Kosmos

Mooduli kirjeldus

Kosmos köidab meie kujutlusvõimet juba varasest lapsepõlvest. Küsimused Universumi lõpmatuse, maavälise elu ja kosmosereiside võimalikkuse kohta teistele planeetidele ja kaugemale, erutavad paljusid noori. Üldiselt on lastel kaasasündinud uurimisinstinkt ning suur tahe kogeda ja mõista. Mõned unistavad saada ka kosmoseuurijateks.

Kosmosesse reisimine on muutunud harrastusastronautide jaoks juba kättesaadavaks. Mõned kosmoseturistid on käinud Rahvusvahelises Kosmosejaamas (ISS). Kommertsprogrammid on loodud suborbitaalseks lennuks umbes 100 km kõrgusel Maa pinnast. Turistide orbitaallennud ümber Maa nõuavad kosmoselaevalt peaaegu kahekordset kõrgust ning palju rohkem kiirust ja energiat võrreldes eelmistega, kuid neid nähakse ette ka lähitulevikus. Seega võib ka meie tänaste õpilaste seas olla tulevasi professionaalseid ja amatöörastronaute.

Meie igapäevaelus levib kosmoselendude kohta suur hulk väärarusaamu, müüte ja vandenõuteooriaid. UFOd, mis meid avakosmosest külastavad ja inimeste Kuule maandumine, mida kunagi pole juhtunud, on vaid kaks teemat mitmetest, mis aeg-ajalt meediasse ilmuvad. Selliste kuulujuttude esinemissagedus ei kao ajaga, sest tänapäeval võib avalikkus sagedamini jälgida ebatavalisi droone ja avaldatakse uusi inimeste Kuule lähetamise programme. Praegune Ameerika “Artemise” projekt ja Hiina kuuprogramm nimega “Chang project” paistavad olevat hakanud võistlema, kes seekord esimesena Kuule maandub ning taas avalikkuse tähelepanu sellega äratab.

Paljud meie õpilased tunnevad kosmoselaevade funktsioone tänu arvutimängudele ning koolides või teaduskeskustes kogetud veerakettide startimiskatsetustele. Lühiajalist kaaluta oleku tunnet teavad nad lõbustusparkidest või lennukitest. Tõenäoliselt on mõned neist “käinud” VR-rakenduse abil Rahvusvahelises Kosmosejaamas (ISS) või on näinud viimasest 3D-filmi mõnes teadusmuuseumis.

Kosmoseuuringute ajastu algas 1957. aastal esimese satelliidi (Sputnik) Maa ümber orbiidile saatmisega. Tehnoloogia on nende aastate jooksul tohutult arenenud; kosmoseuuringud kulgevad aga prognoositust aeglasemalt, sellega kaasneb palju riske, ebakindlust ja erinevaid tehnikarikked. Hiljutine katse (jaanuar 2023) viia satelliite esimest korda üles Suurbritannia pinnalt, kasutades ettevõtte Virgin Orbit välja töötatud raketiheite tehnoloogiat, ei viinud sihile – hävisid kõik üheksa satelliiti. Virgini ettevõtte kosmoseturismi divisjon Virgin Galactic, mis on alates 2004. aastast lubanud alustada regulaarseid suborbitaalseid lende kosmoseturistidele, kasutades sarnast starditehnoloogiat, pole seda lubadust veel täitnud. Virgini lähenemine on tõsta kosmoselaev Boeing 747 tiiva all umbes 10 000 m kõrgusele ja seejärel tulistada. See hiljutine Virgini ebaõnnestumine näitab taas, et kosmoseuuringutega kaasnevad alati märkimisväärsed riskid, eriti kosmoselaevade käivitamise ja kosmosemissioonide Maale naasmise käigus.

Selle õppemooduli keskmes ongi inimeste kosmosesse saatmise riskidega seotud küsimused ja nendega seotud moraalsed dilemmad. Selle mooduliga töötades saavad õpetajad teha praktilisi tegevusi ja demonstratsioone, et selgitada nähtusi, kummutada kosmosega seotud müüte või uurida levinud väärarusaamu, kui kooliruumid seda võimaldavad. Vastasel juhul soovitame seda teha tõendite kogumise kaudu usaldusväärsetest teaduslikest ja muudest professionaalsetest teabeallikatest. Õpilased saavad kasutada ka erinevaid andmekogumismeetodeid, rakendades nn triangulatsiooni põhimõtet – tõestusmaterjali valiidsuse suurendamist erinevatest allikatest pärineva info kõrvutamise kaudu.

Sissejuhatavas videos tuuakse välja mõningad ideed, väärarusaamad ja müüdid, mida õpilased võiksid rühmades edasi arutada. Õpilasi kutsutakse valima ja selgitama levinumaid kosmosega seotud müüte või väärarusaamu. Eeldatakse, et arutelud viivad usaldusväärsetest allikatest tõendite kogumiseni, et saada põhjalikum ülevaade nähtusest, et kummutada või kinnitada valitud müüdi kehtivust.

Inimeste kosmosereisid köidavad ilmselt õpilaste tähelepanu. Mõnda kosmosereiside bioloogilist mõju, nagu kosmoses kohanemise sündroomi (SAS), saab praktiliselt kogeda Maal tsentrifuugimise abil (Sickness Induced by Centrifugation, SIC). Kuid vähesed meist tahaksid ilmselt kokku puutuda tsentrifuugi ja samaaegse pöörlemisega 1G-lt 3G-le (või enam) ja tagasi 1G-le, mis on osa astronautide tavapärasest koolitusest. Sellise kogemuse kerge versioon on saadaval mõnes lõbustuspargis "Insanity Rides 360" kujul.

Enamik selles moodulis soovitatud tegevusi tugineb sekundaarsetele tõenditele, mis hangitakse kirjanduse ja Inetiotsingute abil. Nende tegevuste kaudu õpivad õpilased hindama teabeallikate usaldusväärsust ja esitama tõenduspõhiseid argumente. Pärast järelduste tegemist valmistuvad õpilased oma järeldusi klassikaaslastele (või muule publikule) asjakohasel ja veenval viisil (nt videopostituse abil) tutvustama. Mooduli lõpetab rollimäng, kus õpilased peavad tegema sotsiaalteaduslikke otsuseid, kasutades oma loodusteaduslikke teadmisi, ühendades need samal ajal isiklike, moraalsete ja sotsiaalsete väärtustega.

Moodul koosneb õpetaja materjalist (õpetamissoovitused, loodusteaduslik taustainfo) ja õpilase materjalist (sissejuhatav video, interaktiivsed töölehed, faktivideod, videoõpetused).

Mooduliga taotletavad õppe-eesmärgid

• Kodanikupädevus: arendada õpilaste teadmisi ja hoiakuid, mis aitavad neil teha vastutustundlikke otsuseid seoses inimeste ja robotite kosmoseuuringutega.
• Meediapädevus:
  • hinnata teabe usaldusväärsust ning esitada teavet antud auditooriumi jaoks asjakohasel viisil,
  • reageerida asjakohaselt ja vastutustundlikult (sotsiaal)meedias levivatele võltsuudistele ja vandenõuteooriatele.
• Digipädevus: arendada õpilastes digimeedia kasutamise oskusi oma uurimistulemuste tutvustamise kaudu.
• Loodusteaduslik pädevus:
  • arendada õpilaste arusaama sellest, kuidas loodusteaduslikud teadmised on tekkinud ja miks me peaksime teadust usaldama;
  • täiendada õpilaste teadmisi kosmoseuuringute plussidest ja miinustest;
  • arendada nende planeerimisoskusi valitud müüdi kontrollimisel ja tulemuste tõlgendamisel.
• Sotsiaalne pädevus: arendada õpilaste argumenteerimisoskusi ja oskust leida rühmas konsensust vastuolulistes kosmosega seotud küsimustes.

Eeldatavad eelteadmised

• põhiteadmised mehaanikast ja gravitatsioonist
• gaaside ja Maa atmosfääri omadused
• erinevad energiavormid
• meie Päikesesüsteemi ja Universumi ehitus
• teadmised riiklike ja/või ELi kosmoseuuringute programmide kohta

Võimalikud takistused, mida kaaluda

Eeldatakse, et õpilastel on Internetis leiduvate teabeallikate usaldusväärsuse hindamise kogemus, vastasel juhul võib selle õpetamine võtta lisaaega.

Mooduli struktuur

See moodul koosneb 6 tegevusest. Tegevuste järjestus on toodud joonisel 1 ja tabelis 1 (vt allpool).

Tabel 1. Mooduli “Kosmos” ülesehitus

Nõuded füüsilisele keskkonnale

Nutitelefon, arvuti, internet, kuvaseadmed videote demonstreerimiseks.

Hindamine

Õpilasi saab hinnata erinevatel viisidel terve mooduli jooksul, k.a uurimuslikke oskusi, üldpädevusi, sh põhjendamisoskusi ning teemaga seotud loodusteaduslikke teadmisi.

Diagnostiliselt:

• sissejuhatava video vaatamise ning sellele järgneva arutelu käigus selgitab õpetaja välja õpilaste teemakohased eelteadmised;

Kujundavalt:

• õpetaja suuline või kirjalik tagasiside, mis põhineb vaatlusel ning individuaalsete või rühmatöö käigus valmivate töölehtede jooksval analüüsil;
• õpilaste enesehindamine, mis põhineb etteantud kriteeriumitele (hindamismudelile);
• klassikaaslased annavad vastastikku hinnangu rühmaesitlusele, kasutades näiteks järgmist tagasiside küsimustikku.

Kokkuvõtvalt:

• õpetaja hindab valmis töölehti, rühmavideot (posterit, slaide vms.) ja selle esitlust (sh küsimustele vastamise oskust).

Õpetamissoovitused

Mooduli tegevused võib jagada tinglikult kaheks. Esimene osa (tegevused 1–5) käsitleb konkreetseid kosmosega seotud müüte, ideid, küsimusi ja probleeme, mida demonstreerib ka sissejuhatav video. Teine osa (Tegevus 6) keskendub sotsiaalteaduslikele küsmustele, mis on seotud inimese rändamisega kosmosesse ning võetakse kokku väitlusmängu / rollimängu vormis (vt õpilase materjale).

Pärast lühikest sissejuhatust võiksid õpilased soojenduseks väikestes rühmades mõelda, milliseid küsimusi nad sooviksid võimaluse korral astronaudile / kosmoseuurijale esitada (kaks-kolm küsimust rühma kohta). See võimaldab neil uurida probleeme lähtuvalt isiklikest huvidest ja ootustest seoses moodulis tõstatatud teemaga.

Pärast tutvustava video vaatamist (Tegevus 1), otsustavad õpilased, millist tuvastatud müüti, väärarusaama või probleemi põhjalikumaks uurimiseks valida. Õpetaja saab siinkohal tutvustada ka muid kosmosega seotud müüte ja probleeme. Õpilasi võib julgustada meenutama omaenda arusaamu kosmose kohta. "Faktivideoid” saab selles etapis kasutada kosmosega seotud teemade, mõistete ja põhimõtete meenutamiseks ja avardamiseks. Õpetaja võib ka vajadusel koos õpilastega mõnda teemat loodusteadusliku taustainfo teemast üle korrata.

Tegevus 2 peaks aitama õpilastel kitsendada valitud müüti või probleemi hüpoteesiks / uurimisküsimuseks, mida tuleb kinnitada või ümber lükata Tegevuses 3. Tegevust 3 saab ellu viia kahel viisil:

1. praktilise kogemuse kaudu või
2. sekundaarsete allikate uurimise kaudu.

1. praktilise kogemuse kaudu

Kui õpilased valivad müüdi / probleemi, mida saab praktiliselt testida / uurida, koguvad nad tõendeid lihtsate kvalitatiivsete katsete abil. Vaatleme näiteks müüti, "söömine nõuab gravitatsiooni, et toit liiguks meie kõhtu":

Proovige oma kehaga:

Võtke suutäis toitu, seejärel kummarduge, kuni pea on kõhust allpool ja neelake alla! Leiate, et seda on lihtne teha hoolimata sellest, et toit läheb gravitatsioonile vastupidises suunas. Toidu läbimine läbi meie keha ei vaja gravitatsiooni. Soolestiku lihaste kokkutõmmete süsteem, mida nimetatakse "peristaltikaks", suunab toidu aktiivselt soovitud suunas. Süsteem töötab nii ka seetõttu, et meie sooled liiguvad ringi – mõnikord liiguvad nad alla, mitte ülespoole. Kui ainuüksi raskusjõud peaks selle töö tegema, ei saaks me toimida. Seega pole astronautidel probleeme toidu seedimisega mikrogravitatsioonikeskkonnas, nagu see on rahvusvahelises kosmosejaamas ISS. Saame ka üsna lihtsalt juua kasutades kõrt tagurpidi rippudes. Tagurpidi söömise või joomise kõige raskem osa on tavaliselt toidu või joogi suhu viimine. Samuti võib siin paluda õpilastel teha uuringuid astronautide toitumisharjumuste ja kosmosetoidu kohta.

Proovige raketiheiteid:

(Tegevust saab teha demonstratsioonkatsena)
See on seotud rakettide liikumist puudutavate põhimõtete ning nendega seotud müütide ning eksiarvamustega, nagu näiteks "Raketid vajavad lendamiseks õhku, millelt ennast tõugata".

Tegelikult loob rakett tõukejõu massi väljutamisega. Kütuse põlemisel eralduvad gaasid kiirendavad kosmoselaeva liikumist vastassuunas. See üldine liikumise põhimõte on sama, mis veeraketil (plastpudelist väljutatakse veeraketi puhul survevesi koos õhuga).

Virtuaalsed katsed:

Need katsed võivad aidata koguda tõendeid mitme müüdi/eksiarvamuse kohta, näiteks rakettide liikumise ja gravitatsiooni kohta avakosmoses:

• "Kosmoselaev vajab raketimootorit, mis töötaks kogu aeg orbiidil (või teel Marsile)"
• "Kosmoses pole gravitatsiooni"
• "Maa ümber ISSil tiirlevad astronaudid on kaalutud, kuna asuvad Maast kaugel",
kui nimetada neist mõnda.

Õpetajad saavad Internetis saadaolevate erinevate virtuaalsete katsete ja simulatsioonide hulgast valida oma õpilaste jaoks sobivaimad. Soovitame Nobeli preemia laureaadi Carl Wiemani algatatud PhET interaktiivsete simulatsioonide projekti, materjale, mille eesmärgiks on kaasata õpilasi õppima läbi uurimise ja avastamise. Näiteks, interaktiivne simulatsioon raskusjõud ja orbiidid võib aidata

• õpilastel analüüsida suhteid Päikese, Maa, Kuu ja kosmosejaama vahel;
• illustreerida, kuidas gravitatsioon juhib meie Päikesesüsteemi liikumist;
• uurida muutujaid, mis mõjutavad gravitatsiooni tugevust;
• ennustada, kuidas liikumine muutuks, kui gravitatsioon oleks tugevam või nõrgem.

Teised virtuaalsed simulatsioonid, millega õpilased saavad katsetada, on järgmised: Kosmoselendude simulaator püüab kujutada laeva käitumist füüsikaseaduste mõjul. See rakendus võimaldab ehitada erinevaid rakettide mudeleid. Õpilased võivad näha, kuidas raketi astmete arvu suurenedes suureneb tema kandevõime lennul erinevatele orbiitidele.

2. sekundaarsete allikate uurimise kaudu

Sageli ei saa kosmosega seotud müüte ja väärarusaamu klassiruumis siiski eksperimentaalselt kummutada. Seetõttu eeldatakse, et õpilased koguvad tõendeid sekundaarsetest allikatest, et kinnitada või ümber lükata püstitatud hüpotees või saada vastus oma uurimisküsimusele. Meedia/andmeallikate ja nende sisu kõrvutamise kaudu analüüsivad õpilased kriitiliselt nende usaldusväärsust ning teevad leitud tõendite põhjal põhjendatud järeldusi. Õpilase materjal on varustatud tööriistaga, mida saab kasutada allika usaldusväärsuse hindamiseks. Oleks hea, kui õpetaja selgitaks selle kasutamist, näidates ja analüüsides nii usaldusväärseid kui ka vähem usaldusväärseid allikaid näidetena, enne kui õpilased seda tööriista iseseisvalt kasutama hakkavad.

Oma järelduste tutvustamiseks juhendatakse õpilasi oma järeldusi visuaalselt veenval moel esitlema (Tegevus 4). Üheks variandiks võib olla video. Selle loomiseks saavad õpilased kasutada vastavat videoõpetust. Teise variandina võivad õpilased oma tulemuste tutvustamiseks teha postri või slaidid.

Lisaks võib õpilase materjalidest leida kriteeriumid, mida saab kasutada nii õpilaste juhendamiseks, enesehindamiseks kui ka vastastikuseks hindamiseks, kui toimuvad rühmade esitlused ja kaaslaste ja õpetaja küsimustele vastamine (Tegevus 5).

Viimases tegevuses (Tegevus 6), arutatakse kosmoseuuringutega seotud sotsiaalteaduslike küsimuste üle ^[1]. Aastakümneid on teadlased ja poliitikud vaielnud selle üle, kas kosmoseuuringud sobivad paremini inimestele või robotitele (vt näiteks hiljutist Donald Goldsmithi ja Martini raamatut "The End of Astronauts", Rees Belknap Press, 2022). Euroopa praeguses karmis majandusolukorras muutus see teema veelgi päevakajalisemaks, kuna mehitatud kosmoselennud on robotist oluliselt kallimad. Väljapakutud arutelu-rollimäng õpilase materjalides käsitleb seda teemat.

Viimane võimaldab õpilastel mõelda, miks ja kuidas kosmost uurida. Tegevus toetab õpilaste arutelu transdistsiplinaarse teema üle, hõlmates füüsikat, astronoomiat, bioloogiat, tervise- ja keskkonnauuringuid ning sotsiaalteadusi. See arutelu võib anda õpilastele ülevaate sellest, kuidas teadlased ja spetsialistid väiteid esitavad ja kaitsevad ning kuidas nad tegelevad määramatusega kaasaegses teaduses ja tehnoloogias. Õpetajad saavad otsustada, millist hindamist kasutada, et soodustada õpilaste ideede ja põhjenduste vaba väljendamist. Õpetaja võib olla ka tegevuse moderaator.

Teemaga seotud teave on esitatud loodusteadusliku taustainfo teemas.

Kui õpetajal napib aega täismahus rollimängu läbiviimiseks, võib alternatiivina soovitada lühemat versiooni: kosmoseuuringute arutelu saab rakendada ühe õppetunni jooksul ^[2].

Mooduli lõppu võib õpetaja lisada kokkuvõtva reflektiivse tegevuse selle kohta, mida õpilased on mooduli tegevustes osaledes õppinud ja kuidas nad omavahel koostööd tegid, valmistades ette argumente, esitlusi ja andsid kaaslastele tagasisidet. Kunstikooli õpilaste loomingulisi mõtisklusi kosmose ja ruumi teemadel (vt fotograafia raamatud või virtuaalnäitus) võib kasutada huvi tekitamiseks kosmosega seotud nähtuste suhtes olles lähtepunktiks arutelule sellest, mida õpilased sooviksid antud valdkonnas tulevikus veel teada saada.