Oko na optiku

Kompleti

• Kompleti koji uključuju materijale za aktivnosti mogu se pronaći na: https://laserclassroom.com/product/eyes-on-optics-kit-a-gelatin-optics-engineering-project/

Uvod

• Radni list učenika 1: KWL grafikon - SAČUVAJ za ponovnu upotrebu u Aktivnosti 5
• Normalni, hiperopični i miopijski očni dijagrami/podari
• Par naočara

Aktivnost 1

• Radni list učenika #2: Materijali i eksperimentalna postavka
• Pripremljene ploče od želatine (pogledajte recept ispod)
• Set Light Bloxa (https://laserclassroom.com/light-blox/) ILI Laser Blox (https://laserclassroom.com/laser-blox/)
• Set kružnih rezača za kolačiće
• Plastični nož

Aktivnost 2

• Studentski radni list #3: Traženje zraka
• Pripremljeni oblici želatine
  • Oblikovana konveksna sočiva
  • Oblikovana udubljena sočiva
  • Kvadrat želatine (~ 3 ”X 3”)
  • Krug od želatine (prečnika ~ 3 ")
• Set Light Bloxa (https://laserclassroom.com/light-blox/) ILI Laser Blox (https://laserclassroom.com/laser-blox/)

Aktivnost 3

• 1 Pripremljena želatinska ploča po timu
• 1 Set kružnih rezača za kolačiće po timu
• 1 plastični nož po timu

Aktivnost 4

• 1 Pripremljena želatinska ploča po timu
• 1 Set kružnih rezača za kolačiće po timu
• 1 plastični nož po timu

Aktivnost 5

• Radni list učenika # 1
• 1 Pripremljena želatinska ploča po timu
• 1 Set kružnih rezača za kolačiće po timu
• 1 plastični nož po timu

Aktivnost 6

• 1 Pripremljena želatinska ploča po timu
• 1 Set kružnih rezača za kolačiće po timu
• 1 plastični nož po timu
• Eye Template
• KWL tabela za referencu

Dizajn izazov

• Set Light Blox
• Set oblikovanih sočiva - jedno konkavno i jedno konveksno
• Ploča želatine
• Plastični nož
• Cookie Cutters
• Eye Template
• Popunjen KWL grafikon sa radnog lista #1

Recept za želatinu:

• Sljedeći recept čini dovoljno gela za oko šest velikih diskova:
  • 4 čaše vode
  • 8 koverti Knox originalne želatine
  • 1 kontejner dimenzija 9 ”x 7” x 2 ”
  • Prokuhati vodu. Pomiješajte 4 šalice kipuće vode u 8 omotnica (ili omjer vode 1: 2 prema želatini) Knox originalne želatine.
• Za aktivnost #2, ulijte smjesu u kalupe za kalupe za sočiva.
• Za sve ostale aktivnosti ulijte smjesu u spremnik tako da dubina tekućine bude najmanje 0.75 inča. Želatinu ostavite u hladnjaku preko noći da se stvrdne.

Materijali

• Raznolikost čistih i suhih materijala za recikliranje (plastika, staklo, limenke od metala / aluminijuma i papir) u velikoj kanti za reciklažu ili kutiji
• Dugi sto ili nekoliko kratkih stolova postavljenih zajedno

proces

Postavite dizajn na dugački sto (ili nekoliko kratkih stolova postavljenih zajedno), dodajte dizajn koji se može reciklirati i dokumentirajte koliko dobro svaki dizajn sortira materijale koji se mogu reciklirati u posebne kante.

Dizajn izazov

Dio ste tima inženjera koji ima izazov dizajnirati sistem leća za poboljšanje vida pacijenta. Završit ćete 6 aktivnosti kako biste naučili o optici leća i ljudskom oku.

kriteriji

• Dizajnirajte i skicirajte sistem za poboljšanje vida pacijenta.

Ograničenja

• Koristite samo dostavljene materijale.

Lekcija zahtijeva šest časova 45-60 minuta

UVOD U IZAZOV

rezime
Ova lekcija završava dizajnerskim izazovom, otvorenim projektom koji potiče učenike da postavljaju pitanja, preuzimaju inicijativu i kreativno razmišljaju. Inženjerski i dizajnerski izazovi pružaju kontekst i smisao za korištenje naučnog procesa, razvoj tehničkog znanja i vještina i uspjeh u savremenom društvu.

Kako bi predstavili ovaj izazov dizajna, studentima se predstavlja cilj dizajniranja sistema leća za poboljšanje vida pacijenta, studenti identificiraju ono što znaju i trebaju o optici leća i ljudskom oku kako bi odgovorili na izazov.

Osnovne vještine i znanje

• Put svjetlosti od izvora (ili objekta) do očiju (izborne aktivnosti: Učionica špilja)
• Put svjetlosti u ljudsko oko: mrežnica i žarište
• Fakultativna aktivnost - Eksperimentirajte sa vlastitom vizijom

Postavite za Aktivnost

Podijelite učenike u timove od 2 ili 3. Pripremite pozornicu za brainstorming sesiju o strukturi i funkciji leća i ljudskog oka.

Podignite naočare.

Zamolite učenike da objasne kako naočare djeluju na poboljšanje vida. Neka učenici skiciraju svoje dizajne ako im to pomaže da se potpunije izraze.

Objasnite razredu da se ova lekcija završava izazovom dizajna. Objasnite da će timovi učenika osmisliti sistem sočiva za poboljšanje vida za pacijenta. Objasnite da će dobiti model pacijentovog oka i da će imati zadatak da osmisle set sočiva za poboljšanje vida pacijenata.

Objasnite da će timovi morati objasniti svoje dizajnerske odluke na temelju podataka koje prikupljaju pri projektiranju i testiranju leća.

Raspravite na času - pitajte učenike:

• Kako deluju naočare?
• Kako se naočare kombiniraju s okom za poboljšanje vida?
• Jesu li to njihove različite vrste naočala? Ako je tako, po čemu se razlikuju i zašto?
• Što mislite, kako liječnici shvaćaju koja vrsta leća poboljšava vid?

Olakšavanje lekcije

Projicirajte slike normalnog oka, hiperopijskog i kratkovidnog oka na ekran i/ili podijelite materijal timovima s tim slikama.

Kao razred, ispitajte i razgovarajte o razlikama između slika. Pomozite učenicima da razumiju i zabilježe sljedeće:

• Prepoznati i razumjeti osnovne funkcije strukture oka prikazane na crtežu
• Očne leće su identične
• Udaljenost od leće do mrežnice različita je od oka do oka
• Retina se nalazi na istom mjestu za sve oči
• Oblik svakog oka u cjelini je različit

Podijelite učenicima izazov scenarija i Studentski radni list #1, KWL grafikon. Kao klasa, pročitajte i pregledajte scenario. Dozvolite učenicima da završe KWL u parovima.

Sažetak i razmišljanje

Kao razred pregledajte scenarij i zamolite volontere da podijele svoje mišljenje sa svojim KWL grafičkim organizatorima i ocijenite razumijevanje učenika o izazovu dizajna.

Postavljajte učenicima pitanja poput:

• Kako biste, vlastitim riječima, opisali dizajnerski izazov koji ste dobili?
• Šta mislite da trebate znati da biste dizajnirali sistem leća za poboljšanje vida?
• Šta već razumijete o ljudskom oku i viziji što će vam pomoći da se suočite s ovim izazovom?
• Što već razumijete o prirodi leća koje će vam pomoći da odgovorite na ovaj izazov?
• Šta mislite da trebate naučiti kako biste odgovorili na izazov dizajna?

AKTIVNOST 1: ISTRAŽUJTE Svjetlošću i želatinom (45-60 min)

rezime

Cilj ove aktivnosti je da učenici pronađu i dokumentiraju najefikasniji način posmatranja i snimanja putanje svjetlosti pri izlasku iz izvora svjetlosti i prolasku kroz želatin, a zatim i iz njega.

Studenti će imati otvorenu priliku da istražuju i rade sa materijalima, prave i razmjenjuju zapažanja te izgrađuju temeljno razumijevanje odnosa između oblika želatine i svjetlosti. Ovo otvoreno istraživanje potiče kreativnost i rješavanje problema korisnih za ispunjavanje posljednjeg izazova dizajniranja sistema leća za poboljšanje vida.

Ishodi učenja

Kao rezultat ove aktivnosti studenti će moći:

• Orijentirajte želatinu i svjetla kako biste promatrali putanju svjetlosti koja prolazi od izvora svjetlosti kroz komad želatine
• Opišite i dokumentirajte put svjetlosti dok prolazi kroz želatinu

o Sa želatinom položenom na sto

o Sa želatinom koja NIJE položena ravno na sto

o 1 snop sa Light Bloxom koji sjedi na široj strani

o 1 snop sa Light Blox -om koji sjedi na njegovoj užoj strani

o 3 grede odjednom

Predznanje i vještine

Prije početka aktivnosti 1:

• Studenti bi trebali razumjeti izazov dizajna na kraju ove lekcije. Pogledajte gornji odjeljak „Predstavljanje izazova“.
• Uvedite sveobuhvatni cilj istraživačke aktivnosti: Pronaći i dokumentirati najefikasniji način posmatranja i snimanja putanje svjetlosti pri izlasku iz izvora svjetlosti i prolasku kroz želatinu, a zatim i iz nje.

Pokažite/modelirajte kako mjeriti i bilježiti sljedeće:

• Pokažite učenicima skup materijala i pokažite kako se pomoću rezača za kolačiće i plastičnog noža stvaraju različiti oblikovani komadići želatine.
• Pokažite učenicima kako manipulirati oblicima tako da svjetlucaju kroz svaku površinu.
• Pokažite učenicima dva različita načina usmjeravanja svjetla koja prolaze kroz želatinu.

Olakšavanje aktivnosti

Potičite kreativnost, istraživanje i dokumentaciju

• Model istražujte i eksperimentirajte s materijalima
• Podijelite učenički radni list #2 i modelirajte kako bilježiti zapažanja
• Pokažite kako dokumentirati:
  • Veličina i oblik njihovog komada želatine
  • Orijentacija želatine i svjetlosti
  • Cijeli put snopa svjetlosti počinje pri izlasku iz svjetlosnog bloksa dok prolazi, a zatim izlazi iz želatine
  • Formirajte timove i distribuirajte resurse. Pobrinite se da svaki tim ima pristup "ploči želatine" za rezanje, rezačima kolačića, plastičnom nožu, Light Blox -u (ili drugom izvoru svjetlosti), listu papira i materijalima za snimanje.
• Ugasite svjetla ako je moguće i moguće
• Kružite po učionici kako biste posmatrali timove dok se učenici pripremaju i organizuju svoju opremu.
• Kružite po prostoriji posmatrajući rad učenika. Dok timovi rade, promatrajte njihove napore da zasvijetle Light Bloxom kroz želatinu, pomozite pojedincima ili timovima koji se bore s upravljanjem opremom i postavljanjem.
• Prema potrebi, uključiti učenike u diskusiju o njihovim aktivnostima. Postavljajte učenicima otvorena pitanja o njihovom nastojanju da urede opremu, izrežu oblike, orijentiraju svjetla, zabilježe ono što opažaju i kako imaju smisla u svojim zapažanjima.
• Ako je potrebno, zaustavite nastavu da biste podijelili rad jednog ili više timova s ​​drugim timovima. Koristite takve prekide da istaknete pozitivne primjere istraživanja uključujući, ali bez ograničenja,: kreativni dizajn, metode poravnavanja svjetla, želatine i sita, vođenje evidencije i timski rad.

Tokom cijelog perioda podsjećajte učenike da vode detaljnu evidenciju svog rada na koju će se pozvati u daljnjoj diskusiji.

Sažmite i razmislite

Okončajte aktivnost, potaknite timove da podijele svoj rad i izvucite zaključke o rezultatima.

• Kao razred razgovarajte o nalazima učenika
  • Kako najbolje orijentirati želatinu i svjetla da posmatraju putanju svjetlosti koja prolazi kroz želatinu
  • Kako oblik želatine utječe na put svjetlosti pri prolasku kroz želatinu
  • Podsjetimo da ćete u budućnosti dizajnirati sistem leća za poboljšanje ljudskog vida. Šta ste danas učinili i naučili što se odnosi na ovaj izazov?
  • Kao klasa, dogovorite se o postupku praćenja putanje svjetlosti pri izlasku iz izvora svjetlosti, prolasku kroz želatinu, a zatim iz želatine.

Šta se dešava? Definicija refrakcije i upućivanje na dodatne informacije. Izborno: Kinestetička refrakcijska aktivnost http://laserclassroom.com/products/kinesthetic-model-refraction/

AKTIVNOST 2: EKSPERIMENT SA OBLIKOM LINKE (45-60 min)

rezime

Studenti koriste naučni proces da otkriju kvalitativno odnos svjetlosti i oblika (konkavno, konveksno, kvadratno, kružno) leće.

Ishodi učenja

Kao rezultat ove aktivnosti učenici će moći snimiti putanju jednog snopa svjetlosti koji prolazi od izvora svjetlosti kroz jednu stranu sočiva do druge strane komadića želatine; i izvucite zaključke o tome kako svjetlost putuje kroz komad želatine sa

• Ravna/ravna površina
• Zakrivljena površina
• Opišite, pokažite i zabilježite putanju svjetlosti koja prolazi kroz konveksnu i konkavnu leću (pomoću 3 svjetla)
• Prepoznajte i definirajte: konkavno sočivo, upadni zrak konveksnog sočiva, prelomljeni zrak

Prethodno znanje i vještine

Pregled na početku aktivnosti:

• Kako orijentirati želatinu i svjetla (iz prethodne aktivnosti)
• Kako snimiti putanju svjetlosti koja prolazi kroz želatinu (iz prethodne aktivnosti)

Postavite za aktivnost

Postavite 4 stanice

• 3 Light Blox i krug želatine
• 3 Light Blox i kvadrat želatine
• 3 svjetla i oblikovano konveksno sočivo
• 3 svjetla i oblikovano konkavno sočivo

Prije početka eksperimenta: Objasnite naučni proces

• Poticati sistematsko proučavanje svjetla i leća. Na svakoj stanici neka učenici dokumentuju svoja zapažanja crtežom, uključujući odgovarajuće oznake (upadne i prelomljene zrake, konkavna ili konveksna sočiva)
• Razlika između nezavisnih i zavisnih varijabli
• Koje varijable su nezavisne i zavisne varijable na svakoj stanici
• Ovisna varijabla je oblik leće - konkavan ili konveksan
• Dodatni koraci u naučnom procesu koje očekujete da će studenti slijediti od iznošenja hipoteze do donošenja zaključaka.
• NAUČNI PROCES: https://nces.ed.gov/nceskids/help/user_guide/graph/variables.asp

Pokažite/modelirajte kako mjeriti i bilježiti sljedeće:

• Položaj i udaljenost od izvora svjetlosti do objektiva
• Ono što se dešava sa putanjom svjetlosti kao zavisnom varijablom (oblik sočiva) se mijenja.
• Ponašanje svjetlosti pri prolasku kroz leće
• Pregledajte vokabular dok demonstrirate
  • Incidentna zraka
  • Prelomljeni zrak
  • Konkavno sočivo
  • Konveksna leća
  • Fokusna tačka

Olakšajte aktivnost

• Podijelite učenički radni list #3
• Objasnite da će u ovoj aktivnosti studenti koristiti naučni proces za organizovanije i konkretnije analize uticaja različitih vrsta sočiva na ponašanje svjetlosti. Objasnite učenicima da će se rotirati kroz četiri stanice.
• Objasnite da će na svakoj stanici propuštati svjetlost kroz jednu vrstu leća i bilježiti ponašanje snopova svjetlosti pri prolasku kroz leće.
• Uputite učenike da posmatraju i snimaju crtežima i etiketama, njihova zapažanja na svakoj stanici:
  • Izvor svjetlosti
  • Incident Ray
  • Prelomljeni zrak
  • Konkavno sočivo
  • Konveksna leća
  • Fokalna tačka (nema potrebe za uvođenjem žižne daljine u ovom trenutku ili raspravljati o odnosu između fokusne tačke i vida osim ako se ne pojavi)
  • Bilješke, zaključci, druga zapažanja
• Podijelite učenike u parove. Dodijelite parove stanicama.
• Postavite očekivanja za vrijeme provedeno na svakoj stanici i broj rasporeda svjetla i objektiva za koje očekujete da će ih mjeriti i snimati na svakoj stanici.
• Kružite po prostoriji dok timovi rade kako bi posmatrali njihove napore. Pomozite timovima da postave svoju opremu, identificiraju zavisne i nezavisne varijable te izmjere, zabilježe i izvuku njihove rezultate.
• Prema potrebi, razgovarajte sa studentima o njihovom eksperimentalnom postavljanju, njihovim metodama mjerenja položaja svjetlosti, kutu svjetlosnog snopa koji ulazi i prolazi kroz objektiv i koje će varijable držati konstantnima pri prelasku na sljedeću stanicu i sljedeći objektiv.
• Ako se ukaže prilika da istaknete učeničke napore, održajte razrednu raspravu o nekim zapažanjima koja ste dali. Neka učenici objasne svojim vršnjacima svoje eksperimentalne postavke, metode mjerenja i bilježenja rezultata i planove da njihov rad bude dosljedan od stanice do postaje.
• Pazite na vrijeme. Dajte studentima dovoljno vremena da preurede i izmjere svjetla najmanje dva ili tri puta prije nego što se presele na drugu stanicu.
• Dajte "prethodno upozorenje" oko 5 minuta prije nego što učenici trebaju rotirati do sljedeće stanice. Recite im da završe svoj posao na trenutnoj stanici.
• Sa preostalim 1-2 minuta, neka učenici počiste i vrate stanicu u stanje kakvo je bilo kada su je pronašli (ili bolje). Ako vrijeme dozvoljava, rotirajte na drugu stanicu. U suprotnom, objasnite da će učenici nastaviti sa radom tamo gdje su stali u narednom periodu.

Sažmite i razmislite

Okončajte aktivnost, potaknite timove da podijele svoj rad i izvucite zaključke o rezultatima.

• Razgovarajte i podijelite rezultate i zaključke kao razred
  • Kvadrat naspram kruga
  • Konkavna sočiva stvaraju žarišnu tačku ispred objektiva
  • Konveksna sočiva stvaraju žarišnu tačku iza leće
  • Rastojanje od centra objektiva do žižne tačke naziva se žarište
  • dužina
  • Adresni vokabular

AKTIVNOST 3: STVARAJTE SVOJA OBJEKTI - DIZAJN I DOKUMENT (45-60 min)

rezime

Studenti se upućuju u usmjereno istraživanje i koriste ono što su do sada naučili kako bi dokumentirali proces kako pouzdano stvoriti/dizajnirati konkavna i konveksna sočiva različitih veličina (širina).

Ishodi učenja

Kao rezultat ove aktivnosti studenti će moći:

• Opišite, pokažite i zabilježite kako izrezati i konkavno i konveksno sočivo od želatine s kružnim rezačem za kolačiće.
• Iz dokaza izvucite zaključke o tome kako se put svjetlosti ponaša kada se promijeni zavisna varijabla (oblik leće, veličina, udaljenost od izvora svjetlosti).

Prije aktivnosti predstavite, raspravite ili pregledajte

• Konkavna i konveksna sočiva
• Kako dokumentirati ponovljivi proces http://www.wikihow.com/Document-a-Process

Olakšajte aktivnost

Predlažemo da iskoristite ovaj čas kako biste učenicima dali određeno vrijeme (15-20 minuta) da se bore nakon što ste im pokazali oblike koje trebaju stvoriti i dali im svoj materijal, umjesto da učenicima izričito pokažete kako kreirajte oblike. Nakon što shvate kako stvoriti i konkavno i konveksno sočivo, dokumentirat će postupak koji su koristili.

Ovaj izazov postavlja osnovu za razumijevanje nečeg osnovnog, ali ne i intuitivnog u vezi s ovakvim sočivima - da su izvedeni iz krugova; i naprednije razumijevanje matematike koje opisuje svojstva leća oslanja se na to razumijevanje. Ova jednostavna praktična aktivnost studentima pruža iskustveno, intuitivno iskustvo odnosa između konkavnih/konveksnih leća i krugova.

• Predstavite današnji izazov: Dokumentirajte proces kako izrezati konveksnu i konkavnu leću
  • Konkavno: 2-3 različite veličine
  • Konveksno: 2-3 različite veličine
• Dajte svakom paru učenika okrugle rezače za kolače i ~ 9 ”X 7” ploču želatine.
• Ostavite 15-20 minuta timovima učenika da eksperimentiraju s izrezivanjem oblika leća, usredotočujući se na dokumentiranje ponovljivog i pouzdanog procesa korištenja okruglih rezača kolačića za oblikovanje konkavnih i konveksnih leća.
• Kružite po prostoriji dok timovi rade kako bi posmatrali njihove napore. Pomozite timovima da postave svoju opremu ako je potrebno.

Sažmite i razmislite

• Zaustavite učenike nakon 15-20 minuta kako biste održali razrednu raspravu o radu učenika. Neka učenici objasne svojim vršnjacima njihovu eksperimentalnu postavku i metode za dokumentiranje procesa.
• Kao razred, napišite (dokumentujte) proces na osnovu nalaza i doprinosa učenika.

AKTIVNOST 4: EKSPERIMENT SA VELIČINOM LEĆA (ŠIRINA) (45-60 min)

rezime

Koristeći proces dokumentiran u posljednjem razrednom satu, studenti se uključuju u naučni proces radi prikupljanja i snimanja podataka i donose zaključak o utjecaju zavisne varijable (širine leće) na žižnu daljinu. Ovo je kvalitativno. Na primjer, žarišna duljina postaje veća ili kraća.

Razumijevanje kako veličina (širina) objektiva i udaljenost od izvora svjetlosti do objektiva utječu na žižnu daljinu pomoći će studentima da osmisle sistem leća za poboljšanje vida kada se upuste u posljednji izazov.

• Studenti će:
  • dizajn:
    • Konkavno: 2-3 različite širine
    • Konveksno: 2-3 različite širine
  • Snimanje: putanja snopa i približna žižna daljina
    • Konkavna sočiva: 2-3 različite širine
    • Konveksna sočiva: 2-3 različite širine
  • Zaključiti kvalitativni odnos između širine objektiva i žižne daljine
  • Terminologija i pojmovi:
    • Izvor svjetlosti
    • Žižna daljina - kako promena širine objektiva utiče na žižnu daljinu?

Prije aktivnosti predstavite, raspravite ili pregledajte

• Razlika između nezavisnih i zavisnih varijabli
• Koje su varijable nezavisne i ovisne varijable u današnjoj aktivnosti -
  • Širina objektiva I udaljenost izvora svjetlosti od objektiva ovisne su varijable koje utječu na rezultat: žižna daljina
• Definicija žižna daljina i ukratko, njegov odnos prema viziji.
  • Izvor svjetlosti = objekt (svjetlost koja odskače od objekta u oko)
  • Svjetlost koja ulazi u oko mora se fokusirati direktno na mrežnicu kako bi se dobila jasna slika.
• Ako više volite uvesti više matematike ili se detaljnije pozabaviti žarišnom duljinom, Khan Academy nudi odličan pregled za vašu referencu:
  • Konveksno: https://www.khanacademy.org/science/physics/geometricoptics/lenses/v/convex-lenses
  • Udubljeno: https://www.khanacademy.org/science/physics/geometricoptics/lenses/v/concave-lenses

Pokažite/modelirajte kako posmatrati, mjeriti i bilježiti

• Kako odrediti približnu žižnu daljinu i konkavnog i konveksnog sočiva
• Ono što se događa s ponašanjem (putanjom) svjetlosti kao zavisne varijable (širina leće) se mijenja.
• Pregledajte ili uvedite vokabular dok demonstrirate
  • Incidentna zraka
  • Prelomljeni zrak
  • Konkavno sočivo
  • Konveksna leća
  • Žižna daljina

Olakšajte aktivnost:

Potičite sistematsko eksperimentiranje sa svjetlom i lećama

• Predstavite cilj današnje aktivnosti:
  • Prikupite podatke i izvedite zaključke o utjecaju veličine (širine) objektiva na žižnu daljinu
  • Prikupite podatke i izvedite zaključke o utjecaju udaljenosti od izvora svjetlosti do objektiva na žižnu daljinu
• Dajte svakom paru učenika skup materijala:
  • Set okruglih rezača za kolačiće
  • 9 ”X 13” ploča želatine
  • Set od tri Light Bloxa
• Dajte učenicima uputstva
  • Dizajnirajte 3 konveksna sočiva različite širine
  • Izmerite i zabeležite širinu svakog objektiva i odgovarajuću žižnu daljinu
• Dajte učenicima uputstva
  • Dizajnirajte 3 konkavna sočiva različite širine
  • Izmerite i zabeležite širinu svakog objektiva i odgovarajuću žižnu daljinu
• Dajte učenicima uputstva
  • Izmjerite i zabilježite kako se žarišna duljina mijenja kako se mijenja udaljenost između izvora svjetlosti i objektiva.
• Kad timovi zabilježe svoja mjerenja i opažanja, privedite aktivnost kraju.
• Dajte studentima vremena da završe svoj rad, popunjavajući tablice podataka i crteže po potrebi.
• Odvojite vreme za čišćenje.

Sažetak i razmišljanje

Zatražite od timova da podijele svoje rezultate. Održajte raspravu na satu u kojoj timovi/pojedinci objašnjavaju šta su uradili, šta su primijetili i kakav smisao imaju u rezultatima. Ovisno o vašem pristupu, možda ćete htjeti upotrijebiti jednu od nekoliko strategija aktivnog učenja ili pozvati volontere da nacrtaju ili demonstriraju svoj rad ispred razreda.

• Koristeći učeničke rezultate, uključujući crteže i tabele sa podacima, uporedite razliku između prolaska svjetlosti kroz svaku vrstu objektiva.
• Kao razred razgovarajte o pitanjima kao što su:
  • Šta se događa sa žižnom daljinom kako se širina objektiva povećava ili smanjuje?
  • Je li za konkavno isto kao i za konveksno?
  • Razlikuju li se rezultati s udaljenosti od svjetla do leće?
  • Što ste naučili o konveksnim i konkavnim lećama koje će vam pomoći u konačnom izazovu?
• Kao razred razgovarajte o ishodima eksperimenta. Pitanja za rješavanje uključuju, ali nisu ograničena na:
  • Kako se žarišna tačka mijenja kako objektiv postaje manji/veći?
  • Koji dokazi podržavaju ove zaključke?
  • Kako se rezultati razlikuju između konkavnih i konveksnih leća?
  • Kako razumijevanje odnosa oblika i veličine leće i žarišne tačke pomaže u konačnom izazovu dizajniranja sistema leća za poboljšanje vida?
  • Ako su učenici napravili predviđanje o žarišnoj tački i veličini objektiva, kako su se njihova predviđanja uporedila s rezultatima? Jesu li neki rezultati bili iznenađujući?
  • U završnoj aktivnosti bit ćete suočeni s izazovom stvaranja sistema leća dizajniranih za poboljšanje vida. Što ste naučili o lećama i kontaktnim točkama koje će vam pomoći da odgovorite na izazov?
  • Prisjetite se slike oka (normalne, bliske i dalekovidne). Na koji dio dijagrama želite da se svjetlo fokusira?

AKTIVNOST 5: EKSPERIMENT S 2 SISTEMA LEĆE (45-60 min)

rezime

Kao posljednju aktivnost u pripremi za izazov dizajna, studenti istražuju ponašanje svjetlosti pri prolasku kroz različite kombinacije parova leća. U posljednjem izazovu učenici dobivaju dijagram pacijentovog oka. Jedno sočivo u sistemu predstavljaće sočivo koje se nalazi u oku. Studenti će morati dizajnirati jednu ili više želatinskih leća kako bi ispravili ili poboljšali vid svog pacijenta. Kombinacija leća i njihovo poravnanje moraju usmjeriti svjetlo na mrežnicu u dijagramu pacijentovog oka.

PRVI popunite posljednji dio tabele KWL.

Ishodi učenja

Kao rezultat ove lekcije, učenici će moći:

• Opišite, pokažite i zabilježite uticaj sistema od dva sočiva na putanju svjetlosti i žižnu daljinu
  • 2 konveksna sočiva
  • 2 konkavna sočiva
  • 1 konkavno i 1 konveksno sočivo
• Opišite ulogu leća u raznim instrumentima koji se koriste za poboljšanje vida ili slike fokusa
  • kamera
  • teleskop
  • mikroskop
  • Povećalo
• Opišite ulogu leća u ljudskom vidu
  • Ljudsko oko sadrži konveksnu leću
  • Jasan ljudski vid oslanja se na sposobnost fokusiranja svjetla posebno na mrežnicu
  • Miopija i hiperopija kao uobičajeni problemi s vidom
• Predvidite kako različita sočiva mogu poboljšati ljudski vid kada su prisutni miopija ili hipermetropija.

Fakultativna matematika

https://www.khanacademy.org/science/physics/geometric-optics/lenses/v/multiple-lenssystems

Postavite pozornicu za eksperimentiranje s više objektiva.

Kao klasa napravite popis različitih instrumenata koji koriste dva ili više sočiva. Ako učenici sugeriraju da je oko u kombinaciji s naočalama sistem leća, objasnite da će se u posljednjoj lekciji posebno pozabaviti ovom kombinacijom. Za sada se fokusirajte na instrumente poput teleskopa, mikroskopa i dvogleda.

Zatražite od učenika da objasne kako misle da različiti instrumenti rade i odnos između leća i leća i svjetla.

Objasnite da će u ovoj aktivnosti učenici istraživati ​​kombinacije sočiva o ponašanju svjetlosti. Objasnite da će proći snop svjetlosti kroz dva sočiva kako bi posmatrali i bilježili rezultate.

Kao razred razgovarajte o mnogim varijablama u eksperimentu, koje treba promijeniti, a koje zadržati iste. Neke varijable koje studenti trebaju prepoznati uključuju:

• Udaljenost između objektiva
• Kombinacija tipova leća za stvaranje parova leća
• Položaj i udaljenost izvora svjetlosti do leća

Olakšajte aktivnost

Objasnite da u ovoj aktivnosti učenici moraju pažljivo voditi evidenciju o svom radu. Ovisno o raspoloživom vremenu, neka svi timovi rade sa svim kombinacijama sočiva ili razbiju razred na „grupe stručnjaka“ i dodijele im odgovornost da izvještavaju razred o sistemu koji su istražili.

Timovi bi trebali eksperimentirati sa svim ili nekim od sljedećih kombinacija leća:

• Konveksno + Konveksno
• Udubljeno + Udubljeno
• Konveksno + konkavno
• PRVI popunite posljednji dio tabele KWL
• Neka učenici planiraju svoj eksperiment, nacrtaju svoje postavke i naprave tablicu podataka u koju će zabilježiti rezultate. Alternativno, nacrtajte postavku opreme na ploči i distribuirajte tabelu podataka svakom timu.
• Kad timovi pokažu odgovarajući plan za svoje eksperimente, dajte im želatinu i alate.
• Pobrinite se da učenici istraže učinak kombinacija leća I učinak promjene udaljenosti između leća.
• Obratite pažnju na efekte različitih kombinacija sočiva na ponašanje svetlosti.
• Obratite pažnju na efekte promjene udaljenosti između leća na ponašanje svjetlosti.
• Kružite po prostoriji da posmatrate studente. Prema potrebi uključiti timove u raspravu o svojim eksperimentalnim postupcima, mjerenjima, zapažanjima i rezultatima. Pomozite im da povežu svoje metode sa svojim ishodima.
• (Opcionalno) Neka učenici naprave „dijagrame zraka“ za objektive poput ovog prikazanog ovdje.

Sažetak i razmišljanje

Zatvorite eksperimente koje su studenti izveli. Kao razred, pregledajte ponašanje svjetlosti pri prolasku kroz različite parove leća i učinak promjene udaljenosti između parova leća.

• Ako je potrebno, ostavite učenicima vremena da pregledaju i završe rad iz prethodnog koraka u lekciji prije izlaganja.
• Neka timovi podijele svoje rezultate. Ohrabrite učenike da se obrate crtežima i podacima kako bi objasnili svoja zapažanja i zaključke.
• Kao razred razgovarajte o pitanjima kao što su:
  • Šta se dešava sa žarišnom tačkom dok pomičete jedno sočivo bliže ili dalje od drugog? Ovisi li koju kombinaciju leća koristite?
  • Šta se dešava sa žarišnom tačkom dva konveksna sočiva
  • Šta se dešava sa žarišnom tačkom dva konkavna sočiva?
  • Što se događa s različitim kombinacijama različitih leća?
  • Kako se rad s dva (ili više) sočiva primjenjuje na posljednji izazov dizajniranja sistema leća za poboljšanje vida pacijenta?
  • Koje kombinacije leća mislite da će poboljšati vid kratkovidim pacijentima?
  • Koja kombinacija leća mislite da će poboljšati vid dalekovidom pacijentu?

OPCIONALNO

• Eksperimentirajte s dodatnim kombinacijama leća.
• Istraživanje dizajna različitih instrumenata koji koriste sočiva poput teleskopa, lasera, mikroskopa i dvogleda.

Izazov: Dizajnirajte sistem sa 2 sočiva za ispravljanje problema sa vidom (45-60 min)

rezime

Ova aktivnost usmjerena je na provođenje učenika kroz proces stvaranja sistema sočiva koji ispravlja problem vida. Cilj lekcije aktivnosti nije dizajniranje savršenog objektiva, već razumijevanje onoga što ulazi u rješavanje problema s inženjerskim procesom. Dopustite puno vremena i neke strukturirane granice kako bi otkriće motiviralo istraživanje!

Prethodno znanje i vještine

• Svjetlost putuje ravnom linijom sve dok ne udari u objekt ili putuje od jednog medija do drugog
• Sve što vidimo rezultat je svjetlosti koja ulazi u naše oči; većina tog svjetla se reflektira
• Kada svjetlost prelazi s jednog medija na drugi (tj. Kroz sočivo), svjetlost se savija ili lomi
• Oblik i materijal leće utječu na savijanje svjetlosti
• Oko sadrži leću koja fokusira svjetlo na mrežnicu. Jasan vid ovisi o sposobnosti očnog sočiva da savije svjetlost koja ulazi u oko tako da se slika formira posebno na mrežnici

Olakšajte aktivnost:

• Pregledajte i pogledajte KWL tabelu učenika
• Podijelite jedan set Light Bloxa sa UKLJUČENIM poklopcima i dva oblikovana želatinska sočiva (jedno konveksno i jedno konkavno) svakoj grupi od 3 učenika.
• Pokažite učenicima kako da pale svjetla i dajte im 3-5 minuta da istraže kako se svjetlost kreće kroz sočiva.
• Podijelite šablon oka sa "normalnim" vidom. Neka učenici postave oblikovano ispupčeno sočivo "u" oko kako bi vidjeli da svjetlost dolazi do žarišta na mrežnici. Vid jasno ovisi o žarištu koje slijeće na određeno mjesto u oku, koje se naziva mrežnica.
• Zatim, neka učenici postave oblikovano ispupčeno sočivo na šablon hiperopijskog oka kojemu je potrebna korekcija vida jer svjetlost pada na pogrešno mjesto. Obratite pažnju na to gde je fokusna tačka. Ovo ne stvara dobar vid!
• Zamolite ih da definiraju problem i nagađaju rješenje ... Šta bi moglo „premjestiti“ žarište na drugu lokaciju. U ovom trenutku omogućite učenicima neko vrijeme zajedno s konkavnim i konveksnim lećama kako bi mogli otkriti da konkavno sočivo pomiče žarište.
• Zatim svakoj grupi dajte kvadrat (~ 4 ”X 8”) pripremljenog običnog želatina dvostruke čvrstoće i 3 okrugla rezača za kolačiće različitih promjera.
• Objasnite da će s ovom želatinom stvoriti DRUGO sočivo kako bi ispravili problem s vidom. Materijali i alati koji su im na raspolaganju su rezači za želatinu, noževe i kolačiće!
• Zamolite učenike da najprije vježbaju stvaranje konkavnih i konveksnih leća pomoću svojih rezača za kolačiće i želatine.
• Zatim zamolite učenike da konstruiraju leće pomoću rezača za kolačiće, plastičnog noža i želatine, koji će ispraviti probleme s vidom koji su prikazani na predlošcima.
• Dok studenti stvaraju, testiraju i poboljšavaju dizajn svojih leća, oni se uključuju u osnove inženjerskog procesa koristeći sočiva i svjetlo.

Cilj je omogućiti učenicima da shvate da se svjetlošću može manipulirati lećama - i da na taj način mogu riješiti probleme. Biće izazov postaviti objektiv baš kako treba. Za naprednije studente možete uvesti žižnu daljinu, polumjer zakrivljenosti i indeks loma kao matematičke metode stvaranja rješenja, a ne kao pristup “pokušaja i greške” koji koriste.

Lekcija se može izvoditi za samo 1 čas za starije učenike. Međutim, da biste učenicima pomogli da se osjećaju požurivano i kako bi osigurali uspjeh učenika (posebno za mlađe učenike), podijelite lekciju u dva razdoblja dajući učenicima više vremena za mozganje, testiranje ideja i doradu njihovog dizajna. Sprovedite testiranje i brifing u narednom periodu nastave.

Očni dijagrami

Internet Connections

• https://www.bbc.co.uk

Aktivnost pisanja

Koje druge primjene imaju leće u našem svijetu?

Usklađivanje sa okvirnim programima

Bilješka: Svi planovi časova u ovoj seriji usklađeni su sa Standardima računarstva K-12 Udruženja nastavnika računarstva, američkim zajedničkim osnovnim državnim standardima za matematiku, a ako je primjenjivo i sa principima i standardima Nacionalnog vijeća nastavnika matematike za školsku matematiku, standardi Međunarodne asocijacije za tehnološko obrazovanje za standarde tehnološke pismenosti i Nacionalni standardi obrazovanja za nauku Sjedinjenih Država koje je izradio Nacionalni istraživački savjet.

Disciplinske osnovne ideje 

∙ PS4.B: Elektromagnetsko zračenje

o Put svetlosti može se pratiti kao prave linije, osim na površinama između različitih prozirnih materijala (npr. vazduh i voda, vazduh i staklo) gde se svetlosna putanja savija između materijala. (MS-PS4-2)

∙ ETS1.A: Definisanje i razgraničavanje inženjerskih problema

o Što se preciznije mogu definirati kriteriji i ograničenja projektnog zadatka, veća je vjerovatnoća da će osmišljeno rješenje biti uspješno. Specifikacija ograničenja uključuje razmatranje naučnih principa i drugog relevantnog znanja koje će vjerovatno ograničiti moguća rješenja (MS-ETS1-1)

∙ ETS1.B: Razvoj mogućih rješenja

o Rješenje je potrebno testirati, a zatim modifikovati na osnovu rezultata ispitivanja kako bi se poboljšalo. MS-ETS-4)

Nauka i inženjerska praksa 

Definirati problem dizajna koji se može riješiti razvojem objekta, alata, procesa ili sistema i uključuje više kriterija i ograničenja, uključujući naučna znanja koja mogu ograničiti moguća rješenja. (MS-ETS1-1)

Razviti i koristiti model za opisivanje pojava (MS-PS4-2)

Analizirajte i tumačite podatke kako biste utvrdili sličnosti i razlike u nalazima. (MS ETS1-3)

Poprečni koncepti

∙ Struktura i funkcija

o Konstrukcije se mogu projektirati da služe određenim funkcijama uzimajući u obzir svojstva različitih materijala i način na koji se materijali mogu oblikovati i koristiti (MS PSR-2)

o Strukture se mogu projektirati da služe određenim funkcijama

Studentski radni list #1: KWL grafikon

Ime studenta Datum

Medicinske sestre, liječnici i inženjeri zajedno rade na dizajniranju i izgradnji naočala i drugih alata koji poboljšavaju vid. U ovom izazovu ćete dizajnirati sistem sočiva za poboljšanje vida pacijenta.

Što trebate znati o ljudskom oku i lećama kako biste poboljšali nečiji vid?

Upotrijebite dolje grafički organizator KWL za popis onoga što znate, želite znati i naučili dizajnirati naočale za poboljšanje nečijeg vida

Radni list učenika 2: Materijali i eksperimentalna postavka

Ime studenta Datum

Da biste dovršili dizajnerski izazov na kraju ove jedinice, trebat ćete znati kako orijentirati želatinu i svjetla kako biste promatrali putanju svjetlosti koja prolazi od izvora svjetlosti kroz komad želatine

Pomoću riječi i/ili crteža opišite i dokumentirajte putanju svjetlosti koja prolazi kroz želatinu: o Sa želatinom položenom ravno na sto o o Sa želatinom koja se NE polaže ravno na stol

• 1 snop sa Light Bloxom koji sjedi na njegovoj široj strani
• 1 snop sa Light Bloxom koji sjedi na užoj strani
• 3 grede odjednom

Radni list učenika 3: Traženje zraka

Pomoću riječi i crteža zabilježite putanju jednog snopa svjetlosti koji prolazi od izvora svjetlosti kroz jednu stranu leće do druge strane komadića želatine; i izvucite zaključke o tome kako svjetlost putuje kroz komad želatine sa

• Ravna/ravna površina
• Zakrivljena površina
• Opišite, pokažite i zabilježite putanju svjetlosti koja prolazi kroz konveksnu i konkavnu leću (pomoću 3 svjetla)
• Prepoznajte i definirajte: konkavno sočivo, upadni zrak konveksnog sočiva, prelomljeni zrak

  Učenički radni list 4: Predložak očiju