Ключевые проблемы, рассматриваемые в современном школьном курсе астрономии.

При преподавании любого предмета необходимо выделять наиболее важные проблемы, рассматриваемые в данном курсе. В случае школьной астрономии это может быть особенно важным, т.к. довольно часто не удается получить достаточное число часов или нет постоянного преподавателя астрономии. Тогда приходится ограничиваться небольшим числом лекций с тщательным подбором материала. Здесь важно, как мне кажется, не пытаться говорить "обо всем по чуть-чуть", а выделить главное, и посвятить основное время рассмотрению небольшого числа фундаментальных вопросов.

В материалах конференции "Астрономия в системе современного образования" [1, стр. 105] и в журнале Земля и Вселенная [2] я приводил краткое описание курса из 9 лекций и выделял 7 проблем, которым обычно уделяется мало внимания в традиционных курсах. В этой короткой заметке я попытаюсь обсудить 5 пунктов, которые, на мой взгляд, являются ключевыми в школьном курсе астрономии для 11-х классов. Фактически я хочу сказать, что при необходимости можно ограничиться этими 5 вопросами, т.к. многие другие моменты, традиционно включаемые даже в краткие астрономические курсы, так или иначе рассматривались в школе ранее, или же эту информацию школьники легко могут получить из других источников, или информация не носит фундаментального характера. Разумеется, столь краткое изложение не может заменить полноценного курса. Однако, как мне представляется, данное рассмотрение может оказаться весьма полезным, если по тем или иным причинам в школе отсутствует возможность проведения уроков астрономии в полном объеме, и единственная альтернатива - несколько лекций, на которых можно остановиться лишь на небольшом числе проблем.

Выделенный мною набор выглядит следующим образом:
1. Современная астрономия и современные технологии.
2. Рождение науки: первые попытки построения теории движения планет.
3. Синтез элементов во Вселенной.
4. Темная материя.
5. Возраст Вселенной, горизонт.

Предлагаемый список включает в себя как вопросы, посвященные важнейшим астрофизическим понятиям, так и вопросы, связанные с методами работы современного ученого и со становлением науки вцелом. Т.о. я ставлю целью дать ученику представление не только о результатах, полученных современной наукой, но и о методах, которые при этом были использованы, а также о том, как наука возникла и развивалась.

Тема "темная материя" была включена как наиболее удачный, на мой взгляд, пример современной нерешенной фундаментальной астрофизической задачи. Это наиболее субъективный выбор в списке. Именно ее проще всего заменить, если учитель полагает, что есть более удачный вариант. Например, можно поговорить о гамма-всплесках или о черных дырах. Выше не были упомянуты вопросы, связанные с жизнью во Вселенной, т.к. на мой взгляд при недостатке времени эта тема может (и должна) рассматриваться в курсе биологии и/или естествознания.

В качестве основной литературы можно порекомендовать энциклопедию Аванта+ [3] и книгу "Путешествие по Вселенной" [4], а также многочисленные материалы в сети Интернет (в первую очередь - Астронет). Некоторые другие ссылки будут приведены в тексте.

Ниже я более подробно рассматриваю каждый из этих вопросов.

Задача преподавания любой естественно-научной дисциплины состоит не только в сообщении наиболее современных данных, полученных в этой области. Важно создать у учеников образ самой науки, а это невозможно без некоторого описания того, чем заняты ученые, какие методы они при этом используют.

Зачастую представление о той или иной науке формируется на основе воззрений более или менее далекого прошлого. В случае астрономии различие между реальной ситуацией и традиционным представлением, на мой взгляд, особенно велико. При слове "астроном" мало у кого возникает образ современного ученого, разрабатывающего оборудование для исследовательских спутников и гравитационных антенн, или проводящего сложнейшие расчеты на мощнейших суперкомпьютерах, или образ теоретика, вооруженного всем арсеналом современной физики и математики. Скорее перед мысленным взором возникает человек, поднимающийся по винтовой лестнице в башню небольшого телескопа, чтобы прильнуть глазом к окуляру.

Как мне думается такое представление отпугивает от астрономии многих талантливых ребят, которые не понимают, что "звездная наука" - прекрасное место для приложения и их талантов программистов, и талантов экспериментаторов, и талантов теоретиков. Кроме того родители часто не осознают, что современное астрономическое образование - это прекрасное физико-математическое университетское образование, дающее высокий уровень подготовки. Поэтому даже если выпускник астрономического отделения какого-либо университета не становится профессиональным ученым, он легко может найти работу, т.к. обладает современным широким образованием. Не понимая этого, родители часто отговаривают (или прямо запрещают) детей от карьеры ученого (в том числе астронома), полагая, что ученые - это беспомощные в жизни люди, "не от мира сего", оторванные от реальности, не умеющие найти свое место в жизни, если что-то вдруг протекает негладко. Обо всем этом нужно помнить учителю и не пытаться создать чрезмерно романтизированный образ астронома и астрономии. Действительность достаточно красива и интересна, чтобы не бежать от нее или не приукрашивать ее более необходимого.

Материалов, посвященных современным телескопам, космических проектам и т.п. очень много (см., например, [3] и статьи в журналах Земля и Вселенная и Звездочет). Есть замечательные материалы, посвященные гравитационной астрономии - самой передовой отрасли науки и всех связанных с измерениями. Хуже обстоит дело с описанием применений современных компьютерных технологий. Популяризаторам следовало бы уделять больше внимания этой теме (см., например, статью [5], посвященную некоторым примерам математического моделирования в астрономии). Во время рассказа о применении современных технологий в астрономии можно обсудить наиболее важные вопросы методов наблюдения и обработки данных, особенно спектральный анализ.

Сознание современного человека насквозь пронизано "научными образами" пусть и в очень вульгарном представлении (см., например, дискуссию в [1, стр. 92]). Недаром слово "формула" является столь частым в многочисленных рекламных сюжетах. Это приводит к тому, что мы редко задумываемся о том, как наука начиналась, о том, что было время, когда словосочетание "законы природы" не существовало, или, по крайней мере, не имело того очевидного смысла, который мы придаем ему сейчас.

Наука в современном смысле этого слова зарождается в Древней Греции в 6-4 вв. до н.э. Появление научного подхода связано с двумя областями: теорией музыки и астрономией [6]. Если касаться только второй части - астрономии - то первая научная теория - работа Евдокса Книдского [3, 7]. Именно желание описать и понять движения небесных светил привело к замечательному синтезу наблюдений, математики и философии, который мы можем назвать наукой.

Очень важно дать ученикам осознать почему и для чего возникает наука. Крайне интересно обсуждать со школьниками сам факт существования законов природы. Почему нам удается так эффективно описать природу с помощью относительно несложной математики? Почему установленные законы столь неизменны? Есть ли альтернатива такому описанию мира?

В последние несколько десятков лет (в первую очередь благодаря прогрессу астрофизики) мы имеем возможность проверять физические законы не только на Земле и в ее окрестностях, но и на огромных расстояниях от нас и даже в далеком прошлом! Изучение астрономии дает редкий шанс обсудить самые фундаментальные законы природы: от зарождения науки до наших дней.

В процессе обсуждения этой темы уместно кратко поговорить о составе и образовании Солнечной системы, а также о планетах у других звезд.

Я думаю, что до сих пор в сознании многих людей мир стихийно разделен на "надлунный" и "подлунный". Все достаточно хорошо представляют себе круговорот вещей в земной природе (хотя наверняка не любят задумываться об этом за столом). Однако, круговорот вещества в масштабах Галактики уже малоизвестен. Тот факт, что "мы состоим из звездного вещества" является, на мой взгляд, одним из двух самых важных, рассматриваемых в школьном курсе (о втором - факте конечного возраста Вселенной см. ниже).

Когда ребята узнают, что состоят из вещества, которое миллиарды лет назад побывало в "термоядерной печке" массивной звезды, их отношение к астрономии изменяется. Они ощущают, что все эти проблемы не бесконечно далеки от них, а все вокруг и сами они несут в себе частички вещества звезд. "Небо становится ближе".

Изложение основ синтеза элементов тесно связано с космологией, поэтому при обсуждении этой проблемы уже приходится говорить о возрасте Вселенной (в этой короткой заметке я не обсуждаю разницу между понятиями "Вселенная" и "Метагалактика", полагая их для простоты равнозначными). Потому если ситуация с преподаванием астрономии совсем критическая, то эти две темы, как и проблему темной материи, можно (и нужно) объединить.

Одна из задач курса - показать мир в его эволюции и взаимосвязи различных частей. Описание появления в звездах в ходе их эволюции элементов тяжелее гелия и последующего выброса этого вещества в межзвездную среду, где оно может войти в состав нового поколения звезд и планет - прекрасная возможность показать, насколько тесен наш мир, где все взаимосвязано. Поскольку астрономия изучается в 11-м классе, то одной из задач курса является интеграция различных областей знания. Тема "синтез элементов" позволяет достаточно компактно показать связи между разными частями физики.

Именно при изложении этой темы можно обсудить наиболее важные аспекты физики и эволюции звезд.

Благодаря науке мы узнаем настолько новые вещи, что приходится с некоторым усилием изменять свои представления о мире. Среди таких открытий - обнаружение факта существования темной материи.

Школьники на уроках слишком привыкли к готовым ответам. Некоторые из них просто полагают, что все ответы на все вопросы уже найдены. Поэтому, кстати, даже ученики 11-х классов плохо представляют себе работу ученого и цели науки. Обсудить с учениками самую интересную загадку в современной астрофизике и интересно, и полезно. Традиционные курсы физики, химии построены так, что у преподавателя практически нет возможности много говорить о современном переднем крае науки, о том, что сейчас волнует ученых, о том, чем сами школьники смогут заниматься через несколько лет, если выберут карьеру ученого. В астрономии - напротив: можно говорить о современных научных проблемах и нерешенных вопросах.

Рассматривая данную проблему, не стоит пытаться дать окончательный ответ. Важно именно рассмотреть все возможные варианты, включая довольно экзотические. Можно предложить ученикам свои гипотезы. Вероятно, они смогут предложить уже известные гипотезы, как отброшенные, так и до сих пор имеющие право на существование. Все это даст школьникам возможность в какой-то степени ощутить вкус науки.

В наши дни астрофизика является лицом современной фундаментальной науки. Необходимо использовать возможность обсуждения самых современных вопросов и открытий, чтобы поддержать или возбудить с помощью астрономии интерес к науке вцелом. При изложении этой темы можно обсудить свойства галактик и их скоплений.

Возможно, самыми важными естественно-научными фактами, изучаемыми в средней школе, являются расширение Вселенной и связанные с этим проблемы. Наибольшей проблемой при изложении этих феноменов является собственно их сложность. Фактически, сообразительный любознательный школьник может поставить в тупик своими вопросами даже профессионального астронома или физика, если последний не специализируется именно в космологии или очень близкой области.

Однако, знание (и понимание) хотя бы наиболее простых космологических фактов абсолютно современному человеку, если он претендует на образованность. Хорошее популярное изложение современной космологии можно найти в книгах [3] и [8] (хотя даже эти книги в некоторых аспектах уже немного устарели), ожидается выход научно-популярной книги М.В. Сажина, посвященной современной космологии. Тем не менее, практика показывает, что у учеников возникают и вопросы, не рассмотренные в данных книгах. Если справиться с проблемой не удается, то возможно, что здесь, как и в других подобных случаях, можно посоветовать задать вопрос на одном из интернет-форумов, где есть специалисты космологи или кто-то, кто может непосредственно у них проконсультироваться. Это хорошо известный форум журнала Звездочет, форум Русского Переплета и форум Scientific.ru.

Последние два созданы профессиональными физиками и астрофизиками, поэтому на них можно попытаться найти ответы на очень широкий круг вопросов, касающихся современной науки. Форум Звездочета, как и форум на сайте Starlab.ru, содержат много полезной практической информации для астрономов-любителей.

На мой взгляд, именно изучение этой темы венчает школьный курс естественных наук. Она является важнейшей для формирования научной картины мира. Ее изложение открывает массу возможностей для обсуждения самых разнообразных вопросов, рассматриваемых во многих школьных курсах (физика, биология и т.д.). Избегать ее недопустимо.

В заключение хочется подчеркнуть, что автор ни в коей мере не призывает к сокращению курса астрономии до вышеописанных проблем. Астрономия очень обширная наука, ее изложению можно посвятить много учебного времени (особенно полезными могут быть факультативы, см. например [9]). Полноценный курс астрономии (и именно в выпускном классе) абсолютно необходим. Однако, при его отсутствии важно найти возможность обсудить со школьниками хотя бы наиболее важные вопросы. Выше была предложена попытка выделить их.

[1] Материалы II Всероссийской научно-практической конференции.
Ред. Л.В. Жуков и др. Из-во РГПУ им. А.И. Герцена, СПб. 1998.
[2] Школьный курс лекций по астрономии. С.Б. Попов. Земля и Вселенная N5. 1996.
[3] Энциклопедия для детей. Том "Астрономия". Из-во Аванта+. М. 1997.
[4] Путешествие по Вселенной. М.Ю. Шевченко. Из-ль А.Д. Сельянов. М. 2000.
[5] Вселенная в компьютере. С.Б. Попов. Земля и Вселенная N4. 2001.
[6] Пифагор и его школа. Л.Я. Жмудь. Из-во Наука, Ленинград. 1990.
[7] Астрономы. И.Г. Колчинский и др. Из-во Наукова Думка. Киев. 1986.
[8] Эволюция Вселенной. И.Д. Новиков. М. Наука. 1990.
[9] Система факультативов по астрономии и космонавтике. Е.П. Левитан. Земля и Вселенная N2 1994.