Akis į optiką

Rinkiniai

• Rinkinius, kuriuose yra veiklos medžiagos, galima rasti: https://laserclassroom.com/product/eyes-on-optics-kit-a-gelatin-optics-engineering-project/

Įvadas

• 1 mokinio darbalapis: KWL diagrama - IŠSAUGOTI, kad vėl galėtumėte naudoti 5 veikloje
• Normalios, hiperopinės ir trumparegystės akių diagramos/dalijama ranka
• Pora akinių

1 veikla

• Mokinio darbalapis Nr. 2: Medžiagos ir eksperimentinė sąranka
• Paruoštos želatinos plokštės (žr. Receptą žemiau)
• Šviesos bloko rinkinys (https://laserclassroom.com/light-blox/ARBA lazerinis blokas (https://laserclassroom.com/laser-blox/)
• Apvalių sausainių formelių rinkinys
• Plastikinis peilis

2 veikla

• Studentų darbalapis Nr. 3: spindulių sekimas
• Paruoštos želatinos formos
  • Formuoti išgaubti lęšiai
  • Formuoti įgaubti lęšiai
  • Želatinos kvadratas (~ 3 ”X 3”)
  • Želatinos apskritimas (~ 3 colių skersmens)
• Šviesos bloko rinkinys (https://laserclassroom.com/light-blox/ARBA lazerinis blokas (https://laserclassroom.com/laser-blox/)

3 veikla

• 1 paruošta želatinos plokštė vienai komandai
• 1 žiedinių sausainių formelių rinkinys kiekvienai komandai
• 1 plastikinis peilis komandai

4 veikla

• 1 paruošta želatinos plokštė vienai komandai
• 1 žiedinių sausainių formelių rinkinys kiekvienai komandai
• 1 plastikinis peilis komandai

5 veikla

• 1 mokinio darbalapis
• 1 paruošta želatinos plokštė vienai komandai
• 1 žiedinių sausainių formelių rinkinys kiekvienai komandai
• 1 plastikinis peilis komandai

6 veikla

• 1 paruošta želatinos plokštė vienai komandai
• 1 žiedinių sausainių formelių rinkinys kiekvienai komandai
• 1 plastikinis peilis komandai
• Akių šablonas
• KWL diagrama nuoroda

Dizaino iššūkis

• Šviesos bloko rinkinys
• Formuotų lęšių rinkinys - vienas įgaubtas ir vienas išgaubtas
• Želatinos plokštelė
• Plastikinis peilis
• Slapukai
• Akių šablonas
• Užpildyta KWL diagrama iš 1 darbalapio

Želatinos receptas:

• Šiame recepte užtenka gelio maždaug šešiems dideliems diskams:
  • 4 puodeliai vandens
  • 8 „Knox Original“ želatinos vokai
  • 1 indas, kurio matmenys 9 x 7 x 2 colių
  • Užvirti vandenį. Sumaišykite 4 puodelius verdančio vandens į 8 vokus (arba 1: 2 vandens ir želatinos santykį) originalios „Knox“ želatinos.
• 2 veiklai supilkite mišinį į lęšių formos padėklus.
• Visai kitai veiklai mišinį supilkite į indą taip, kad skysčio gylis būtų bent 0.75 colio. Želatiną per naktį padėkite į šaldytuvą, kad sustingtų.

medžiagos

• Švarių, sausų antrinių žaliavų (plastiko, stiklo, metalo / aliuminio skardinių ir popieriaus) įvairovė didelėje perdirbimo dėžėje arba dėžutėje
• Ilgas stalas arba keletas trumpų stalų, išdėstytų kartu

Procesas

Dėkite dizainą ant ilgo stalo (arba kelių trumpų lentelių, išdėstytų kartu), pridėkite perdirbamų medžiagų ir dokumentuokite, kaip gerai kiekvienas dizainas rūšiuoja perdirbamas medžiagas į atskiras šiukšliadėžes.

Dizaino iššūkis

Esate inžinierių komandos dalis, kuriai kyla iššūkis sukurti lęšių sistemą, kuri pagerintų paciento regėjimą. Atliksite 6 veiklas, kad sužinotumėte apie lęšių ir žmogaus akies optiką.

Kriterijai

• Sukurkite ir eskizuokite sistemą, kad pagerintumėte paciento regėjimą.

Suvaržymai

• Naudokite tik pateiktas medžiagas.

Pamokai reikalingi šeši 45–60 minučių klasės periodai

ĮVEDAMAS IŠŠŪKIS

Santrauka
Ši pamoka baigiama dizaino iššūkiu, atviru projektu, skatinančiu mokinius užduoti klausimus, imtis iniciatyvos ir kūrybiškai mąstyti. Inžinerijos ir dizaino iššūkiai suteikia kontekstą ir prasmę, kaip panaudoti mokslinį procesą, ugdyti technines žinias ir įgūdžius bei pasiekti sėkmės šiuolaikinėje visuomenėje.

Norėdami pristatyti šį dizaino iššūkį, mokiniams pateikiamas tikslas sukurti lęšių sistemą, kuri pagerintų paciento regėjimą, mokiniai išsiaiškintų, ką jie žino ir turi žinoti apie lęšių optiką ir žmogaus akis, kad galėtų įveikti šį iššūkį.

Įgūdžiai ir žinios

• Šviesos kelias iš šaltinio (ar objekto) į akis (pasirenkama veikla: Klasės urvas)
• Šviesos kelias į žmogaus akis: tinklainė ir židinys
• Neprivaloma veikla - Eksperimentuokite su savo vizija

Nustatykite veiklai

Padalinkite mokinius į komandas po 2 ar 3. Nustatykite protų šturmo etapą apie lęšių ir žmogaus akies struktūrą ir funkciją.

Laikykite porą akinių.

Paprašykite mokinių paaiškinti, kaip akiniai padeda pagerinti regėjimą. Leiskite mokiniams eskizuoti savo dizainą, jei tai padeda jiems išsamiau išreikšti save.

Paaiškinkite klasei, kad ši pamoka baigiasi dizaino iššūkiu. Paaiškinkite, kad studentų komandos sukurs lęšių sistemą, kad pagerintų paciento regėjimą. Paaiškinkite, kad jie gaus paciento akies modelį ir jiems bus pavesta sukurti lęšių rinkinį, kad pagerėtų pacientų regėjimas.

Paaiškinkite, kad komandos turės paaiškinti savo dizaino sprendimus, remdamosi duomenimis, kuriuos jie renka kurdami ir bandydami objektyvus.

Pakalbėkite klasėje - paklauskite mokinių:

• Kaip veikia akiniai?
• Kaip akiniai derinami su akimi, kad pagerėtų regėjimas?
• Ar jų akiniai yra skirtingų tipų? Jei taip, kaip jie skiriasi ir kodėl?
• Kaip manote, kaip gydytojai išsiaiškina, kokio tipo lęšiai pagerins regėjimą?

Pamokos palengvinimas

Projektuokite įprastos, hiperopinės ir trumparegės akies vaizdus ekrane ir (arba) išdalinkite dalomąją medžiagą komandoms su šiais vaizdais.

Kaip klasė, ištirkite ir aptarkite vaizdų skirtumus. Padėkite mokiniams suprasti ir įsidėmėkite:

• Nustatykite ir supraskite pagrindines brėžinio akies struktūros funkcijas
• Akies lęšis yra vienodas
• Atstumas nuo lęšio iki tinklainės yra skirtingas
• Tinklainė yra toje pačioje vietoje visoms akims
• Kiekvienos akies forma yra skirtinga

Išdalinkite studentams scenarijaus iššūkį ir 1 studento užduoties lapą, KWL diagramą. Kaip klasė, perskaitykite ir peržiūrėkite scenarijų. Leiskite mokiniams KWL atlikti poromis.

Santrauka ir atspindys

Kaip klasė, peržiūrėkite scenarijų ir paprašykite savanorių pasidalinti savo KWL grafikos organizatoriais ir įvertinti mokinių supratimą apie dizaino iššūkį.

Užduokite studentams tokius klausimus:

• Kaip savo žodžiais apibūdintumėte dizaino iššūkį, kurį gavote?
• Ką, jūsų manymu, reikia žinoti kuriant lęšių sistemą regėjimui pagerinti?
• Ką jūs jau suprantate apie žmogaus akis ir regėjimą, kurie padės jums įveikti šį iššūkį?
• Ką jūs jau suprantate apie lęšių pobūdį, kurie padės jums įveikti šį iššūkį?
• Kaip manote, ko jums reikia išmokti, kad išspręstumėte dizaino iššūkį?

1 VEIKLA: TYRĖKITE SU ŠVIESA IR GELATINU (45-60 min.)

Santrauka

Šios veiklos tikslas - mokiniai surasti ir dokumentuoti efektyviausią būdą stebėti ir užfiksuoti šviesos kelią, kai jis išeina iš šviesos šaltinio ir praeina pro želatiną.

Studentai turės neribotą galimybę tyrinėti ir dirbti su medžiaga, daryti ir dalintis pastebėjimais bei sukurti pagrindinį supratimą apie želatinos formų ir šviesos ryšį. Šis atviras tyrimas skatina kūrybiškumą ir problemų sprendimą, kuris yra naudingas, kad būtų galima išspręsti paskutinį iššūkį-sukurti objektyvą, kuris pagerintų regėjimą.

Mokymosi rezultatai

Dėl šios veiklos studentai galės:

• Orientuokite želatiną ir šviesas, kad stebėtumėte šviesos kelią, einantį iš šviesos šaltinio per želatinos gabalėlį
• Apibūdinkite ir dokumentuokite šviesos kelią, einantį per želatiną

o Želatina padėta ant stalo

o Želatina NEGALIMA gulėti ant stalo

o 1 spindulys su „Light Blox“, sėdinčiu platesnėje pusėje

o 1 spindulys, kurio siauresnėje pusėje yra „Light Blox“

o 3 sijos vienu metu

Ankstesnės žinios ir įgūdžiai

Prieš pradedant 1 veiklą:

• Šios pamokos pabaigoje studentai turėtų suprasti dizaino iššūkį. Žr. Skyrių „Pristatome iššūkį“ aukščiau.
• Pristatykite pagrindinį žvalgybos veiklos tikslą: surasti ir dokumentuoti efektyviausią būdą stebėti ir užfiksuoti šviesos kelią, kai jis išeina iš šviesos šaltinio ir praeina pro želatiną.

Parodykite/modeliuokite, kaip išmatuoti ir įrašyti:

• Parodykite mokiniams medžiagų rinkinį ir pademonstruokite, kaip naudoti sausainius ir plastikinį peilį įvairių formų želatinos gabalėliams kurti.
• Parodykite mokiniams, kaip manipuliuoti figūromis taip, kad jie apšviestų šviesą per kiekvieną paviršių.
• Parodykite mokiniams du skirtingus būdus, kaip orientuoti šviesą, einančią per želatiną.

Veiklos palengvinimas

Skatinkite kūrybiškumą, tyrimus ir dokumentaciją

• Modelis tyrinėja ir eksperimentuoja su medžiagomis
• Išdalinkite 2 mokinio darbalapį ir modeliuokite, kaip įrašyti stebėjimus
• Parodykite, kaip dokumentuoti:
  • Jų želatinos gabalo dydis ir forma
  • Želatinos ir šviesos (-ų) orientacija
  • Visas šviesos spindulio kelias prasideda, kai jis išeina iš šviesos bloko, kai jis praeina, o paskui išeina iš želatinos
  • Sukurkite komandas ir paskirstykite išteklius. Įsitikinkite, kad kiekviena komanda turi prieigą prie „želatinos plokštės“ pjaustymui, sausainių pjaustytuvus, plastikinį peilį, „Light Blox“ (ar kitą šviesos šaltinį), popieriaus lapą ir įrašymo medžiagą.
• Jei įmanoma ir saugu, pritemdykite šviesas
• Apsistokite klasėje ir stebėkite komandas, kai mokiniai ruošia ir organizuoja savo įrangą.
• Cirkuliuokite visame kambaryje, stebėdami, kaip studentai dirba. Kai komandos dirba, stebėkite jų pastangas, kad želatina spindėtų „Light Blox“, padėtų asmenims ar komandoms, kovojančioms su įrangos valdymu ir sąranka.
• Jei reikia, įtraukite mokinius į diskusiją apie savo veiklą. Užduokite mokiniams atvirus klausimus apie jų pastangas sutvarkyti įrangą, iškirpti figūras, nukreipti šviesas, įrašyti, ką jie pastebi, ir kaip jie įprasmina savo pastebėjimus.
• Jei reikia, sustabdykite pamoką, kad pasidalytumėte vienos ar kelių komandų darbu su kitomis komandomis. Naudokite tokias pertraukas, kad paryškintumėte teigiamus tyrinėjimo pavyzdžius, įskaitant, bet neapsiribojant: kūrybinį dizainą, šviesų, želatinos ir ekrano derinimo metodus, įrašų tvarkymą ir komandinį darbą.

Visą laikotarpį priminkite mokiniams saugoti išsamų savo darbo įrašą, kurį jie nurodys tolesnėje diskusijoje.

Apibendrinkite ir apmąstykite

Uždarykite veiklą, paskatinkite komandas pasidalyti savo darbu ir padarykite išvadas apie rezultatus.

• Klasėje aptarkite mokinių išvadas
  • Kaip geriausia orientuoti želatiną ir žibintus stebėti šviesos kelią, einantį per želatiną
  • Kaip želatinos forma veikia šviesos kelią, kai ji eina per želatiną
  • Prisiminkite, kad ateityje kursite lęšių sistemą, kuri pagerins žmogaus regėjimą. Ką šiandien nuveikėte ir sužinojote, kas tinka šiam iššūkiui?
  • Kaip klasė, sutarkite dėl šviesos kelio sekimo procedūros, kai ji išeina iš šviesos šaltinio, praeina per želatiną ir paskui išeina iš želatinos.

Kas vyksta? Refrakcijos apibrėžimas ir nuoroda į daugiau informacijos. Neprivaloma: kinestetinė refrakcijos veikla http://laserclassroom.com/products/kinesthetic-model-refraction/

2 VEIKLA: EKSPERIMENTAS SU Lęšio forma (45-60 min.)

Santrauka

Studentai naudoja mokslinį procesą, norėdami atskleisti kokybiška ryšys tarp šviesos ir lęšio formos (įgaubtas, išgaubtas, kvadratas, apskritimas).

Mokymosi rezultatai

Dėl šios veiklos mokiniai galės įrašyti vieno šviesos pluošto kelią, einantį nuo šviesos šaltinio per vieną lęšio pusę į kitą želatinos gabalo pusę; ir padaryti išvadas apie tai, kaip šviesa keliauja per želatinos gabalėlį su

• Plokščias/tiesus paviršius
• Išlenktas paviršius
• Apibūdinkite, pademonstruokite ir užfiksuokite šviesos kelią, einantį per išgaubtą ir įgaubtą lęšį (naudojant 3 šviesas)
• Nustatykite ir apibrėžkite: įgaubtas lęšis, išgaubtas objektyvo spindulys, lūžęs spindulys

Ankstesnės žinios ir įgūdžiai

Apžvalga veiklos pradžioje:

• Kaip orientuoti želatiną ir šviesas (iš ankstesnės veiklos)
• Kaip įrašyti šviesos kelią, einantį per želatiną (iš ankstesnės veiklos)

Nustatykite veiklai

Nustatykite 4 stotis

• 3 „Light Blox“ ir želatinos apskritimas
• 3 „Light Blox“ ir želatinos kvadratas
• 3 žibintai ir išgaubtas objektyvas
• 3 žibintai ir įgaubtas įgaubtas lęšis

Prieš pradedant eksperimentą: paaiškinkite mokslinį procesą

• Skatinkite sistemingą šviesos ir lęšių tyrimą. Kiekvienoje stotyje mokiniai dokumentuoja savo pastebėjimus ir piešia, įskaitant atitinkamas etiketes (krintantys ir lūžę spinduliai, įgaubtas arba išgaubtas lęšis)
• Skirtumas tarp nepriklausomų ir priklausomų kintamųjų
• Kurie kintamieji yra nepriklausomi ir priklausomi kintamieji kiekvienoje stotyje
• Priklausomas kintamasis yra lęšio forma - įgaubta arba išgaubta
• Papildomi mokslinio proceso žingsniai, kurių tikitės, kad mokiniai atliks nuo hipotezės pateikimo iki išvadų darymo.
• MOKSLINIS PROCESAS: https://nces.ed.gov/nceskids/help/user_guide/graph/variables.asp

Parodykite/modeliuokite, kaip išmatuoti ir įrašyti:

• Padėtis ir atstumas nuo šviesos šaltinių iki objektyvo
• Pasikeičia tai, kas atsitinka šviesos keliui, kaip priklausomam kintamajam (lęšio forma).
• Šviesos elgesys praeinant pro objektyvą
• Peržiūrėkite žodyną, kaip parodote
  • Įvykio spindulys
  • Lūžęs spindulys
  • Įgaubtas objektyvas
  • Išgaubtas objektyvas
  • Židinio taškas

Palengvinti veiklą

• Išdalinkite mokinio darbalapį #3
• Paaiškinkite, kad šioje veikloje studentai pasitelks mokslinį procesą, kad galėtų labiau organizuotai ir konkrečiai analizuoti įvairių tipų lęšių poveikį šviesos elgesiui. Paaiškinkite mokiniams, kad jie suksis per keturias stotis.
• Paaiškinkite, kad kiekvienoje stotyje jie praleis šviesą per vieno tipo objektyvą ir užfiksuos šviesos spindulių elgesį einant pro lęšius.
• Nurodykite mokiniams stebėti ir fiksuoti piešinius ir etiketes kiekvienoje stotyje:
  • Šviesos šaltinis
  • Įvykis Rėjus
  • Lūžęs Rėjus
  • Įgaubtas objektyvas
  • Išgaubtas objektyvas
  • Kontaktinis taškas (šiuo metu nereikia įvesti židinio nuotolio arba aptarti ryšio tarp židinio taško ir vizijos, nebent jis iškyla)
  • Pastabos, išvados, kiti pastebėjimai
• Padalinkite mokinius į poras. Stotims priskirti poras.
• Nustatykite kiekvienoje stotyje praleisto laiko lūkesčius ir žibintų bei objektyvo išdėstymo skaičių, kurio tikitės, kad mokiniai išmatuos ir įrašys kiekvienoje stotyje.
• Cirkuliuokite po visą kambarį, kol komandos stebi jų pastangas. Padėkite komandoms nustatyti savo įrangą, nustatyti priklausomus ir nepriklausomus kintamuosius bei išmatuoti, įrašyti ir piešti jų rezultatus.
• Jei reikia, aptarkite su studentais jų eksperimentinę sąranką, šviesos padėties matavimo metodus, į objektyvą patenkančio ir pro jį sklindančio šviesos pluošto kampą ir kokius kintamuosius jie išlaikys pastovius, kai persikels į kitą stotį ir kitas objektyvas.
• Jei atsiranda galimybė pabrėžti mokinių pastangas, klasėje aptarkite kai kuriuos pastebėjimus. Leiskite mokiniams paaiškinti savo bendraamžiams savo eksperimentinę sąrangą, rezultatų matavimo ir registravimo metodus ir planus, kad jų darbas būtų nuoseklus iš vienos stoties į kitą.
• Stebėkite laiką. Prieš persikeldami į kitą stotį, duokite mokiniams pakankamai laiko pertvarkyti ir išmatuoti savo šviesas bent du ar tris kartus.
• Likus maždaug 5 minutėms iki mokinių sukimosi į kitą stotį, duokite „išankstinį įspėjimą“. Pasakykite jiems, kad jie baigtų darbą dabartinėje stotyje.
• Likus 1–2 minutėms, paprašykite mokinių išsivalyti ir atkurti stotį tokią, kokia buvo radus (ar geriau). Jei laikas leidžia, pasukite į kitą stotį. Jei ne, paaiškinkite, kad kitą laikotarpį mokiniai tęs tą pačią vietą, kur baigė.

Apibendrinkite ir apmąstykite

Uždarykite veiklą, paskatinkite komandas pasidalyti savo darbu ir padarykite išvadas apie rezultatus.

• Klasėje aptarkite ir pasidalykite rezultatais bei išvadomis
  • Kvadratas prieš apskritimą
  • Įgaubti lęšiai sukuria židinio tašką prieš objektyvą
  • Išgaubti lęšiai sukuria židinio tašką objektyvo gale
  • Atstumas nuo objektyvo centro iki židinio yra vadinamas židiniu
  • ilgis
  • Adreso žodynas

3 VEIKLA: SUSIKURTI SAVO Lęšių - DIZAINAS IR DOKUMENTAI (45-60 min.)

Santrauka

Studentai užsiima kryptingu tyrinėjimu ir naudoja tai, ką išmoko iki šiol, kad dokumentuotų procesą, kaip patikimai sukurti/suprojektuoti įgaubtus ir išgaubtus įvairaus dydžio (pločio) lęšius.

Mokymosi rezultatai

Dėl šios veiklos studentai galės:

• Apibūdinkite, pademonstruokite ir užfiksuokite, kaip apskritu slapukų pjaustytuvu iš želatinos iškirpti įgaubtą ir išgaubtą lęšį.
• Padarykite išvadas iš įrodymų, kaip šviesos kelias elgiasi, kai keičiasi priklausomas kintamasis (objektyvo forma, dydis, atstumas nuo šviesos šaltinio).

Prieš užsiėmimą pristatykite, aptarkite ar peržiūrėkite

• Įgaubti ir išgaubti lęšiai
• Kaip dokumentuoti pakartojamą procesą http://www.wikihow.com/Document-a-Process

Palengvinti veiklą

Primygtinai rekomenduojame šį pamokų laikotarpį skirti mokiniams tam tikrą laiko tarpą (15–20 minučių), kad parodytumėte jiems, kokias formas jie sukuria ir pateikėte jiems medžiagą, o ne aiškiai parodyti mokiniams, kaip kurti formas. Kai jie supras, kaip sukurti įgaubtą ir išgaubtą lęšį, jie dokumentuos naudojamą procesą.

Šis iššūkis yra pagrindas suprasti ką nors pagrindinio, bet ne intuityvaus apie tokius objektyvus - kad jie yra gauti iš apskritimų; ir tobulesnis matematikos supratimas, apibūdinantis lęšių savybes. Ši paprasta praktinė veikla suteikia mokiniams patyriminę, intuityvią įgaubtų/išgaubtų lęšių ir apskritimų santykio patirtį.

• Pristatykite šiandienos iššūkį: dokumentuokite procesą, kaip iškirpti išgaubtą ir įgaubtą lęšį
  • Įgaubta: 2-3 skirtingi dydžiai
  • Išgaubta: 2-3 skirtingų dydžių
• Kiekvienai mokinių porai padovanokite apvalių sausainių formelių rinkinį ir ~ 9 ”X 7” plokštelę želatinos.
• Skirkite 15-20 minučių studentų komandoms eksperimentuoti, kaip iškirpti lęšių formas, sutelkiant dėmesį į tai, kad būtų dokumentuojamas pakartojamas ir patikimas procesas, naudojant apvalius slapukų pjaustytuvus įgaubtiems ir išgaubtiems lęšiams kurti.
• Cirkuliuokite visame kambaryje, kol komandos stebi jų pastangas. Jei reikia, padėkite komandoms nustatyti savo įrangą.

Apibendrinkite ir apmąstykite

• Sustabdykite mokinius po 15-20 minučių, kad surengtumėte klasės diskusiją apie mokinių darbą. Leiskite mokiniams paaiškinti savo bendraamžiams savo eksperimentinę sąrangą ir proceso dokumentavimo metodus.
• Kaip klasė, parašykite (dokumentuokite) procesą, remdamiesi mokinių išvadomis ir įnašais.

4 VEIKLA: EKSPERIMENTAS SU Lęšio dydžiu (PLOTIS) (45-60 min.)

Santrauka

Naudodamiesi procesu, dokumentuotu paskutiniame klasės laikotarpyje, mokiniai įsitraukia į mokslinį procesą, norėdami rinkti ir įrašyti duomenis ir padaryti išvadą apie priklausomo kintamojo (objektyvo pločio) poveikį židinio nuotoliui. Tai yra kokybiška. Pavyzdžiui, židinio nuotolis tampa ilgesnis arba trumpesnis.

Suprasti, kaip lęšio dydis (plotis) ir atstumas nuo šviesos šaltinio iki objektyvo veikia židinio nuotolį, padės studentams sukurti lęšių sistemą, kuri pagerintų regėjimą, kai jie susiduria su paskutiniu iššūkiu.

• Studentai:
  • dizainas:
    • Įgaubta: 2-3 skirtingo pločio
    • Išgaubta: 2-3 skirtingo pločio
  • Įrašas: spindulio kelias IR apytikslis židinio nuotolis
    • Įgaubti lęšiai: 2-3 skirtingo pločio
    • Išgaubti lęšiai: 2-3 skirtingo pločio
  • Padarykite kokybinį ryšį tarp objektyvo pločio ir židinio nuotolio
  • Terminai ir sąvokos:
    • Šviesos šaltinis
    • Židinio nuotolis - kaip keičiasi objektyvo pločio židinio nuotolis?

Prieš užsiėmimą pristatykite, aptarkite ar peržiūrėkite

• Skirtumas tarp nepriklausomų ir priklausomų kintamųjų
• Kurie kintamieji yra nepriklausomi ir priklausomi kintamieji šiandieninėje veikloje -
  • Objektyvo plotis IR šviesos šaltinio atstumas nuo objektyvo yra priklausomi kintamieji, turintys įtakos rezultatui: židinio nuotolis
• Sąvokos apibrėžimas židinio nuotolis ir trumpai, jo santykis su regėjimu.
  • Šviesos šaltinis = objektas (šviesa šokinėja nuo objekto į akį)
  • Į akis patekusi šviesa turi būti nukreipta tiesiai į tinklainę, kad susidarytų aiškus vaizdas.
• Jei norite įvesti daugiau matematikos ar išsamiau pažvelgti į židinio nuotolį, „Khan Academy“ siūlo puikią apžvalgą:
  • Išgaubta: https://www.khanacademy.org/science/physics/geometricoptics/lenses/v/convex-lenses
  • įgaubtas: https://www.khanacademy.org/science/physics/geometricoptics/lenses/v/concave-lenses

Parodykite/modeliuokite, kaip stebėti, matuoti ir įrašyti

• Kaip nustatyti apytikslį įgaubto ir išgaubto lęšio židinio nuotolį
• Pasikeičia tai, kas atsitinka su šviesos, kaip priklausomo kintamojo, elgesiu (keliu) (objektyvo plotis).
• Peržiūrėkite arba pristatykite žodyną, kaip parodote
  • Įvykio spindulys
  • Lūžęs spindulys
  • Įgaubtas objektyvas
  • Išgaubtas objektyvas
  • Židinio nuotolis

Palengvinti veiklą:

Skatinkite sistemingus eksperimentus su šviesa ir lęšiais

• Pristatykite šios dienos veiklos tikslą:
  • Surinkite duomenis ir padarykite išvadas apie objektyvo dydžio (pločio) įtaką židinio nuotoliui
  • Surinkite duomenis ir padarykite išvadas apie atstumo nuo šviesos šaltinio iki objektyvo įtaką židinio nuotoliui
• Kiekvienai mokinių porai duokite medžiagą:
  • Apvalių sausainių formelių rinkinys
  • 9 x 13 colių želatinos plokštė
  • Trijų „Light Blox“ rinkinys
• Duokite mokiniams nurodymus
  • Sukurkite 3 įvairaus pločio išgaubtus lęšius
  • Išmatuokite ir užrašykite kiekvieno objektyvo plotį ir atitinkamą židinio nuotolį
• Duokite mokiniams nurodymus
  • Sukurkite 3 įvairaus pločio įgaubtus lęšius
  • Išmatuokite ir užrašykite kiekvieno objektyvo plotį ir atitinkamą židinio nuotolį
• Duokite mokiniams nurodymus
  • Išmatuokite ir užfiksuokite, kaip keičiasi židinio nuotolis keičiantis atstumui tarp šviesos šaltinio ir objektyvo.
• Kai komandos užfiksuoja savo matavimus ir stebėjimus, veikla baigiama.
• Suteikite mokiniams laiko užbaigti savo darbą, prireikus užpildydami duomenų lenteles ir brėžinius.
• Skirkite laiko valymui.

Santrauka ir atspindys

Paprašykite komandų pasidalinti savo rezultatais. Surenkite klasės diskusiją, kurioje komandos/asmenys paaiškina, ką jie padarė, ką pastebėjo ir kokią prasmę turi rezultatams. Priklausomai nuo jūsų požiūrio, galbūt norėsite naudoti vieną iš kelių aktyvaus mokymosi strategijų arba pakviesti savanorius piešti ar pademonstruoti savo darbą klasės priekyje.

• Naudodami mokinių rezultatus, įskaitant brėžinius ir duomenų lenteles, palyginkite skirtumą tarp šviesos praleidimo per kiekvieno tipo objektyvus.
• Klasėje aptarkite tokius klausimus:
  • Kas atsitinka židinio nuotoliui didėjant ar mažėjant objektyvo pločiui?
  • Ar jis toks pat įgaubtas kaip ir išgaubtas?
  • Ar rezultatai skiriasi nuo atstumo nuo šviesos iki objektyvo?
  • Ką sužinojote apie išgaubtus ir įgaubtus lęšius, kurie padės išspręsti paskutinį iššūkį?
• Klasėje aptarkite eksperimento rezultatus. Klausimai, į kuriuos reikia atsakyti, apima, bet neapsiriboja:
  • Kaip keičiasi židinio taškas, kai objektyvas tampa mažesnis/didesnis?
  • Kokie įrodymai patvirtina šias išvadas?
  • Kuo skiriasi įgaubtų ir išgaubtų lęšių rezultatai?
  • Kaip suprasti santykį tarp lęšio formos ir dydžio bei židinio taško padeda susidurti su paskutiniu iššūkiu suprojektuoti lęšių sistemą, kuri pagerintų regėjimą?
  • Jei studentai prognozavo židinio tašką ir objektyvo dydį, kaip jų prognozė buvo lyginama su rezultatais? Ar kokie nors rezultatai nustebino?
  • Paskutiniame užsiėmime jums bus pasiūlyta sukurti lęšių sistemą, skirtą pagerinti regėjimą. Ką sužinojote apie objektyvus ir židinio tašką, kurie padės įveikti iššūkį?
  • Prisiminkite akies vaizdus (normalius, artimus ir toliaregius). Į kurią diagramos dalį norėtumėte, kad šviesa sufokusuotų?

5 VEIKLA: EKSPERIMENTAS SU 2 LENČIŲ SISTEMOMIS (45-60 min.)

Santrauka

Paskutinė veikla, ruošiantis „Design Challenge“, mokiniai tyrinėja šviesos elgesį, kai jis praeina per įvairius lęšių porų derinius. Paskutiniame iššūkyje mokiniai gauna paciento akies schemą. Vienas sistemos lęšis atspindi akyje esantį lęšį. Studentai turės suprojektuoti vieną ar kelis želatinos lęšius, kad ištaisytų ar pagerintų paciento regėjimą. Lęšių derinys ir jų derinimas turi sutelkti šviesą į tinklainę paciento akies diagramoje.

PIRMAI užpildykite paskutinę KWL diagramos dalį.

Mokymosi rezultatai

Šios pamokos metu mokiniai galės:

• Apibūdinkite, pademonstruokite ir užfiksuokite dviejų lęšių sistemos poveikį šviesos ir židinio nuotolio kelyje
  • 2 išgaubti lęšiai
  • 2 įgaubti lęšiai
  • 1 įgaubtas ir 1 išgaubtas lęšis
• Apibūdinkite lęšių vaidmenį įvairiose priemonėse, naudojamose regėjimui pagerinti arba vaizdams fokusuoti
  • fotoaparatas
  • Teleskopas
  • Mikroskopas
  • Didinamasis stiklas
• Apibūdinkite lęšių vaidmenį žmogaus regėjime
  • Žmogaus akyje yra išgaubtas lęšis
  • Aiškus žmogaus regėjimas priklauso nuo sugebėjimo sutelkti šviesą į tinklainę
  • Trumparegystė ir toliaregystė kaip dažnos regėjimo problemos
• Numatykite, kaip įvairūs lęšiai gali pagerinti žmogaus regėjimą, kai yra trumparegystė ar hiperopija.

Neprivaloma matematika

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

Nustatykite eksperimentų su keliais objektyvais etapą.

Kaip klasė, sudarykite įvairių instrumentų, kuriuose naudojami du ar daugiau lęšių, sąrašą. Jei mokiniai teigia, kad akis kartu su akiniais yra lęšių sistema, paaiškinkite, kad paskutinėje pamokoje jie konkrečiai nagrinės šį derinį. Dabar sutelkite dėmesį į tokius instrumentus kaip teleskopai, mikroskopai ir žiūronai.

Paprašykite mokinių paaiškinti, kaip, jų manymu, veikia įvairūs instrumentai ir kokie yra lęšių, lęšių ir šviesos santykiai.

Paaiškinkite, kad šios veiklos metu mokiniai ištirs šviesos elgsenos lęšių derinius. Paaiškinkite, kad jie praleis šviesos spindulį per du lęšius, kad stebėtų ir įrašytų rezultatus.

Klasėje aptarkite daugybę eksperimento kintamųjų, kuriuos keisti ir kuriuos palikti tuos pačius. Kai kurie kintamieji, kuriuos studentai turėtų atpažinti, yra šie:

• Atstumas tarp lęšių
• Lęšių tipų derinys, sukuriantis lęšių poras
• Šviesos šaltinio padėtis ir atstumas iki lęšių

Palengvinti veiklą

Paaiškinkite, kad šioje veikloje mokiniai turi kruopščiai registruoti savo darbą. Priklausomai nuo turimo laiko, visos komandos turi dirbti su visais objektyvų deriniais arba suskirstyti klasę į „ekspertų grupes“ ir paskirti joms atsakomybę pranešti klasei apie tirtą sistemą.

Komandos turėtų eksperimentuoti su visais arba kai kuriais iš šių objektyvų derinių:

• Išgaubta + išgaubta
• Įgaubtas + įgaubtas
• Išgaubta + įgaubta
• PIRMAI užpildykite paskutinę KWL diagramos dalį
• Paprašykite mokinių suplanuoti savo eksperimentą, sudaryti jų sąranką ir sudaryti duomenų lentelę, kurioje įrašykite rezultatus. Arba ant lentos nupieškite įrangos sąranką ir kiekvienai komandai išdalinkite duomenų lentelę.
• Kai komandos parodys tinkamą savo eksperimentų planą, pateikite joms želatiną ir įrankius.
• Įsitikinkite, kad mokiniai tyrinėja lęšių derinių poveikį IR atstumo tarp lęšių keitimo poveikį.
• Atkreipkite dėmesį į skirtingų lęšių derinių poveikį šviesos elgesiui.
• Atkreipkite dėmesį į atstumo tarp lęšių keitimo poveikį šviesos elgesiui.
• Pasivaikščiokite po visą kambarį ir stebėkite mokinius. Jei reikia, įtraukite komandas į jų eksperimentinių procedūrų, matavimų, stebėjimų ir rezultatų aptarimą. Padėkite jiems susieti savo metodus su rezultatais.
• (Neprivaloma) Paprašykite mokinių sukurti „spindulių diagramas“ tokiems lęšiams, kaip parodyta čia.

Santrauka ir atspindys

Uždarykite studentų atliktus eksperimentus. Kaip klasė, peržiūrėkite šviesos elgesį, kai ji praeina pro įvairias lęšių poras, ir atstumo tarp lęšių porų keitimo poveikį.

• Jei reikia, prieš pristatydami leiskite mokiniams laiko peržiūrėti ir užbaigti ankstesnio pamokos veiksmo darbus.
• Tegul komandos dalijasi savo rezultatais. Skatinkite mokinius remtis piešiniais ir duomenimis, kad paaiškintų savo pastebėjimus ir išvadas.
• Klasėje aptarkite tokius klausimus:
  • Kas nutinka židinio taškui, kai vieną objektyvą priartini arčiau ar toliau nuo kito? Ar tai priklauso nuo to, kokį objektyvų derinį naudojate?
  • Kas nutinka dviejų išgaubtų lęšių židinio taškui
  • Kas nutinka dviejų įgaubtų lęšių židinio taškui?
  • Kas atsitinka su įvairiais skirtingų objektyvų deriniais?
  • Kaip darbas su dviem (ar daugiau) lęšiais taikomas galutiniam iššūkiui sukurti lęšių sistemą, kuri pagerintų paciento regėjimą?
  • Kaip manote, kokie lęšių deriniai pagerins trumparegio paciento regėjimą?
  • Kaip manote, kuris lęšių derinys pagerins toliaregystės paciento regėjimą?

PASIRENKAMA

• Eksperimentuokite su papildomais lęšių deriniais.
• Tyrinėkite įvairių instrumentų, kuriuose naudojami lęšiai, pavyzdžiui, teleskopus, lazerius, mikroskopus ir žiūronus, dizainą.

Iššūkis: suprojektuokite dviejų lęšių sistemą, kad išspręstumėte regėjimo problemą (2–45 min.)

Santrauka

Ši veikla yra nukreipta į mokinių vedimą, kad būtų sukurta lęšių sistema, ištaisanti regėjimo problemą. Veiklos pamokos tikslas nėra suprojektuoti tobulą objektyvą, bet suprasti, kas padeda išspręsti inžinerinio proceso problemą. Skirkite daug laiko ir tam tikras struktūrines ribas, kad atradimai paskatintų tyrinėti!

Ankstesnės žinios ir įgūdžiai

• Šviesa keliauja tiesia linija, kol atsitrenkia į objektą arba keliauja iš vienos terpės į kitą
• Viskas, ką matome, yra šviesos, patenkančios į mūsų akis, rezultatas; didžioji dalis tos šviesos atsispindi
• Kai šviesa pereina iš vienos terpės į kitą (ty per lęšį), šviesa sulenkiama arba lūžta
• Lęšio forma ir medžiaga daro įtaką šviesos lenkimui
• Akyje yra lęšis, kuris nukreipia šviesą į tinklainę. Aiškus regėjimas priklauso nuo akies lęšio sugebėjimo sulenkti į akį patenkančią šviesą taip, kad vaizdas susidarytų būtent tinklainėje

Palengvinti veiklą:

• Peržiūrėkite ir remkitės studentų KWL diagrama
• Kiekvienai 3 mokinių grupei išdalinkite vieną „Light Blox“ komplektą su įpjautais dangteliais ir du suformuotus želatinos lęšius (vieną išgaubtą ir vieną įgaubtą).
• Parodykite mokiniams, kaip įjungti šviesą, ir skirkite jiems 3–5 minutes, kad ištirtų, kaip šviesa juda per lęšius.
• Išdalinkite „normalų“ regėjimą turinčios akies šabloną. Paprašykite mokinių įdėti išgaubtą lęšį „į akį“, kad pamatytų, jog šviesa patenka į tinklainės židinį. Matymas aiškiai priklauso nuo to, ar židinys nusileidžia tam tikroje akies vietoje, vadinamoje tinklaine.
• Tada paprašykite mokinių uždėti išgaubtą lęšį ant hiperopinės akies šablono, kuriam reikia koreguoti regėjimą, nes šviesa patenka į netinkamą vietą. Atkreipkite dėmesį, kur yra židinio taškas. Tai nesukuria geros vizijos!
• Paprašykite jų apibrėžti problemą ir spėlioti sprendimą ... Kas gali „perkelti“ centrą į kitą vietą. Šiuo metu leiskite mokiniams šiek tiek laiko kartu su įgaubtais ir išgaubtais lęšiais, kad jie galėtų sužinoti, kad įgaubtas lęšis perkelia židinio tašką.
• Tada kiekvienai grupei suteikite kvadratą (~ 4 ”X 8”) paruoštos dvigubo stiprumo paprastos želatinos ir 3 apvalius įvairaus skersmens sausainių pjaustytuvus.
• Paaiškinkite, kad naudodami šią želatiną jie sukurs antrą objektyvą, kad išspręstų regėjimo problemą. Jiems prieinamos medžiagos ir įrankiai yra želatina, peilis ir sausainių pjaustyklės!
• Pirmiausia paprašykite mokinių pasipraktikuoti kurti įgaubtus ir išgaubtus lęšius su jų slapukų pjaustytuvais ir želatina.
• Toliau paprašykite mokinių sukonstruoti lęšius, naudojant sausainių pjaustytuvus, plastikinį peilį ir želatiną, kurie ištaisys šablonuose parodytas regėjimo problemas.
• Kai studentai kuria, išbando ir tobulina savo lęšių dizainą, jie naudojasi inžinerijos proceso esminiais dalykais, naudodamiesi lęšiais ir šviesa.

Tikslas yra leisti mokiniams suprasti, kad šviesa galima manipuliuoti lęšiais - ir tai darydami jie gali išspręsti problemas. Bus sudėtinga teisingai pasirinkti objektyvą. Pažangesniems studentams galite įvesti židinio nuotolį, kreivumo spindulį ir lūžio rodiklį kaip matematinius sprendimų kūrimo metodus, o ne jų naudojamą „bandymų ir klaidų“ metodą.

Pamoka vyresniems mokiniams gali būti atliekama vos per 1 klasės laikotarpį. Tačiau norėdami padėti studentams nesijausti skubotiems ir užtikrinti mokinių sėkmę (ypač jaunesniems studentams), padalykite pamoką į du laikotarpius, suteikdami studentams daugiau laiko galvoti, išbandyti idėjas ir užbaigti jų dizainą. Atlikite testavimą ir trumpą informaciją kitame klasės laikotarpyje.

Akių diagramos

Interneto ryšys

• https://www.bbc.co.uk

Rašymo veikla

Kokias kitas lęšių programas galima naudoti mūsų pasaulyje?

Derinimas su ugdymo turinio sistemomis

Pastaba: Visi šios serijos pamokų planai suderinti su Kompiuterių mokslų mokytojų asociacijos K-12 informatikos standartais, JAV bendrais pagrindiniais valstybiniais matematikos standartais ir, jei taikoma, taip pat su Nacionaline matematikos mokytojų tarybos principais ir mokyklinės matematikos standartais, Tarptautinės technologinio švietimo asociacijos technologinio raštingumo standartai ir JAV nacionaliniai mokslo švietimo standartai, kuriuos parengė Nacionalinė tyrimų taryba.

Pagrindinės drausmės idėjos 

4. PSXNUMX.B: elektromagnetinė spinduliuotė

o Šviesos kelią galima atsekti kaip tiesias linijas, išskyrus paviršius tarp skirtingų skaidrių medžiagų (pvz., oro ir vandens, oro ir stiklo), kur šviesos kelias lenkiasi tarp terpės. (MS-PS4-2)

TS ETS1.A: Inžinerinių problemų apibrėžimas ir atribojimas

o Kuo tiksliau galima apibrėžti projektavimo užduoties kriterijus ir apribojimus, tuo didesnė tikimybė, kad sukurtas sprendimas bus sėkmingas. Apribojimų aprašymas apima mokslinių principų ir kitų svarbių žinių, kurios gali apriboti galimus sprendimus, svarstymą (MS-ETS1-1)

∙ ETS1.B: Galimų sprendimų kūrimas

o Sprendimas turi būti išbandytas, o tada pakeistas, remiantis bandymų rezultatais, siekiant jį pagerinti. MS-ETS-4)

Mokslas ir inžinerijos praktika 

∙ Apibrėžkite projektavimo problemą, kurią galima išspręsti kuriant objektą, įrankį, procesą ar sistemą ir kuri apima kelis kriterijus ir apribojimus, įskaitant mokslines žinias, kurios gali apriboti galimus sprendimus. (MS-ETS1-1)

∙ Sukurkite ir naudokite modelį reiškiniams apibūdinti (MS-PS4-2)

∙ Analizuokite ir interpretuokite duomenis, kad nustatytumėte išvadų panašumus ir skirtumus. (MS ETS1-3)

Kryžminės sąvokos

∙ Struktūra ir funkcijos

o Konstrukcijos gali būti suprojektuotos atlikti tam tikras funkcijas, atsižvelgiant į skirtingų medžiagų savybes ir į tai, kaip medžiagos gali būti formuojamos ir naudojamos (MS PSR-2)

o Konstrukcijos gali būti suprojektuotos atlikti tam tikras funkcijas

1 mokinio darbalapis: KWL diagrama

Mokinio vardo data

Slaugytojos, gydytojai ir inžinieriai kartu kuria ir gamina akinius ir kitas regėjimą gerinančias priemones. Atlikdami šį iššūkį, suprojektuosite lęšių sistemą, kad pagerintumėte paciento regėjimą.

Ką reikia žinoti apie žmogaus akis ir lęšius, kad padėtų pagerinti žmogaus regėjimą?

Naudokite toliau pateiktą KWL grafikos organizatorių, kad išvardytumėte tai, ką žinote, norite žinoti ir išmokote kurti akinius, kad pagerintumėte kieno nors regėjimą

2 mokinio darbalapis: medžiagos ir eksperimentinė sąranka

Mokinio vardo data

Norėdami užbaigti projektavimo užduotį šio įrenginio pabaigoje, turėsite žinoti, kaip nukreipti želatiną ir šviesas, kad būtų galima stebėti šviesos kelią, einantį iš šviesos šaltinio per želatinos gabalėlį

Naudodami žodžius ir (arba) piešinius, aprašykite ir dokumentuokite šviesos kelią, einantį per želatiną: o Želatina padėta ant stalo o Želatina NĖRA padėta ant stalo

• 1 spindulys, kurio platesnėje pusėje yra „Light Blox“
• 1 spindulys, kurio siauresnėje pusėje sėdi „Light Blox“
• 3 sijos vienu metu

3 mokinio darbalapis: spindulių sekimas

Naudodami žodžius ir piešinius, užfiksuokite vieno šviesos pluošto kelią, einantį nuo šviesos šaltinio per vieną lęšio pusę į kitą želatinos gabalo pusę; ir padaryti išvadas apie tai, kaip šviesa keliauja per želatinos gabalėlį su

• Plokščias/tiesus paviršius
• Išlenktas paviršius
• Apibūdinkite, pademonstruokite ir užfiksuokite šviesos kelią, einantį per išgaubtą ir įgaubtą lęšį (naudojant 3 šviesas)
• Nustatykite ir apibrėžkite: įgaubtas lęšis, išgaubtas objektyvo spindulys, lūžęs spindulys

  4 mokinio darbalapis: akių šablonas