Око на оптику

Сетови

• Комплети који укључују материјале за активности могу се наћи на: https://laserclassroom.com/product/eyes-on-optics-kit-a-gelatin-optics-engineering-project/

увод

• Радни лист ученика 1: КВЛ графикон - САЧУВАЈ за поновну употребу у 5. активности
• Нормални, хиперопични и кратковиди дијаграми ока/предати
• Пар наочара

Активност 1

• Радни лист ученика #2: Материјали и експериментално постављање
• Припремљене плоче од желатине (погледајте рецепт испод)
• Сет Лигхт Блок (https://laserclassroom.com/light-blox/) ИЛИ Ласер Блок (https://laserclassroom.com/laser-blox/)
• Сет кружних резача за колачиће
• Пластични нож

Активност 2

• Радни лист ученика #3: Тражење зрака
• Припремљени облици желатине
  • Обликована конвексна сочива
  • Обликована удубљена сочива
  • Квадрат желатине (~ 3 ”Кс 3”)
  • Круг од желатине (пречник ~ 3 ")
• Сет Лигхт Блок (https://laserclassroom.com/light-blox/) ИЛИ Ласер Блок (https://laserclassroom.com/laser-blox/)

Активност 3

• 1 Припремљена желатинска плоча по тиму
• 1 Сет кружних резача колачића по тиму
• 1 пластични нож по тиму

Активност 4

• 1 Припремљена желатинска плоча по тиму
• 1 Сет кружних резача колачића по тиму
• 1 пластични нож по тиму

Активност 5

• Радни лист ученика # 1
• 1 Припремљена желатинска плоча по тиму
• 1 Сет кружних резача колачића по тиму
• 1 пластични нож по тиму

Активност 6

• 1 Припремљена желатинска плоча по тиму
• 1 Сет кружних резача колачића по тиму
• 1 пластични нож по тиму
• Еие Темплате
• КВЛ табела за референцу

Дизајн изазов

• Сет Лигхт Блок
• Сет обликованих сочива - једно конкавно и једно конвексно
• Плоча желатина
• Пластични нож
• Цоокие Цуттерс
• Еие Темплате
• Попуњен КВЛ графикон са радног листа #1

Рецепт за желатин:

• Следећи рецепт чини довољно гела за око шест великих дискова:
  • КСНУМКС шољице воде
  • 8 коверти Кнок оригиналног желатина
  • 1 контејнер димензија 9 ”к 7” к 2 ”
  • Чир вода. Помешајте 4 шоље кључале воде са 8 коверти (или у односу 1: 2 воде према желатини) Кнок оригиналног желатина.
• За активност #2, сипајте смешу у калупе за калупе за сочива.
• За све остале активности сипајте смешу у посуду тако да дубина течности буде најмање 0.75 инча. Желатин ставите у фрижидер преко ноћи да се стврдне.

Materijali

• Разноликост чистих и сувих материјала који се могу рециклирати (пластика, стакло, лименке од метала / алуминијума и папир) у великом канту за рециклажу или кутији
• Дуги сто или неколико кратких столова постављених заједно

Процес

Поставите дизајн на дугачки сто (или неколико кратких столова постављених заједно), додајте дизајн који се може рециклирати и документујте колико добро сваки дизајн сортира материјале који се могу рециклирати у посебне канте.

Дизајн изазов

Ви сте део тима инжењера који има изазов да дизајнира систем сочива за побољшање вида пацијента. Завршићете 6 активности да бисте сазнали о оптици сочива и људском оку.

kriterijumi

• Дизајнирајте и скицирајте систем за побољшање вида пацијента.

Ограничења

• Користите само достављене материјале.

Лекција захтева шест часова 45-60 минута

УВОДИТИ ИЗАЗОВ

резиме
Ова лекција се завршава дизајнерским изазовом, отвореним пројектом који охрабрује ученике да постављају питања, преузимају иницијативу и креативно размишљају. Инжењерски и дизајнерски изазови пружају контекст и смисао за коришћење научног процеса, развој техничких знања и вештина и успех у савременом друштву.

Да би представили овај изазов дизајна, студентима се представља циљ да осмисле систем сочива за побољшање вида пацијента, студенти идентификују шта знају и требају о оптици сочива и људском оку како би се суочили са изазовом.

Позадинске вештине и знање

• Пут светлости од извора (или објекта) до очију (опционалне активности: Учионица Пећина)
• Пут светлости у људско око: Ретина и фокусна тачка
• Опционална активност - Експериментишите са својом визијом

Подесите за активност

Поделите ученике у тимове од 2 или 3. Припремите позорницу за сесију размишљања о структури и функцији сочива и људског ока.

Подигните наочаре.

Замолите ученике да објасне како наочаре делују на побољшање вида. Нека ученици скицирају своје дизајне ако им то помаже да се потпуније изразе.

Објасните одељењу да се ова лекција завршава изазовом у дизајну. Објасните да ће тимови ученика дизајнирати систем сочива за побољшање вида за пацијента. Објасните да ће добити модел пацијентовог ока и да ће имати задатак да дизајнирају сет сочива за побољшање вида пацијената.

Објасните да ће тимови морати да објасне своје одлуке о дизајну на основу података које прикупљају приликом дизајнирања и тестирања сочива.

Расправите на часу - питајте ученике:

• Како делују наочаре?
• Како се наочаре комбинују са оком ради побољшања вида?
• Да ли су њихове различите врсте наочара? Ако је тако, по чему се разликују и зашто?
• Шта мислите како лекари схватају која врста сочива ће побољшати вид?

Олакшавање лекције

Пројектујте слике нормалног ока, хиперопијског и кратковидног ока на екран и/или поделите материјал тимовима са овим сликама.

Као разред, испитајте и разговарајте о разликама између слика. Помозите ученицима да разумеју и забележе следеће:

• Препознати и разумети основне функције структуре ока приказане на цртежу
• Објектив ока је идентичан
• Удаљеност од сочива до мрежњаче различита је од ока до ока
• Ретина се налази на истом месту за све очи
• Облик сваког ока у целини је другачији

Поделите ученицима изазов сценарија и Студентски радни лист #1, КВЛ графикон. Као класа, прочитајте и прегледајте сценарио. Дозволите ученицима да заврше КВЛ у паровима.

Резиме и рефлексија

Као разред, прегледајте сценарио и замолите волонтере да поделе са својим КВЛ графичким организаторима и процене разумевање ученика о изазову дизајна.

Постављајте ученицима питања као што су:

• Како бисте, сопственим речима, описали изазов дизајна који вам је дат?
• Шта мислите да треба да знате да бисте дизајнирали систем сочива за побољшање вида?
• Шта већ разумете о људском оку и визији што ће вам помоћи да се суочите са овим изазовом?
• Шта већ разумете о природи сочива која ће вам помоћи да се суочите са овим изазовом?
• Шта мислите да треба да научите да бисте се суочили са изазовом дизајна?

АКТИВНОСТ 1: ИСТРАЖУЈТЕ СА СВЕТЛОМ И ЖЕЛАТИНОМ (45-60 мин)

резиме

Циљ ове активности је да ученици пронађу и документују најефикаснији начин посматрања и снимања путање светлости која напушта извор светлости и пролази кроз желатин, а затим из њега.

Студенти ће имати отворену прилику да истражују и раде са материјалима, праве и размењују запажања и изграђују темељно разумевање односа између облика желатине и светлости. Ово отворено истраживање подстиче креативност и решавање проблема корисних за испуњавање коначног изазова пројектовања система сочива за побољшање вида.

Исходи учења

Као резултат ове активности ученици ће моћи:

• Оријентирајте желатин и светла да бисте посматрали путању светлости која пролази од извора светлости кроз комад желатина
• Опишите и документујте пут светлости који пролази кроз желатин

о Са желатином положеним на сто

о Са желатином који НИЈЕ положен равно на сто

о 1 сноп са Лигхт Блок -ом који седи на широј страни

о 1 сноп са Лигхт Блок -ом који седи на ужој страни

о 3 греде одједном

Предзнање и вештине

Пре почетка активности 1:

• Студенти би требало да разумеју изазов дизајна на крају ове лекције. Погледајте одељак „Представљање изазова“ изнад.
• Уведите свеобухватни циљ истраживачке активности: Пронаћи и документовати најефикаснији начин посматрања и снимања путање светлости која напушта извор светлости и пролази кроз желатин, а затим из њега.

Покажите/моделирајте како се мери и бележи следеће:

• Покажите ученицима скуп материјала и покажите како се помоћу резача за колачиће и пластичног ножа праве различити обликовани комадићи желатине.
• Покажите ученицима како да манипулишу облицима тако да светлуцају кроз сваку површину.
• Покажите ученицима два различита начина оријентисања светлости која пролази кроз желатин.

Олакшавање активности

Подстичите креативност, истраживање и документацију

• Модел истражујте и експериментишите са материјалима
• Поделите ученички радни лист #2 и моделирајте како се бележе запажања
• Покажите како се документује:
  • Величина и облик њиховог комада желатине
  • Оријентација желатина и светлости
  • Читав пут снопа светлости почиње при изласку из светлосног блока док пролази, а затим из желатине
  • Формирајте тимове и дистрибуирајте ресурсе. Уверите се да сваки тим има приступ „плочи желатине“ за сечење, резачима колачића, пластичном ножу, Лигхт Блок -у (или другом извору светлости), листу папира и материјалима за снимање.
• Угасите светла ако је могуће и могуће
• Кружите по учионици да бисте посматрали тимове док се ученици припремају и организују своју опрему.
• Кружите по просторији посматрајући рад ученика. Док тимови раде, посматрајте њихове напоре да сијају Лигхт Блок кроз желатин, помозите појединцима или тимовима који се боре са управљањем опремом и постављањем.
• Према потреби, укључити ученике у дискусију о њиховим активностима. Постављајте ученицима отворена питања о њиховом настојању да уреде опрему, исеку облике, оријентишу светла, забележе оно што посматрају и како имају смисла у својим запажањима.
• Ако је потребно, зауставите час да бисте поделили рад једног или више тимова са другим тимовима. Искористите такве прекиде да истакнете позитивне примере истраживања, укључујући, али се не ограничавајући на: креативни дизајн, методе за усклађивање светла, желатине и сита, вођење евиденције и тимски рад.

Током читавог периода подсетите ученике да воде детаљну евиденцију свог рада на коју ће се позвати у даљој дискусији.

Сумирајте и размислите

Окончајте активност, охрабрите тимове да поделе свој рад и извуците закључке о резултатима.

• На часу разговарајте о налазима ученика
  • Како најбоље оријентисати желатин и светла да бисте посматрали путању светлости која пролази кроз желатин
  • Како облик желатине утиче на путању светлости која пролази кроз желатин
  • Подсетимо се да ћете у будућности дизајнирати систем сочива за побољшање људског вида. Шта сте данас урадили и научили што се односи на овај изазов?
  • Као класа, договорите се о поступку праћења путање светлости која напушта извор светлости, пролази кроз желатин, а затим излази из желатина.

Шта се дешава? Дефиниција рефракције и упућивање на више информација. Опционално: Кинестетичка рефрактивна активност http://laserclassroom.com/products/kinesthetic-model-refraction/

АКТИВНОСТ 2: ЕКСПЕРИМЕНТ СА ОБЛИКОМ ОБЈЕКАТА (45-60 мин)

резиме

Студенти користе научни процес да открију квалитативно однос светлости и облика (конкавно, конвексно, квадратно, кружно) сочива.

Исходи учења

Као резултат ове активности, ученици ће моћи да забележе путању једног снопа светлости који пролази од извора светлости кроз једну страну сочива до друге стране комада желатине; и извуците закључке о томе како светлост путује кроз комад желатине са а

• Равна/равна површина
• Закривљена површина
• Опишите, покажите и снимите путању светлости која пролази кроз конвексно и конкавно сочиво (помоћу 3 светла)
• Препознати и дефинисати: конкавно сочиво, упадни зрак конвексног сочива, преломљени зрак

Претходно знање и вештине

Преглед на почетку активности:

• Како оријентисати желатин и светла (из претходне активности)
• Како снимити путању светлости која пролази кроз желатин (из претходне активности)

Подесите за активност

Подесите 4 станице

• 3 Лигхт Блок и круг желатина
• 3 Лигхт Блок и квадрат желатина
• 3 светла и обликовано конвексно сочиво
• 3 светла и обликовано конкавно сочиво

Пре почетка експеримента: Објасните научни процес

• Подстичите систематско проучавање светлости и сочива. На свакој станици ученици нека документују своја запажања са цртежом, укључујући одговарајуће ознаке (упадни и преломљени зраци, конкавна или конвексна сочива)
• Разлика између независних и зависних променљивих
• Које променљиве су независне и зависне променљиве на свакој станици
• Зависна променљива је облик сочива - конкаван или конвексан
• Додатни кораци у научном процесу од којих очекујете да студенти следе од изношења хипотезе до закључивања.
• НАУЧНИ ПРОЦЕС: https://nces.ed.gov/nceskids/help/user_guide/graph/variables.asp

Покажите/моделирајте како се мери и бележи следеће:

• Положај и удаљеност од извора светлости до објектива
• Оно што се дешава са путањом светлости као зависном променљивом (облик сочива) се мења.
• Понашање светлости при проласку кроз сочиво
• Прегледајте речник док демонстрирате
  • Инцидент раи
  • Преломљени зрак
  • Конкавна сочива
  • Конвексна сочива
  • Кључна тачка

Олакшајте активност

• Подијелите радни лист ученика #3
• Објасните да ће у овој активности студенти користити научни процес за организованије и конкретније анализе утицаја различитих врста сочива на понашање светлости. Објасните ученицима да ће се ротирати кроз четири станице.
• Објасните да ће на свакој станици пропустити светлост кроз једну врсту сочива и забележити понашање светлосних снопова док пролазе кроз сочива.
• Упутите ученике да посматрају и снимају цртежима и етикетама, њихова запажања на свакој станици:
  • Извор светлости
  • Инцидент Раи
  • Преломљени зрак
  • Конкавна сочива
  • Конвексна сочива
  • Фокална тачка (нема потребе да се уводи жижна даљина у овом тренутку, или да се разговара о односу између фокусне тачке и вида, осим ако се не појави)
  • Белешке, закључци, друга запажања
• Поделите ученике у парове. Доделите парове станицама.
• Поставите очекивања за време проведено на свакој станици и број распореда светала и сочива за које очекујете да ће их ученици мерити и снимати на свакој станици.
• Кружите по просторији док тимови раде како би посматрали њихове напоре. Помозите тимовима да поставе своју опрему, идентификују зависне и независне променљиве и да измере, евидентирају и извуку своје резултате.
• Према потреби, разговарајте са ученицима о њиховом експерименталном постављању, њиховим методама мерења положаја светлости, углу светлосног снопа који улази и пролази кроз сочиво и које променљиве ће задржати константним при преласку на следећу станицу и следећи објектив.
• Ако се укаже прилика да истакнете ученичке напоре, одржите разредну дискусију о неким запажањима која сте дали. Нека ученици објасне својим вршњацима своје експерименталне поставке, методе мерења и бележења резултата и планове да њихов рад буде доследан од станице до станице.
• Пазите на време. Дајте ученицима довољно времена да преуреде и измере своја светла најмање два или три пута пре него што се преселе на другу станицу.
• Дајте „упозорење“ око 5 минута пре него што ученици треба да се окрену до следеће станице. Реците им да заврше посао на тренутној станици.
• Са преосталим 1-2 минута, нека ученици почисте и врате станицу на начин на који су је нашли (или боље). Ако време дозвољава, ротирајте на другу станицу. У супротном, објасните да ће ученици наставити са радом тамо где су стали у наредном периоду.

Сумирајте и размислите

Окончајте активност, охрабрите тимове да поделе свој рад и извуците закључке о резултатима.

• Разговарајте и поделите резултате и закључке као класа
  • Квадрат наспрам круга
  • Конкавна сочива производе жаришну тачку испред објектива
  • Конвексна сочива производе жаришну тачку на задњој страни сочива
  • Растојање од центра сочива до жижне тачке назива се жариште
  • дужина
  • Адресни речник

АКТИВНОСТ 3: СТВАРАЈТЕ СВОЈА ОБЈЕКТИ - ДИЗАЈН И ДОКУМЕНТ (45-60 мин)

резиме

Ученици се баве усмереним истраживањем и користе оно што су до сада научили да документују процес како поуздано створити/дизајнирати конкавна и конвексна сочива различитих величина (ширина).

Исходи учења

Као резултат ове активности ученици ће моћи:

• Опишите, покажите и снимите како од желатине изрезати и конкавно и конвексно сочиво помоћу кружног резача за колачиће.
• На основу доказа извуците закључке о томе како се светлосна путања понаша када се промени зависна променљива (облик сочива, величина, удаљеност од извора светлости).

Пре активности представите, разговарајте или прегледајте

• Конкавна и конвексна сочива
• Како документовати поновљив процес http://www.wikihow.com/Document-a-Process

Олакшајте активност

Предлажемо да искористите овај час како бисте ученицима омогућили одређено време (15-20 минута) да се боре након што сте им показали облике које треба да направе и дали им материјале, уместо да експлицитно покажете ученицима како да креирајте облике. Када схвате како да направе и конкавно и конвексно сочиво, документоваће процес који су користили.

Овај изазов поставља основу за разумевање нечег основног, али не и интуитивног у вези са оваквим сочивима - да су изведени из кругова; и напредније разумевање математике које описује својства сочива ослања се на то разумевање. Ова једноставна практична активност студентима пружа искуствено, интуитивно искуство односа између конкавних/конвексних сочива и кругова.

• Представите данашњи изазов: Документујте процес како да исечете конвексну и конкавну сочиву
  • Конкавно: 2-3 различите величине
  • Конвексно: 2-3 различите величине
• Дајте сваком пару ученика округле резаче за колаче и ~ 9 ”Кс 7” плочу желатина.
• Оставите 15-20 минута тимовима ученика да експериментишу са исецањем облика сочива, фокусирајући се на документовање поновљивог и поузданог процеса за коришћење округлих резача колачића за дизајнирање конкавних и конвексних сочива.
• Кружите по просторији док тимови раде како би посматрали своје напоре. Помозите тимовима да поставе своју опрему ако је потребно.

Сумирајте и размислите

• Зауставите ученике након 15-20 минута да одрже дискусију о раду ученика. Нека ученици објасне својим вршњацима њихову експерименталну поставку и методе за документовање процеса.
• Као разред, напишите (документујте) процес на основу налаза и доприноса ученика.

АКТИВНОСТ 4: ЕКСПЕРИМЕНТ СА ВЕЛИЧИНОМ ОБЈЕКАТА (ШИРИНА) (45-60 мин)

резиме

Користећи процес документован у последњем часу, студенти се укључују у научни процес ради прикупљања и снимања података и доносе закључак о утицају зависне променљиве (ширине сочива) на жижну даљину. Ово је квалитативно. На пример, жижна даљина се повећава или скраћује.

Разумевање како величина (ширина) сочива и удаљеност од извора светлости до сочива утичу на жижну даљину помоћи ће ученицима да осмисле систем сочива за побољшање вида када се упусте у последњи изазов.

• Студенти ће:
  • Дизајн:
    • Конкавно: 2-3 различите ширине
    • Конвексно: 2-3 различите ширине
  • Запис: путања снопа и приближна жижна даљина
    • Конкавна сочива: 2-3 различите ширине
    • Конвексна сочива: 2-3 различите ширине
  • Закључити квалитативни однос између ширине објектива и жижне даљине
  • Терминологија и појмови:
    • Извор светлости
    • Жижна даљина - како промена ширине објектива утиче на жижну даљину?

Пре активности представите, разговарајте или прегледајте

• Разлика између независних и зависних променљивих
• Које променљиве су независне и зависне променљиве у данашњој активности -
  • Ширина сочива И удаљеност извора светлости од објектива су зависне променљиве које утичу на резултат: жижна даљина
• Дефиниција жижна даљина укратко, његов однос према визији.
  • Извор светлости = предмет (светлост која одскаче од објекта у око)
  • Светлост која улази у око мора да се фокусира директно на мрежњачу да би се добила јасна слика.
• Ако више волите да уведете више математике или да се детаљније позабавите жижном даљином, Кхан Ацадеми нуди одличан преглед за вашу референцу:
  • Конвексно: https://www.khanacademy.org/science/physics/geometricoptics/lenses/v/convex-lenses
  • цонцаве: https://www.khanacademy.org/science/physics/geometricoptics/lenses/v/concave-lenses

Покажите/моделирајте како посматрати, мерити и бележити

• Како одредити приближну жижну даљину и конкавног и конвексног сочива
• Оно што се дешава са понашањем (путањом) светлости као зависне променљиве (ширина сочива) се мења.
• Прегледајте или унесите вокабулар док демонстрирате
  • Инцидент раи
  • Преломљени зрак
  • Конкавна сочива
  • Конвексна сочива
  • Жижна даљина

Олакшајте активност:

Подстичите систематско експериментисање са светлом и сочивима

• Представите циљ данашње активности:
  • Прикупите податке и изведите закључке о утицају величине (ширине) сочива на жижну даљину
  • Прикупите податке и изведите закључке о утицају удаљености од извора светлости до сочива на жижну даљину
• Дајте сваком пару ученика скуп материјала:
  • Сет округлих резача за колачиће
  • 9 ”Кс 13” плоча желатине
  • Сет од три Лигхт Блока
• Дајте ученицима упутства да
  • Дизајнирајте 3 конвексна сочива различите ширине
  • Измерите и забележите ширину сваког објектива и одговарајућу жижну даљину
• Дајте ученицима упутства да
  • Дизајнирајте 3 конкавна сочива различите ширине
  • Измерите и забележите ширину сваког објектива и одговарајућу жижну даљину
• Дајте ученицима упутства да
  • Измерите и забележите како се жижна даљина мења како се мења растојање између извора светлости и сочива.
• Када тимови забележе своја мерења и запажања, приведите активност крају.
• Дајте студентима времена да заврше свој рад, попуњавајући табеле са подацима и цртеже по потреби.
• Одвојите време за чишћење.

Резиме и рефлексија

Замолите тимове да поделе своје резултате. Одржати дискусију на часу у којој тимови/појединци објашњавају шта су урадили, шта су приметили и какав смисао имају у резултатима. У зависности од вашег приступа, можда ћете желети да користите једну од неколико стратегија активног учења или да позовете волонтере да нацртају или демонстрирају свој рад испред разреда.

• Користећи резултате ученика, укључујући цртеже и табеле са подацима, упоредите разлику између проласка светлости кроз сваку врсту сочива.
• Као разред дискутујте о питањима као што су:
  • Шта се дешава са жижном даљином како се ширина сочива повећава или смањује?
  • Да ли је за конкавно исто као и за конвексно?
  • Да ли се резултати разликују у зависности од удаљености од светлости до сочива?
  • Шта сте научили о конвексним и конкавним сочивима што ће вам помоћи у коначном изазову?
• Као разред, разговарајте о исходима експеримента. Питања за решавање укључују, али нису ограничена на:
  • Како се жаришна тачка мења како објектив постаје мањи/већи?
  • Који докази подржавају ове закључке?
  • Како се резултати разликују између конкавних и конвексних сочива?
  • Како разумевање односа облика и величине сочива и жаришне тачке помаже у коначном изазову пројектовања система сочива за побољшање вида?
  • Ако су ученици предвидели жижну тачку и величину сочива, како су се њихова предвиђања упоредила са резултатима? Да ли су неки резултати били изненађујући?
  • У завршној активности биће вам постављен изазов да направите систем сочива дизајнираних за побољшање вида. Шта сте научили о сочивима и контактним тачкама који ће вам помоћи да одговорите на изазов?
  • Присетите се слика ока (нормалних, блиских и далековидих). На који део дијаграма желите да се светлост фокусира?

АКТИВНОСТ 5: ЕКСПЕРИМЕНТ СА 2 СИСТЕМА ЛЕЋЕ (45-60 мин)

резиме

Као своју последњу активност у припреми за изазов дизајна, студенти истражују понашање светлости која пролази кроз различите комбинације парова сочива. У последњем изазову, ученици добијају дијаграм ока пацијента. Једно сочиво у систему представљаће сочиво које се налази у оку. Студенти ће морати да дизајнирају једно или више желатинских сочива како би исправили или побољшали вид свог пацијента. Комбинација сочива и њихово поравнање треба да фокусирају светлост на мрежњачи у дијаграму ока пацијента.

ПРВИ попуните последњи део табеле КВЛ.

Исходи учења

Као резултат ове лекције, ученици ће моћи:

• Опишите, покажите и забележите утицај система од два сочива на путању светлости и жижну даљину
  • 2 конвексна сочива
  • 2 конкавна сочива
  • 1 конкавно и 1 конвексно сочиво
• Опишите улогу сочива у различитим инструментима који се користе за побољшање вида или слике фокуса
  • Krema za sunčanje i šešir
  • Телескоп
  • Микроскоп
  • Лупа
• Опишите улогу сочива у људском виду
  • Људско око садржи конвексно сочиво
  • Јасан људски вид ослања се на способност фокусирања светлости посебно на мрежњачу
  • Миопија и хиперопија као уобичајени проблеми са видом
• Предвидите како различита сочива могу побољшати људски вид када су присутни миопија или хиперметропија.

Оптионал Матх

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

Припремите позорницу за експериментисање са више сочива.

Као класа направите списак различитих инструмената који користе два или више сочива. Ако ученици сугеришу да је око у комбинацији са наочарима систем сочива, објасните да ће се у последњој лекцији посебно позабавити овом комбинацијом. За сада се фокусирајте на инструменте као што су телескопи, микроскопи и двогледи.

Замолите ученике да објасне како мисле да различити инструменти функционишу и однос између сочива и сочива и светла.

Објасните да ће у овој активности ученици истраживати комбинације сочива о понашању светлости. Објасните да ће проћи сноп светлости кроз два сочива како би посматрали и бележили резултате.

Као класа разговарајте о многим променљивим у експерименту, које треба променити, а које задржати исте. Неке променљиве које студенти треба да препознају укључују:

• Растојање између сочива
• Комбинација типова сочива за стварање парова сочива
• Положај и удаљеност извора светлости до сочива

Олакшајте активност

Објасните да у овој активности ученици морају пажљиво водити евиденцију о свом раду. У зависности од расположивог времена, замолите све тимове да раде са свим комбинацијама сочива или да разред разбију на „експертске групе“ и додијелите им одговорност да извјештавају одјељење о систему који су истражили.

Тимови треба да експериментишу са свим или неким од следећих комбинација сочива:

• Конвексно + Конвексно
• Конкавно + Конкавно
• Конвексно + конкавно
• ПРВИ попуните последњи део табеле КВЛ
• Нека ученици планирају свој експеримент, нацртају поставку и направе табелу података у коју ће записати резултате. Алтернативно, нацртајте поставку опреме на табли и дистрибуирајте табелу података сваком тиму.
• Када тимови покажу одговарајући план за своје експерименте, обезбедите им желатин и алат.
• Уверите се да ученици истражују ефекат комбинација сочива И ефекат промене растојања између сочива.
• Скренути пажњу на ефекте различитих комбинација сочива на понашање светлости.
• Скренути пажњу на ефекте промене растојања између сочива на понашање светлости.
• Кружите по просторији да бисте посматрали ученике. Ако је потребно, укључите тимове у расправу о својим експерименталним процедурама, мерењима, запажањима и резултатима. Помозите им да повежу своје методе са исходима.
• (Опционално) Нека ученици направе „дијаграме зрака“ за сочива попут овог приказаног овде.

Резиме и рефлексија

Затворите експерименте које су студенти извели. Као класа, прегледајте понашање светлости при проласку кроз различите парове сочива и ефекат промене растојања између парова сочива.

• Ако је потребно, оставите ученицима времена да прегледају и заврше рад из претходног корака у лекцији пре излагања.
• Нека тимови поделе своје резултате. Охрабрите ученике да се обрате цртежима и подацима како би објаснили своја запажања и закључке.
• Као час, разговарајте о питањима као што су:
  • Шта се дешава са фокусном тачком док померате једно сочиво ближе или даље од другог? Да ли зависи од тога коју комбинацију сочива користите?
  • Шта се дешава са жаришном тачком два конвексна сочива
  • Шта се дешава са жаришном тачком два конкавна сочива?
  • Шта се дешава са различитим комбинацијама различитих сочива?
  • Како се рад са два (или више) сочива примењује на последњи изазов дизајнирања система сочива за побољшање вида пацијента?
  • Које комбинације сочива мислите да ће побољшати вид кратковидим пацијентима?
  • Која комбинација сочива мислите да ће побољшати вид далековидом пацијенту?

ОПЦИОНИ

• Експериментишите са додатним комбинацијама сочива.
• Истражите дизајн различитих инструмената који користе сочива попут телескопа, ласера, микроскопа и двогледа.

Изазов: Дизајнирајте систем са 2 сочива за исправљање проблема са видом (45-60 мин)

резиме

Ова активност је усредсређена на вођење ученика кроз процес стварања система сочива који исправља проблем вида. Циљ лекције активности није дизајнирање савршеног сочива, већ разумевање шта улази у решавање проблема са инжењерским процесом. Дозволите довољно времена и неке структуриране границе како би откриће мотивисало истраживање!

Претходно знање и вештине

• Светлост путује праволинијски све док не удари у неки предмет или не путује од једног медија до другог
• Све што видимо резултат је светлости која улази у наше очи; већина те светлости се рефлектује
• Када светлост прелази из једног медија у други (тј. Кроз сочиво), светлост се савија или прелама
• Облик и материјал сочива утичу на то како се светлост савија
• Око садржи сочиво које фокусира светлост на мрежњачу. Јасан вид зависи од способности очног сочива да савије светлост која улази у око тако да се слика формира посебно на мрежњачи

Олакшајте активност:

• Прегледајте и погледајте КВЛ табелу ученика
• Поделите један сет Лигхт Блока са УКЉУЧЕНИМ поклопцима и два обликована желатинска сочива (једно конвексно и једно конкавно) свакој групи од 3 ученика.
• Покажите ученицима како да пале светла и дајте им 3-5 минута да истраже како се светло креће кроз сочива.
• Поделите шаблон ока са „нормалним“ видом. Нека ученици поставе обликовано испупчено сочиво „у“ око да виде да светлост долази до жаришта на мрежњачи. Вид јасно зависи од жаришта које слеће на одређено место у оку, названо мрежњача.
• Затим, нека ученици поставе обликовано испупчено сочиво на шаблон хиперопијског ока којем је потребна корекција вида јер светлост пада на погрешно место. Обратите пажњу на то где је фокусна тачка. Ово не ствара добар вид!
• Замолите их да дефинишу проблем и нагађају решење ... Шта би могло да „премести“ жариште на другу локацију. У овом тренутку оставите ученицима неко време заједно са конкавним и конвексним сочивима како би могли да открију да конкавно сочиво помера жижну тачку.
• Затим свакој групи дајте квадрат (~ 4 ”Кс 8”) припремљеног обичног желатина двоструке јачине и 3 округла резача за колаче различитих пречника.
• Објасните да ће са овим желатином створити ДРУГО сочиво како би исправили проблем са видом. Материјали и алати који су им на располагању су резачи за желатину, ножеве и колачиће!
• Замолите ученике да прво вежбају стварање конкавних и конвексних сочива помоћу својих резача за колачиће и желатине.
• Затим замолите студенте да конструишу сочива помоћу резача за колачиће, пластичног ножа и желатине, што ће исправити проблеме са видом који су приказани на шаблонима.
• Док студенти стварају, тестирају и побољшавају дизајн својих сочива, они се укључују у основе инжењерског процеса користећи сочива и светлост.

Циљ је омогућити ученицима да схвате да се светлошћу може манипулисати сочивима - и да на тај начин могу да реше проблеме. Биће изазов поставити објектив баш како треба. За напредније студенте можете увести жижну даљину, полупречник закривљености и индекс преламања као математичке методе стварања решења уместо приступа „покушаја и грешака“ који користе.

Лекција се може изводити за само 1 час за старије ученике. Међутим, да бисте ученицима помогли да се осећају пожуривано и да би им осигурали успех (посебно за млађе ученике), поделите наставу на два периода дајући ученицима више времена за мозгање, тестирање идеја и дораду њиховог дизајна. Спроведите тестирање и извештавање у наредном периоду наставе.

Еие Диаграмс

Интернет Цоннецтионс

• https://www.bbc.co.uk

Писање активности

Које друге примене имају сочива у нашем свету?

Усклађивање са оквирним програмима

Белешка: Сви планови часова у овој серији усклађени су са Стандардима рачунарских наука Удружења наставника рачунарства К-12, Заједничким основним државним стандардима САД за математику, а ако је применљиво и са принципима и стандардима Националног савета наставника математике за школску математику, стандарди Међународне асоцијације за технолошко образовање за стандарде технолошке писмености и Национални стандарди образовања за науку САД које је израдио Национални истраживачки савет.

Дисциплинари Цоре Идеас 

∙ ПС4.Б: Електромагнетно зрачење

о Светлосни пут се може пратити као праве линије, осим на површинама између различитих прозирних материјала (нпр. ваздух и вода, ваздух и стакло) где се светлосни пут савија између материјала. (МС-ПС4-2)

∙ ЕТС1.А: Дефинисање и разграничавање инжењерских проблема

о Што се прецизније могу дефинисати критеријуми и ограничења пројектног задатка, већа је вероватноћа да ће пројектовано решење бити успешно. Спецификација ограничења укључује разматрање научних принципа и другог релевантног знања које ће вероватно ограничити могућа решења (МС-ЕТС1-1)

∙ ЕТС1.Б: Развој могућих решења

о Решење треба тестирати, а затим модификовати на основу резултата испитивања како би се побољшало. МС-ЕТС-4)

Наука и инжењерске праксе 

Дефинишите проблем дизајна који се може решити развојем објекта, алата, процеса или система и укључује више критеријума и ограничења, укључујући научна сазнања која могу ограничити могућа решења. (МС-ЕТС1-1)

Развити и користити модел за описивање појава (МС-ПС4-2)

Анализирајте и тумачите податке како бисте утврдили сличности и разлике у налазима. (МС ЕТС1-3)

Попречни концепти

∙ Структура и функција

о Конструкције се могу пројектовати да служе одређеним функцијама узимајући у обзир својства различитих материјала и начин на који се материјали могу обликовати и користити (МС ПСР-2)

о Структуре се могу пројектовати да служе одређеним функцијама

Радни лист ученика #1: КВЛ графикон

Име студента Датум

Медицинске сестре, лекари и инжењери заједно раде на дизајнирању и изградњи наочара и других алата који побољшавају вид. У овом изазову ћете дизајнирати систем сочива за побољшање вида пацијента.

Шта треба да знате о људском оку и сочивима како бисте побољшали нечији вид?

Користите доњи графички организатор КВЛ да наведете шта знате, желите да знате и научили да дизајнирате наочаре за побољшање нечијег вида

Радни лист ученика 2: Материјали и експериментално постављање

Име студента Датум

Да бисте довршили изазов дизајна на крају ове јединице, мораћете да знате како да оријентишете желатин и светла да бисте посматрали путању светлости која пролази од извора светлости кроз комад желатине

Помоћу речи и/или цртежа опишите и документујте путању светлости која пролази кроз желатину: о Са желатином положеним на сто о о Са желатином се НЕ полаже равно на сто

• 1 сноп са Лигхт Блок -ом који седи на широј страни
• 1 сноп са Лигхт Блок -ом који седи на ужој страни
• 3 греде одједном

Радни лист ученика 3: Тражење зрака

Помоћу речи и цртежа забележите путању једног снопа светлости који пролази од извора светлости кроз једну страну сочива до друге стране комада желатине; и извуците закључке о томе како светлост путује кроз комад желатине са а

• Равна/равна површина
• Закривљена површина
• Опишите, покажите и снимите путању светлости која пролази кроз конвексно и конкавно сочиво (помоћу 3 светла)
• Препознати и дефинисати: конкавно сочиво, упадни зрак конвексног сочива, преломљени зрак

  Радни лист ученика 4: Шаблон за очи