Mata Optik
Matlamat pelajaran ini adalah untuk memberi pelajar peluang terbuka untuk meneroka dan bekerja dengan bahan, membuat dan berkongsi pemerhatian, dan membina pemahaman asas mengenai hubungan antara bentuk gelatin dan cahaya.
Perkenalkan pelajar untuk:
- Cahaya
- Kanta
- Teknologi penglihatan bantu
Tahap Umur: 10-14
Kit
- Kit yang merangkumi bahan aktiviti boleh didapati di: https://laserclassroom.com/product/eyes-on-optics-kit-a-gelatin-optics-engineering-project/
Pengenalan
- Lembaran Kerja Pelajar 1: Carta KWL - JIMAT untuk digunakan lagi dalam Aktiviti 5
- Gambar rajah / pembahagian mata normal, hiperopik dan rabun
- Sepasang cermin mata
Aktiviti 1
- Lembaran Kerja Pelajar # 2: Bahan dan Persediaan Eksperimen
- Kepingan Gelatin yang disediakan (lihat resipi di bawah)
- Set Light Blox (https://laserclassroom.com/light-blox/ATAU Laser Blox (https://laserclassroom.com/laser-blox/)
- Set pemotong kuki pekeliling
- Pisau plastik
Aktiviti 2
- Lembaran Kerja Pelajar # 3: Jejak Sinar
- Bentuk Gelatin yang disiapkan
- Kanta cembung yang dibentuk
- Kanta cekung yang dibentuk
- Kotak gelatin (~ 3 "X 3")
- Lingkaran Gelatin (~ 3 "diameter)
- Set Light Blox (https://laserclassroom.com/light-blox/ATAU Laser Blox (https://laserclassroom.com/laser-blox/)
Aktiviti 3
- 1 keping Gelatin siap setiap pasukan
- 1 Set pemotong kuki pekeliling setiap pasukan
- 1 pisau plastik setiap pasukan
Aktiviti 4
- 1 keping Gelatin siap setiap pasukan
- 1 Set pemotong kuki pekeliling setiap pasukan
- 1 pisau plastik setiap pasukan
Aktiviti 5
- Lembaran Kerja Pelajar # 1
- 1 keping Gelatin siap setiap pasukan
- 1 Set pemotong kuki pekeliling setiap pasukan
- 1 pisau plastik setiap pasukan
Aktiviti 6
- 1 keping Gelatin siap setiap pasukan
- 1 Set pemotong kuki pekeliling setiap pasukan
- 1 pisau plastik setiap pasukan
- Templat Mata
- Carta KWL untuk rujukan
Cabaran Design
- Set Light Blox
- Set Kanta Cetakan - satu cekung dan satu cembung
- Kepingan gelatin
- Pisau plastik
- Pemotong Kuki
- Templat Mata
- Carta KWL yang telah dilengkapkan dari Lembaran Kerja # 1
Resipi Gelatin:
- Resipi berikut menghasilkan cukup gel untuk kira-kira enam cakera besar:
- 4 cawan air
- 8 sampul Gelatin Asli Knox
- 1 bekas dengan ukuran 9 "x 7" x 2 "
- Air mendidih. Campurkan 4 cawan air mendidih ke 8 sampul surat (atau nisbah 1: 2 air ke gelatin) Knox Original Gelatin.
- Untuk aktiviti # 2, tuangkan campuran ke dalam dulang acuan lensa.
- Untuk semua aktiviti lain, tuangkan campuran ke dalam bekas sehingga kedalaman cecair sekurang-kurangnya 0.75 inci. Masukkan gelatin di dalam peti sejuk semalaman untuk pekat.
Bahan
- Pelbagai jenis bahan kitar semula yang bersih dan kering (plastik, kaca, tin logam / aluminium, dan kertas) dalam tong sampah atau kotak kitar semula yang besar
- Meja panjang atau beberapa meja pendek diletakkan bersama
Proses
Letakkan reka bentuk di atas meja panjang (atau beberapa meja pendek diletakkan bersama-sama), tambahkan barang kitar semula ke reka bentuk dan dokumentasikan seberapa baik setiap reka bentuk menyusun barang kitar semula ke dalam tong berasingan.
Cabaran Design
Anda adalah sebahagian daripada pasukan jurutera yang diberi cabaran merancang sistem lensa untuk meningkatkan penglihatan pesakit. Anda akan menyelesaikan 6 aktiviti untuk mempelajari optik lensa dan mata manusia.
Kriteria
- Reka dan lakarkan sistem untuk meningkatkan penglihatan pesakit.
Kekangan
- Gunakan hanya bahan yang disediakan.
Pelajaran memerlukan enam tempoh kelas 45-60 minit
MENGENALI CABARAN
Ringkasan
Pelajaran ini diakhiri dengan cabaran reka bentuk, projek terbuka yang mendorong pelajar untuk bertanya, berinisiatif, dan berfikir secara kreatif. Cabaran kejuruteraan dan reka bentuk memberikan konteks dan makna untuk menggunakan proses saintifik, mengembangkan pengetahuan dan kemahiran teknikal, dan kejayaan dalam masyarakat moden.
Untuk memperkenalkan Cabaran Reka Bentuk ini, para pelajar disajikan dengan tujuan merancang sistem lensa untuk meningkatkan penglihatan pesakit, pelajar mengenal pasti apa yang mereka tahu dan perlukan mengenai optik lensa dan mata manusia untuk menghadapi cabaran.
Latar Belakang Kemahiran dan Pengetahuan
- Jalan cahaya dari sumber (atau objek) ke mata (Aktiviti Pilihan: Gua Bilik Darjah)
- Jalan cahaya ke dalam Mata Manusia: Retina dan titik fokus
- Aktiviti Pilihan - Eksperimen dengan visi anda sendiri
Sediakan untuk Aktiviti
Bahagikan pelajar kepada pasukan 2 atau 3. Tetapkan tahap untuk sesi sumbang saran mengenai struktur dan fungsi lensa dan mata manusia.
Pegang sepasang cermin mata.
Minta pelajar menerangkan bagaimana gelas berfungsi untuk meningkatkan penglihatan. Biarkan pelajar melakarkan reka bentuk mereka jika ia membantu mereka mengekspresikan diri mereka dengan lebih lengkap.
Jelaskan kepada kelas bahawa pelajaran ini berakhir dengan cabaran reka bentuk. Jelaskan bahawa pasukan pelajar akan merancang sistem lensa untuk meningkatkan penglihatan bagi pesakit. Jelaskan bahawa mereka akan menerima model mata pesakit dan akan ditugaskan untuk merancang satu set lensa untuk meningkatkan penglihatan pesakit.
Jelaskan bahawa pasukan perlu menjelaskan keputusan reka bentuk mereka berdasarkan data yang mereka kumpulkan semasa merancang dan menguji lensa.
Adakan Perbincangan Kelas - tanyakan kepada pelajar:
- Bagaimana cermin mata berfungsi?
- Bagaimana kacamata bergabung dengan mata untuk meningkatkan penglihatan?
- Adakah pelbagai jenis cermin mata mereka? Sekiranya demikian, bagaimana perbezaannya dan mengapa?
- Bagaimana anda fikir doktor mengetahui jenis lensa apa yang akan meningkatkan penglihatan?
Memudahkan Pelajaran
Paparkan gambar mata normal, hiperopik, dan mata rabun di layar dan / atau sebarkan selebaran kepada pasukan yang mempunyai gambar ini.
Sebagai kelas, kaji dan bincangkan perbezaan antara gambar. Bantu pelajar memahami dan perhatikan perkara berikut:
- Mengenal dan memahami fungsi asas struktur mata yang ditunjukkan dalam lukisan
- Lensa mata sama pada keseluruhannya
- Jarak dari lensa ke retina berbeza dari mata ke mata
- Retina terletak di tempat yang sama untuk semua mata
- Bentuk setiap mata secara keseluruhan berbeza
Sebarkan cabaran senario dan Lembaran Kerja Pelajar # 1, carta KWL kepada pelajar. Sebagai kelas, baca dan kaji senario. Benarkan pelajar melengkapkan KWL secara berpasangan.
Ringkasan dan Refleksi
Sebagai kelas, tinjau senario dan minta sukarelawan untuk berkongsi dari penganjur grafik KWL mereka, dan menilai pemahaman pelajar mengenai Reka Bentuk Reka Bentuk.
Kemukakan soalan kepada pelajar seperti:
- Bagaimana, dengan kata-kata anda sendiri, anda akan menggambarkan cabaran reka bentuk yang telah anda berikan?
- Apa yang anda perlu tahu untuk merancang sistem lensa untuk meningkatkan penglihatan?
- Apa yang anda sudah faham mengenai mata dan penglihatan manusia yang akan membantu anda menghadapi cabaran ini?
- Apa yang anda sudah faham mengenai sifat lensa yang akan membantu anda menghadapi cabaran ini?
- Menurut anda apa yang perlu anda pelajari untuk memenuhi cabaran reka bentuk?
AKTIVITI 1: JELASKAN DENGAN CAHAYA DAN GELATIN (45-60 min)
Ringkasan
Matlamat aktiviti ini adalah agar pelajar mencari dan mendokumentasikan cara paling berkesan untuk memerhatikan dan merakam jalan cahaya ketika meninggalkan sumber cahaya dan melewati dan kemudian keluar dari gelatin.
Pelajar akan mempunyai peluang terbuka untuk meneroka dan bekerja dengan bahan, membuat dan berkongsi pemerhatian, dan membina pemahaman asas mengenai hubungan antara bentuk gelatin dan cahaya. Penerokaan terbuka ini mendorong kreativiti dan penyelesaian masalah yang berguna untuk memenuhi cabaran terakhir merancang sistem lensa untuk meningkatkan penglihatan.
Hasil pembelajaran
Hasil daripada aktiviti ini, pelajar akan dapat:
- Orientasikan gelatin dan lampu untuk memerhatikan jalan cahaya ketika melewati dari sumber cahaya melalui sekeping gelatin
- Huraikan dan dokumentasikan jalan cahaya ketika melalui gelatin
o Dengan gelatin yang diletakkan rata di atas meja
o Dengan gelatin TIDAK diletakkan rata di atas meja
o 1 balok dengan Light Blox duduk di sisi yang lebih luas
o 1 balok dengan Light Blox duduk di sebelahnya yang lebih sempit
o 3 rasuk sekaligus
Pengetahuan dan Kemahiran Terdahulu
Sebelum memulakan Aktiviti 1:
- Pelajar harus mempunyai pemahaman mengenai Cabaran Reka Bentuk pada akhir Pelajaran ini. Lihat Bahagian "Memperkenalkan Cabaran" di atas.
- Memperkenalkan tujuan menyeluruh untuk aktiviti penerokaan: Untuk mencari dan mendokumentasikan cara paling berkesan untuk memerhatikan dan merakam jalan cahaya ketika meninggalkan sumber cahaya dan melewati dan kemudian keluar dari gelatin.
Tunjukkan / model cara mengukur dan mencatat perkara berikut:
- Tunjukkan kepada pelajar satu set bahan dan tunjukkan cara menggunakan pemotong kuki dan pisau plastik untuk membuat pelbagai bentuk gelatin.
- Tunjukkan kepada pelajar bagaimana memanipulasi bentuk sedemikian rupa sehingga mereka menyinari lampu melalui setiap permukaan.
- Tunjukkan kepada pelajar dua cara berbeza untuk mengorientasikan lampu yang melewati gelatin.
Memudahkan Aktiviti
Galakkan kreativiti, penerokaan, dan dokumentasi
- Model meneroka dan bereksperimen dengan bahan
- Keluarkan Lembaran Kerja Pelajar # 2 dan modelkan cara Merakam Pemerhatian
- Tunjukkan cara mendokumentasikan:
- Ukuran dan bentuk kepingan gelatin mereka
- Orientasi gelatin dan cahaya
- Seluruh jalur pancaran cahaya bermula ketika ia meninggalkan Light Blox ketika ia melewati dan kemudian keluar dari gelatin
- Buat pasukan dan sebarkan sumber. Pastikan setiap pasukan mempunyai akses ke "kepingan gelatin" untuk memotong, pemotong kue, pisau plastik, Light Blox (atau sumber cahaya lain), selembar kertas, dan bahan rakaman.
- Redupkan lampu jika selamat dan mungkin
- Beredar di seluruh kelas untuk memerhatikan pasukan semasa pelajar menyiapkan dan menyusun peralatan mereka.
- Beredar di seluruh bilik memerhatikan semasa pelajar bekerja. Semasa pasukan bekerja, amati usaha mereka untuk menyalakan Light Blox melalui gelatin, bantu individu atau pasukan yang berjuang dengan pengurusan peralatan dan persediaan.
- Sekiranya sesuai, libatkan pelajar dalam perbincangan mengenai aktiviti mereka. Tanyakan kepada pelajar soalan terbuka mengenai usaha mereka untuk mengatur peralatan, memotong bentuk, lampu arah, merekodkan apa yang mereka amati, dan bagaimana mereka memahami pemerhatian mereka.
- Sekiranya sesuai, hentikan kelas untuk berkongsi kerja satu atau lebih pasukan dengan pasukan lain. Gunakan gangguan seperti itu untuk menyoroti contoh eksplorasi positif termasuk tetapi tidak terhad kepada: reka bentuk kreatif, kaedah untuk menyelaraskan lampu, gelatin dan skrin, penyimpanan rekod, dan kerja berpasukan.
Sepanjang tempoh tersebut mengingatkan pelajar untuk menyimpan catatan terperinci mengenai pekerjaan mereka yang mana mereka akan merujuknya dalam perbincangan susulan.
Ringkaskan dan Renungkan
Selesaikan aktiviti, dorong pasukan untuk berkongsi karya mereka, dan buat kesimpulan mengenai hasilnya.
- Sebagai kelas membincangkan penemuan pelajar
- Cara terbaik untuk mengarahkan gelatin dan lampu untuk memerhatikan jalan cahaya ketika melewati gelatin
- Bagaimana bentuk gelatin mempengaruhi jalan cahaya ketika melewati gelatin
- Ingatlah bahawa pada masa akan datang anda akan merancang sistem lensa untuk meningkatkan penglihatan manusia. Apa yang anda buat dan pelajari hari ini yang sesuai dengan cabaran ini?
- Sebagai kelas, persetujui prosedur untuk menelusuri jalur cahaya ketika meninggalkan sumber cahaya, melewati gelatin dan kemudian keluar dari gelatin.
Apa yang sedang berlaku? Definisi penyegaran dan rujukan kepada lebih banyak maklumat. Pilihan: Aktiviti Refraksi Kinestetik http://laserclassroom.com/products/kinesthetic-model-refraction/
AKTIVITI 2: EKSPERIMEN DENGAN BENTUK LENS (45-60 min)
Ringkasan
Pelajar menggunakan proses saintifik untuk membongkar kualitatif hubungan antara cahaya dan bentuk (cekung, cembung, segi empat sama, bulatan) lensa.
Hasil pembelajaran
Hasil daripada aktiviti ini, pelajar akan dapat Merakam jalur pancaran cahaya tunggal ketika ia melintas dari sumber cahaya melalui satu sisi lensa ke sisi lain sekeping gelatin; dan membuat kesimpulan tentang bagaimana cahaya bergerak melalui sekeping gelatin dengan a
- Permukaan rata / lurus
- Permukaan melengkung
- Huraikan, tunjukkan dan catat jalan cahaya ketika melalui lensa cembung dan cekung (menggunakan 3 lampu)
- Mengenal dan menentukan: kanta cekung, sinar insiden lensa cembung, sinar bias
Pengetahuan & Kemahiran Terdahulu
Ulas pada awal aktiviti:
- Cara mengarahkan gelatin dan cahaya (dari aktiviti sebelumnya)
- Cara merakam jalan cahaya ketika melalui gelatin (dari aktiviti sebelumnya)
Siapkan untuk Aktiviti
Siapkan 4 stesen
- 3 Light Blox dan bulatan agar-agar
- 3 Light Blox dan segi empat agar-agar
- 3 lampu dan kanta cembung yang dibentuk
- 3 lampu dan kanta cekung yang dibentuk
Sebelum memulakan eksperimen: Terangkan Proses Ilmiah
- Galakkan kajian sistematik cahaya dan lensa. Di setiap stesen, pelajar mendokumentasikan pemerhatian mereka, dengan gambar, termasuk label yang sesuai (sinar kejadian dan biasan, lensa cekung atau cembung)
- Perbezaan antara pemboleh ubah bebas dan bersandar
- Pemboleh ubah yang manakah merupakan pemboleh ubah bebas dan bersandar di setiap stesen
- Pemboleh ubah bersandar adalah bentuk lensa - cekung atau cembung
- Langkah tambahan dalam proses saintifik yang anda harapkan diikuti oleh pelajar dari menyatakan hipotesis hingga membuat kesimpulan.
- PROSES SAINTIFIK: https://nces.ed.gov/nceskids/help/user_guide/graph/variables.asp
Tunjukkan / model cara mengukur dan mencatat perkara berikut:
- Kedudukan dan jarak dari sumber cahaya ke lensa
- Apa yang berlaku pada jalur cahaya sebagai pemboleh ubah bersandar, (bentuk lensa), berubah.
- Tingkah laku cahaya ketika melewati lensa
- Kaji perbendaharaan kata semasa anda menunjukkan
- Sinar kejadian
- Sinar dibiaskan
- Kanta cekung
- Kanta cembung
- Tumpuan
Memudahkan aktiviti
- Serahkan Lembaran Kerja Pelajar # 3
- Jelaskan bahawa dalam aktiviti ini pelajar akan menggunakan proses saintifik untuk membuat analisis yang lebih teratur dan konkrit mengenai pengaruh pelbagai jenis lensa terhadap tingkah laku cahaya. Jelaskan kepada pelajar bahawa mereka akan berpusing melalui empat stesen.
- Jelaskan bahawa di setiap stesen mereka akan menyebarkan cahaya melalui satu jenis lensa dan merakam tingkah laku pancaran cahaya semasa mereka melewati lensa.
- Arahkan pelajar memerhatikan dan merakam dengan gambar dan label, pemerhatian mereka di setiap stesen:
- Sumber cahaya
- Kejadian Ray
- Ray dibiaskan
- Kanta cekung
- Kanta cembung
- Titik fokus (tidak perlu memperkenalkan panjang fokus pada ketika ini, atau membincangkan hubungan antara titik fokus dan penglihatan kecuali ia muncul)
- Catatan, kesimpulan, pemerhatian lain
- Bahagikan pelajar kepada pasangan. Tetapkan pasangan ke stesen.
- Tetapkan jangkaan untuk masa yang dihabiskan di setiap stesen dan bilangan susunan lampu dan lensa yang anda harapkan untuk diukur dan dirakam oleh pelajar di setiap stesen.
- Beredar ke seluruh ruangan ketika pasukan berusaha untuk memerhatikan usaha mereka. Bantu pasukan untuk menyiapkan peralatan mereka, kenal pasti pemboleh ubah bersandar dan bebas, dan untuk mengukur, merekod, dan menarik hasilnya.
- Sekiranya sesuai, bincangkan dengan pelajar mengenai susunan eksperimen mereka, kaedah mereka untuk mengukur kedudukan cahaya, sudut pancaran cahaya yang masuk dan melewati lensa, dan pemboleh ubah mana yang akan mereka tetap berterusan semasa mereka bergerak ke stesen seterusnya dan kanta seterusnya.
- Sekiranya ada peluang untuk menonjolkan usaha pelajar, lakukan perbincangan kelas mengenai beberapa pemerhatian yang telah anda buat. Mintalah para pelajar menjelaskan kepada rakan mereka mengenai kaedah eksperimen mereka, kaedah untuk mengukur dan merekodkan hasil, dan merancang untuk memastikan kerja mereka tetap dari stesen ke stesen.
- Awasi masa. Beri masa yang mencukupi kepada pelajar untuk menyusun semula dan mengukur lampu mereka sekurang-kurangnya dua atau tiga kali sebelum bergerak ke stesen lain.
- Beri "pra-amaran" kira-kira 5 minit sebelum pelajar berpusing ke stesen seterusnya. Suruh mereka menyelesaikan kerja mereka di stesen sekarang.
- Dengan berbaki 1-2 minit, minta murid membersihkan dan memulihkan stesen seperti sedia kala (atau lebih baik). Sekiranya masa mengizinkan, putar ke stesen lain. Sekiranya tidak, jelaskan pelajar akan mengambil tempat di mana mereka berhenti pada masa berikutnya.
Ringkaskan dan Renungkan
Selesaikan aktiviti, dorong pasukan untuk berkongsi karya mereka, dan buat kesimpulan mengenai hasilnya.
- Bincangkan dan kongsi hasil dan kesimpulan sebagai kelas
- Segiempat sama dengan bulatan
- Kanta cekung menghasilkan titik fokus di hadapan lensa
- Kanta cembung menghasilkan titik fokus di belakang lensa
- Jarak dari pusat lensa ke titik fokus disebut fokus
- panjang
- Kosa kata alamat
AKTIVITI 3: BUAT LENSEN SENDIRI - REKA BENTUK DAN DOKUMEN (45-60 min)
Ringkasan
Pelajar terlibat dalam penerokaan yang diarahkan dan menggunakan apa yang telah mereka pelajari sejauh ini, untuk mendokumentasikan proses bagaimana membuat / reka bentuk lensa cekung dan cembung yang boleh dipercayai dengan pelbagai ukuran (lebar).
Hasil pembelajaran
Hasil daripada aktiviti ini, pelajar akan dapat:
- Huraikan, tunjukkan dan catat cara memotong lensa cekung dan cembung daripada gelatin dengan pemotong kuki bulatan.
- Buat kesimpulan dari bukti mengenai bagaimana jalan cahaya bertindak apabila pemboleh ubah bersandar (bentuk lensa, ukuran, jarak dari sumber cahaya) berubah.
Sebelum aktiviti, perkenalkan, bincangkan atau ulas
- Kanta cekung dan cembung
- Cara mendokumentasikan proses berulang http://www.wikihow.com/Document-a-Process
Memudahkan Aktiviti
Kami sangat menyarankan agar anda mengambil masa kelas ini untuk memberi pelajar masa yang ditentukan (15-20 minit) untuk bergelut setelah anda menunjukkan kepada mereka bentuk yang akan mereka buat dan memberi mereka bahan mereka, dan bukannya menunjukkan kepada pelajar secara jelas bagaimana buat bentuk. Setelah mereka mengetahui bagaimana membuat lensa cekung dan cembung, mereka akan mendokumentasikan proses yang mereka gunakan.
Cabaran ini meletakkan asas untuk memahami sesuatu yang asas, tetapi tidak intuitif mengenai jenis lensa ini - bahawa ia berasal dari kalangan; dan pemahaman matematik yang lebih maju yang menerangkan sifat lensa bergantung pada pemahaman itu. Aktiviti hands-on yang sederhana ini memberi pelajar pengalaman dan intuitif mengenai hubungan antara lensa cekung / cembung dan bulatan.
- Memperkenalkan cabaran untuk hari ini: Mendokumentasikan proses bagaimana memotong lensa cembung dan cekung
- Cekung: 2 -3 saiz berbeza
- Cembung: 2-3 saiz berbeza
- Berikan setiap pasangan pelajar satu set pemotong kue bulat dan gelatin ~ 9 "X 7".
- Biarkan 15-20 minit untuk pasukan pelajar bereksperimen dengan memotong bentuk lensa, dengan fokus mendokumentasikan proses berulang dan boleh dipercayai untuk menggunakan pemotong cookie bulat untuk merancang lensa cekung dan cembung.
- Beredar ke seluruh ruangan ketika pasukan berusaha untuk memerhatikan usaha mereka. Bantu pasukan untuk menyediakan peralatan mereka jika perlu.
Ringkaskan dan Renungkan
- Hentikan pelajar selepas 15-20 minit untuk mengadakan perbincangan kelas mengenai kerja pelajar. Mintalah pelajar menjelaskan kepada rakan mereka mengenai kaedah eksperimen mereka, dan kaedah untuk mendokumentasikan prosesnya.
- Sebagai kelas, tuliskan (dokumen) proses berdasarkan penemuan dan input pelajar.
AKTIVITI 4: EKSPERIMEN DENGAN UKURAN LENS (Lebar) (45-60 min)
Ringkasan
Dengan menggunakan proses yang didokumentasikan dalam tempoh kelas terakhir, pelajar terlibat dalam proses saintifik untuk mengumpulkan dan merekod data dan mencapai kesimpulan mengenai kesan pemboleh ubah bersandar (lebar lensa) pada panjang fokus. Ini adalah kualitatif. Panjang fokus menjadi lebih panjang atau lebih pendek, misalnya.
Memahami bagaimana ukuran (lebar) lensa dan jarak dari sumber cahaya ke lensa mempengaruhi panjang fokus akan membantu pelajar merancang sistem lensa untuk meningkatkan penglihatan ketika mereka terlibat dalam cabaran terakhir.
- Pelajar akan:
- reka bentuk:
- Cekung: 2 -3 lebar yang berbeza
- Cembung: 2-3 lebar yang berbeza
- Rekod: Jalur rasuk DAN jarak fokus yang hampir
- Kanta cekung: 2 -3 lebar yang berbeza
- Kanta cembung: 2-3 lebar yang berbeza
- Menyimpulkan hubungan kualitatif antara lebar lensa dan panjang fokus
- Terminologi dan konsep:
- Sumber cahaya
- Panjang Fokus - bagaimana mengubah lebar lensa mempengaruhi panjang fokus?
- reka bentuk:
Sebelum aktiviti, perkenalkan, bincangkan atau ulas
- Perbezaan antara pemboleh ubah bebas dan bersandar
- Pemboleh ubah yang manakah pemboleh ubah bebas dan bersandar dalam aktiviti hari ini -
- Lebar lensa DAN jarak sumber cahaya dari lensa adalah pemboleh ubah bersandar yang mempengaruhi hasilnya: panjang fokus
- Definisi bagi Panjang fokus and secara ringkas, hubungannya dengan penglihatan.
- Sumber cahaya = objek (cahaya memantul dari objek ke mata)
- Cahaya yang memasuki mata perlu memusatkan perhatian secara langsung pada retina agar imej yang jelas terbentuk.
- Sekiranya anda lebih suka memperkenalkan lebih banyak matematik atau mengambil fokus dengan lebih terperinci, Khan Academy menawarkan gambaran keseluruhan yang sangat baik untuk rujukan anda:
Menunjukkan / memperagakan cara memerhati, mengukur dan mencatat
- Cara menentukan jarak fokus kedua-dua lensa cekung dan cembung
- Apa yang berlaku pada tingkah laku cahaya sebagai pemboleh ubah bersandar, (lebar lensa) berubah.
- Meninjau atau memperkenalkan perbendaharaan kata semasa anda menunjukkan
- Sinar kejadian
- Sinar dibiaskan
- Kanta cekung
- Kanta cembung
- Panjang fokus
Memudahkan Aktiviti:
Galakkan percubaan sistematik dengan cahaya dan lensa
- Memperkenalkan matlamat aktiviti untuk hari ini:
- Kumpulkan data dan buat kesimpulan mengenai kesan ukuran (lebar) lensa pada panjang fokus
- Kumpulkan data dan buat kesimpulan mengenai kesan jarak dari sumber cahaya ke lensa pada jarak fokus
- Beri setiap pasangan pelajar satu set bahan:
- Set pemotong kuki bulat
- Gelatin 9 "X 13"
- Set tiga Light Blox
- Beri arahan kepada pelajar untuk
- Reka bentuk 3 lensa cembung dengan lebar yang berbeza-beza
- Ukur dan catat lebar setiap lensa dan panjang fokus yang sesuai
- Beri arahan kepada pelajar untuk
- Reka bentuk 3 lensa cekung dengan lebar yang berbeza-beza
- Ukur dan catat lebar setiap lensa dan panjang fokus yang sesuai
- Beri arahan kepada pelajar untuk
- Ukur dan catat bagaimana panjang fokus berubah apabila jarak antara sumber cahaya dan lensa berubah.
- Setelah pasukan mencatat ukuran dan pemerhatian mereka, aktiviti tersebut akan ditutup.
- Beri pelajar masa untuk menyelesaikan kerja mereka, melengkapkan jadual data dan gambar yang diperlukan.
- Luangkan masa untuk membersihkan.
Ringkasan dan Refleksi
Minta pasukan untuk berkongsi hasilnya. Lakukan perbincangan kelas di mana pasukan / individu menjelaskan apa yang mereka lakukan, apa yang mereka amati, dan apa arti keputusan mereka. Bergantung pada pendekatan anda, anda mungkin ingin menggunakan salah satu daripada beberapa strategi pembelajaran aktif atau menjemput sukarelawan untuk melukis atau menunjukkan karya mereka di bahagian depan kelas.
- Dengan menggunakan hasil pelajar, termasuk gambar dan jadual data, bandingkan perbezaan antara menyebarkan cahaya walaupun setiap jenis lensa.
- Sebagai kelas membincangkan soalan seperti:
- Apa yang berlaku pada panjang fokus apabila lebar lensa meningkat atau berkurang?
- Adakah sama untuk cekung seperti cembung?
- Adakah hasilnya berbeza dengan jarak dari cahaya ke lensa?
- Apa yang anda pelajari mengenai lensa cembung dan cekung yang akan membantu anda menghadapi cabaran terakhir?
- Sebagai kelas, bincangkan hasil eksperimen. Soalan-soalan yang hendak diajukan merangkumi tetapi tidak terhad kepada:
- Bagaimanakah titik fokus berubah apabila lensa menjadi lebih kecil / lebih besar?
- Apa bukti yang menyokong kesimpulan ini?
- Bagaimana hasilnya berbeza antara lensa cekung dan cembung?
- Bagaimana memahami hubungan antara bentuk dan ukuran lensa dan titik fokus membantu dengan cabaran terakhir merancang sistem lensa untuk meningkatkan penglihatan?
- Sekiranya pelajar membuat ramalan mengenai titik fokus dan ukuran lensa, bagaimana ramalan mereka dibandingkan dengan hasilnya? Adakah keputusan mengejutkan?
- Pada aktiviti terakhir anda akan dicabar untuk membuat sistem lensa yang direka untuk meningkatkan penglihatan. Apa yang anda pelajari mengenai lensa dan titik fokus yang akan membantu anda menghadapi cabaran?
- Ingat semula gambar mata (normal, dekat, dan berpandangan jauh). Di bahagian rajah manakah anda ingin cahaya fokus?
AKTIVITI 5: EKSPERIMEN DENGAN SISTEM 2 LENS (45-60 min)
Ringkasan
Sebagai aktiviti terakhir mereka sebagai persediaan untuk Cabaran Reka Bentuk, pelajar meneroka tingkah laku cahaya ketika melalui pelbagai kombinasi pasangan lensa. Dalam cabaran terakhir, pelajar menerima gambarajah mata pesakit. Satu lensa dalam sistem akan mewakili lensa yang terdapat di mata. Pelajar perlu merancang satu atau lebih kanta gelatin untuk membetulkan atau memperbaiki penglihatan pesakit mereka. Kombinasi lensa dan penjajarannya perlu memfokuskan cahaya pada retina dalam rajah mata pesakit.
Isi bahagian terakhir carta KWL PERTAMA.
Hasil pembelajaran
Hasil daripada pelajaran ini, pelajar akan dapat:
- Huraikan, tunjukkan dan catat kesan sistem dua lensa pada jalur cahaya dan panjang fokus
- 2 kanta cembung
- 2 kanta cekung
- 1 kanta cekung dan 1 kanta cembung
- Huraikan peranan lensa dalam pelbagai instrumen yang digunakan untuk meningkatkan imej penglihatan atau fokus
- Kamera
- Teleskop
- Mikroskop
- Kaca pembesar
- Huraikan peranan lensa dalam penglihatan manusia
- Mata manusia mengandungi lensa cembung
- Penglihatan manusia yang jelas bergantung pada kemampuan untuk memfokuskan cahaya secara khusus pada retina
- Miopia dan hiperopia sebagai masalah penglihatan yang biasa
- Ramalkan bagaimana pelbagai lensa dapat meningkatkan penglihatan manusia apabila terdapat miopia atau hiperopia.
Matematik Pilihan
https://www.khanacademy.org/science/physics/geometric-optics/lenses/v/multiple-lenssystems
Tetapkan tahap untuk bereksperimen dengan pelbagai lensa.
Sebagai kelas, buat senarai pelbagai instrumen yang menggunakan dua atau lebih lensa. Sekiranya pelajar menunjukkan bahawa mata yang digabungkan dengan cermin mata adalah sistem lensa, jelaskan bahawa dalam pelajaran akhir mereka akan secara khusus menangani kombinasi ini. Buat masa ini fokus pada instrumen seperti teleskop, mikroskop, dan teropong.
Minta pelajar menerangkan bagaimana mereka berfikir pelbagai instrumen berfungsi dan hubungan antara lensa dengan lensa dan cahaya.
Jelaskan bahawa dalam aktiviti ini pelajar akan meneroka kombinasi lensa mengenai tingkah laku cahaya. Jelaskan bahawa mereka akan menyebarkan pancaran cahaya melalui dua lensa untuk memerhatikan dan merekod hasilnya.
Sebagai kelas membincangkan banyak pemboleh ubah dalam eksperimen, yang mana yang harus berubah, dan yang mana tetap sama. Beberapa pemboleh ubah yang harus diketahui oleh pelajar merangkumi:
- Jarak antara kanta
- Gabungan jenis lensa untuk membuat pasangan lensa
- Kedudukan dan jarak sumber cahaya ke lensa
Memudahkan Aktiviti
Jelaskan bahawa dalam aktiviti ini pelajar perlu menyimpan rekod kerja mereka dengan teliti. Bergantung pada masa yang ada, minta semua pasukan bekerja dengan semua kombinasi lensa atau pecah kelas menjadi "kumpulan pakar" dan berikan mereka tanggungjawab untuk melaporkan kembali ke kelas mengenai sistem yang mereka terokai.
Pasukan harus bereksperimen dengan semua atau beberapa kombinasi lensa berikut:
- Cembung + Cembung
- Cekung + Cekung
- Cembung + Cekung
- Isi bahagian terakhir carta KWL PERTAMA
- Mintalah pelajar merancang eksperimen mereka, membuat susunan mereka, dan membuat jadual data untuk mencatatkan hasil. Sebagai alternatif, lukiskan susunan peralatan di papan dan sebarkan jadual data kepada setiap pasukan.
- Setelah pasukan menunjukkan rancangan yang sesuai untuk eksperimen mereka, berikan gelatin dan alat kepada mereka.
- Pastikan pelajar meneroka kesan gabungan lensa DAN kesan menukar jarak antara lensa.
- Perhatikan kesan kombinasi lensa yang berbeza terhadap tingkah laku cahaya.
- Perhatikan kesan perubahan jarak antara lensa pada tingkah laku cahaya.
- Beredar ke seluruh bilik untuk memerhatikan pelajar. Sekiranya sesuai, sertai pasukan dalam perbincangan mengenai prosedur eksperimen, pengukuran, pemerhatian, dan hasilnya. Bantu mereka untuk menghubungkan kaedah mereka dengan hasilnya.
- (Pilihan) Minta pelajar membuat "gambar rajah" untuk lensa seperti yang ditunjukkan di sini.
Ringkasan dan Refleksi
Mendekatkan eksperimen yang dilakukan oleh pelajar. Sebagai kelas, tinjau tingkah laku cahaya ketika melewati pelbagai pasang lensa dan kesan mengubah jarak antara pasangan lensa.
- Sekiranya diperlukan, luangkan masa pelajar untuk menyemak dan menyelesaikan kerja dari langkah sebelumnya dalam pelajaran sebelum menyampaikan.
- Minta pasukan berkongsi hasilnya. Galakkan pelajar merujuk gambar dan data untuk menjelaskan pemerhatian dan kesimpulan mereka.
- Sebagai kelas, bincangkan soalan seperti:
- Apa yang berlaku pada titik fokus semasa anda menggerakkan satu lensa lebih dekat atau lebih jauh dari yang lain? Adakah ia bergantung pada kombinasi lensa yang anda gunakan?
- Apa yang berlaku pada titik fokus dua kanta cembung
- Apa yang berlaku pada titik fokus dua kanta cekung?
- Apa yang berlaku pada pelbagai kombinasi lensa yang berbeza?
- Bagaimana bekerja dengan dua (atau lebih) lensa berlaku untuk cabaran terakhir merancang sistem lensa untuk meningkatkan penglihatan pesakit?
- Kombinasi lensa mana yang anda fikir akan meningkatkan penglihatan bagi pesakit rabun jauh?
- Kombinasi lensa mana yang anda fikir akan meningkatkan penglihatan bagi pesakit yang berpandangan jauh?
PILIHAN
- Eksperimen dengan kombinasi lensa tambahan.
- Teliti reka bentuk pelbagai instrumen yang menggunakan lensa seperti teleskop, laser, mikroskop, dan teropong.
Cabaran: Reka bentuk sistem 2 lensa untuk membetulkan masalah penglihatan (45-60 min)
Ringkasan
Aktiviti ini difokuskan untuk membawa pelajar melalui proses membuat sistem lensa yang membetulkan masalah penglihatan. Matlamat pelajaran aktiviti bukan untuk merancang lensa yang sempurna, tetapi untuk memahami apa yang berlaku dalam menyelesaikan masalah dengan proses kejuruteraan. Luangkan banyak masa dan beberapa batas tersusun untuk membolehkan penemuan mendorong motivasi penerokaan!
Pengetahuan & Kemahiran Terdahulu
- Cahaya bergerak dalam garis lurus sehingga menyentuh objek atau bergerak dari satu medium ke medium yang lain
- Semua yang kita lihat adalah hasil cahaya yang memasuki mata kita; sebahagian besar cahaya itu dipantulkan
- Apabila cahaya melintas dari satu medium ke medium yang lain (iaitu melalui lensa), cahaya dibengkokkan atau dibiaskan
- Bentuk dan bahan lensa mempengaruhi bagaimana cahaya membengkok
- Mata mengandungi lensa yang memfokuskan cahaya pada retina. Penglihatan yang jelas bergantung pada kemampuan lensa mata membengkokkan cahaya yang memasuki mata sehingga gambar terbentuk secara khusus pada retina
Memudahkan Aktiviti:
- Kaji dan rujuk carta KWL pelajar
- Serahkan satu set Light Blox dengan penutup celah ON, dan dua kanta gelatin yang dibentuk (satu cembung dan satu cekung) kepada setiap kumpulan 3 pelajar.
- Tunjukkan kepada pelajar cara menghidupkan lampu dan beri mereka 3-5 minit untuk meneroka bagaimana cahaya bergerak melalui lensa.
- Keluarkan templat mata dengan penglihatan "normal". Mintalah pelajar meletakkan lensa cembung yang dibentuk "di" mata untuk melihat bahawa cahaya datang ke titik fokus di retina. Melihat dengan jelas bergantung pada pendaratan titik fokus di tempat tertentu di mata, yang disebut retina.
- Seterusnya, minta pelajar meletakkan kanta cembung yang dibentuk pada templat mata hiperopik yang memerlukan pembetulan penglihatan kerana cahaya mendarat di tempat yang salah. Perhatikan di mana titik fokusnya. Ini tidak mewujudkan penglihatan yang baik!
- Mintalah mereka untuk menentukan masalah dan berspekulasi solusi ... Apa yang mungkin "memindahkan" titik fokus ke lokasi lain. Pada ketika ini, luangkan masa pelajar dengan lensa cekung dan cembung bersama sehingga mereka dapat mengetahui bahawa lensa cekung menggerakkan titik fokus.
- Seterusnya, beri setiap kumpulan satu segi empat (~ 4 "X 8") gelatin polos berkekuatan dua kali ganda dan pemotong kue bulat dengan pelbagai diameter.
- Jelaskan bahawa dengan gelatin ini, mereka akan membuat lensa KEDUA, untuk membetulkan masalah penglihatan. Bahan dan alat yang ada pada mereka adalah pemotong gelatin, pisau dan kuki!
- Minta pelajar terlebih dahulu berlatih membuat kanta cekung dan cembung dengan pemotong kuki dan gelatin mereka.
- Seterusnya minta pelajar membina lensa menggunakan pemotong cookie, pisau plastik dan gelatin, yang akan membetulkan masalah penglihatan yang ditunjukkan pada templat.
- Semasa pelajar membuat, menguji dan memperbaiki reka bentuk lensa mereka, mereka terlibat dalam keperluan proses kejuruteraan menggunakan lensa dan cahaya.
Tujuannya adalah untuk membolehkan pelajar memahami bahawa cahaya dapat dimanipulasi dengan lensa - dan bahawa dengan melakukan ini, mereka dapat menyelesaikan masalah. Akan sangat sukar untuk mendapatkan lensa dengan tepat. Untuk pelajar yang lebih maju, anda dapat memperkenalkan panjang fokus, jejari kelengkungan dan indeks pembiasan sebagai kaedah matematik untuk membuat penyelesaian dan bukannya pendekatan "percubaan dan ralat" yang mereka gunakan.
Pengubahsuaian Masa
Pelajaran boleh dilakukan dalam masa 1 kelas untuk pelajar yang lebih tua. Walau bagaimanapun, untuk membantu pelajar daripada berasa tergesa-gesa dan untuk memastikan kejayaan pelajar (terutamanya untuk pelajar yang lebih muda), bahagikan pelajaran kepada dua tempoh memberi pelajar lebih masa untuk sumbang saran, menguji idea dan memuktamadkan reka bentuk mereka. Menjalankan ujian dan taklimat dalam tempoh kelas seterusnya.
Gambarajah Mata
Sambungan Internet
Aktiviti Menulis
Apakah aplikasi lain yang terdapat pada lensa di dunia kita?
Penyelarasan dengan Kerangka Kurikulum
Catatan: Semua rancangan pelajaran dalam siri ini diselaraskan dengan Piawaian Sains Komputer K-12 Persatuan Sains Komputer, Piawaian Negara Teras Bersama AS untuk Matematik, dan jika berlaku juga pada Majlis Nasional Prinsip dan Piawaian Guru Matematik Sekolah Kebangsaan, Standard International Education Education Association for Technological Literacy, dan US National Science Education Standards yang dihasilkan oleh National Research Council.
Idea Teras Disiplin
∙ PS4.B: Sinaran Elektromagnetik
o Jalur cahaya dapat dilacak sebagai garis lurus, kecuali pada permukaan antara bahan-bahan lutsinar yang berlainan (misalnya, udara dan air, udara dan kaca) di mana jalur cahaya membengkokkan antara media. (MS-PS4-2)
TS ETS1.A: Mendefinisikan dan membatasi Masalah Kejuruteraan
o Semakin tepat kriteria dan kekangan tugas reka bentuk dapat ditentukan, semakin besar kemungkinan penyelesaian yang dirancang akan berjaya. Spesifikasi batasan merangkumi pertimbangan prinsip saintifik dan pengetahuan lain yang relevan yang mungkin membatasi kemungkinan penyelesaian (MS-ETS1-1)
TS ETS1.B: Membangunkan Penyelesaian yang Mungkin
o Penyelesaian perlu diuji, dan kemudian diubah berdasarkan hasil ujian untuk memperbaikinya. MS-ETS-4)
Amalan Sains dan Kejuruteraan
∙ Tentukan masalah reka bentuk yang dapat diselesaikan melalui pengembangan objek, alat, proses atau sistem dan merangkumi pelbagai kriteria dan kekangan, termasuk pengetahuan ilmiah yang dapat membatasi kemungkinan penyelesaian. (MS-ETS1-1)
∙ Kembangkan dan gunakan model untuk menggambarkan fenomena (MS-PS4-2)
∙ Menganalisis dan mentafsirkan data untuk menentukan persamaan dan perbezaan penemuan. (MS ETS1-3)
Konsep Merentas
∙ Struktur dan Fungsi
o Struktur boleh dirancang untuk melayani fungsi tertentu dengan mengambil kira sifat bahan yang berbeza dan bagaimana bahan dapat dibentuk dan digunakan (MS PSR-2)
o Struktur boleh dirancang untuk melayani fungsi tertentu
Lembaran Kerja Pelajar # 1: Carta KWL
Tarikh Nama Pelajar
Jururawat, doktor, dan jurutera bekerjasama untuk merancang dan membina cermin mata dan alat lain yang meningkatkan penglihatan. Dalam cabaran ini, anda akan merancang sistem lensa untuk meningkatkan penglihatan pesakit.
Apa yang perlu anda ketahui mengenai mata dan lensa manusia untuk membantu meningkatkan penglihatan seseorang?
Gunakan penyusun grafik KWL di bawah untuk menyenaraikan perkara yang anda tahu, ingin tahu dan pelajari untuk merancang cermin mata untuk meningkatkan penglihatan seseorang
Apa yang saya Tahu mengenai Mata dan Kanta | Apa yang saya Ingin Mengetahui tentang Mata dan
Kanta |
Apa yang saya Belajar mengenai Mata dan
Kanta |
||
|
|
|||
|
||||
|
||||
|
Lembaran Kerja Pelajar 2: Penyediaan Bahan dan Eksperimen
Tarikh Nama Pelajar
Untuk menyelesaikan cabaran reka bentuk di hujung unit ini, anda perlu mengetahui cara mengorientasikan gelatin dan lampu untuk memerhatikan jalan cahaya ketika melewati sumber cahaya melalui sekeping gelatin
Dengan menggunakan perkataan dan / atau gambar, terangkan dan dokumentasikan jalan cahaya ketika melewati gelatin: o Dengan gelatin yang diletakkan rata di atas meja o Dengan gelatin TIDAK diletakkan rata di atas meja
- 1 rasuk dengan Light Blox duduk di sisi yang lebih luas
- 1 balok dengan Light Blox duduk di sebelahnya yang lebih sempit
- 3 rasuk sekaligus
Lembaran Kerja Pelajar 3: Jejak Sinar
Dengan menggunakan kata-kata dan gambar, catat jalan satu pancaran cahaya semasa ia melewati sumber cahaya melalui satu sisi lensa ke sisi lain dari sekeping gelatin; dan membuat kesimpulan tentang bagaimana cahaya bergerak melalui sekeping gelatin dengan a
- Permukaan rata / lurus
- Permukaan melengkung
- Huraikan, tunjukkan dan catat jalan cahaya ketika melalui lensa cembung dan cekung (menggunakan 3 lampu)
- Mengenal dan menentukan: kanta cekung, sinar insiden lensa cembung, sinar bias
Lembaran Kerja Pelajar 4: Templat Mata
Terjemahan Rancangan Pelajaran