м). Типичное количество звезд с такой же светимостью, как у Солнца или более высокой, составляет в галактиках от нескольких десятков миллионов 105 (в карликовых системах) до нескольких десятков миллиардов 1011 (в гигантских галактиках типа нашей).

Расположение Солнца в нашей Галактике довольно неудачное для изучения этой системы как целого: мы находимся вблизи плоскости звездного диска, и уже это создает проблему выявления его структуры и сопоставления отдельных частей друг с другом. К тому же, в области, где расположено Солнце, довольно много межзвездного вещества, поглощающего свет и делающего звездный диск почти непрозрачным. Поэтому исследования других галактик, представляющие самостоятельный интерес, играют также громадную роль и в понимании природы нашей Галактики.

Грубое разделение галактик на эллиптические (Е), спиральные (S) и неправильные (Ir) оказалось очень удачным. Выяснилось, что эта классификация галактик отражает не только особенности их видимой формы, но и свойства входящих в них звезд: Е- галактики состоят из очень старых звезд, в Ir- галактиках основной вклад в излучение дают звезды, существенно моложе Солнца, а в S- галактиках характер спектра выдает присутствие звезд всех возрастов.

Изучение звездных спектров галактик привело к открытию фундаментальной важности. Долго считалось, что галактики возникали в различное время, и разный возраст является основной причиной различия между ними. Однако со временем эту точку зрения пришлось оставить. За редчайшими исключениями (известны молодые карликовые галактики) их возраст оказался примерно одинаковым (более 10 миллиардов лет), и основная причина различия между галактиками - не в возрасте, а в различном характере эволюции этих систем.

На уроке необходимо рассматривать как решенные задачи, так и вопросы, которые ещё ждут своих исследователей.

При объяснении рекомендуется использовать информационные модули «Галактики» и «Местная группа галактик».

Каждый информационный модуль сопровождается вопросами и кратким конспектом.

Рекомендуется использовать для контроля знаний учащихся модуль «Классификация галактик». Рекомендуется проводить тестирование у доски 2-3 учащихся, использовать для тестирования интерактивную доску, в этом случае учащийся может кликать по ответу, весь класс видит особенности ответа, решения, итоги в электронном журнале.

Для 10-11 классов рекомендуется дополнительно показать презентацию «Шкала расстояний во Вселенной». Рекомендуется дать больше информации о мощности излучения галактик разных типов. По мощности излучения галактики можно подразделить на несколько классов светимости. Самый широкий диапазон светимостей наблюдается у эллиптических Е-галактик: от М = - 24 m, светимость L =1037 Дж/с, до Е-галактики малой светимости (абсолютные величины от М = -14 m до - 6m, т. е. светимости ~1033-1031 Дж/с) и массы (108-105 М). У спиральных галактик интервал абсолютных звёздных величин составляет от М = - 22 m до -14m, светимостей - от L = 1037 до 1034 Дж/с, интервал масс 1012-108 М. Неправильные галактики по абсолютным величинам слабее М = - 18m, их светимости 1036Дж/с, массы 1010 М.

Затем остановиться на особенностях звёздообразования в разных типах галактик, определении расстояния до галактик.

Дидактический материал к уроку раздается каждому учащемуся перед уроком.

Вопросы к уроку

  1. Почему так важно исследовать другие спиральные галактики?
  2. Как отражает морфологическая классификация галактик по Хабблу свойства входящих в них звезд?
  3. Какие наиболее существенные открытия были сделаны при анализе звёздных спектров галактик?
  4. Какие коллективные процессы происходят в галактиках?
  5. В чём основная причина различия галактик: в их возрасте или различном характере их эволюции?
  6. Где на фотографии спиральной галактики балдж?
  7. Какие физические характеристики определяют основные наблюдаемые особенности галактик?
  8. Чем обусловлена величина ЭОЗ - эффективности образования звезд?

Информация к уроку

Количество звёзд галактиках - от нескольких десятков миллионов 105 (в карликовых системах) до нескольких десятков миллиардов 1011 (в гигантских галактиках типа нашей Галактики).

Светимость от L=1038 Дж/с (гигантские галактики в центрах скоплений) до L=1031 Дж/с (карликовые галактики).

В 1929 году, исходя из наблюдений спектров галактик, Хаббл сформулировал закон: скорости удаления галактик возрастают пропорционально расстоянию до них:

V = H×R

Постоянная Хаббла в настоящее время принимается равной H = 70 км/(с•Мпк).

скорость источника связана с расстоянием до него по закону Хаббла