Silm silma peal optikal
Selle õppetunni eesmärk on anda õpilastele avatud võimalus uurida materjale ja nendega töötada, teha ja jagada tähelepanekuid ning luua põhjapanevad arusaamad želatiini kujundite ja valguse suhetest.
Tutvustage õpilastele:
- valgus
- Objektiivid
- Abistava nägemise tehnoloogiad
Vanuseastmed: 10-14
Kits
- Tegevusmaterjale sisaldavad komplektid leiate aadressilt: https://laserclassroom.com/product/eyes-on-optics-kit-a-gelatin-optics-engineering-project/
Sissejuhatus
- Õpilase tööleht 1: KWL diagramm – SALVESTA 5. tegevuses uuesti kasutamiseks
- Tavaliste, hüperoopiliste ja lühinägelike silmade diagrammid/jaotus
- Prillide paar
1. tegevus
- Õpilase tööleht nr 2: Materjalid ja katseseadistus
- Valmistatud želatiiniplaadid (vt retsepti allpool)
- Light Blox komplekt (https://laserclassroom.com/light-blox/) VÕI Laser Blox (https://laserclassroom.com/laser-blox/)
- Ringikujuliste küpsisevormide komplekt
- Plastist nuga
2. tegevus
- Õpilase tööleht nr 3: Kiirte jälgimine
- Valmistatud želatiinivormid
- Vormitud kumerläätsed
- Vormitud nõgusad läätsed
- Želatiiniruut (~ 3" x 3")
- Želatiiniring (läbimõõt ~ 3")
- Light Blox komplekt (https://laserclassroom.com/light-blox/) VÕI Laser Blox (https://laserclassroom.com/laser-blox/)
3. tegevus
- 1 ettevalmistatud želatiiniplaat meeskonna kohta
- 1 komplekt ringikujulisi küpsisevormijaid meeskonna kohta
- 1 plastnuga meeskonna kohta
4. tegevus
- 1 ettevalmistatud želatiiniplaat meeskonna kohta
- 1 komplekt ringikujulisi küpsisevormijaid meeskonna kohta
- 1 plastnuga meeskonna kohta
5. tegevus
- Õpilase tööleht nr 1
- 1 ettevalmistatud želatiiniplaat meeskonna kohta
- 1 komplekt ringikujulisi küpsisevormijaid meeskonna kohta
- 1 plastnuga meeskonna kohta
6. tegevus
- 1 ettevalmistatud želatiiniplaat meeskonna kohta
- 1 komplekt ringikujulisi küpsisevormijaid meeskonna kohta
- 1 plastnuga meeskonna kohta
- Silma mall
- KWL-i diagramm viitamiseks
Design Challenge
- Light Blox komplekt
- Valatud läätsede komplekt – üks nõgus ja üks kumer
- Želatiini plaat
- Plastist nuga
- Prääniku lõikurid
- Silma mall
- Täidetud KWL-i diagramm töölehel nr 1
Želatiini retsept:
- Järgmisest retseptist saab geelist piisavalt umbes kuue suure ketta jaoks:
- 4 tassi vesi
- 8 ümbrikut Knox Original želatiiniga
- 1 konteiner mõõtmetega 9x7x2"
- Keeda vett. Segage 4 tassi keeva vett 8 ümbrikuga (või vahekorras 1:2 vett ja želatiini) Knox Original Želatiini.
- Tegevuse nr 2 jaoks valage segu läätsevormi alustele.
- Kõigi muude tegevuste jaoks valage segu anumasse nii, et vedeliku sügavus oleks vähemalt 0.75 tolli. Pane želatiin üleöö külmkappi tahenema.
materjalid
- Erinevad puhtad ja kuivad taaskasutatavad materjalid (plastist, klaasist, metallist / alumiiniumist purgid ja paber) suures jäätmekastis või -kastis
- Pikk laud või paar lühikest lauda, mis on kokku pandud
Protsess
Asetage kujundus pikale lauale (või paarile lühikesele lauale, mis on kokku pandud), lisage kujundusele taaskasutatavad materjalid ja dokumenteerige, kui hästi iga kujundus taaskasutatavad materjalid eraldi prügikastidesse sorteerib.
Design Challenge
Olete osa inseneride meeskonnast, kelle ülesanne on luua läätsede süsteem, et parandada patsiendi nägemist. Läbite 6 tegevust, et õppida tundma läätsede optikat ja inimsilma.
Kriteeriumid
- Kavandage ja visandage süsteem patsiendi nägemise parandamiseks.
Piirangud
- Kasutage ainult kaasasolevaid materjale.
Tund nõuab kuus 45-60-minutilist tunniperioodi
VÄLJAKUTSE TUTVUSTAMINE
kokkuvõte
See õppetund lõpeb disainiväljakutsega, avatud projektiga, mis julgustab õpilasi küsimusi esitama, initsiatiivi võtma ja loovalt mõtlema. Inseneri- ja disainialased väljakutsed annavad konteksti ja tähenduse teadusliku protsessi rakendamiseks, tehniliste teadmiste ja oskuste arendamiseks ning edu kaasaegses ühiskonnas.
Selle disainiväljakutse tutvustamiseks esitatakse õpilastele eesmärk luua läätsede süsteem, et parandada patsiendi nägemist, õpilased selgitavad välja, mida nad teavad ja vajavad läätsede optika ja inimsilma kohta, et väljakutsega toime tulla.
Taustaoskused ja -teadmised
- Valguse tee allikast (või objektist) silmadeni (valikuline tegevus: Klassiruumi koobas)
- Valguse tee inimsilma: võrkkest ja fookuspunkt
- Valikuline tegevus – Katsetage oma nägemusega
Seadistage tegevuse jaoks
Jagage õpilased 2- või 3-liikmelistesse meeskondadesse. Looge ajurünnak läätsede ja inimsilma ehituse ja funktsioonide kohta.
Hoidke prille üleval.
Paluge õpilastel selgitada, kuidas prillid nägemist parandavad. Laske õpilastel visandada oma kavandid, kui see aitab neil end täielikumalt väljendada.
Selgitage klassile, et see õppetund lõpeb disaini väljakutsega. Selgitage, et õpilastest koosnevad meeskonnad kavandavad läätsede süsteemi, et parandada patsiendi nägemist. Selgitage, et nad saavad patsiendi silmamudeli ja nende ülesandeks on kavandada läätsede komplekt, et parandada patsiendi nägemist.
Selgitage, et meeskonnad peavad oma disainiotsuseid selgitama nende andmete põhjal, mida nad objektiivide projekteerimisel ja testimisel koguvad.
Pidage klassis arutelu – küsige õpilastelt:
- Kuidas prillid töötavad?
- Kuidas kombineeritakse prillid silmaga nägemise parandamiseks?
- Kas nende prillid on erinevat tüüpi? Kui jah, siis mille poolest need erinevad ja miks?
- Kuidas teie arvates arstid välja selgitavad, millist tüüpi läätsed nägemist parandavad?
Õppetunni hõlbustamine
Projitseerige ekraanile normaalse silma, hüperoopilise ja lühinägeliku silma kujutised ja/või jagage nende piltidega meeskondadele jaotusmaterjal.
Uurige klassis piltide erinevusi ja arutlege nende üle. Aidake õpilastel mõista ja märkida järgmist:
- Tuvastada ja mõista joonisel näidatud silma struktuuride põhifunktsioone
- Silmalääts on kogu ulatuses identne
- Läätse ja võrkkesta vaheline kaugus on igal silmal erinev
- Võrkkesta asub kõigi silmade jaoks samas kohas
- Iga silma kuju tervikuna on erinev
Jagage õpilastele stsenaariumi väljakutse ja õpilase tööleht nr 1, KWL-tabel. Lugege klassiga stsenaarium läbi ja vaadake üle. Lubage õpilastel KWL-i paarikaupa täita.
Kokkuvõte ja mõtisklus
Klassis vaadake stsenaarium üle ja paluge vabatahtlikel jagada oma KWL-i graafikakorraldajatelt ning hinnake õpilaste arusaamist disainiväljakutsest.
Esitage õpilastele selliseid küsimusi nagu:
- Kuidas kirjeldaksite oma sõnadega teile antud disainiväljakutset?
- Mida peate teie arvates teadma nägemise parandamiseks mõeldud läätsede süsteemi kujundamiseks?
- Mida te juba mõistate inimsilma ja -nägemise kohta, mis aitab teil selle väljakutsega toime tulla?
- Mida te juba mõistate läätsede olemuse kohta, mis aitavad teil selle väljakutsega toime tulla?
- Mida peate teie arvates disaini väljakutsega toimetulemiseks õppima?
1. TEGEVUS: UURIGE VALGUSE JA ŽELATIINIGA (45–60 min)
kokkuvõte
Selle tegevuse eesmärk on õpilastel leida ja dokumenteerida kõige tõhusam viis valguse tee jälgimiseks ja salvestamiseks, kui valguse väljub valgusallikast ning läbib želatiinist ja sealt väljub.
Õpilastel on avatud võimalus uurida materjale ja nendega töötada, teha ja jagada tähelepanekuid ning luua põhjalikud arusaamad želatiini kujundite ja valguse suhetest. See avatud uurimistöö julgustab loovust ja probleemide lahendamist, mis on kasulik nägemise parandamiseks mõeldud läätsesüsteemi kavandamise viimase väljakutse lahendamiseks.
Õpitulemused
Selle tegevuse tulemusena saavad õpilased:
- Suunake želatiini ja tuled, et jälgida valguse teed, kui see valgusallikast läbi želatiinitüki läbib
- Kirjeldage ja dokumenteerige valguse teed, kui see läbib želatiini
o Lauale laotatud želatiiniga
o Kui želatiin EI ole lauale laotatud
o 1 tala, mille laiemal küljel on Light Blox
o 1 tala, mille kitsamal küljel on Light Blox
o 3 tala korraga
Eelteadmised ja oskused
Enne 1. tegevuse algust:
- Õpilased peaksid selle õppetunni lõpus mõistma disaini väljakutset. Vaadake ülaltoodud jaotist „Väljakutse tutvustamine”.
- Tutvustage uurimistegevuse üldeesmärki: leida ja dokumenteerida kõige tõhusam viis valguse tee jälgimiseks ja salvestamiseks, kui valguse väljub valgusallikast ning läbib želatiinist ja sealt väljub.
Näidake/modelleerige, kuidas mõõta ja salvestada järgmist:
- Näidake õpilastele materjalide komplekti ja näidake, kuidas küpsisevormide ja plastnuga abil luua erineva kujuga želatiinitükke.
- Näidake õpilastele, kuidas manipuleerida kujunditega nii, et need paistaksid valgust läbi iga pinna.
- Näidake õpilastele kahte erinevat viisi želatiini läbivate tulede suunamiseks.
Tegevuse hõlbustamine
Julgustada loovust, uurimist ja dokumenteerimist
- Materjalidega tutvumine ja nendega katsetamine
- Jagage välja õpilase tööleht nr 2 ja modelleerige, kuidas vaatlusi salvestada
- Näidake, kuidas dokumenteerida:
- Nende želatiinitüki suurus ja kuju
- Želatiini ja valguse suund
- Kogu valguskiire teekond algab siis, kui see väljub Light Bloxist, kui see läbib ja seejärel želatiinist välja
- Looge meeskondi ja levitage ressursse. Veenduge, et igal meeskonnal oleks juurdepääs "želatiiniplaadile" lõikamiseks, küpsisevormidele, plastnugale, Light Bloxile (või muule valgusallikale), paberilehele ja salvestusmaterjalidele.
- Hämardage tuled, kui see on ohutu ja võimalik
- Ringlege klassiruumis, et jälgida meeskondi, kuidas õpilased oma varustust ette valmistavad ja korrastavad.
- Ringlege kogu ruumis, jälgides õpilaste tööd. Meeskondade töö ajal jälgige nende jõupingutusi valgustada Light Blox läbi želatiini, aidata üksikisikuid või meeskondi, kellel on raskusi seadmete haldamise ja seadistamisega.
- Vajadusel kaasake õpilased oma tegevuste üle arutlema. Küsige õpilastelt avatud küsimusi nende jõupingutuste kohta varustuse korrastamisel, kujundite lõikamisel, valgustite orienteerimisel, vaadeldava jäädvustamiseks ja selle kohta, kuidas nad oma tähelepanekuid mõtestavad.
- Vajadusel peatage tund, et jagada ühe või mitme meeskonna tööd teiste meeskondadega. Kasutage selliseid katkestusi uurimistöö positiivsete näidete esiletõstmiseks, sealhulgas, kuid mitte ainult: loominguline disain, meetodid tulede, želatiini ja ekraani joondamiseks, arvestuse pidamine ja meeskonnatöö.
Tuletage õpilastele kogu perioodi jooksul meelde, et nad peavad oma töö kohta üksikasjalikku arvestust, millele nad seda järelarutelus viitavad.
Tehke kokkuvõte ja kajastage
Lõpetage tegevus, julgustage meeskondi oma tööd jagama ja tehke tulemuste kohta järeldusi.
- Arutage klassis õpilaste leide
- Kuidas želatiini ja tulesid kõige paremini orienteerida, et jälgida valguse teed, kui see läbib želatiini
- Kuidas želatiini kuju mõjutab valguse liikumisteed, kui see läbib želatiini
- Tuletage meelde, et tulevikus töötate välja läätsede süsteemi, et parandada inimese nägemist. Mida te täna tegite ja õppisite selle väljakutsega seoses?
- Klassiga leppige kokku protseduur valguse tee jälgimiseks, kui see väljub valgusallikast, läbib želatiini ja seejärel želatiinist välja.
Mis toimub? Refraktsiooni määratlus ja viide lisateabele. Valikuline: kinesteetiline murdumisaktiivsus http://laserclassroom.com/products/kinesthetic-model-refraction/
2. TEGEVUS: KATSEMINE LÄÄTSE KUJUGA (45–60 min)
kokkuvõte
Õpilased kasutavad teaduslikku protsessi, et paljastada kvalitatiivne valguse ja läätse kuju (nõgus, kumer, ruut, ring) seos.
Õpitulemused
Selle tegevuse tulemusena saavad õpilased salvestada ühe valgusvihu teekonna, kui see läbib valgusallikast läbi läätse ühe külje želatiinitüki teisele küljele; ja teha järeldusi selle kohta, kuidas valgus liigub läbi želatiinitüki a
- Tasane/sirge pind
- Kumer pind
- Kirjeldage, demonstreerige ja salvestage valguse teekond, kui see läbib nii kumerat kui ka nõgusat läätse (kasutades 3 valgust)
- Tuvastage ja määratlege: nõguslääts, kumerläätse langev kiir, murdunud kiir
Eelteadmised ja oskused
Ülevaade tegevuse alguses:
- Kuidas želatiini ja tulesid orienteeruda (eelmisest tegevusest)
- Kuidas salvestada valguse teed, kui see läbib želatiini (eelmisest tegevusest)
Seadistage tegevuse jaoks
Seadistage 4 jaama
- 3 Light Blox ja ring želatiini
- 3 Light Blox ja ruut želatiini
- 3 valgust ja vormitud kumer lääts
- 3 valgust ja vormitud nõgus objektiiv
Enne katse alustamist: Selgitage teaduslikku protsessi
- Julgustage valguse ja läätsede süstemaatilist uurimist. Igas jaamas peavad õpilased oma tähelepanekud dokumenteerima joonisega, mis sisaldab sobivaid silte (kokkulangev ja murdunud kiire, nõgus või kumer lääts)
- Sõltumatute ja sõltuvate muutujate erinevus
- Millised muutujad on igas jaamas sõltumatud ja sõltuvad muutujad
- Sõltuv muutuja on läätse kuju – nõgus või kumer
- Täiendavad sammud teaduslikus protsessis, mida eeldate, et õpilased järgivad hüpoteesi püstitamisest järelduste tegemiseni.
- TEADUSLIK PROTSESS: https://nces.ed.gov/nceskids/help/user_guide/graph/variables.asp
Näidake/modelleerige, kuidas mõõta ja salvestada järgmist:
- Asend ja kaugus valgusallikatest objektiivini
- See, mis juhtub valguse teega kui sõltuv muutuja (läätse kuju), muutub.
- Valguse käitumine läätse läbimisel
- Näidates vaadake sõnavara üle
- Juhtumi kiir
- Murdunud kiir
- Nõgus objektiiv
- Kumer lääts
- Fookuspunkt
Hõlbustada tegevust
- Jagage õpilase tööleht nr 3
- Selgitage, et selle tegevuse käigus kasutavad õpilased teaduslikku protsessi, et teha organiseeritumaid ja konkreetsemaid analüüse erinevat tüüpi läätsede mõju kohta valguse käitumisele. Selgitage õpilastele, et nad pöörlevad läbi nelja jaama.
- Selgitage, et igas jaamas lasevad nad valgust läbi ühte tüüpi läätse ja registreerivad valguskiirte käitumise nende läbimisel.
- Juhendage õpilasi jälgima ja jäädvustama jooniste ja siltidega oma tähelepanekuid igas jaamas:
- Lamp
- Juhtum Ray
- Murdunud kiir
- Nõgus objektiiv
- Kumer lääts
- Fookuspunkt (sellel hetkel pole vaja fookuskaugust tutvustada ega arutada fookuspunkti ja nägemise vahelist suhet, kui see ei ilmne)
- Märkused, järeldused, muud tähelepanekud
- Jagage õpilased paaridesse. Määrake jaamadele paarid.
- Määrake ootused igas jaamas veedetavale ajale ning tulede ja objektiivide paigutuse arvule, mida eeldate, et õpilased mõõdavad ja salvestavad igas jaamas.
- Ringlege kogu ruumis, kui meeskonnad näevad oma jõupingutusi. Aidake meeskondadel oma seadmeid seadistada, tuvastada sõltuvad ja sõltumatud muutujad ning mõõta, registreerida ja joonistada nende tulemusi.
- Vajadusel arutage õpilastega nende eksperimentaalset ülesehitust, valguse asukoha mõõtmise meetodeid, läätsesse siseneva ja läbiva valgusvihu nurka ning milliseid muutujaid nad järgmisse jaama liikudes konstantsena hoiavad. ja järgmine objektiiv.
- Kui avaneb võimalus õpilaste jõupingutusi esile tõsta, korraldage klassis arutelu mõne tehtud tähelepaneku üle. Laske õpilastel selgitada oma eakaaslastele oma eksperimentaalset ülesehitust, tulemuste mõõtmise ja salvestamise meetodeid ning plaane hoida oma töö jaamade lõikes järjepidev.
- Hoidke kellaajal silm peal. Andke õpilastele piisavalt aega valguste ümberkorraldamiseks ja mõõtmiseks vähemalt kaks või kolm korda, enne kui nad teise jaama kolivad.
- Andke "eelhoiatus" umbes 5 minutit, enne kui õpilased järgmisesse jaama pöörduvad. Öelge neile, et nad lõpetaksid oma töö praeguses jaamas.
- Kui aega on jäänud 1–2 minutit, paluge õpilastel jaam ära koristada ja taastada sellisena, nagu see oli selle leidmisel (või parem). Kui aega lubab, pöörduge teise jaama juurde. Kui ei, siis selgitage, et õpilased jätkavad järgmisel perioodil sealt, kus nad pooleli jäid.
Tehke kokkuvõte ja kajastage
Lõpetage tegevus, julgustage meeskondi oma tööd jagama ja tehke tulemuste kohta järeldusi.
- Arutage ja jagage klassiga tulemusi ja järeldusi
- Ruut vs ring
- Nõgusad läätsed tekitavad objektiivi ees fookuspunkti
- Kumerad läätsed tekitavad fookuspunkti objektiivi tagaküljel
- Objektiivi keskpunkti kaugust fookuspunktist nimetatakse fookuspunktiks
- pikkus
- Aadressisõnavara
TEGEVUS 3: LOO OMA LÄÄTSED – DISAIN JA DOKUMENT (45–60 min)
kokkuvõte
Õpilased tegelevad suunatud uurimisega ja kasutavad seni õpitut, et dokumenteerida protsess, kuidas usaldusväärselt luua/disainida erineva suuruse (laiusega) nõgusaid ja kumeraid läätsi.
Õpitulemused
Selle tegevuse tulemusena saavad õpilased:
- Kirjeldage, demonstreerige ja jäädvustage, kuidas lõigata ringikujulise küpsisevormiga želatiinist nii nõgusat kui ka kumerat läätse.
- Tehke tõendite põhjal järeldused selle kohta, kuidas valguse tee käitub sõltuva muutuja (läätse kuju, suurus, kaugus valgusallikast) muutumisel.
Enne tegevust tutvustage, arutage või arvustage
- Nõgusad ja kumerad läätsed
- Kuidas korratavat protsessi dokumenteerida http://www.wikihow.com/Document-a-Process
Hõlbustada tegevust
Soovitame tungivalt võtta see tunniperiood selleks, et võimaldada õpilastel teatud aja (15–20 minutit) vaeva näha pärast seda, kui olete neile näidanud kujundeid, mida nad peavad looma, ja andnud neile materjalid, selle asemel, et näidata õpilastele selgesõnaliselt, kuidas kujundeid luua. Kui nad on välja mõelnud, kuidas luua nii nõgusat kui ka kumerat läätse, dokumenteerivad nad kasutatud protsessi.
See väljakutse paneb aluse mõistmaks midagi põhilist, kuid mitte intuitiivset seda tüüpi objektiivide puhul – et need on tuletatud ringidest; ja läätsede omadusi kirjeldava matemaatika arenenum mõistmine tugineb sellele arusaamale. See lihtne praktiline tegevus annab õpilastele kogemusliku ja intuitiivse kogemuse nõgusate/kumerate läätsede ja ringide suhetest.
- Tutvustage tänast väljakutset: dokumenteerige kumera ja nõgusa läätse lõikamise protsess
- Nõgus: 2-3 erinevat suurust
- Kumer: 2-3 erinevat suurust
- Andke igale õpilaspaarile ümmargused küpsisevormid ja ~9" x 7" želatiiniplaat.
- Andke õpilastest koosnevatele meeskondadele 15–20 minutit aega katsetada läätsede kuju väljalõikamist, keskendudes korratava ja usaldusväärse protsessi dokumenteerimisele ümarate küpsiselõikurite kasutamiseks nõgusate ja kumerate läätsede kujundamiseks.
- Ringlege kogu ruumis, kui meeskonnad näevad oma jõupingutusi. Vajadusel aidake meeskondadel varustust seadistada.
Tehke kokkuvõte ja kajastage
- Peatage õpilased 15–20 minuti pärast, et pidada klassiarutelu õpilaste töö üle. Laske õpilastel selgitada oma kaaslastele oma eksperimentaalset ülesehitust ja meetodeid protsessi dokumenteerimiseks.
- Klassis kirjutage (dokumenteerige) protsess õpilaste leidude ja sisendi põhjal.
4. TEGEVUS: KATSEMINE LÄÄTSE SUURUSEGA (LAIUS) (45–60 min)
kokkuvõte
Kasutades viimasel tunniperioodil dokumenteeritud protsessi, osalevad õpilased teaduslikus protsessis, et koguda ja salvestada andmeid ning jõuda järeldusele sõltuva muutuja (läätse laiuse) mõjust fookuskaugusele. See on kvalitatiivne. Fookuskaugus näiteks pikeneb või lüheneb.
Mõistmine, kuidas läätse suurus (laius) ja kaugus valgusallikast objektiivini mõjutavad fookuskaugust, aitab õpilastel kavandada läätsede süsteemi, et parandada nägemist, kui nad viimase väljakutsega tegelevad.
- Õpilased:
- Design:
- Nõgus: 2-3 erinevat laiust
- Kumer: 2-3 erinevat laiust
- Salvestus: kiire tee JA ligikaudne fookuskaugus
- Nõgusad läätsed: 2 -3 erinevat laiust
- Kumerläätsed: 2-3 erinevat laiust
- Järeldage kvalitatiivne seos objektiivi laiuse ja fookuskauguse vahel
- Terminoloogia ja mõisted:
- Lamp
- Fookuskaugus – kuidas mõjutab objektiivi laiuse muutmine fookuskaugust?
- Design:
Enne tegevust tutvustage, arutage või arvustage
- Sõltumatute ja sõltuvate muutujate erinevus
- Millised muutujad on tänases tegevuses sõltumatud ja sõltuvad muutujad?
- Objektiivi laius JA valgusallika kaugus objektiivist on sõltuvad muutujad, mis mõjutavad tulemust: fookuskaugus
- Mõiste määratlus fookuskaugus ja lühidalt, selle seos nägemisega.
- Valgusallikas = objekt (objektilt silma põrkuv valgus)
- Silma sisenev valgus peab selge pildi saamiseks keskenduma otse võrkkestale.
- Kui eelistate rohkem matemaatikat tutvustada või fookuskaugust üksikasjalikumalt käsitleda, pakub Khan Academy teile suurepärast ülevaadet:
Näidake/modelleerige, kuidas vaadelda, mõõta ja salvestada
- Kuidas määrata nii nõgus- kui ka kumerläätse ligikaudset fookuskaugust
- See, mis juhtub valguse kui sõltuva muutuja (läätse laiusega) käitumisega (teekonnaga), muutub.
- Näitlemise ajal vaadake üle või tutvustage sõnavara
- Juhtumi kiir
- Murdunud kiir
- Nõgus objektiiv
- Kumer lääts
- Fookuskaugus
Hõlbustada tegevust:
Julgustage süstemaatilist katsetamist valguse ja läätsedega
- Tutvustage tänase tegevuse eesmärki:
- Koguge andmeid ja tehke järeldusi objektiivi suuruse (laiuse) mõju kohta fookuskaugusele
- Koguge andmeid ja tehke järeldused valgusallika ja läätse vahelise kauguse mõju kohta fookuskaugusele
- Andke igale õpilaspaarile materjalide komplekt:
- Ümmarguste küpsisevormide komplekt
- 9 "X 13" želatiiniplaat
- Kolmest Light Bloxist koosnev komplekt
- Andke õpilastele juhiseid
- Disain 3 erineva laiusega kumerat objektiivi
- Mõõtke ja registreerige iga objektiivi laius ja sellele vastav fookuskaugus
- Andke õpilastele juhiseid
- Disain 3 erineva laiusega nõgusat läätse
- Mõõtke ja registreerige iga objektiivi laius ja sellele vastav fookuskaugus
- Andke õpilastele juhiseid
- Mõõtke ja registreerige, kuidas fookuskaugus muutub, kui valgusallika ja objektiivi vaheline kaugus muutub.
- Kui meeskonnad on oma mõõtmised registreerinud ja vaatlused lõpetavad tegevuse.
- Andke õpilastele aega oma töö lõpetamiseks, vajaduse korral andmetabeleid ja jooniseid täiendades.
- Varu koristamiseks aega.
Kokkuvõte ja mõtisklus
Paluge meeskondadel oma tulemusi jagada. Korraldage klassiarutelu, mille käigus meeskonnad/üksikud selgitavad, mida nad tegid, mida nad täheldasid ja mida nad tulemustest arvavad. Sõltuvalt teie lähenemisviisist võite soovida kasutada ühte mitmest aktiivõppestrateegiast või kutsuda vabatahtlikke klassi ees oma töid joonistama või demonstreerima.
- Võrrelge õpilaste tulemusi, sealhulgas jooniseid ja andmetabeleid, erinevust valguse läbimise vahel igat tüüpi läätsede vahel.
- Arutage klassis selliseid küsimusi nagu:
- Mis juhtub fookuskaugusega, kui objektiivi laius suureneb või väheneb?
- Kas nõgusate ja kumerate puhul on see sama?
- Kas tulemused erinevad valguse ja objektiivi kauguse poolest?
- Mida õppisite kumerate ja nõgusate läätsede kohta, mis aitavad teil viimase väljakutsega toime tulla?
- Arutlege klassiga katse tulemuste üle. Küsimused, millele vastata, hõlmavad, kuid ei ole nendega piiratud:
- Kuidas fookuspunkt muutub, kui objektiiv muutub väiksemaks/suuremaks?
- Millised tõendid neid järeldusi toetavad?
- Kuidas erinevad nõgus- ja kumerläätsede tulemused?
- Kuidas aitab läätse kuju ja suuruse ning fookuspunkti vahelise seose mõistmine lahendada nägemist parandava läätsesüsteemi kavandamise viimase väljakutsega?
- Kui õpilased tegid ennustuse fookuspunkti ja läätse suuruse kohta, siis kuidas oli nende ennustus võrreldes tulemustega? Kas tulemused üllatasid?
- Viimases tegevuses on teil väljakutse luua nägemise parandamiseks mõeldud läätsede süsteem. Mida õppisite objektiivide ja fookuspunkti kohta, mis aitavad teil väljakutsega toime tulla?
- Tuletage meelde silmapilte (tavaline, lähi- ja kaugnägev). Millisele diagrammi osale soovite valgust keskenduda?
5. TEGEVUS: KATSEMINE 2 LÄÄTSESÜSTEEMIGA (45–60 min)
kokkuvõte
Viimase tegevusena disainiväljakutseks valmistumisel uurivad õpilased valguse käitumist, kui see läbib erinevaid läätsepaaride kombinatsioone. Viimases väljakutses saavad õpilased patsiendi silma diagrammi. Üks süsteemi lääts esindab silmas leiduvat läätse. Õpilased peavad oma patsiendi nägemise parandamiseks või parandamiseks kujundama ühe või mitu želatiinläätse. Läätsede kombinatsioon ja nende joondamine peavad patsiendi silma diagrammil suunama valguse võrkkestale.
ESIMESE täitke KWL-i diagrammi viimane osa.
Õpitulemused
Selle õppetunni tulemusel saavad õpilased:
- Kirjeldage, demonstreerige ja salvestage kahe läätse süsteemi mõju valguse teele ja fookuskaugusele
- 2 kumerläätsed
- 2 nõgusat läätse
- 1 nõgus ja 1 kumer lääts
- Kirjeldage läätsede rolli erinevates instrumentides, mida kasutatakse nägemise parandamiseks või kujutiste teravustamiseks
- kaamera
- Teleskoop
- Mikroskoobi
- Luup
- Kirjeldage läätsede rolli inimese nägemises
- Inimese silm sisaldab kumera läätse
- Selge inimese nägemine sõltub võimest suunata valgust konkreetselt võrkkestale
- Lühinägelikkus ja hüperoopia kui tavalised nägemisprobleemid
- Ennustage, kuidas erinevad läätsed võivad inimese nägemist parandada lühinägelikkuse või kaugnägelikkuse korral.
Valikuline matemaatika
https://www.khanacademy.org/science/physics/geometric-optics/lenses/v/multiple-lenssystems
Seadke lava mitme objektiiviga katsetamiseks.
Koostage klassina nimekiri erinevatest instrumentidest, mis kasutavad kahte või enamat objektiivi. Kui õpilased arvavad, et prillidega kombineeritud silm on läätsesüsteem, selgitage, et viimases õppetunnis käsitletakse seda kombinatsiooni konkreetselt. Praegu keskenduge sellistele instrumentidele nagu teleskoobid, mikroskoobid ja binoklid.
Paluge õpilastel selgitada, kuidas nende arvates erinevad instrumendid töötavad ning läätsede ning läätsede ja valguse vahelisi seoseid.
Selgitage, et selle tegevuse käigus uurivad õpilased läätsede kombinatsioone valguse käitumise kohta. Selgitage, et nad lasevad tulemuste vaatlemiseks ja salvestamiseks valguskiire läbi kahe läätse.
Klassis arutage katses paljusid muutujaid, mida muuta ja mida samaks jätta. Mõned muutujad, mida õpilased peaksid ära tundma, on järgmised:
- Objektiivide vaheline kaugus
- Objektiivitüüpide kombinatsioon läätsepaaride loomiseks
- Valgusallika asukoht ja kaugus läätsedest
Hõlbustada tegevust
Selgitage, et selle tegevuse puhul peavad õpilased oma töö kohta hoolikat arvestust pidama. Olenevalt saadaolevast ajast laske kõigil meeskondadel töötada kõigi objektiivide kombinatsioonidega või jagage klass "ekspertide rühmadeks" ja määrake neile kohustus anda klassile aru uuritud süsteemist.
Meeskonnad peaksid katsetama kõigi või mõne järgmiste objektiivide kombinatsioonidega:
- Kumer + kumer
- Nõgus + nõgus
- Kumer + nõgus
- ESIMESE täitke KWL-i diagrammi viimane osa
- Paluge õpilastel oma katse planeerida, üles seada ja koostada andmetabel, kuhu tulemused salvestada. Teise võimalusena joonistage varustuse seadistus tahvlile ja jagage igale meeskonnale andmetabel.
- Kui meeskonnad näitavad oma katsete jaoks sobivat plaani, varustage neid želatiini ja tööriistadega.
- Veenduge, et õpilased uuriksid läätsekombinatsioonide mõju JA läätsede vahekauguse muutmise mõju.
- Pöörake tähelepanu erinevate läätsekombinatsioonide mõjule valguse käitumisele.
- Pöörake tähelepanu läätsede vahelise kauguse muutmise mõjule valguse käitumisele.
- Ringlege kogu ruumis, et õpilasi jälgida. Vajadusel kaasake meeskonnad oma katseprotseduuride, mõõtmiste, vaatluste ja tulemuste arutelusse. Aidake neil ühendada oma meetodid nende tulemustega.
- (Valikuline) Laske õpilastel luua "kiirdiagrammid" selliste objektiivide jaoks, nagu siin näidatud.
Kokkuvõte ja mõtisklus
Lõpetage õpilaste tehtud katsed. Klassis vaadake üle valguse käitumine erinevate läätsepaaride läbimisel ja läätsepaaride vahelise kauguse muutumise mõju.
- Vajadusel andke õpilastele aega enne esitlust tunnis eelmises etapis tehtud tööd üle vaadata ja lõpetada.
- Laske meeskondadel oma tulemusi jagada. Julgustage õpilasi oma tähelepanekute ja järelduste selgitamiseks viitama joonistele ja andmetele.
- Arutage klassis selliseid küsimusi nagu:
- Mis juhtub fookuspunktiga, kui liigutate üht objektiivi teisele lähemale või sellest kaugemale? Kas see sõltub sellest, millist läätsede kombinatsiooni te kasutate?
- Mis juhtub kahe kumerläätse fookuspunktiga
- Mis juhtub kahe nõgusläätse fookuspunktiga?
- Mis juhtub erinevate objektiivide kombinatsioonidega?
- Kuidas kehtib kahe (või enama) läätsega töötamine patsiendi nägemise parandamiseks mõeldud läätsede süsteemi kavandamisel?
- Millised läätsede kombinatsioonid teie arvates parandavad lühinägeliku patsiendi nägemist?
- Milline läätsede kombinatsioon teie arvates parandab kaugnägeva patsiendi nägemist?
TÄIENDAV
- Katsetage täiendavate läätsede kombinatsioonidega.
- Uurige erinevate instrumentide disainilahendusi, mis kasutavad objektiive, nagu teleskoobid, laserid, mikroskoobid ja binoklid.
Väljakutse: kujundage nägemisprobleemide lahendamiseks kahe läätsega süsteem (2–45 min)
kokkuvõte
See tegevus keskendub õpilaste läbiviimisele nägemisprobleemi parandava läätsesüsteemi loomise protsessis. Tegevustunni eesmärk ei ole kujundada täiuslikku objektiivi, vaid mõista, mis läheb inseneriprotsessiga seotud probleemi lahendamiseks. Varuge palju aega ja struktureeritud piire, et avastamine motiveeriks uurimist!
Eelteadmised ja oskused
- Valgus liigub sirgjooneliselt, kuni see tabab objekti või liigub ühest keskkonnast teise
- Kõik, mida me näeme, on meie silmadesse siseneva valguse tulemus; suurem osa sellest valgusest peegeldub
- Kui valgus liigub ühest keskkonnast teise (st läbi läätse), siis valgus paindub või murdub
- Läätse kuju ja materjal mõjutavad valguse paindumist
- Silm sisaldab läätse, mis suunab valguse võrkkestale. Selge nägemine sõltub silmaläätse võimest painutada silma sisenevat valgust nii, et kujutis moodustub spetsiifiliselt võrkkestale
Hõlbustada tegevust:
- Vaadake üle ja vaadake õpilaste KWL-i tabelit
- Jagage igale kolmest õpilasest koosnevale rühmale üks Light Bloxi komplekt, millel on sisse lülitatud pilukorgid, ja kaks vormitud želatiinläätse (üks kumer ja üks nõgus).
- Näidake õpilastele, kuidas tulesid sisse lülitada, ja andke neile 3–5 minutit aega, et uurida, kuidas valgus läbi läätsede liigub.
- Jagage välja “normaalse” nägemisega silma mall. Laske õpilastel asetada vormitud kumer lääts silma, et näha, et valgus jõuab võrkkesta fookuspunkti. Nägemine sõltub selgelt fookuspunktist, mis maandub konkreetsesse kohta silma, mida nimetatakse võrkkestaks.
- Järgmisena laske õpilastel asetada vormitud kumer lääts hüperoopilise silma mallile, mis vajab nägemise korrigeerimist, kuna valgus langeb valesse kohta. Pange tähele, kus on fookuspunkt. See ei loo head visiooni!
- Paluge neil probleem määratleda ja lahendust välja mõelda... Mis võib fookuspunkti teise asukohta „nihutada”. Siinkohal laske õpilastel aega nii nõgus- kui ka kumerläätsedega koos hoida, et nad saaksid avastada, et nõguslääts liigutab fookuspunkti.
- Seejärel andke igale rühmale ruut (~ 4x8") ettevalmistatud kahekordse tugevusega tavalist želatiini ja 3 erineva läbimõõduga ümmargust vormi.
- Selgitage, et selle želatiini abil loovad nad TEISE läätse, et parandada nägemisprobleemi. Nende käsutuses olevad materjalid ja tööriistad on želatiin, nuga ja küpsisevormid!
- Paluge õpilastel esmalt harjutada nõgusate ja kumerate läätsede loomist küpsisevormide ja želatiini abil.
- Järgmisena paluge õpilastel konstrueerida läätsed, kasutades küpsiselõikureid, plastnuga ja želatiini, mis parandavad mallidel näidatud nägemisprobleeme.
- Kui õpilased loovad, katsetavad ja täiustavad oma läätsede disaini, tegelevad nad objektiivide ja valguse abil tehniliste protsessidega.
Eesmärk on võimaldada õpilastel mõista, et valgust saab objektiividega manipuleerida ja et seda tehes saavad nad probleeme lahendada. Objektiivi õigeks saamine on keeruline. Edasijõudnumate õpilaste jaoks saate lahenduste loomise matemaatiliste meetoditena kasutusele võtta fookuskauguse, kõverusraadiuse ja murdumisnäitaja, mitte nende kasutatava "katse-eksituse" lähenemisviisi.
Aja muutmine
Tundi saab teha vanemate õpilaste jaoks juba 1 tunni jooksul. Kuid selleks, et aidata õpilastel kiirustada ja tagada õpilaste edu (eriti nooremate õpilaste jaoks), jagage tund kaheks perioodiks, andes õpilastele rohkem aega ajurünnakuteks, ideede testimiseks ja nende kujunduse viimistlemiseks. Tehke testimine ja ülevaade järgmisel klassiperioodil.
Silmade diagrammid
Interneti-ühendused
Kirjutustegevus
Milliseid muid rakendusi on objektiividel meie maailmas?
Vastavusse viimine õppekava raamistikuga
Märge: Kõik selle seeria tunniplaanid on kooskõlas arvutiteaduse õpetajate assotsiatsiooni K-12 arvutiteaduse standarditega, USA ühiste osariigi matemaatika põhistandarditega ja vajaduse korral ka riikliku matemaatikaõpetajate nõukogu koolimatemaatika põhimõtete ja standarditega, Rahvusvahelise Tehnoloogiahariduse Assotsiatsiooni tehnoloogilise kirjaoskuse standardid ja USA riiklikud teadushariduse standardid, mille koostas riiklik teadusnõukogu.
Distsiplinaarsed põhiideed
∙ PS4.B: elektromagnetiline kiirgus
o Valguse teekonda saab jälgida sirgete joontena, välja arvatud erinevate läbipaistvate materjalide (nt õhk ja vesi, õhk ja klaas) vahelised pinnad, kus valgustee paindub meediumite vahel. (MS-PS4-2)
∙ ETS1.A: Inseneriprobleemide määratlemine ja piiritlemine
o Mida täpsemalt saab projekteerimisülesande kriteeriume ja piiranguid määratleda, seda tõenäolisem on, et kavandatud lahendus õnnestub. Piirangute täpsustamine hõlmab teaduslike põhimõtete ja muude asjakohaste teadmiste arvestamist, mis tõenäoliselt piiravad võimalikke lahendusi (MS-ETS1-1)
∙ ETS1.B: võimalike lahenduste väljatöötamine
o Lahendust tuleb testida ja seejärel testitulemuste põhjal muuta, et seda täiustada. MS-ETS-4)
Teadus- ja tehnikapraktikad
∙ Määratlege disainiprobleem, mida saab lahendada objekti, tööriista, protsessi või süsteemi arendamise kaudu ja mis sisaldab mitmeid kriteeriume ja piiranguid, sealhulgas teaduslikke teadmisi, mis võivad piirata võimalikke lahendusi. (MS-ETS1-1)
∙ Töötage välja ja kasutage mudelit nähtuste kirjeldamiseks (MS-PS4-2)
∙ Analüüsige ja tõlgendage andmeid, et teha kindlaks leidude sarnasused ja erinevused. (MS ETS1-3)
Läbivad kontseptsioonid
∙ Struktuur ja funktsioon
o Struktuure saab kujundada nii, et need täidaksid teatud funktsioone, võttes arvesse erinevate materjalide omadusi ja materjale kujundada ja kasutada (MS PSR-2)
o Struktuure saab kavandada teatud funktsioonide täitmiseks
Õpilase tööleht nr 1: KWL diagramm
Õpilase nimi Kuupäev
Õed, arstid ja insenerid töötavad koos, et kujundada ja ehitada prille ja muid nägemist parandavaid tööriistu. Selles väljakutses töötate välja läätsede süsteemi, et parandada patsiendi nägemist.
Mida on vaja teada inimsilma ja läätsede kohta, et aidata kellegi nägemist parandada?
Kasutage allolevat KWL-i graafilist korraldajat, et loetleda, mida teate, soovite teada ja õppisite prillide kujundamist kellegi nägemise parandamiseks
Mida mina Teadma Silmade ja läätsede kohta | Mida mina Tahad teada silmadest ja
Objektiivid |
Mida mina Õppinud umbes Silmad ja
Objektiivid |
||
|
|
|||
|
||||
|
||||
|
Õpilase tööleht 2: Materjalid ja katseseadistus
Õpilase nimi Kuupäev
Selle seadme lõpus oleva disainiväljakutse lõpuleviimiseks peate teadma, kuidas želatiini ja tulesid orienteeruda, et jälgida valguse teed, kui see valgusallikast läbi želatiinitüki läbib.
Sõnade ja/või jooniste abil kirjeldage ja dokumenteerige valguse teed, kui see läbib želatiini: o želatiiniga, mis on laotud lauale o Kui želatiini EI asetata lauale.
- 1 tala, mille laiemal küljel on Light Blox
- 1 tala, mille kitsamal küljel on Light Blox
- 3 tala korraga
Õpilase tööleht 3: Kiirte jälgimine
Salvestage sõnade ja jooniste abil ühe valgusvihu teekond valgusallikast läbi läätse ühe külje želatiinitüki teisele poole. ja teha järeldusi selle kohta, kuidas valgus liigub läbi želatiinitüki a
- Tasane/sirge pind
- Kumer pind
- Kirjeldage, demonstreerige ja salvestage valguse teekond, kui see läbib nii kumerat kui ka nõgusat läätse (kasutades 3 valgust)
- Tuvastage ja määratlege: nõguslääts, kumerläätse langev kiir, murdunud kiir
Õpilase tööleht 4: Silmade mall
Tunniplaani tõlge