Приложение к уроку астрономии "Cassini" исследует Сатурн
Материалы приложения "Cassini" исследует Сатурн использовались в качестве тезисов на 6-й научно-практической конференции "Информационные технологии в образовании-2006", которая проходила в г. Ростове-на-Дону в рамках международного конгресса конференций. По результатам выступления участников конференции автор доклада награждён
План презентации «Кассини» исследует Сатурн».
Электронное приложение к уроку астрономии «Планеты-гиганты Солнечной системы».
(Для просмотра презентации используются браузеры Internet Explorer-6 или Opera).
План
- Введение.
- История исследования Сатурна.
- Исследование Сатурна космическими аппаратами.
- «Кассини» на орбите Сатурна-первые научные результаты.
- Кольца Сатурна.
- Спутники Сатурна.
- Исследование Титана.
- Вопросы по пройденному материалу
- Методическое руководство к презентации (для учителя).
- План работы с электронным приложением (для ученика).
- Рабочая тетрадь ученика
- Вариант заполнения рабочей тетради ученика
Методическое руководство к презентации (для учителя).
Название презентации: «Кассини исследует Сатурн».
Автор: Гуров Сергей Михайлович, учитель физики и астрономии Ильинской средней школы.
Предмет: астрономия.
Межпредметные связи: физика, химия, география, история.
Класс: 11
Вид электронного приложения: дополнительный материал к уроку астрономии «Планеты – гиганты Солнечной системы».
Форма проведения: индивидуальное изучение во внеурочное время. После несложной доработки может использоваться для проведения школьного Вечера астрономии.
Время изучения: 4-5 часов.
Презентация предназначена для расширения знаний учащихся по теме «Планеты-гиганты Солнечной системы», изучаемой в курсе астрономии 11 класса. Для полноценного усвоения предложенного материала рекомендуется еще раз повторить раздел, посвященный планетам-гигантам Солнечной системы, изложенный в школьном учебнике астрономии.
Информация в приложении содержится в доступном для освоения учащимися виде. В комплект приложения входит План работы с электронным приложением (для ученика), моделирующий различные способы деятельности ученика: познавательный, исследовательский, проблемно-поисковый. Материал электронного приложения помогает расширить знания учащихся в области астрономии, привить навыки самообразовательной деятельности.
Образовательные цели:
Познакомить учащихся с различными этапами изучения планеты Сатурн и её спутников, рассказать о новых методах исследования практической астрономии.
Формировать у учащихся навыки получения информации об окружающем нас мире с помощью современных Интернет-технологий.
Приобщать к работе с офисными приложениями операционной системы Windows.
Развивающие цели:
Развивать у учащихся навыки мыслительной деятельности.
Показывать этапы формирования знаний об окружающем нас мире в виде: факты → гипотезы + новые факты → научная теория.
На примере исследования Сатурна аппаратом «Кассини» рассказывать о нестандартных методах решения конкретных исследовательских задач.
Развивать у ученика способность выделять главное, обобщать разрозненные факты в единую, целостную картину.
Воспитательные цели:
Формировать у учащихся уверенность в познании окружающего мира.
Воспитывать уважительное отношение ко всему живому на нашей планете Земля, понимать её уникальность в ближайшем космосе.
Воспринимать экологические проблемы Земли, пытаться найти их решение.
На примере физических условий на других небесных объектах, показывать, что может случиться на нашей планете, если нарушится её экологическое равновесие.
Материалы и оборудование.
Персональный компьютер, подключенный к сети Интернет. Пакет Microsoft Office-2003.
Системные требования: Windows 2000/XP* Pentium III-800 МГц*128 МБ* 4x CD-ROM*клавиатура*мышь*монитор 17’, 1024×768, 32 бита.
Порядок работы с приложением.
Предлагаемый материал имеет ряд особенностей.
Особенность первая.
Основная часть материала презентации получена в режиме реального времени из сообщений «новостных» серверов, специализирующихся на космической тематике. Внедрение передовых информационных технологий, использующих Интернет-ресурсы, компьютерную и мультимедийную обработку материала, позволяет по-новому организовать процесс обучения школьников, недоступный «классическим» методикам:
- дать возможность учащимся «соприкоснуться» с новейшими достижениями науки;
- работать на опережение, т.е. заблаговременно готовиться к наиболее значимым событиям.
В августе 2004 г., из Интернет-источников стало известно, что 13-14 января 2005 г. от станции «Кассини», находящейся на орбите Сатурна, отделится спускаемый модуль «Гюйгенс», который опустится на поверхность Титана- самого крупного спутника планеты. Появилась возможность подготовиться заранее к этому важнейшему для всей мировой космонавтики событию. К концу ноября весь материал был готов, а в начале декабря, на его основе был проведен школьный Вечер астрономии «Кассини» исследует Сатурн», затем было создано электронное приложение для индивидуального изучения.
Вторая особенность.
Методика изложения материала, размещенного на сайтах, отличается от школьной методики изложения нового материала. Это может создать определённые трудности с его усвоением старшеклассниками. В тоже время переделывать весь материал сайтов на «школьный язык», нет смысла: в самое ближайшее время Интернет станет насущной потребностью каждого ученика. Автор решил данную проблему так: от простого к сложному. Первые странички презентации похожи на страницы школьных учебников. По мере продвижения вперед, они все больше копируют страницы Интернет-сайтов. Чтобы акцентировать внимание на главном, 9-я страница презентации полностью посвящена вопросам. К каждому вопросу даётся подсказка в виде гиперссылки.
Третья особенность.
Структурно весь материал презентации разбит на несколько разделов:
- страницы 1–4 являются как бы вводными – их чтение не займет много времени;
- страница №5 посвящена первым научным результатам, полученным «Кассини». Она состоит из гиперссылок. Выбирая каждую из них, можно познакомиться с материалом более подробно;
- страница №6 посвящена кольцам Сатурна. Она устроена также как и 5-я страница;
- страница №7 рассказывает об исследовании спутников Сатурна. Она устроена также как страницы №№5, 6;
- страница №8 отведена центральному событию – подготовке к спуску на поверхность Титана. Страница также состоит из гиперссылок.
Такое деление материала (несколько условное) объясняется большим объёмом предлагаемой информации. Ученик может поступить так: в первый день выделить 1 час или чуть больше для изучения страниц №№ 1–5, на второй день – 1 час для страницы № 6, минуя предыдущие страницы. Затем в таком же режиме изучить последующие страницы – №№ 7, 8.
Таким образом, можно снизить утомляемость ученика и ограничить его пребывание у компьютера 1-2 часами в сутки.
Порядок работы с приложением подробно описан в Плане работы с электронным приложением для ученика.
Для полноценного усвоения, ученик должен вести рабочую тетрадь. Примерный эскиз рабочей тетради помещен в папку «Кассини исследует Сатурн» отдельным файлом. Вопросам усвоения материала посвящена страница №9 презентации. Все вопросы 9-й страницы снабжены подсказками.
Материал презентации содержит много новой информации, выходящей за рамки программного материала. Это оправдано тем, что презентация рассчитана на учащихся, проявляющих интерес к астрономии, которые в свободное от занятий время, будут изучать предлагаемый материал. Они могут самостоятельно проверить степень усвоения материала, сравнив свой вариант заполнения рабочей тетради, с вариантом, предложенным автором.
Авторский вариант заполнения рабочей тетради помещен в папку «Кассини» исследует Сатурн» отдельным файлом.
План работы с электронным приложением
(для ученика).
Материал электронного приложения «Кассини исследует Сатурн» не подменяет материал школьного учебника астрономии, а лишь дополняет его. Способы изложения материала также отличаются от тех к которым ты привык на уроках в школе. В школьных учебниках материал излагается в форме «прописных истин», т.е. проверен и приспособлен для восприятия учениками разных возрастных групп. Материал электронного приложения состоит из сообщений, размещенных на сайтах Интернета. Поэтому он содержит много фактов, требующих своего уточнения, а вместо научных теорий изобилует гипотезами, предположениями и догадками. Это и понятно – ведь ты соприкасаешься с передним краем науки.
Подготовительный этап.
-
Повторить по учебнику астрономии для 11 класса материал, посвященный планетам – гигантам Солнечной системы.
Получить первичные навыки работы с программой PowerPoint пакета Microsoft Office. При необходимости воспользоваться справочной системой программы PowerPoint или обратиться к учителю. - ( Программа PowerPoint открывается так: кнопка ПУСКàПРОГРАММЫàMicrosoft Officeà PowerPoint).
-
Познакомиться с системой навигации электронного приложения.
Вверху листа расположены две жирные цветные стрелки, с помощью которых можно перемещаться «вперёд» и «назад». Красный прямоугольник с вопросом позволяет вернуться на страницу №9, где сформулированы вопросы по изученному материалу.
Этап изучения основного материала.
-
Материал презентации содержит большое количество новой информации, поэтому разбит на несколько занятий. Длительное общение с компьютером приводит к повышенной утомляемости, поэтому продолжительность работы на каждом занятии желательно ограничить 1 – 1,5 часами. Общая работа с презентацией будет состоять из 5 занятий. По ходу занятий веди рабочую тетрадь, куда заноси все необходимые сведения. Сделать это можно так:
в директории «Мои документы» создай свою папку с названием «Кассини исследует Сатурн», куда заноси новые факты, ставшими тебе известными после знакомства с очередной страницей презентации. Эта работа упорядочит твою деятельность, поможет правильно ответить на вопросы, сформулированные на странице №9 презентации. - Занятие №1 – изучение страниц 1 – 5.
страницы 1–4 являются как бы вводными – их чтение не займет много времени;
страница №5 посвящена первым научным результатам, полученным «Кассини». Она состоит из гиперссылок. Выбирая каждую из них, можно познакомиться с материалом более подробно;
- Занятие №2 – изучение страницы №6. Она посвящена наиболее загадочному образованию – кольцам Сатурна. С этой страницей можно знакомиться, минуя страницы 1 – 5. Она также состоит из гиперссылок.
- Занятие №3 – изучение страницы №7. Она посвящена спутникам Сатурна. С ней можно знакомиться, минуя предыдущие страницы. Она устроена аналогично странице №6.
- Занятие №4 – изучение страницы №8. Она посвящена наиболее значимому событию проекта «Кассини» – модуль «Гюйгенс» готовится к спуску на поверхность Титана. Страница устроена так, как и предыдущие страницы №№5–7.
-
Занятие № 5 – заключительное. Полезно просмотреть свою рабочую тетрадь еще раз. На странице №9 сформулированы вопросы, посвященные изученному материалу. Они отражают наиболее важные события проекта «Кассини-Гюйгенс». Попробуй ответить на эти вопросы. Можно воспользоваться системой подсказок (нажимая левой кнопкой «мышки» на гиперссылки). Вопросы не являются исчерпывающими. Сделано это сознательно: может у тебя возникнет желание сформулировать новые вопросы, а, возможно, выдвинуть свои гипотезы, касающиеся Сатурна. Проверить качество усвоения нового материала можно таким образом: сравни содержание своей рабочей тетради с предлагаемым документом. Ответы на свои вопросы (или гипотезы) можно найти не только в материале презентации, а путешествуя по сайтам Интернета (см ниже). Надеюсь, ты понял, что аппарат «Кассини» будет находиться на орбите Сатурна до середины 2008 года. А значит, новые увлекательные открытия будут еще впереди.
В добрый путь!
Ссылки на некоторые Интернет-сайты: http://www.rol.ru/news/misc/spacenews/
http://ggreen.chat.ru/
http://kuasar.narod.ru/library/planets/
http://www.astrogalaxy.ru/index.html
http://penza.fio.ru/personal/11/3/9/
http://www.astronet.ru/db/msg/1181821
Приложение1
Примерная структура рабочей тетради ученика
Тетрадь должна содержать 6 разделов:
-
Общие сведения о Сатурне и его спутниках, известные до полёта «Кассини».
В разделе необходимо отразить общие сведения о Сатурне, заимствованные из школьного учебника астрономии и материала презентации. -
Проект «Кассини-Гюйгенс» – целенаправленное исследование Сатурна и его спутников.
Излагаются дата старта аппарата, продолжительность полёта к Сатурну, цели миссии. -
Первые результаты с орбиты искусственного спутника Сатурна.
Кратко отразить новые сведения, полученные станцией «Кассини» в первые недели пребывания на орбите Сатурна (ориентироваться на материал страниц №№5,9). -
Система колец Сатурна.
Раздел должен содержать:
- новые данные о структуре колец, полученные «Кассини»;
- данные, требующие уточнения, гипотезы, предположения.
(ориентироваться на материал страниц №№6,9 презентации) -
Спутники Сатурна.
Раздел должен содержать:
- новые данные о спутниках Сатурна;
(ориентироваться на материал страниц №№7,9 презентации, отразить проверенные факты и сведения, требующие уточнения, предположения, возможные гипотезы) -
Посадка спускаемого модуля «Гюйгенс» на поверхность Титана.
Раздел состоит из 2-х подразделов:
- подготовка к спуску;
- информация, переданная в ходе спуска, первые фотографии.
что ожидали увидеть ученые, и что увидели на поверхности Титана. Первые научные комментарии. (ориентироваться на материал страниц №№8,9 презентации).
Варианты заполнения рабочей тетради ученика.
(Сравни его со своим вариантом и сделай необходимые дополнения)
-
Общие сведения о Сатурне и его спутниках, известные до полёта «Кассини».
- Планета-гигант, по размеру уступающая лишь Сатурну (экваториальный радиус –58000 км), среднее расстояние от Солнца – 9,54 а. е., сидерический период обращения – 29,46 года, эксцентриситет орбиты – 0,054, наклон оси к плоскости орбиты – 63,50, период вращения вокруг оси – 10ч14м, средняя плотность – 0,7 г/см3 (самая маленькая из всех планет-гигантов), масса в 95,2 раза превышает массу Земли. (Масса Земли – 6×1024 кг).
- Сатурн имеет большое количество спутников – 18. Пять самых больших из них были открыты в XVII в. Это Тефия, Диона, Титан, Япет и Рея. Наиболее крупный спутник - Титан. Масса Титана почти в 2 раза, а радиус (около 2580 км) в 1,5 раза больше соответственно массы и радиуса Луны. Титан обладает собственной атмосферой, почти целиком состоящей из азота. Давление атмосферы у поверхности Титана превосходит соответствующие параметры у Земли (причина неизвестна). В XVIII - XIX вв. были открыты ещё 4 спутника меньших размеров. Их радиусы - от 800 до 410 км. Это Мимас, Энцелад, Гиперион и Феба (самый далёкий от планеты). В 1966г. был открыты ещё две луны Сатурна - Янус и Эпиметей. В 70-х - 80-х гг. были открыты шесть спутников - Елена, Телесто, Калипсо, Атлас, Пандора и Прометей. В 1990 г. был обнаружен Пан - 18-й спутник, самый близкий к Сатурну и имеющий диаметр ок. 20 км. С американского космического аппарата "Вояджер" были сделаны фотоснимки, на которых, видимо, присутствуют ещё три «луны» Сатурна (а, возможно, и большее количество), однако для подтверждения их существования нужны дополнительные наблюдения. В любом случае, семейство спутников Сатурна считается самым многочисленным в Солнечной системе
-
Сатурн обладает обширной системой колец, три из которых видны с Земли и обнаружены астрономами уже давно. Система колец вокруг Сатурна - самая большая и массивная: её масса составляет 1/27000 массы планеты.
Кольца простираются над облачным слоем планеты на 60000 км. Они были открыты в 17 веке (Галилей, Гюйгенс). Позднее английский физик Дж. Максвелл (1831-1879 гг.) и русский астрофизик А.А.Белопольский (1854-1934 гг.) доказали, что кольца Сатурна не могут быть сплошными. В мощные телескопы с Земли видно несколько колец, разделенных промежутками: щель Кассини, щель Энке. Каждое кольцо состоит из частиц и глыб (каменных и ледяных), толщина кольца не более 1 км. Вещество колец больше похоже на рыхлый снег, чем твердый лед. К настоящему времени у Сатурна установлено существование 7 колец. Кольца Сатурна оставались уникальными для Солнечной системы до 1977 года, когда были обнаружены очень слабые кольца вокруг Урана и, вскоре после этого, вокруг Юпитера и Нептуна. - Сатурн имеет очень плотную атмосферу, состоящую в основном из водорода и гелия. Атмосфера по составу похожа на атмосферу Юпитера, хотя есть и незначительные отличия. "Вояджер 1" выяснил, что около 7 процентов объема верхней атмосферы Сатурна - гелий (по сравнению с 11-ю процентами в атмосфере Юпитера), в то время как почти все остальное - водород. На верхней границе его облачного покрова, заметно мало деталей и контраст их с окружающим фоном невелик. Этим Сатурн отличается от Юпитера, где присутствует множество контрастных деталей в виде темных и светлых полос, волн, узелков, свидетельствующих о значительной активности его атмосферы. Толстый слой атмосферы не позволяет наблюдать какие-либо детали, находящиеся под ней.
- Совокупность всех имеющихся сведений о планетах-гигантах даёт возможность построить модели внутреннего строения этих небесных тел, т.е. предположительно рассчитать плотность, давление и температуру в их недрах. По современным представлениям Сатурн не имеет твердой поверхности. Газообразный водород, входящий в состав атмосферы постепенно переходит в жидкую, а затем и в твёрдую (металлическую фазу). Появление таких необычных агрегатных состояний водорода (в твердой фазе он становится проводником электричества), связано с резким увеличением давления по мере погружения в глубину. В центре планеты давление может достигать нескольких миллионов атмосфер (1 атмосфера – 105 Па).
- Первым космическим аппаратом, посетившим окрестности Сатурна, был "Пионер-11", который 1 сентября 1979 г. прошёл на расстоянии 21 400 км от облачного слоя планеты. Магнитное поле Сатурна оказалось сильнее земного, но слабее, чем у Юпитера. Была уточнена масса Сатурна. По характеру поля тяготения сделан вывод, что внутреннее строение Сатурна похоже на строение Юпитера. По данным измерений инфракрасного излучения учёные определили температуру видимой поверхности Сатурна. Она оказалась равной 100° К, и этот факт свидетельствовал о том, что планета излучает приблизительно в два раза больше тепла, чем получает от Солнца. В высоких широтах Сатурна предполагалось наличие полярных сияний.
-
Мощное магнитное поле Сатурна учёные связывают с быстрым вращением проводящего ток вещества в центральных областях планеты. Магнитное поле планеты улавливает летящие от Солнца заряженные частицы, которые образуют вокруг планеты пояса частиц высоких энергий, т.н. радиационные пояса. Аппаратура космических зондов («Вояджер»-1, «Вояджер»-2,) зарегистрировала полярные сияния, связанные с прорывом заряженных частиц из радиационных поясов в атмосферу Сатурна, а также грозовые разряды в атмосфере.
-
Проект «Кассини-Гюйгенс» – целенаправленное исследование Сатурна и его спутников.
- Проект «Кассини-Гюйгенс» предназначен для исследования Сатурна и его спутников. В задачу миссии входит посадка модуля «Гюйгенс» на поверхность наиболее крупного спутника Титана. Впервые исследования Сатурна будут проводиться «Кассини» в режиме искусственного спутника Сатурна. Аппарат был запущен в 1997 году, достиг окрестностей Сатурна 1 июля 2004 года. Исследование Сатурна аппаратурой «Кассини» будет продолжены до середины 2008 года. Предполагается получение более 300 тысяч фотоснимков. Предыдущие исследования Сатурна космическими аппаратами «Пионер-11» и «Вояджерами» не были столь обширны, продолжительны и целенаправленны. Они предназначались для исследования всех планет-гигантов Солнечной системы. Все данные о Сатурне были получены при однократном пересечении орбиты этой планеты.
-
Первые результаты с орбиты искусственного спутника Сатурна.
- Увеличился период обращения Сатурна вокруг своей оси на 6 минут (по отношению к результатам, полученных с «Вояджеров»). Причина – сложная структура магнитного поля, вызывающая «тормозной эффект» планеты (предположение).
- Щель Кассини заполнена микрочастицами, летящими со скоростью 20 км/с.
- Вещество колец распределено неравномерно: ближе к планету располагаются более плотные образования, дальше – легкие фракции, состоящие из обычного льда и снега.
- На фотоснимках поверхности Титана обнаружены крупные образования, похожие на гигантские кратеры. Структура поверхности предполагает наличие на ней рек и озёр из углеводорода (гипотеза).
- Получены новые фотоснимки спутников Сатурна: Януса, Прометея, Пандоры, Мимаса .
- Отрыты новые спутники Сатурна. Теперь их общее количество – 33. В кольцах планеты могут скрываться более мелкие спутники, размером с футбольное поле. Поиски новых спутников продолжаются. Информация о них может пролить свет на загадку возникновения кольца Сатурна.
- Уменьшилось число молний в южном полушарии планеты. Возможная причина – тень от кольца падает на южное полушарие. При пролёте «Вояджеров» тень от кольца падала лишь на узкую экваториальную область Сатурна.
- Обнаружена особенность магнитного поля Сатурна – вращается с меньшей скоростью, чем сама планета и имеет форму тора (бублика). Пока объяснений нет.
-
Система колец Сатурна.
- Щели в кольцах Сатурна образовались в результате сложного гравитационного взаимодействия между спутниками Сатурна и веществом колец.
- Получены фотографии колец в естественных цветах.
- Гравитационные поля Прометея и Пандоры определяют структуру кольца F.
- Кольца Сатурна генерируют «неприятную мелодию»-сложные радиоимпульсы, вызванные ударами микрометеоритов об элементы кольца.
- Структура колец не остается постоянной. Она изменяется под действием новых образований, разрушающихся в гравитационном поле Сатурна.
- Спутник Пан формирует щель Энке.
- Обнаружена более сложная структура колец (их значительно больше 7).
- Внешние кольца Сатурна активно теряют свое вещество (в основном кислород). Через несколько миллионов лет кольцо Е может исчезнуть (предположение). Механизм утечки кислорода уточняется.
-
Спутники Сатурна.
- Получены фотографии всей поверхности Титана в инфракрасном диапазоне. Их анализ даёт основание утверждать о существовании на поверхности Титана больших скоплений обычного льда и низших углеводородов.
- Получены новые снимки спутника Сатурна Япета. Поверхность спутника разделена на две области, имеющие разные отражательные способности. По внутреннему строению спутник однороден и состоит главным образом изо льда. Возможно, темная поверхность покрыта каким-либо веществом с низкой отражательной способностью. Вдоль экватора Япета проходит мощный горный хребет, протяженностью 1300 км. Ширина хребта около 20 км, высота достигает 13 км.
- Получены новые фотографии второго по величине спутника Сатурна Реи. Вся поверхность спутника покрыта кратерами, некоторые из них сильно отражают свет (пока загадка).
- Получены снимки Тефии (спутник Сатурна). Вся поверхность в кратерах. Средняя плотность Тефии близка к плотности воды. Вероятнее всего этот спутник состоит из обычного льда.
- На новых снимках Дионы (спутник Сатурна) видны многочисленные кратеры и тонкие полосы. Уточнены параметры орбиты спутника.
-
Посадка спускаемого модуля «Гюйгенс» на поверхность Титана.
-
Подготовка к спуску.
- Выявлена сложная структура атмосферы Титана, простирающейся до 400 км. В состав атмосферы входят азот и метан. Разлагаясь под действием солнечного света, они образуют дымку в верхнем слое атмосферы.
- При повторных исследованиях уточнены параметры атмосферы Титана. Кроме метана и азота в ней обнаружены простейшие углеводороды (бензол, пропилен и др.) Атмосфера Титана очень похожа на земную атмосферу на ранних этапах эволюции нашей планеты.
- В конце сентября 2004 г. по командам с Земли проведено очередное тестирование станции и спускаемого модуля.
- В конце октября 2004 г. получены новые снимки Титана, уточняющие район приземления Гюйгенса. В Центре управления полетом прорабатываются возможные варианты посадки: в углеводородный океан или на твёрдую поверхность.
- Анализ полученного материала даёт возможность учёным выдвинуть несколько гипотез о возникновении атмосферы Титана и её вероятном сходстве с земной атмосферой на ранних этапах эволюции.
- Спуск «Гюйгенса» попытаются пронаблюдать с наземных обсерваторий.
-
Спуск на Титан. Первые предварительные результаты.
- Получены фотографии поверхности Титана во время спуска, и после приземления.
- Видимую поверхность покрывают ледяные камни. На поверхности присутствуют следы жидкости (жидкие углеводороды).
- На Титане идут дожди из жидких углеводородов.
- Возвышенности поверхности Титана состоят изо льда, в низинах могут располагаться жидкость. Так как температура поверхности близка к -184 0С, то речь идет о скоплениях жидкого метана. Потоки жидкого метана и глыбы обычного льда производят эрозию поверхности.
-
Подготовка к спуску.
Новые данные с орбиты Сатурна поступают каждый день. Следи за их обновлением.
/li