Tadeusz Michałowski
advertisement
Prof. dr hab. Tadeusz Michałowski Propozycje projektów astronomicznych Astronomia, od blisko 20 lat, nie jest już odrębnym przedmiotem nauczania w polskiej szkole. Pewne treści astronomiczne można znaleźd w podstawach programowych innych przedmiotów. I tak w programie geografii na poziomie gimnazjalnym zapisano zagadnienia związane z kształtem Ziemi (współrzędne geograficzne), jej ruchami (obrotowym i obiegowym dokoła Słooca) oraz zjawiskom dnia i nocy (w różnych szerokościach geograficznych i porach roku). W programie podstawowym dla liceów nie znalazłem żadnych propozycji astronomicznych. Pojawiają się one dopiero w programie rozszerzonym, w takim samym zakresie jak dla gimnazjów, chociaż bardziej rozwinięte, szczególnie o pewne proste związki geometryczne pomiędzy definiowanymi wielkościami kątowymi, opisującymi położenia ciał niebieskich na niebie. Trudno mi ocenid efekt realizacji tych treści, ale moje obserwacje podczas prowadzenia zajęd z Astronomicznych podstaw geografii dla studentów geografii I roku nie są zbyt optymistyczne. W skrajnym przypadku, zdarzyło mi się spotkad osoby, o o które nie znają pojęcia szerokośd geograficzna, a szerokośd dla Poznania podają w przedziale 20 -30 (!). Pragnę podkreślid, że byli to studenci geografii. Ten, byd może skrajny przykład, nie napawa optymizmem, jeśli chodzi o efekty nauczania podstaw astronomii w ramach lekcji geografii. Drugim przedmiotem, w którym w naturalny sposób pojawia się astronomia, jest fizyka. Jednak w podstawach programowych tego przedmiotu dla gimnazjów nie zostały zawarte żadne treści astronomiczne. Dopiero program fizyki dla liceów, zarówno w zakresie podstawowym i rozszerzonym, zawiera pewne zagadnienia związane z astronomią. Szczególnie jest to zauważalne przy omawianiu prawa powszechnego ciążenia, bo ten akurat temat trudno sobie wyobrazid bez omawiania ruchów planet dokoła Słooca, czy Księżyca wokół Ziemi. Jednak trudno mi sobie wyobrazid, w jaki sposób mają zostad zrealizowane, tak obszerne zagadnienia, jak budowa Galaktyki, rozszerzanie się Wszechświata, czy teoria Wielkiego Wybuchu. Przedstawione powyżej refleksje można podsumowad w stwierdzeniu, że wiedza polskiego ucznia (i nie tylko) na temat astronomii jest niewielka. Można to również zauważyd w środkach masowego przekazu, bo przecież dziennikarze są absolwentami tych samych szkół. Niestety astronomia jest postrzegana przez pryzmat horoskopów i innych tego typu (szczególnie tych katastroficznych) przepowiedni. Innymi słowy, nie ma żadnego rozróżnienia pomiędzy astronomią a astrologią. Na początku tego roku spotkałem się, w bardzo poczytnej gazecie codziennej, z informacją o budowie obserwatoriów astrologicznych (!). Innym, podobnie jaskrawym przykładem braku wiedzy, jest wykorzystywanie jednostki odległości jaką w astronomii jest rok świetlny w charakterze jednostki czasu. Wielokrotnie już słyszałem, przy podkreśleniu, że coś odbyło się bardzo dawno temu, jak dziennikarze mówią, że to odbyło się miliony lat świetlnych temu. Rok 2009 jest rokiem szczególnym dla astronomii. ONZ i inne organizacje, ogłosiły ten rok Międzynarodowym Rokiem Astronomii. Jest to związane z 400-leciem wykorzystania przez Galileusza lunety do obserwacji astronomicznych. Na całym świecie, w obecnym roku, będą się odbywały różne imprezy o charakterze popularyzatorskim (wykłady, pokazy nieba, „drzwi otwarte” w obserwatoriach astronomicznych, ...). W tę działalnośd włączyły się również wszystkie polskie obserwatoria, w tym Obserwatorium Astronomiczne UAM w Poznaniu. Na stronie http://www.astro.amu.edu.pl można znaleźd nasz program związany z Międzynarodowym Rokiem Astronomii. Moje osobiste doświadczenia związane z popularyzacją astronomii pokazują, że największym zainteresowaniem cieszą się pokazy nieba i proste obserwacje z tym związane. Z tego powodu, moje poniższe propozycje są dośd silnie związane z tym oczekiwaniem. Obserwacje astronomiczne są dośd trudne do wykonywania w warunkach szkolnych. Większośd z nich musi byd przeprowadzona wieczorem, czy nawet późno w nocy. Sądzę, że takie warunki są trudne do spełnienia przy pracy z uczniami. Z drugiej strony, do przeprowadzenia nawet najprostszych obserwacji, niezbędny jest sprzęt w postaci chociażby małej lunetki. Nie mam żadnej wiedzy, czy szkoły dysponują takim sprzętem. Niektóre z podanych propozycji są wolne od takich ograniczeo. 1. Gnomon Propozycje zadao: - konstrukcja gnomonu (pionowy pręt zamocowany na odpowiedniej podstawce) - obserwacje dziennej drogi kooca cienia gnomonu oświetlanego przez Słooce (w jaki sposób kształt tej drogi zależy od pory roku ?) - wyznaczanie kierunku południka miejscowego - wyznaczanie wysokości Słooca podczas górowania (praktyczne zastosowanie trygonometrii) - wyznaczanie momentu górowania Słooca (przy realizacji tego punktu niezbędne stanie się wyjaśnienie pojęd: czas słoneczny prawdziwy, czas słoneczny średni, czas strefowy) - konstrukcja zegara słonecznego Konstrukcja zegara słonecznego byłaby swoistym podsumowaniem prostych obserwacji wykonanych gnomonem. Uczniowie powinni zrozumied związki pomiędzy wynikami obserwacji a rotacją Ziemi i jej ruchem dokoła Słooca. Po wykonaniu proponowanych zadao, uczniowie powinni wiedzied dlaczego wskazania zegara słonecznego różnią się od czasu wskazywanego przez nasze zegarki. Powyższe zadania nie wymagają żadnego specjalistycznego sprzętu, oprócz prostego w wykonaniu gnomonu. Obserwacje wykonywane są podczas dnia. Zaproponowane powyżej zadania mają duży związek z geografią, również na poziomie gimnazjalnym. Proponowany zestaw zadao wymaga pewnej inwencji konstrukcyjnej i systematyczności w wykonywaniu obserwacji. 2. Model Układu Słonecznego Celem tego zadania jest zbudowanie modelu Układu Słonecznego przy zachowaniu skali odległości i rozmiarów. W pierwszej kolejności należy wybrad odpowiednio długi obszar aby mógł tam zostad umieszczony model. Najlepszym wydaje się długi korytarz szkolny. Na jego jednym koocu powinno zostad umieszczone Słooce a na drugim ostatnia planeta Układu. Rzeczywistą odległośd między tymi ciałami oraz długośd korytarza należy wykorzystad do znalezienia skali użytej przy dalszej konstrukcji modelu. Następnie należy wyznaczyd odległości pozostałych planet przy uwzględnieniu tej skali. Kolejno, wykorzystując skalę, należy określid rozmiary Słooca i planet, oraz wykonad ich modele (np. w postaci odpowiednich tarcz). Otrzymane modele należy umieścid na ścianie w wyznaczonych poprzednio miejscach. Ponieważ rozmiary modeli mogą byd bardzo małe, dobrze byłoby umieścid obok nich (np. w postaci plakatu) zdjęcia i zestaw podstawowych informacji (np. odległośd od Słooca, rozmiary, okres obrotu, itp.). Na koocu korytarza, poza ostatnią planetą można umieścid informacje o dalszym obszarze (np. odległości do najbliższych gwiazd, przy zachowaniu skali otrzymanego modelu). Wykonany model byłby podstawowym (i trwałym) kompendium wiedzy o naszym Układzie Słonecznym. Uczniowie mogliby przekonad się o tym jak mała jest Ziemia, jak pusty i wielki jest Wszechświat. Zaproponowana konstrukcja modelu Układu Słonecznego nie wymaga żadnych obserwacji. Polegałaby tylko na wyszukaniu podstawowych danych o ciałach Układu Słonecznego (np. przy wykorzystaniu Internetu) i ich wizualizację w wybranym miejscu. Nie bez znaczenia będą tu wszelkie uzdolnienia plastyczne. 3. Księżyc Zadanie wymaga wykonywanie obserwacji do których nie jest konieczny żaden sprzęt, chociaż nawet mała lornetka byłaby bardzo pomocna. Obserwacje powinny byd prowadzone w ciągu kilku wieczorów (zależnośd od pogody) o tej samej porze w okresie widoczności Księżyca. Notowane powinny byd fazy i położenia Księżyca na tle gwiazd. Te proste obserwacje pomogą zrozumied: - ruch Księżyca na tle gwiazd (prędkośd i kierunek) zmiany faz Księżyca Uczniowie dowiedzą się jakie obserwowane zjawiska są wynikiem ruch Księżyca wokół Ziemi. W naturalny sposób zostaną wprowadzone pojęcia miesiąca synodycznego (okres zmian faz) i gwiazdowego (okres obiegu Księżyca dokoła Ziemi). Powinni również zauważyd, że zawsze widzimy tę samą stronę Księżyca (wyjaśnienie ?). 4. Gwiazdozbiory Proponowane zadania nie wymagają sprzętu obserwacyjnego, ale muszą byd prowadzone minimum 1.5-2 godziny po zachodzie Słooca, najlepiej gdy na niebie nie ma Księżyca. Uczniowie powinni umied zidentyfikowad najbardziej charakterystyczne gwiazdozbiory widoczne na niebie (nie tylko Wielki i Mały Wóz). Istotne jest aby obserwacje prowadzid o tej samej porze i w tym samym miejscu co pozwoli zauważyd zmianę położenia gwiazdozbiorów względem charakterystycznych „punktów” otoczenia (np. odległy budynek, wysokie drzewa). Uczniowie powinni wyjaśnid jak obserwowane położenia gwiazdozbiorów zależą od ruchów Ziemi (jej rotacja i ruch obiegowy dokoła Słooca). 5. Planety Zadanie należy rozpocząd od identyfikacji planet, jeśli są one widocznych na niebie. Najjaśniejsze z nich (Wenus, Mars, Jowisz i Saturn) są widoczne bez pomocy lunet. Najciekawsze byłoby jednak zauważyd ich ruch na tle gwiazd, co równocześnie wyjaśnia nazwę: planeta – błądząca gwiazda. Obserwacje ruchu planet na tle gwiazd powinny byd prowadzone za pomocą np. lornetki. Uczniowie powinni zauważyd kierunek tego ruchu oraz okresy kiedy planeta porusza się tzw. ruchem prostym i okresy ruchu wstecznego, czyli powstania tzw. pętli. Podsumowaniem tych obserwacji byłoby wyjaśnienie jak powstanie tych pętli tłumaczy się na podstawie geocentrycznego i heliocentrycznego modelu budowy Układu Słonecznego. Powstawanie takich pętli można zilustrowad na odpowiednich modelach lub animacjach komputerowych. Proponowane zadania byłyby również okazją do zapoznania się z prawami ruchu planet (prawa Keplera) i prawem powszechnego ciążenia. 6. Słooce Przy obserwacjach Słooca należy szczególny nacisk położyd na bezpieczeostwo. Nie należy patrzed na nie bezpośrednio przez żadną lunetę, gdyż może to grozić poważnym uszkodzeniem wzroku. Obraz Słooca należy tylko obserwowad, rzutując go na ekran ustawiony za okularem lunety. Takie postępowanie jest całkowicie bezpieczne. Oczywiście zadania obserwacyjne prowadzi się tylko w ciągu dnia, jednak w okresie wielu tygodni, poświęcając im tylko kilkanaście minut każdego pogodnego dnia. Cykl takich obserwacji pozwoli na zauważenie istnienia plam na Słoocu i stwierdzenie jego rotacji. Proponowane obserwacje powinny stad się inspiracją do zapoznania się z własnościami Słooca: jego odległośd od Ziemi, rozmiary, masa, średnia gęstośd, temperatura, skład chemiczny, cykl aktywności (obserwowane plamy są jednym z przejawów tej aktywności), źródła energii, budowa i ewolucja, związki Ziemia-Słooce (np. zorze polarne). 7. Księżyce Jowisza Obserwacje te wymagają korzystania z lunety. Dostępne do obserwacji są 4 największe (tzw. galileuszowe) satelity tej planety. Bardzo łatwo można zauważyd ich ruch względem samej planety. Przy odrobinie wysiłku i staranności można zaobserwowad cienie księżyców na tle tarczy Jowisza oraz ich zadmienia przy wejściu w cieo planety. Warto przypomnied, że odkrycie tych księżyców miało miejsce w 1609 roku, kiedy to Galileusz wykorzystał skonstruowaną przez siebie lunetę do obserwacji astronomicznych. Miało to miejsce dokładnie 400 lat temu i fakt ten stał się jedną z przyczyn, że rok 2009 został przez ONZ i inne organizacje ogłoszony Światowym Rokiem Astronomii. Powtórzenie obserwacji Galileusza, szczególnie w obecnym roku, miałoby również duże znaczenie poznawcze. Warto jeszcze podkreślid, że obserwacje momentów zadmieo tych księżyców doprowadziły to stwierdzenia, że prędkości światła ma skooczoną wartośd. 8. Astrofotografia Propozycje zawarte w tym punkcie są możliwe do wykonania gdy szkoła ma dostęp do bardziej profesjonalnego sprzętu obserwacyjnego. Wymagany jest teleskop z prowadzeniem za ruchem sfery niebieskiej i z możliwością zamontowania aparatu fotograficznego. Przy pomocy tak wyposażonego teleskopu jest możliwe uzyskanie kolekcji zdjęd różnych ciał niebieskich, np. planety, powierzchnia Księżyca, gromady gwiazd, mgławice, galaktyki. Uzyskanie takich zdjęd wymaga opanowania orientacji na niebie i umiejętności znalezienia na nim obiektów, które bardzo często nie są widoczne gołym okiem. Samodzielnie zrobione zdjęcia powinny stad się impulsem do odszukania informacji (np. w Internecie) o sfotografowanych obiektach i zrozumienia ich natury fizycznej. Oczywiście w sytuacji gdy szkoła ma dostęp do wspomnianego sprzętu obserwacyjnego, można zaproponowad bardziej ambitne zadania, np. obserwacje ruchu planetoid (czy nawet komet jeśli takie są akurat widoczne na niebie), czy tez wyznaczanie krzywych zmian blasku gwiazd zmiennych, które mogą zostad wykorzystane przez profesjonalnych astronomów. Byłoby to największym zwieoczeniem trudu obserwacyjnego wykonanego przez uczniów.
