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文档简介

1、教学设计:天文观测教学设计一、课程理论框架随着二期课改的进行,课程资源开发与利用成为教育研究的新热点,也成为教师教育实践的重要内容。天文学作为一门自然科学,历来强调实践的重要性。XX市高中地理教学内容中,有三个专题内容涉及到天文学:地球在宇宙中的位置、月球、地球运动。目前不少学校建造了天文台的情况下,如何将该资源与三类课程有效结合,从而开拓二期课改的地理教学进一步在广度和深度上进行拓展,乃是中学天文台发展的重要课程。天文学有其丰富的科学和哲学内涵,涉及的知识面很广。它的主要研究方法就是通过观察,来获得探索的结果。许多的自然科学的发展都与之密切相关。因此,就高中阶段而言,地理、物理等基础课程的教

2、学内容,都涉及到天文学。在课程改革的大背景下,如何有效利用和改进中学现有的天文观测设备,为新课程服务,以多媒体等手段介绍现代天文学;仪器操作整体培训;开展天文观测实验;开展相关课题研究。实现课程资源与课程内容的有效结合,从而提升教学效果。基于我校天文台的硬件优势,结合本校师生特点,并参考多年来天文台成功运作的经验,本人设计了一系列观测实验活动。以本校天文创新课程为例,展示教材开发情况。在形式上,天文工作室主要以基础课、拓展课、研究型课、社团研究小组的形式对学生和教师开放。从活动内容上,主要以基础观测实验和探究实验来开展实验研究。基础观测实验以基础课程和拓展课为活动形式,面向全体学生。包括太阳系

3、行星,太阳黑子,月球月面的观测。探究实验则以研究型课程以及学生的科技竞赛活动为形式。学生通过课程研究,组织观测活动。二、活动设计理念21世纪是信息爆炸和全球化的时代,现有的知识传授为主的课程设计乃是大势所趋。因此本课程的核心理念是:以学生科学创新能力发展为本。为了贯彻这一理念,该课程的设计力图达到四个梯级的课程目标:引发学生浓厚兴趣;帮助学生掌握观测工具;促进学生天文观测水平的提高;培养学生发现并解决问题的能力。天文课程资源的发掘和推广是一个循序渐进的过程,有必要在平时按由近及远、由表及里、由浅入深的顺序来进行长期的开发。资源的利用不应拘泥于定期的安排,而要根据实际情况,适时调整和充实学习的进

4、程和内容,这一点很重要。要充分利用日、月食,流星雨,内行星的大距,外行星的冲日,彗星出现与回归,掩星等天文现象,进行观察与辅导。在实践中发现问题,分析问题,寻找资料,解决问题。高中学生已经具备一定的数理基础,在教师的引导下,会对自然科学产生越来越浓厚的兴趣。本人授课的班级中,选择天文类选修课的人数也明显高于其他班级。这一点与基础型课程引导的作用密不可分。如果能够将学校现有的天文资源有效利用起来,适当加以硬件和软件的升级,并结合三类课程的课改理念,就会形成较好的研讨氛围。笔者认为,这一领域在未来理应取得更快的发展。三、实践活动方案实例实验1:基本观测方法及天文望远镜原理实验2:太阳黑子的投影观测

5、实验3:星空投影灯的制作以及四季星空的辨认实验4:星座盘和星图软件的使用方法实验2:太阳黑子的投影观测(1)、实验目的1 .学会太阳黑子的投影观测方法;2 .运用太阳球面坐标,黑子分型的相关知识,学会太阳黑子相应观测资料的处理方法。(2)实验仪器天文望远镜附加太阳投影屏,黑子观测记录纸(3)太阳黑子的投影观测1 .调节望远镜,使日面像进入视场,并按要求把记录纸固定在投影屏上,启动跟踪。2 .调节望远镜的焦距,使日像最清楚。3 .调整投影屏的前后位置,使日像大小与观测纪录纸上的圆重合。4 .确定投影屏上图纸的东西方向:调节望远镜,使其沿着赤经方向来回微动(利用电钮控制来实现),移动图纸,使黑子移

6、动方向严格地沿图纸上的东西方向运动(即图纸上的东西线与黑子移动方向一致)。5 .描绘黑子时要求大小、形状尽可能一致,位置要准确。下笔时先轻描,当位置准确后再重描。先描本影,后描半影,全部描完后,再检查一遍,看是否有遗漏的小黑子。6 .最后记录观测完毕的时刻及观测当日世界时为0的P(日轴方位角)、B0(日面中心纬度)0(日面中心经度)和天气状况等。(4)观测资料的分析处理太阳黑子投影观测每日数据处理包括:1 .黑子的分群、编号、分型一般相距极近的几个黑子常属于同一群,但也有仅一个单独黑子而相当于一群的。分群后,按黑子出现的先后,自西向东给黑子群一个顺序编号(见图sh8.2)。依据黑子的分型标准,

7、给各群黑子标出所属类型。黑子群有好几种分类方法,在此只介绍苏黎世天文台分类法:按照黑子群演变的发展阶段分为A、B、C、D、E、F、G、H、J共9种类型。演变到最强是E型和F型,演变到最末是J型。A类:没有半影的黑子或者单极小黑子群。B类:没有半影的双极黑子群。C类:同B类相似,但其中一个主要黑子有半影。D类:双极群,两个主要黑子都有半影,其中一个黑子是简单结构;东西方向延伸不小于10oE类:大的双极群,结构复杂,两个主要黑子都有半影,在两个主要黑子之间有些小黑子;东西方向延伸不小于10°。F类:很大的双极群或者很复杂的黑子群;东西方向延伸不小于15。G类:大的双极群,只有几个较大的黑

8、子;东西延伸不小于10°。H类:有半影的单极黑子或者黑子群,有时也具有复杂的结构;直径大于2.5°。J类:有半影的单极黑子或者黑子群;直径小于2.5:由于太阳是个球体,黑子群在日面边缘时形状会发生很大的变化,东西长度会大大缩短。因此对于刚从东面转出来的黑子群,等过两三天看到全貌后再确定类型比较妥当。确定类型还要注意连续性,如果前后好几天都是E类,另有中间一天是C类,那么这一天也应记E类。当然,黑子群的类型有小的反复也是可能的,如从C类变到D类再回到C类等。2 .黑子和黑子群日面位置的测定(申面坐标日面经度L:从本初子午圈向西计量(0°-360日面纬度B:从太阳赤道

9、分别向南北两极量度±9。0日轴方位角P:太阳自转轴与地球自车轴夹角的投影,由P值可确定日面坐标的北点范围:±26.30(申面位置的测定查天文年历中的太阳表,记录下观测日世界时为0的B0(日面中心纬度)日面中心,L(经度),P(日轴方位角)。因B0P值一天内变化不大,不必做改正,而L0在一天内变化较大,要用线性内插法进行改正,求出观测时刻的日面中心经度L值。艮据P值,在黑子投影图上画出日期日轴,P>0时,日轴偏于北点之东。艮据B0值选出合适的日面经纬网格图(见图sh8.4,日面经纬网格图从0°-±7,0每隔±0.8张,共15张,光盘中只给出

10、日面中心纬度B0=±1.5°,±5的耳闻经纬网格图,其他纬度的日面经纬网格图请自查相关资料),将其按日面坐标套在描迹的黑子观测记录纸上。在黑子网格图上,读出黑子和黑子群的日面纬度、日面经度(先读出中经距,再加上日心经圈的经度)。测量日面经纬度时,对黑子群应选取其面积重心度量。3 .黑子面积的测定(1)用毫米直尺量出黑子或黑子群至日面中心的距离r(mm)。(2)用特制的毫米方格纸,数出黑子和黑子群的毫米方格数A(mm),计算出日面上的黑子面积Sd=A310/(兀R)R:为日面半径(mm),Sd以太阳半球面积的百万分之一为单位。(3)考虑日面的投影效应,应对Sd进行改

11、正,使其归化到球面面积SP=Sdsecarcsin(r/R)竟阳半球面的百万分之一)。(4)对各黑子、黑子群分别归算,最后进行累计。4 .求太阳黑子相对数R可按公式R=K(10g+f+算太阳黑子相对数。式中,g为观测到的黑子总群数,f为黑子的总个数,K为台站转换系数,一般可取K=1。注意:一个半影中有5个本影黑点,黑子个数应为5。只有一个本影点算一个黑子。5 .将计算结果填入表格实验3月面结构观测(1)实验目的拍摄月球的白光像,掌握天体照相的方法,熟悉月面结构(2)实验仪器KP400折反射望远镜和Nikon4500照相机把照相机的机身通过一个带螺纹接口的目镜连接到望远镜上,拍摄月面结构。(3)

12、实验指导1 .月球的大小当望远镜物镜的焦距为F(以mm为单位)时,月面像的直径d(以mm为单位)为:d=2Ftan(0中,0为月球的视角直径,平均为31故月球像的直径d=0.009F若使400/4800的折射望远镜,可以得到的月像直径为43.2mm。2 .拍摄清晰的月面像调焦:利用照相机上的取景器反复调焦,直到月像清楚为止。曝光时间:曝光时间无严格标准,它取决于望远镜的光力、月相、月球的地平高度等。可经过反复多次试验后,确定曝光时间。一般情况下,当望远镜的光力为1/15,使用ISO100底片拍满月像时,曝光时间约为1/15s在上、下弦月时拍照,曝光时间为满月时的4倍。在新月残月时拍照,曝光时间

13、为满月时的12倍。(4)实验步骤及要求1 .在教师指导下,熟悉望远镜和照相机的结构。2 .将照相机连接在望远镜上,调节望远镜的平衡装置,使其达到平衡。3 .将望远镜对准月球,使望远镜自动跟踪。4 .认真调焦,使取景器中的月像达到最清楚为止。5 .把月像位置调至视场中Y,选定曝光时间,进行拍照。6 .将数码照片从照相机存储卡内导出到计算机上。在月球照片上,熟悉月球的主要结构,并标出主要环形山和月海的名称。实验4邻近行星图象观测(土星、金星、木星、火星等)一、实验目的拍摄邻近行星图象,掌握天体照相的方法,熟悉邻近行星二、实验仪器KPW400折反射望远镜和Nikon4500照相机把照相机的机身通过一

14、个带螺纹接口的目镜连接到望远镜上,拍摄邻近行星。三、实验指导拍摄清晰的月面像调焦利用照相机上的取景器反复调焦,直到图像清楚为止。曝光时间曝光时间无严格标准,它取决于望远镜的光力、行星的地平高度等。可经过反复多次试验后,确定曝光时间。四、实验步骤及要求1 .在教师指导下,熟悉望远镜和照相机的结构。2 .将照相机连接在望远镜上,调节望远镜的平衡装置,使其达到平衡。3 .将望远镜对准要观测的行星,使望远镜自动跟踪。4 .认真调焦,使取景器中的图像达到最清楚为止。5 .把图像位置调至视场中Y,选定曝光时间,进行拍照。6 .将数码照片从照相机存储卡内导出到计算机上。在行星照片上,熟悉各行星的主要结构。实验5星座观测(1)实验目的:1 .掌握四季星图的使用方法;2 .根据星图学会观测四季天空星座。(2)实验内容:1 .在室外建立实际的地平坐标系2 .观测星座。(3)实验用品:1 .转动星图、2.手电筒。(4)实验地点:选择室外空旷地、无月光的夜晚。(5)实验方法:a.利用转动星图认识天空星座图形,调整转动星图、对准观测日期和时间,根据星图记忆星座几何图形及相对位置。

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