Современная астрономия и методика ее преподавания| << Предыдущая |
Построение модели научной картины мира
Карпова Н.А.
РГПУ им. А.И. Герцена
Поскольку астрономия рассматривает наиболее общие закономерности строения мира, обобщает богатый фактический материал о природе окружающего мира, определяет мировоззрение людей, представляет интерес процесс построения модели Солнечной системы методом уточнения первоначальной модели. В курсе астрономии особое место занимает тема "Развитие представлений о Солнечной системе". Трудно переоценить ее важность в формировании мировоззрения учащихся, в развитии их логического мышления, повышении культурного уровня.
Взяв за основу представление о строении Солнечной системы древних философов и астрономов, можно проследить уточнение этих представлений до принятой в настоящее время модели. Анализ структуры модели дает возможность отследить вклад ученых в изменение представлений о строении Солнечной системы, характер и суть этих изменений, выделить существенных признаки, оценить их влияние и вклад в построение современной научной картины мира. При этом необходимо обратить внимание на приемы совершенствования существующей модели: обобщение и анализ уже известных фактов, систематизация уже имеющихся знаний, то есть совершенствование построенной модели без внесения в нее новых элементов; на основе анализа накопленных знаний о существующей модели делается вывод о необходимости внесения в нее нового элемента или понятия, без которого невозможно дальнейшее совершенствование старой модели, отвечающее имеющимся в настоящий момент знаниям о прототипе, каковым является в данном случае Солнечная система.
Трудно сказать, когда впервые возникла целостная модель Солнечной системы. Можно предположить, что некоторые предложения, соответствующие геоцентрической системе, были высказаны древнегреческим философом Аристотелем. Однако античная астрономия уже в III в. до н.э. содержала гипотезы о гелиоцентризме строения Солнечной системы, высказанные Аристархом Самосским. Но факты, основанные на видимом движении планет, не являлись достаточными для доказательства его предположений и построения качественно иной модели Солнечной системы, чем геоцентрическая модель.
Наиболее полно модель Солнечной системы представлена в трудах древнегреческого философа, жившего во II в. н.э., Клавдия Птолемея. Он принял без доказательства утверждения древних ученых о том, что небесные тела могут двигаться только равномерно по окружностям - деферентам, центром которых является Земля. Модель многократно уточнялась. Позже в результате наблюдений было установлено, что, помимо общего суточного движения, планеты на фоне звезд описывают сложные петлеобразные пути. Такие движения были названы попятными. Для объяснения попятного движения планет Птолемей ввел дополнительные окружности - эпициклы, по которым, по его представлению, должны были двигаться планеты. В результате была получена очень сложная модель, не обладающая высокой точностью.
В XIII в. в школе навигаторов Альфонсо Х. Кастильского для решения практических задач астрономической ориентации на основе геоцентрической модели с использованием результатов многовековых наблюдений были составлены таблицы, дающие представление о движении небесных тел. Изданы и доступны они стали только через 200 лет. Ими пользовались около 100 лет. Пока Николаем Коперником (XVI в.) не была предложена другая модель строения Солнечной системы, названная гелиоцентрической системой, принципиально отличающейся от модели Птолемея. Эта модель позволяла определить размеры радиусов орбит планет. С ее помощью были составлены карты планет, позволяющие определить их положение в любой момент времени. Но полученные теоретические результаты не совпадали с результатами практических наблюдений.
В конце XVI в. датский астроном Тихо Браге, предложил собственную модель строения мира, отличную от моделей Птолемея и Коперника, но которая являлась шагом назад по сравнению с моделью Коперника. После многолетних и самых точных в то время наблюдений Тихо Браге создал таблицы положений всех известных к тому времени планет. В таблицах были точно определены положения планет в фиксированные моменты времени. Но они не давали возможности определить их положение в любой момент времени. В конце жизни Тихо Браге передал свои труды одному из своих учеников и помощников немецкому астроному Иоганну Кеплеру для дальнейших уточнений, исправлений и опубликования.
И. Кеплер, анализируя таблицы Тихо Браге, пытался свернуть их в формулы, найти такие математические выражения, которые при подстановке в них значений времени наблюдений планет Тихо Браге давали бы значения координат, приведенным в таблицах. В результате И. Кеплер выдвинул гипотезу, что траекториями движения планет являются эллипсы. Наиболее существенным вкладом И. Кеплера в уточнение существующей модели мира являлось то, что он сумел найти математический объект - эллипс, который описывает все существенные особенности движения планет. Законы Кеплера позволили более точно описать движение планет, но они не обладают всеобщностью. Кеплер предложил более точное по сравнению с известным до него описание движения планет, используя уже известные понятия: эллипс, фокусы, полуоси.
Современник Кеплера великий ученый Галилео Галилей совершает ряд выдающихся открытий, вводит в качестве основы научного познания математическое описание наблюдения различных природных явлений. При этом четко определяет такие понятия как длина, объем, скорость, сила, инерция, равномерное движение. Он систематизировал научные идеи и факты, используя которые много лет спустя, Исаак Ньютон ввел для описания движения новое понятие - тяготение и открыл закон всемирного тяготения. Выдвинув первоначально гипотезу о взаимном притяжении тел, используя при этом уже известные понятия силы и массы, он качественно определил силу взаимодействия между телами и сформулировал закон всемирного тяготения, который является, по сути обобщением законов Иоганна Кеплера.
И. Ньютон и И. Кеплер предложили более точное, по сравнению с существовавшими до них, описание движения планет. В силу различных опыта и знаний, они смогли выделить в наблюдаемом явлении различные признаки, являющиеся существенными. С учетом этих признаков строилось некоторое упрощенное подобие реального объекта, названное его моделью.
Таким образом, представленные рассуждения позволяют проследить первые этапы построения модели Солнечной системы, не затрагивая вопросы внесения в нее планет, открытых в телескопический период наблюдений, вопросы дальнейшего развития модели, внесения в нее планет открытых позже.
| << Предыдущая |
|
Публикации с ключевыми словами:
астрономия - ВУЗ - конференции - курс астрономии - дидактика - дидактический материал
Публикации со словами: астрономия - ВУЗ - конференции - курс астрономии - дидактика - дидактический материал | |
См. также:
Все публикации на ту же тему >> | |
