Pogled na optiko

Kompleti

• Komplete, ki vključujejo gradivo o dejavnostih, najdete na: https://laserclassroom.com/product/eyes-on-optics-kit-a-gelatin-optics-engineering-project/

Predstavitev

• Študentski delovni list 1: Tabela KWL - SHRANI za ponovno uporabo v 5. aktivnosti
• Normalni, hiperopični in kratkovidni očesni diagrami/izročite
• Par očal

Dejavnost 1

• Študentski delovni list #2: Materiali in eksperimentalna postavitev
• Pripravljene želatinske plošče (glej recept spodaj)
• Komplet Light Blox (https://laserclassroom.com/light-blox/) ALI laserski blox (https://laserclassroom.com/laser-blox/)
• Set krožnih rezalnikov za piškote
• Plastični nož

Dejavnost 2

• Študentski delovni list #3: Sledenje žarkom
• Pripravljene oblike želatine
  • Oblikovane izbočene leče
  • Oblikovane vbočene leče
  • Kvadrat želatine (~ 3 "X 3")
  • Krog želatine (premer ~ 3 ")
• Komplet Light Blox (https://laserclassroom.com/light-blox/) ALI laserski blox (https://laserclassroom.com/laser-blox/)

Dejavnost 3

• 1 Pripravljena želatinska plošča na ekipo
• 1 komplet krožnih rezalnikov za piškote na ekipo
• 1 plastični nož na ekipo

Dejavnost 4

• 1 Pripravljena želatinska plošča na ekipo
• 1 komplet krožnih rezalnikov za piškote na ekipo
• 1 plastični nož na ekipo

Dejavnost 5

• Študentski delovni list št
• 1 Pripravljena želatinska plošča na ekipo
• 1 komplet krožnih rezalnikov za piškote na ekipo
• 1 plastični nož na ekipo

Dejavnost 6

• 1 Pripravljena želatinska plošča na ekipo
• 1 komplet krožnih rezalnikov za piškote na ekipo
• 1 plastični nož na ekipo
• Predloga za oči
• Tabela KWL za referenco

Oblikovanje Challenge

• Komplet Light Blox
• Komplet oblikovanih leč - ena konkavna in ena izbočena
• Plošča želatine
• Plastični nož
• Rezalniki piškotkov
• Predloga za oči
• Izpolnjen grafikon KWL z delovnega lista #1

Recept za želatino:

• Naslednji recept naredi dovolj gela za približno šest velikih diskov:
  • 4 skodelice vode
  • 8 ovojnic originalne želatine Knox
  • 1 posoda z dimenzijami 9 ”x 7” x 2 ”
  • Zavremo vodo. Zmešajte 4 skodelice vrele vode v 8 ovojnic (ali v razmerju 1: 2 vode do želatine) Knox Original želatine.
• Za dejavnost 2 vlijte zmes v pladnje za kalupe za leče.
• Za vse druge dejavnosti zmes vlijte v posodo tako, da je globina tekočine najmanj 0.75 palca. Želatino čez noč postavimo v hladilnik, da se strdi.

materiali

• Raznolikost čistih, suhih materialov za recikliranje (plastika, steklo, pločevinke iz kovine/aluminija in papir) v velikem zaboju ali škatli za recikliranje
• Dolga miza ali nekaj kratkih miz, postavljenih skupaj

Proces

Zasnovo položite na dolgo mizo (ali nekaj kratkih miz skupaj), dodajte zasnovi za recikliranje in dokumentirajte, kako dobro vsaka oblika razvrsti reciklirane materiale v ločene posode.

Oblikovanje Challenge

Ste del ekipe inženirjev, ki imajo izziv oblikovanja sistema leč za izboljšanje vida pacienta. Dokončali boste 6 dejavnosti, da se naučite o optiki leč in človeškem očesu.

Merila

• Oblikujte in skicirajte sistem za izboljšanje vida pacienta.

Omejitve

• Uporabljajte samo priložene materiale.

Za pouk je potrebno šest učnih ur po 45-60 minut

PREDSTAVITEV IZZIVA

Povzetek
Ta lekcija se zaključi z oblikovalskim izzivom, odprtim projektom, ki učence spodbuja k postavljanju vprašanj, prevzemanju pobude in ustvarjalnem razmišljanju. Inženirski in oblikovalni izzivi dajejo kontekst in pomen za uporabo znanstvenega procesa, razvoj tehničnega znanja in spretnosti ter uspeh v sodobni družbi.

Za uvedbo tega oblikovalskega izziva se študentom predstavi cilj oblikovanja sistema leč za izboljšanje vida pacienta, študentje ugotovijo, kaj vedo in potrebujejo glede optike leč in človeškega očesa, da bi se soočili z izzivom.

Osnovne veščine in znanje

• Pot svetlobe od vira (ali predmeta) do oči (izbirna dejavnost: Razredna jama)
• Pot svetlobe v človeško oko: mrežnica in žarišče
• Izbirna dejavnost - Eksperimentirajte s svojo vizijo

Nastavitev za dejavnost

Učence razdelite v skupine po 2 ali 3. Pripravite si pripravo na sejo možganskih viharjev o strukturi in funkciji leč in človeškega očesa.

Drži par očal.

Učence prosite, naj pojasnijo, kako očala delujejo za izboljšanje vida. Naj učenci skicirajo svoje zasnove, če jim to pomaga do popolnejšega izražanja.

Razložite razredu, da se ta lekcija konča z oblikovalskim izzivom. Pojasnite, da bodo ekipe študentov oblikovale sistem leč za izboljšanje vida pri pacientu. Pojasnite, da bodo prejeli model pacientovega očesa in da bodo imeli nalogo, da oblikujejo komplet leč za izboljšanje pacientovega vida.

Pojasnite, da bodo ekipe morale razložiti svoje oblikovalske odločitve na podlagi podatkov, ki jih zbirajo pri oblikovanju in testiranju leč.

Pogovorite se v razredu - učence vprašajte:

• Kako delujejo očala?
• Kako očala v kombinaciji z očesom izboljšajo vid?
• Ali gre za različne vrste očal? Če da, kako se razlikujejo in zakaj?
• Kako mislite, da bodo zdravniki ugotovili, katera vrsta leče bo izboljšala vid?

Olajšanje pouka

Na zaslon projicirajte podobe običajnega očesa, hiperopičnega in kratkovidnega očesa in/ali razdelite izroček skupinam s temi slikami.

Kot razred preglejte in razpravljajte o razlikah med slikami. Pomagajte študentom pri razumevanju in upoštevanju naslednjega:

• Prepoznajte in razumejte osnovne funkcije strukture očesa, prikazane na risbi
• Leča očesa je povsod enaka
• Razdalja od leče do mrežnice je od očesa do očesa drugačna
• Retina se nahaja na istem mestu za vse oči
• Oblika vsakega očesa kot celote je drugačna

Študentom razdelite izziv scenarija in študentski delovni list #1, tabelo KWL. Kot razred preberite in pregledajte scenarij. Dovolite študentom, da v parih izpolnijo KWL.

Povzetek in razmislek

Kot razred preglejte scenarij in prosite prostovoljce, naj delijo svoje grafične organizatorje KWL, in ocenite razumevanje študentov o oblikovalskem izzivu.

Učencem zastavite vprašanja, kot so:

• Kako bi po lastnih besedah ​​opisali oblikovalski izziv, ki ste ga dobili?
• Kaj menite, da morate vedeti, da oblikujete sistem leč za izboljšanje vida?
• Kaj že razumete o človeškem očesu in viziji, ki vam bo pomagalo pri soočanju s tem izzivom?
• Kaj že razumete o naravi leč, ki vam bodo pomagale pri soočanju s tem izzivom?
• Kaj menite, da se morate naučiti, da se spopadete z oblikovalskim izzivom?

AKTIVNOST 1: RAZISKUJTE Z LUČJO IN GELATINOM (45-60 min)

Povzetek

Cilj te dejavnosti je, da učenci najdejo in dokumentirajo najučinkovitejši način opazovanja in snemanja poti svetlobe, ko zapusti vir svetlobe in gre skozi želatino in nato iz nje.

Študenti bodo imeli odprto priložnost za raziskovanje in delo z materiali, izdelavo in izmenjavo opazovanj ter izgradnjo temeljnega razumevanja odnosa med oblikami želatine in svetlobo. To odprto raziskovanje spodbuja ustvarjalnost in reševanje problemov, koristnih za soočanje z zadnjim izzivom oblikovanja sistema leč za izboljšanje vida.

Učni izidi

Kot rezultat te dejavnosti bodo študentje lahko:

• Usmerite želatino in luči, da opazujete pot svetlobe, ko prehaja iz vira svetlobe skozi kos želatine
• Opišite in dokumentirajte pot svetlobe, ki teče skozi želatino

o z želatino položeno na mizo

o Z želatino NI položeno ravno na mizo

o 1 žarek z Light Bloxom na širši strani

o 1 žarek z Light Bloxom, ki sedi na ožji strani

o 3 nosilci hkrati

Predhodno znanje in spretnosti

Pred začetkom 1. dejavnosti:

• Učenci bi morali razumeti izziv oblikovanja na koncu te lekcije. Glejte zgornji razdelek »Predstavljamo izziv«.
• Predstavite splošni cilj raziskovalne dejavnosti: Najti in dokumentirati najučinkovitejši način opazovanja in snemanja poti svetlobe, ko zapusti vir svetlobe in gre skozi želatino in nato iz nje.

Pokažite/modelirajte, kako izmeriti in zabeležiti naslednje:

• Učencem pokažite nabor materialov in pokažite, kako z rezalniki za piškote in plastičnim nožem ustvariti različne oblike želatine.
• Učencem pokažite, kako z oblikami manipulirati tako, da svetijo skozi vsako površino.
• Učencem pokažite dva različna načina usmerjanja luči skozi želatino.

Olajšanje dejavnosti

Spodbujajte ustvarjalnost, raziskovanje in dokumentiranje

• Model raziskujte in eksperimentirajte z materiali
• Izročite študentski delovni list št. 2 in modelirajte, kako zapisati opažanja
• Pokažite, kako dokumentirati:
  • Velikost in oblika njihovega kosa želatine
  • Usmerjenost želatine in svetlobe
  • Celotna pot svetlobnega snopa se začne, ko zapusti svetlobni blok, ko gre skozi in nato iz želatine
  • Ustvarite ekipe in razdelite vire. Prepričajte se, da ima vsaka ekipa dostop do "plošče želatine" za rezanje, rezalnikov za piškote, plastičnega noža, Light Bloxa (ali drugega vira svetlobe), lista papirja in snemalnega materiala.
• Če je mogoče in varno, zatemnite luči
• Krožite po razredu in opazujte ekipe, ko učenci pripravljajo in organizirajo svojo opremo.
• Krožite po sobi in opazujte delo študentov. Ko ekipe delajo, opazujte njihova prizadevanja, da skozi želatino zasijejo Light Blox, pomagajte posameznikom ali skupinam, ki se spopadajo z upravljanjem opreme in postavitvijo.
• Po potrebi vključite študente v razpravo o njihovih dejavnostih. Učencem zastavite odprta vprašanja o tem, kako si prizadevajo urediti opremo, izrezati oblike, usmeriti luči, zabeležiti, kaj opazujejo, in kako smiselno opazujejo.
• Če je primerno, ustavite pouk, da delo ene ali več ekip delite z drugimi ekipami. S takšnimi prekinitvami izpostavite pozitivne primere raziskovanja, ki med drugim vključujejo: ustvarjalno oblikovanje, metode poravnave luči, želatine in zaslona, ​​vodenje zapisov in timsko delo.

Skozi celotno obdobje opomnite študente, naj vodijo podrobno evidenco svojega dela, na katero se bodo sklicevali v nadaljnji razpravi.

Povzemi in razmisli

Zaključite dejavnost, spodbudite ekipe, da delijo svoje delo, in naredite zaključke o rezultatih.

• V razredu razpravljajte o ugotovitvah učencev
  • Kako najbolje usmeriti želatino in luči, da opazujemo pot svetlobe, ko teče skozi želatino
  • Kako oblika želatine vpliva na pot svetlobe, ki teče skozi želatino
  • Spomnite se, da boste v prihodnosti oblikovali sistem leč za izboljšanje človeškega vida. Kaj ste danes počeli in se naučili, kar velja za ta izziv?
  • Kot razred se dogovorite o postopku za sledenje poti svetlobe, ko zapusti vir svetlobe, preide skozi želatino in nato iz želatine.

Kaj se dogaja? Opredelitev loma in sklicevanje na več informacij. Izbirno: kinestetična refrakcijska aktivnost http://laserclassroom.com/products/kinesthetic-model-refraction/

2. AKTIVNOST: EKSPERIMENT Z OBLIKO LEČ (45-60 min)

Povzetek

Študenti z znanstvenim postopkom odkrijejo kvalitativno razmerje med svetlobo in obliko (izbočena, izbočena, kvadratna, krožna) leče.

Učni izidi

Kot rezultat te dejavnosti bodo študentje lahko zabeležili pot enega žarka svetlobe, ko ta prehaja iz vira svetlobe skozi eno stran leče na drugo stran kosa želatine; in naredite zaključke o tem, kako svetloba potuje skozi kos želatine z a

• Ravna/ravna površina
• Ukrivljena površina
• Opišite, pokažite in zabeležite pot svetlobe, ki prehaja skozi izbočeno in vbočeno lečo (s tremi lučmi)
• Opredelite in opredelite: vbočena leča, vpadni žarek leče, lomljen žarek

Predhodno znanje in spretnosti

Pregled na začetku dejavnosti:

• Kako usmeriti želatino in luči (iz prejšnje dejavnosti)
• Kako zabeležiti pot svetlobe, ki prehaja skozi želatino (iz prejšnje dejavnosti)

Nastavite za dejavnost

Nastavite 4 postaje

• 3 Light Blox in krog želatine
• 3 Light Blox in kvadrat želatine
• 3 luči in oblikovana izbočena leča
• 3 luči in oblikovana vbočena leča

Pred začetkom poskusa: Pojasnite znanstveni postopek

• Spodbujajte sistematično preučevanje svetlobe in leč. Na vsaki postaji naj učenci dokumentirajo svoja opažanja z risbo, vključno z ustreznimi oznakami (vpadni in lomljeni žarki, vbočena ali izbočena leča)
• Razlika med neodvisnimi in odvisnimi spremenljivkami
• Katere spremenljivke so neodvisne in odvisne spremenljivke na vsaki postaji
• Odvisna spremenljivka je oblika leče - izbočena ali izbočena
• Dodatni koraki v znanstvenem procesu, ki jih od študentov pričakujete od podajanja hipoteze do sklepanja.
• ZNANSTVENI PROCES: https://nces.ed.gov/nceskids/help/user_guide/graph/variables.asp

Pokažite/modelirajte, kako izmeriti in zabeležiti naslednje:

• Položaj in razdalja od svetlobnih virov do leče
• Kar se zgodi s potjo svetlobe kot odvisna spremenljivka (oblika leče), se spremeni.
• Obnašanje svetlobe, ko prehaja skozi lečo
• Ko pokažete, preglejte besedišče
  • Vpadni žarek
  • Prelomljen žarek
  • Konkavna leča
  • Konveksna leča
  • Žariščna točka

Olajšajte dejavnost

• Podelite učenčev delovni list #3
• Pojasnite, da bodo študentje v tej dejavnosti uporabili znanstveni proces za bolj organizirano in konkretno analizo vpliva različnih vrst leč na vedenje svetlobe. Učencem razložite, da se bodo vrteli skozi štiri postaje.
• Pojasnite, da bodo na vsaki postaji prepuščali svetlobo skozi eno vrsto leč in zabeležili obnašanje svetlobnih snopov pri prehodu skozi leče.
• Učence učite, naj opazujejo in zapisujejo z risbami in oznakami svoja opažanja na vsaki postaji:
  • Izvor svetlobe
  • Incident Ray
  • Prelomljen žarek
  • Konkavna leča
  • Konveksna leča
  • Osrednja točka (na tej točki ni treba uvajati goriščne razdalje ali razpravljati o razmerju med osrednjo točko in vidom, razen če se pojavi)
  • Opombe, zaključki, druga opažanja
• Učence razdelite v pare. Postajam dodelite pare.
• Določite pričakovanja glede časa, porabljenega na vsaki postaji, in števila razporeditev luči in objektiva, za katerega pričakujete, da ga bodo študentje izmerili in posneli na vsaki postaji.
• Krožite po sobi, medtem ko ekipe delajo in opazujejo svoja prizadevanja. Pomagajte skupinam pri nastavitvi opreme, prepoznavanju odvisnih in neodvisnih spremenljivk ter merjenju, beleženju in pripravi njihovih rezultatov.
• Po potrebi se s študenti pogovorite o njihovi eksperimentalni postavitvi, njihovih metodah merjenja položaja svetlobe, kotu svetlobnega snopa, ki vstopa in prehaja skozi lečo, in o tem, katere spremenljivke bodo ohranili pri premiku na naslednjo postajo in naslednji objektiv.
• Če se pojavi priložnost, da izpostavite prizadevanja učencev, se pogovorite v razredu o nekaterih opažanjih, ki ste jih podali. Učenci naj svojim vrstnikom razložijo svoje eksperimentalne nastavitve, metode merjenja in beleženja rezultatov ter načrte, da bodo njihovo delo od postaje do postaje usklajeno.
• Bodite pozorni na čas. Dajte študentom dovolj časa, da vsaj dva ali trikrat preuredijo in izmerijo svoje luči, preden se premaknejo na drugo postajo.
• Dajte "predhodno opozorilo" približno 5 minut, preden se morajo učenci obrniti na naslednjo postajo. Povejte jim, naj dokončajo svoje delo na trenutni postaji.
• Še 1-2 minuti naj učence počistijo in postajo postajo ponovijo, ko so jo našli (ali bolje). Če čas dopušča, se obrnite na drugo postajo. V nasprotnem primeru pojasnite, ali bodo učenci nadaljevali z naslednjim obdobjem.

Povzemi in razmisli

Zaključite dejavnost, spodbudite ekipe, da delijo svoje delo, in naredite zaključke o rezultatih.

• Razpravljajte in delite rezultate in sklepe kot razred
  • Kvadrat proti krogu
  • Konkavne leče ustvarjajo žarišče pred lečo
  • Konveksne leče ustvarjajo žarišče na zadnji strani leče
  • Razdalja od središča leče do goriščne točke se imenuje goriščna
  • dolžina
  • Naslovni besednjak

DEJAVNOST 3: Ustvarite lastne objektive - OBLIKOVANJE IN DOKUMENT (45-60 min)

Povzetek

Študentje se ukvarjajo z usmerjenim raziskovanjem in s tem, kar so se naučili, dokumentirajo postopek, kako zanesljivo ustvariti/oblikovati konkavne in konveksne leče različnih velikosti (širin).

Učni izidi

Kot rezultat te dejavnosti bodo študentje lahko:

• Opišite, pokažite in posnemite, kako iz želatine s krožnim rezalnikom za piškote izrežete tako vbočeno kot izbočeno lečo.
• Iz dokazov izvedite zaključke o tem, kako se pot svetlobe obnaša, ko se spremeni odvisna spremenljivka (oblika leče, velikost, oddaljenost od vira svetlobe).

Pred aktivnostjo predstavite, razpravljajte ali pregledajte

• Konkavne in konveksne leče
• Kako dokumentirati ponovljiv postopek http://www.wikihow.com/Document-a-Process

Olajšajte dejavnost

Močno priporočamo, da si vzamete to uro pouka, da omogočite učencem določen čas (15-20 minut), da se spopadejo, potem ko ste jim pokazali oblike, ki jih morajo ustvariti, in jim predali svoje materiale, namesto da učencem izrecno pokažete, kako naj ustvarite oblike. Ko bodo ugotovili, kako ustvariti konkavno in konveksno lečo, bodo dokumentirali postopek, ki so ga uporabili.

Ta izziv postavlja temelje za razumevanje nečesa osnovnega, vendar ne intuitivnega glede tovrstnih leč - da izhajajo iz krogov; in naprednejše razumevanje matematike, ki opisuje lastnosti leč, temelji na tem razumevanju. Ta preprosta praktična dejavnost daje študentom izkustveno in intuitivno izkušnjo odnosa med konkavnimi/konveksnimi lečami in krogi.

• Predstavljajte današnji izziv: dokumentirajte postopek, kako razrezati izbočeno in vbočeno lečo
  • Konkavno: 2-3 različne velikosti
  • Konveksno: 2-3 različne velikosti
• Vsakemu paru študentov dajte komplet okroglih rezalnikov za piškote in ~ 9 ”X 7” ploščo želatine.
• Pustite 15-20 minut, da ekipe študentov eksperimentirajo z izrezovanjem oblik leč, pri čemer se osredotočijo na dokumentiranje ponovljivega in zanesljivega postopka za uporabo okroglih rezalnikov za oblikovanje konkavnih in izbočenih leč.
• Krožite po sobi, medtem ko ekipe delajo in opazujejo svoja prizadevanja. Po potrebi pomagajte skupinam pri postavitvi opreme.

Povzemi in razmisli

• Po 15-20 minutah ustavite študente, da v razredu razpravljajo o delu učencev. Učenci naj svojim vrstnikom razložijo svojo eksperimentalno postavitev in metode za dokumentiranje procesa.
• Kot razred napišite (dokumentirajte) proces na podlagi ugotovitev in prispevkov učencev.

AKTIVNOST 4: EKSPERIMENT Z VELIČINO LEČ (ŠIRINA) (45-60 min)

Povzetek

Z uporabo postopka, dokumentiranega v zadnjem razredu, se študentje vključijo v znanstveni proces za zbiranje in beleženje podatkov ter pridejo do zaključka o vplivu odvisne spremenljivke (širine leče) na goriščno razdaljo. To je kakovostno. Goriščna razdalja je na primer daljša ali krajša.

Razumevanje, kako velikost (širina) leče in razdalja od svetlobnega vira do leče vpliva na goriščno razdaljo, bo študentom pomagalo oblikovati sistem leč za izboljšanje vida, ko se bodo lotili zadnjega izziva.

• Študenti bodo:
  • Design:
    • Konkavno: 2-3 različne širine
    • Konveksno: 2-3 različne širine
  • Zapis: pot žarka IN približna goriščna razdalja
    • Konkavne leče: 2-3 različne širine
    • Konveksne leče: 2-3 različne širine
  • Sklenite kvalitativno razmerje med širino leče in goriščno razdaljo
  • Terminologija in pojmi:
    • Izvor svetlobe
    • Goriščna razdalja - kako spreminjanje širine leče vpliva na goriščno razdaljo?

Pred aktivnostjo predstavite, razpravljajte ali pregledajte

• Razlika med neodvisnimi in odvisnimi spremenljivkami
• Katere spremenljivke so neodvisne in odvisne spremenljivke v današnji dejavnosti -
  • Širina leče IN razdalja svetlobnega vira od leče sta odvisni spremenljivki, ki vplivata na rezultat: goriščna razdalja
• Opredelitev Goriščna razdalja in Na kratko, njen odnos do vizije.
  • Vir svetlobe = predmet (svetloba, ki se od predmeta odbija v oko)
  • Svetloba, ki vstopa v oko, se mora osredotočiti neposredno na mrežnico, da nastane jasna slika.
• Če želite raje uvesti več matematike ali se podrobneje osredotočiti na goriščno razdaljo, vam Akademija Khan ponuja odličen pregled:
  • Konveksno: https://www.khanacademy.org/science/physics/geometricoptics/lenses/v/convex-lenses
  • Konkavno: https://www.khanacademy.org/science/physics/geometricoptics/lenses/v/concave-lenses

Pokažite/modelirajte, kako opazujete, merite in beležite

• Kako določiti približno goriščno razdaljo tako konkavne kot konveksne leče
• Kar se zgodi z vedenjem (potjo) svetlobe kot odvisne spremenljivke (širina leče), se spremeni.
• Preglejte ali uvedite besedišče, ko pokažete
  • Vpadni žarek
  • Prelomljen žarek
  • Konkavna leča
  • Konveksna leča
  • Goriščna razdalja

Olajšajte dejavnost:

Spodbujajte sistematično eksperimentiranje s svetlobo in lečami

• Predstavite cilj današnje dejavnosti:
  • Zberite podatke in naredite zaključke o vplivu velikosti (širine) leče na goriščno razdaljo
  • Zberite podatke in naredite zaključke o vplivu razdalje od svetlobnega vira do leče na goriščno razdaljo
• Vsakemu paru študentov dajte nabor materialov:
  • Set okroglih rezalnikov za piškote
  • 9 ”X 13” plošča želatine
  • Set treh svetlobnih blokov
• Učencem dajte navodila
  • Oblikujte 3 izbočene leče z različnimi širinami
  • Izmerite in zabeležite širino vsake leče in njeno ustrezno goriščno razdaljo
• Učencem dajte navodila
  • Oblikujte 3 vbočene leče z različnimi širinami
  • Izmerite in zabeležite širino vsake leče in njeno ustrezno goriščno razdaljo
• Učencem dajte navodila
  • Izmerite in zabeležite, kako se goriščna razdalja spreminja s spreminjanjem razdalje med svetlobnim virom in lečo.
• Ko ekipe posnamejo svoje meritve in opazovanja, se aktivnost zaključi.
• Dajte študentom čas, da zaključijo svoje delo in po potrebi izpolnijo podatkovne tabele in risbe.
• Za čiščenje si vzemite čas.

Povzetek in razmislek

Prosite ekipe, naj delijo svoje rezultate. V razredu izvedite razpravo, v kateri ekipe/posamezniki pojasnijo, kaj so naredili, kaj so opazili in kakšen smisel imajo rezultati. Odvisno od vašega pristopa boste morda želeli uporabiti eno od več strategij aktivnega učenja ali povabiti prostovoljce, da narišejo ali predstavijo svoje delo pred razredom.

• Z učenčevimi rezultati, vključno z risbami in podatkovnimi tabelami, primerjajte razliko med prehajanjem svetlobe skozi vsako vrsto leče.
• V razredu razpravljajte o vprašanjih, kot so:
  • Kaj se zgodi z goriščno razdaljo, ko se širina leče poveča ali zmanjša?
  • Ali je za konkavno enako kot za konveksno?
  • Ali se rezultati razlikujejo glede na razdaljo od svetlobe do leče?
  • Kaj ste se naučili o konveksnih in konkavnih lečah, ki vam bodo pomagale pri zadnjem izzivu?
• Kot razred razpravljajte o rezultatih poskusa. Vprašanja za reševanje vključujejo, vendar niso omejena na:
  • Kako se goriščna točka spremeni, ko leča postane manjša/večja?
  • Kateri dokazi podpirajo te sklepe?
  • Kako se rezultati razlikujejo med konkavnimi in konveksnimi lečami?
  • Kako razumevanje odnosa med obliko in velikostjo leče ter goriščno točko pomaga pri zadnjem izzivu oblikovanja sistema leč za izboljšanje vida?
  • Če so učenci napovedovali o goriščni točki in velikosti leče, kako se je njihova napoved primerjala z rezultati? So bili kakšni rezultati presenetljivi?
  • V zadnji dejavnosti boste morali ustvariti sistem leč, namenjenih izboljšanju vida. Kaj ste se naučili o lečah in kontaktnih točkah, ki vam bodo pomagale pri soočanju z izzivom?
  • Spomnite se podobe očesa (normalne, bližnje in daljnovidne). Na kateri del diagrama želite osvetliti svetlobo?

AKTIVNOST 5: EKSPERIMENT Z 2 SISTEMI LEČ (45-60 min)

Povzetek

Kot zadnja dejavnost pri pripravah na oblikovalski izziv študentje raziskujejo vedenje svetlobe, ki prehaja skozi različne kombinacije parov leč. V zadnjem izzivu učenci dobijo diagram bolnikovega očesa. Ena leča v sistemu bo predstavljala lečo v očesu. Študenti bodo morali oblikovati eno ali več želatinskih leč, da bodo popravili ali izboljšali vid svojega pacienta. Kombinacija leč in njihova poravnava morata osredotočiti svetlobo na mrežnico v diagramu pacientovega očesa.

Zadnji del tabele KWL izpolnite PRVI.

Učni izidi

Kot rezultat te lekcije bodo učenci lahko:

• Opišite, pokažite in zabeležite vpliv sistema dveh leč na pot svetlobe in goriščno razdaljo
  • 2 izbočeni leči
  • 2 vbočeni leči
  • 1 vbočena in 1 izbočena leča
• Opišite vlogo leč pri različnih instrumentih, ki se uporabljajo za izboljšanje vida ali ostrenja
  • kamera
  • Teleskop
  • Mikroskop
  • Povečevalno steklo
• Opiši vlogo leč v človeškem vidu
  • Človeško oko vsebuje izbočeno lečo
  • Čist človeški vid temelji na sposobnosti osredotočanja svetlobe na mrežnico
  • Kratkovidnost in hiperopija kot pogoste težave z vidom
• Predvidite, kako lahko različne leče izboljšajo človeški vid, če je prisotna kratkovidnost ali hiperopija.

Izbirna matematika

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

Pripravite podlago za eksperimentiranje z več objektivi.

Kot razred sestavite seznam različnih instrumentov, ki uporabljajo dve ali več leč. Če učenci predlagajo, da je oko v kombinaciji z očali sistem leč, pojasnite, da bodo v zadnji lekciji posebej obravnavali to kombinacijo. Za zdaj se osredotočite na instrumente, kot so teleskopi, mikroskopi in daljnogledi.

Učence prosite, naj pojasnijo, kako menijo, da različni instrumenti delujejo, ter razmerja med lečami ter lečami in svetlobo.

Pojasnite, da bodo študentje v tej dejavnosti raziskovali kombinacije leč o vedenju svetlobe. Pojasnite, da bodo skozi dve leči prenašali žarek svetlobe za opazovanje in snemanje rezultatov.

Kot razred se pogovorite o številnih spremenljivkah v poskusu, katere spremeniti in katere obdržati. Nekatere spremenljivke, ki jih morajo študenti prepoznati, vključujejo:

• Razdalja med lečami
• Kombinacija vrst leč za ustvarjanje parov leč
• Položaj in razdalja svetlobnega vira do leč

Olajšajte dejavnost

Pojasnite, da morajo učenci pri tej dejavnosti skrbno voditi evidenco o svojem delu. Odvisno od razpoložljivega časa naj vse ekipe sodelujejo z vsemi kombinacijami leč ali pa razred razdelijo na "strokovne skupine" in jim dodelijo odgovornost, da razredu poročajo o sistemu, ki so ga raziskali.

Ekipe naj eksperimentirajo z vsemi ali nekaterimi od naslednjih kombinacij leč:

• Konveksno + Konveksno
• Konkavno + Konkavno
• Konveksno + konkavno
• Zadnji del tabele KWL izpolnite PRVI
• Učenci naj načrtujejo svoj poskus, narišejo postavitev in izdelajo podatkovno tabelo, v katero bodo zabeležili rezultate. Druga možnost je, da na tablo narišete postavitev opreme in vsaki ekipi razdelite podatkovno tabelo.
• Ko ekipe pokažejo ustrezen načrt za svoje poskuse, jim priskrbite želatino in orodje.
• Poskrbite, da bodo učenci raziskali učinek kombinacij leč IN učinek spreminjanja razdalje med lečami.
• Opozorite na učinke različnih kombinacij leč na vedenje svetlobe.
• Opozorite na učinke spreminjanja razdalje med lečami na vedenje svetlobe.
• Krožite po sobi in opazujte študente. Po potrebi vključite ekipe v razpravo o svojih poskusnih postopkih, meritvah, opazovanjih in rezultatih. Pomagajte jim povezati svoje metode s svojimi rezultati.
• (Izbirno) Učenci naj ustvarijo "diagrame žarkov" za leče, kot je prikazano tukaj.

Povzetek in razmislek

Zaključite poskuse, ki so jih izvedli študentje. Kot razred preglejte vedenje svetlobe, ki prehaja skozi različne pare leč, in učinek spreminjanja razdalje med pari leč.

• Po potrebi pustite učencem čas, da pregledajo in dokončajo delo iz prejšnjega koraka lekcije, preden predstavijo.
• Naj ekipe delijo svoje rezultate. Spodbujajte študente, da se sklicujejo na risbe in podatke, da pojasnijo svoja opažanja in zaključke.
• Kot razred se pogovorite o vprašanjih, kot so:
  • Kaj se zgodi z goriščno točko, ko premaknete en objektiv bližje drugemu ali dlje od njega? Ali je odvisno od tega, katero kombinacijo leč uporabljate?
  • Kaj se zgodi z goriščno točko dveh konveksnih leč
  • Kaj se zgodi z goriščno točko dveh vbočenih leč?
  • Kaj se zgodi z različnimi kombinacijami različnih leč?
  • Kako se delo z dvema (ali več) lečami nanaša na zadnji izziv oblikovanja sistema leč za izboljšanje pacientovega vida?
  • Katere kombinacije leč mislite, da bodo izboljšale vid pri kratkovidnem pacientu?
  • Katera kombinacija leč mislite, da bo daljnovidnemu bolniku izboljšala vid?

OPCIJA

• Eksperimentirajte z dodatnimi kombinacijami leč.
• Raziskujte zasnove različnih instrumentov, ki uporabljajo leče, kot so teleskopi, laserji, mikroskopi in daljnogled.

Izziv: Oblikujte sistem z 2 lečami za odpravo težav z vidom (45-60 minut)

Povzetek

Ta dejavnost je osredotočena na vodenje študentov skozi proces ustvarjanja sistema leč, ki odpravlja težave z vidom. Cilj lekcije dejavnosti ni oblikovanje popolne leče, ampak razumevanje, kaj gre za reševanje problema z inženirskim procesom. Dovolite dovolj časa in nekaj strukturiranih meja, da odkritje motivira raziskovanje!

Predhodno znanje in spretnosti

• Svetloba potuje po ravni črti, dokler ne udari v predmet ali potuje od enega medija do drugega
• Vse, kar vidimo, je posledica svetlobe, ki vstopi v naše oči; večina te svetlobe se odbije
• Ko svetloba prehaja iz enega medija v drugega (tj. Skozi lečo), se svetloba upogne ali lomi
• Oblika in material leče vplivata na upogibanje svetlobe
• Oko vsebuje lečo, ki fokusira svetlobo na mrežnico. Jasen vid je odvisen od sposobnosti očesne leče, da upogne svetlobo, ki vstopa v oko, tako da se slika oblikuje posebej na mrežnici

Olajšajte dejavnost:

• Preglejte in si oglejte tabelo študentov KWL
• Vsaki skupini 3 študentov razdelite en komplet Light Bloxa s pokrovčki z režami in dve oblikovani želatinski leči (eno izbočeno in eno vbočeno).
• Učencem pokažite, kako prižgejo luči in jim dajte 3-5 minut časa, da raziščejo, kako se svetloba premika skozi leče.
• Predajte očesno šablono z "normalnim" vidom. Učenci naj postavijo oblikovano izbočeno lečo "v" oko, da vidijo, da svetloba prihaja do žarišča na mrežnici. Vid je jasno odvisen od žariščne točke, ki pristane na določenem očesnem mestu, imenovanem mrežnica.
• Nato naj učenci postavijo oblikovano izbočeno lečo na šablono hiperopičnega očesa, ki potrebuje korekcijo vida, ker svetloba pristane na napačnem mestu. Opazite, kje je osrednja točka. To ne ustvarja dobrega vida!
• Prosite jih, naj opredelijo težavo in ugibajo o rešitvi ... Kaj bi lahko »premaknilo« osrednjo točko na drugo lokacijo. Na tej točki pustite študentom nekaj časa skupaj s konkavnimi in konveksnimi lečami, da odkrijejo, da vbočena leča premika goriščno točko.
• Nato vsaki skupini dajte kvadrat (~ 4 ”X 8”) pripravljene navadne želatine z dvojno jakostjo in 3 okrogle rezalnike za piškote različnih premerov.
• Pojasnite, da bodo s to želatino ustvarili DRUGO lečo, da odpravijo težave z vidom. Materiali in orodja, ki so jim na voljo, so rezalniki za želatino, nože in piškote!
• Najprej študente prosite, naj z rezalniki za piškote in želatino vadijo ustvarjanje konkavnih in konveksnih leč.
• Nato študente prosite, naj izdelajo leče z rezalniki za piškote, plastičnim nožem in želatino, ki bodo odpravile težave z vidom, ki so prikazane na šablonah.
• Ko študentje ustvarjajo, preizkušajo in izboljšujejo zasnovo leč, se z lečami in svetlobo ukvarjajo z osnovami inženirskega procesa.

Cilj je učencem omogočiti, da razumejo, da se s svetlobo lahko manipulira z lečami - in da s tem lahko rešijo težave. Dobiti objektiv ravno prav, bo težko. Za naprednejše študente lahko vnesete goriščno razdaljo, polmer ukrivljenosti in indeks loma kot matematične metode ustvarjanja rešitev namesto pristopa "poskus in napaka", ki ga uporabljajo.

Pouk je za starejše učence mogoče opraviti že v enem razredu. Da pa bi študentom pomagali, da se ne počutijo hitri, in da bi zagotovili uspeh študentov (zlasti za mlajše študente), razdelite lekcijo na dve obdobji, ki učencem dajo več časa za razmišljanje, preizkušanje idej in dokončanje njihove zasnove. V naslednjem razredu opravite testiranje in ponovni pregled.

Očesni diagrami

Internetne povezave

• https://www.bbc.co.uk

Pisateljska dejavnost

Kakšne druge uporabe imajo leče v našem svetu?

Usklajenost z okviri učnih načrtov

Opomba: Vsi načrti pouka v tej seriji so usklajeni s standardi računalniških znanosti K-12 Združenja učiteljev računalništva, ameriškimi skupnimi državnimi standardi za matematiko in po potrebi tudi z načeli in standardi šolske matematike Nacionalnega sveta učiteljev matematike, standardi Mednarodnega združenja za tehnološko izobraževanje za tehnološko pismenost in ameriški nacionalni standardi za izobraževanje o znanosti, ki jih je izdelal Nacionalni svet za raziskave.

Disciplinske temeljne ideje 

4. PSXNUMX.B: Elektromagnetno sevanje

o Pot svetlobe je mogoče slediti kot ravne črte, razen na površinah med različnimi prosojnimi materiali (npr. zrak in voda, zrak in steklo), kjer se svetlobna pot upogne med mediji. (MS-PS4-2)

∙ ETS1.A: Opredelitev in razmejitev inženirskih težav

o Bolj natančno kot so opredeljena merila in omejitve projektne naloge, večja je verjetnost, da bo zasnovana rešitev uspešna. Specifikacija omejitev vključuje upoštevanje znanstvenih načel in drugega ustreznega znanja, ki bi verjetno omejilo možne rešitve (MS-ETS1-1)

∙ ETS1.B: Razvoj možnih rešitev

o Rešitev je treba preskusiti in nato spremeniti na podlagi rezultatov testa, da bi jo izboljšali. MS-ETS-4)

Znanost in inženirske prakse 

Opredelite projektni problem, ki ga je mogoče rešiti z razvojem predmeta, orodja, procesa ali sistema in vključuje več meril in omejitev, vključno z znanstvenimi spoznanji, ki lahko omejujejo možne rešitve. (MS-ETS1-1)

Razviti in uporabiti model za opis pojavov (MS-PS4-2)

Analizirajte in interpretirajte podatke, da ugotovite podobnosti in razlike v ugotovitvah. (MS ETS1-3)

Navzkrižni koncepti

∙ Struktura in delovanje

o Konstrukcije so lahko zasnovane tako, da služijo posebnim funkcijam ob upoštevanju lastnosti različnih materialov ter načina oblikovanja in uporabe materialov (MS PSR-2)

o Strukture so lahko zasnovane tako, da služijo posebnim funkcijam

Študentski delovni list #1: Tabela KWL

Ime študenta Datum

Medicinske sestre, zdravniki in inženirji sodelujejo pri oblikovanju in izdelavi očal in drugih orodij, ki izboljšujejo vid. V tem izzivu boste oblikovali sistem leč za izboljšanje pacientovega vida.

Kaj morate vedeti o človeškem očesu in lečah, da nekomu izboljšate vid?

S spodnjim grafičnim organizatorjem KWL navedite, kaj veste, želite vedeti in se naučiti oblikovati očala za izboljšanje vida nekoga

Učni list 2: Materiali in eksperimentalna postavitev

Ime študenta Datum

Za dokončanje oblikovalskega izziva na koncu te enote boste morali vedeti, kako usmeriti želatino in luči, da opazujete pot svetlobe, ko prehaja iz vira svetlobe skozi kos želatine.

Z besedami in/ali risbami opišite in dokumentirajte pot svetlobe, ki teče skozi želatino: o z želatino položeno ravno na mizo o z želatino NE položite ravno na mizo

• 1 žarek z Light Bloxom na širši strani
• 1 žarek z Light Bloxom na ožji strani
• 3 nosilci hkrati

Študentski delovni list 3: Sledenje žarkom

Z besedami in risbami zabeležite pot enega žarka svetlobe, ko prehaja od vira svetlobe skozi eno stran leče do druge strani kosa želatine; in naredite zaključke o tem, kako svetloba potuje skozi kos želatine z a

• Ravna/ravna površina
• Ukrivljena površina
• Opišite, pokažite in zabeležite pot svetlobe, ki prehaja skozi izbočeno in vbočeno lečo (s tremi lučmi)
• Opredelite in opredelite: vbočena leča, vpadni žarek leče, lomljen žarek

  Študentski delovni list 4: Predloga za oči