Методичні аспекти вивчення астрофізичних явищ у процесі викладання природничих наук

Abstract

Стаття присвячена методичним особливостям вивчення астрофізичних явищ під час викладання природничих наук, які полягали в інтерпретації даних спостережень з теоретично передбаченими, спираючись на фундаментальні теорії силового поля, розподілу молекул за законами Больцмана та Максвелла, статистичного тлумачення стійкості атмосфери на планетах Сонячної системи. Під час фундаментального вивчення об‟єктів із галузі природознавства, що мають різну природу, якісно нового характеру набувають інтеграційні зв‟язки, які об‟єднують різні галузі природничо-наукових знань шляхом застосування фундаментальних законів, понять та методів дослідження. Розглядаючи більш детально проблему стійкості атмосфери на різних планетах, зазначимо, що безперервні процеси розпаду і дисипації енергії можуть підтримуватися, якщо існує приплив енергії до системи від іншого упорядкованого процесу, наприклад від зовнішнього середовища. Для планет Сонячної системи зовнішнім джерелом енергії є випромінювання Сонця. Клімат на поверхні планет Сонячної системи визначається середнім розподілом сонячної енергії за різними макроскопічними процесами, генерованими нею з урахуванням багатьох видів і частот усіх можливих флуктуацій, які є причиною деградації початкових станів природних систем на планетах. Точний розрахунок часу розсіяння атмосфери планети вимагає врахування параметрів верхніх шарів атмосфери та процесів, які в них відбуваються. Водночас, розсіяння планетних атмосфер безпосередньо визначається лише умовами і процесами у верхніх шарах атмосфери. Проте такий розрахунок наразі навряд чи можливий, навіть за наявності даних про верхню межу атмосфери Землі, отриманих за допомогою автоматичних станцій та штучних супутників. Оцінка часу розсіяння ідеалізованої ізотермічної атмосфери, яку ми розглядаємо, може мати результат, який відрізнятиметься на порядок і навіть більше від дійсного часу розсіяння. Проте така оцінка все ж дає уявлення про значення величини цього часу. Установлено доцільність та важливість використання не лише теоретичних узагальнень, але й результатів сучасних наукових досліджень для вивчення і розуміння явищ природи, які полягають у врахуванні різноманітності та взаємозв'язків природничих наук, що складають єдину систему набутих природничо-наукових знань у майбутніх учителів природознавства.

The article is devoted to the possibilities of implementing the problem-based method for teaching natural sciences, based on the fundamental theories of the force field, the distribution of molecules according to Boltzmann, and the statistical interpretation of the stability of the atmosphere on the planets of the Solar System. This was reflected in the analysis and generalization of the results of relevant publications in scientific and pedagogical publications and author's works on their experimental implementation in educational practice. During the fundamental study of objects from the field of natural science, which have a different nature, the integration links that unite different fields of natural and scientific knowledge through the application of fundamental laws, concepts and research methods acquire a qualitatively new character. Considering in more detail the problem of the stability of the atmosphere on different planets, we note that continuous processes of decay and energy dissipation can be maintained if there is an influx of energy into the system from another orderly process, for example, from the external environment. For the planets of the Solar System, the external source of energy is radiation from the Sun. The climate on the surface of the planets of the Solar System is determined by the average distribution of solar energy according to various macroscopic processes generated by it, taking into account many types and frequencies of all possible fluctuations, which are the cause of the degradation of the initial states of natural systems on the planets. Accurate calculation of the dispersion time of the planet's atmosphere requires knowledge of the parameters of the upper layers of the atmosphere and taking into account the processes that occur in them. Indeed, the scattering of planetary atmospheres is directly determined only by the conditions and processes in the upper layers of the atmosphere. Such a calculation, however, is currently hardly possible, even with the availability of data on the upper limit of the Earth's atmosphere, obtained with the help of rockets and artificial satellites. Estimating the dissipation time of the idealized isothermal atmosphere that we are considering can give a result that differs by an order of magnitude or even more from the actual dissipation time. However, such an estimate still gives an idea of the order of magnitude of this time. It has been established that it is expedient to use modern approaches to the study and understanding of natural phenomena, which consist in taking into account the diversity and interrelationships of natural sciences, which make up a single system of natural and scientific knowledge, the possibility of adequate knowledge of nature as a whole entity.