Optik Üzerine Bir Göz

Kitleri

• Aktivite materyallerini içeren kitler şu adreste bulunabilir: https://laserclassroom.com/product/eyes-on-optics-kit-a-gelatin-optics-engineering-project/

Giriş

• Öğrenci Çalışma Sayfası 1: KWL Şeması – Etkinlik 5'te tekrar kullanmak için KAYDET
• Normal, hipermetrop ve miyop göz diyagramları/dağıtım
• bir çift gözlük

1. Aktivite

• Öğrenci Çalışma Sayfası #2: Malzemeler ve Deney Kurulumu
• Hazır Jelatin levhalar (aşağıdaki tarife bakın)
• Işık Blox Seti (https://laserclassroom.com/light-blox/) VEYA Lazer Blox (https://laserclassroom.com/laser-blox/)
• Dairesel çerez kesici seti
• Plastik bıçak

2. Aktivite

• Öğrenci Çalışma Sayfası #3: Işın İzleme
• Hazır Jelatin şekilleri
  • Kalıplanmış dışbükey lensler
  • Kalıplanmış içbükey lensler
  • Jelatin karesi (~ 3” X 3”)
  • Jelatin Çemberi (~3” çap)
• Işık Blox Seti (https://laserclassroom.com/light-blox/) VEYA Lazer Blox (https://laserclassroom.com/laser-blox/)

3. Aktivite

• Takım başına 1 Hazırlanmış Jelatin levha
• Takım başına 1 set dairesel çerez kesici
• Takım başına 1 Plastik bıçak

4. Aktivite

• Takım başına 1 Hazırlanmış Jelatin levha
• Takım başına 1 set dairesel çerez kesici
• Takım başına 1 Plastik bıçak

5. Aktivite

• Öğrenci Çalışma Sayfası #1
• Takım başına 1 Hazırlanmış Jelatin levha
• Takım başına 1 set dairesel çerez kesici
• Takım başına 1 Plastik bıçak

6. Aktivite

• Takım başına 1 Hazırlanmış Jelatin levha
• Takım başına 1 set dairesel çerez kesici
• Takım başına 1 Plastik bıçak
• Göz şablonu
• Referans için KWL Şeması

Tasarım Yarışması

• Işık Blox Seti
• Kalıplanmış Lens Seti – bir içbükey ve bir dışbükey
• jelatin levhası
• Plastik bıçak
• Kurabiye kalıbı
• Göz şablonu
• Çalışma Sayfası #1'den Tamamlanmış KWL Şeması

Jelatin Tarifi:

• Aşağıdaki tarif, yaklaşık altı büyük disk için yeterli jel yapar:
  • 4 bardak su
  • 8 zarf Knox Orijinal Jelatin
  • 1” x 9” x 7” boyutlarında 2 konteyner
  • Kaynatma su. 4 bardak kaynar suyu 8 zarfa (veya 1:2 su/jelatine oranı) Knox Original Jelatin ile karıştırın.
• 2. aktivite için, karışımı lens kalıp tepsilerine dökün.
• Diğer tüm faaliyetler için, karışımı kabın içine sıvının derinliği en az 0.75 inç olacak şekilde dökün. Jelatini katılaşması için bir gece buzdolabında bekletin.

Malzemeler

• Büyük bir geri dönüşüm kutusu veya kutusunda çeşitli temiz, kuru geri dönüştürülebilir malzemeler (plastik, cam, metal / alüminyum kutular ve kağıt)
• Uzun masa veya yan yana yerleştirilmiş birkaç kısa masa

İşlem

Tasarımı uzun bir masaya (veya birkaç kısa masaya) yerleştirin, tasarıma geri dönüştürülebilir malzemeler ekleyin ve her tasarımın geri dönüştürülebilir malzemeleri ayrı kutularda ne kadar iyi sıraladığını belgeleyin.

Tasarım Yarışması

Bir hastanın görüşünü iyileştirmek için bir lens sistemi tasarlama zorluğu verilen bir mühendis ekibinin parçasısınız. Lenslerin optiği ve insan gözü hakkında bilgi edinmek için 6 aktiviteyi tamamlayacaksınız.

Kriterler

• Hastanın görüşünü iyileştirmek için bir sistem tasarlayın ve çizin.

Kısıtlamalar

• Yalnızca sağlanan malzemeleri kullanın.

Ders, 45-60 dakikalık altı ders periyodu gerektirir

ZORLUĞA TANITMAK

Özet
Bu ders, öğrencileri soru sormaya, inisiyatif almaya ve yaratıcı düşünmeye teşvik eden açık uçlu bir proje olan bir tasarım mücadelesi ile sona ermektedir. Mühendislik ve tasarım zorlukları, bilimsel sürecin kullanılması, teknik bilgi ve becerilerin geliştirilmesi ve modern toplumda başarı için bağlam ve anlam sağlar.

Bu Tasarım Yarışmasını tanıtmak için öğrencilere, bir hastanın görüşünü iyileştirmek için bir lens sistemi tasarlama hedefi sunulur, öğrenciler bu zorluğun üstesinden gelmek için lenslerin optiği ve insan gözü hakkında bildiklerini ve neye ihtiyaç duyduklarını belirlerler.

Arka Plan Becerileri ve Bilgisi

• Kaynaktan (veya nesneden) gözlere giden ışık yolu (Opsiyonel Etkinlik: Sınıf Mağarası)
• İnsan Gözüne giden ışık yolu: Retina ve odak noktası
• İsteğe Bağlı Etkinlik – Kendi vizyonunuzla deney yapın

Etkinlik için Ayarla

Öğrencileri 2 veya 3 kişilik takımlara ayırın. Merceklerin ve insan gözünün yapısı ve işlevi hakkında bir beyin fırtınası oturumu için ortam hazırlayın.

Bir çift gözlük tutun.

Öğrencilerden gözlüğün vizyonu geliştirmek için nasıl çalıştığını açıklamalarını isteyin. Kendilerini daha eksiksiz ifade etmelerine yardımcı olacaksa, öğrencilerin tasarımlarını çizmelerine izin verin.

Sınıfa bu dersin bir tasarım mücadelesi ile sona erdiğini açıklayın. Öğrenci ekiplerinin bir hastanın görüşünü iyileştirmek için bir lens sistemi tasarlayacaklarını açıklayın. Bir hastanın gözünün bir modelini alacaklarını ve hastaların görüşünü iyileştirmek için bir dizi lens tasarlamakla görevlendirileceklerini açıklayın.

Ekiplerin lens tasarlarken ve test ederken topladıkları verilere dayanarak tasarım kararlarını açıklamaları gerekeceğini açıklayın.

Bir Sınıf Tartışması Yapın – öğrencilere sorun:

• Gözlükler nasıl çalışır?
• Görmeyi iyileştirmek için gözlük gözle nasıl birleşir?
• Farklı gözlük türleri mi? Eğer öyleyse, nasıl farklılar ve neden?
• Sizce doktorlar ne tür bir lensin görüşü iyileştireceğini nasıl anlıyor?

Dersi Kolaylaştırmak

Normal göz, hipermetrop ve miyop gözün görüntülerini ekrana yansıtın ve/veya bu görüntülerle ekiplere bir broşür dağıtın.

Sınıf olarak görseller arasındaki farkları inceleyin ve tartışın. Öğrencilerin aşağıdakileri anlamasına ve not etmesine yardımcı olun:

• Çizimde gösterilen gözün yapılarının temel işlevlerini tanımlayın ve anlayın
• Gözün merceği baştan sona aynıdır
• Lensten retinaya olan mesafe gözden göze farklıdır
• Retina tüm gözler için aynı yerde bulunur
• Her gözün şekli bir bütün olarak farklıdır

Öğrencilere senaryo mücadelesini ve Öğrenci Çalışma Sayfası #1, KWL grafiğini dağıtın. Sınıf olarak senaryoyu okuyun ve gözden geçirin. Öğrencilerin KWL'yi çiftler halinde tamamlamasına izin verin.

Özet ve Yansıma

Bir sınıf olarak, senaryoyu gözden geçirin ve gönüllülerden KWL grafik düzenleyicilerinden paylaşmalarını isteyin ve öğrencilerin Tasarım Yarışması hakkındaki anlayışlarını değerlendirin.

Öğrencilere aşağıdaki gibi sorular sorun:

• Size verilen tasarım zorluğunu kendi kelimelerinizle nasıl tanımlarsınız?
• Görmeyi iyileştirmek için bir gözlük camı sistemi tasarlamak için neleri bilmeniz gerektiğini düşünüyorsunuz?
• Bu zorluğun üstesinden gelmenize yardımcı olacak insan gözü ve vizyonu hakkında halihazırda ne anlıyorsunuz?
• Bu zorluğun üstesinden gelmenize yardımcı olacak lenslerin doğası hakkında halihazırda ne anlıyorsunuz?
• Tasarım zorluğunun üstesinden gelmek için neleri öğrenmeniz gerektiğini düşünüyorsunuz?

AKTİVİTE 1: IŞIK VE JELATİN İLE KEŞFET (45-60 dk)

Özet

Bu aktivitenin amacı, öğrencilerin ışık kaynağından çıkan ve jelatinden geçip giden ışığın yolunu gözlemlemenin ve kaydetmenin en etkili yolunu bulmaları ve belgelemeleridir.

Öğrenciler, malzemeleri keşfetmek ve bunlarla çalışmak, gözlem yapmak ve paylaşmak ve jelatin şekilleri ile ışık arasındaki ilişkiye dair temel bir anlayış oluşturmak için açık uçlu bir fırsata sahip olacaklar. Bu açık uçlu keşif, vizyonu geliştirmek için bir lens sistemi tasarlamanın son zorluğunun üstesinden gelmek için yararlı olan yaratıcılığı ve problem çözmeyi teşvik eder.

Öğrenme Çıktıları

Bu aktivitenin bir sonucu olarak öğrenciler şunları yapabileceklerdir:

• Işık kaynağından bir jelatin parçası içinden geçerken ışığın yolunu gözlemlemek için jelatin ve ışıkları yönlendirin
• Jelatinden geçerken ışığın yolunu tanımlayın ve belgeleyin

o Masanın üzerine düz bir şekilde yerleştirilmiş jelatin ile

o Jelatin masanın üzerine düz serilmemiş haldeyken

o Geniş tarafında oturan Light Blox ile 1 ışın

o Dar tarafında oturan Light Blox ile 1 ışın

o Aynı anda 3 ışın

Ön Bilgi ve Beceriler

Faaliyet 1'e başlamadan önce:

• Öğrenciler, bu Dersin sonunda Tasarım Yarışması hakkında bir anlayışa sahip olmalıdır. Yukarıdaki “Mücadeleye Giriş” Bölümüne bakın.
• Keşif faaliyetinin kapsayıcı hedefini tanıtın: Işık kaynağından ayrılırken ve jelatinden geçerken ve sonra jelatinden çıkarken ışığın yolunu gözlemlemenin ve kaydetmenin en etkili yolunu bulmak ve belgelemek.

Aşağıdakilerin nasıl ölçüleceğini ve kaydedileceğini gösterin/modelleyin:

• Öğrencilere bir dizi malzeme gösterin ve çeşitli şekilli jelatin parçaları oluşturmak için çerez kesicilerin ve plastik bıçağın nasıl kullanılacağını gösterin.
• Öğrencilere, her yüzeyde ışık tutacak şekilde şekilleri nasıl değiştireceklerini gösterin.
• Öğrencilere jelatinden geçen ışıkları yönlendirmenin iki farklı yolunu gösterin.

Etkinliği Kolaylaştırmak

Yaratıcılığı, keşfetmeyi ve belgelemeyi teşvik edin

• Materyalleri keşfeden ve deneyen model
• Öğrenci Çalışma Sayfası #2'yi dağıtın ve Gözlemlerin nasıl kaydedileceğini modelleyin
• Nasıl belgeleneceğini gösterin:
  • Jelatin parçasının boyutu ve şekli
  • Jelatin ve ışık(lar)ın yönü
  • Işık huzmesinin tüm yolu, jelatinden geçerken ve sonra Light Blox'tan çıkarken başlar.
  • Ekipler oluşturun ve kaynakları dağıtın. Her ekibin kesme, çerez kesiciler, plastik bıçak, Light Blox (veya başka bir ışık kaynağı), bir yaprak kağıt ve kayıt malzemeleri için bir “jelatin levhasına” erişimi olduğundan emin olun.
• Güvenli ve mümkünse ışıkları kısın
• Öğrenciler ekipmanlarını hazırlarken ve düzenlerken ekipleri gözlemlemek için sınıfta dolaşın.
• Öğrenciler çalışırken gözlemleyerek oda boyunca dolaşın. Ekipler çalışırken, jelatin aracılığıyla Light Blox'u parlatma çabalarını gözlemleyin, ekipman yönetimi ve kurulumu ile mücadele eden bireylere veya ekiplere yardımcı olun.
• Uygun olduğunda, öğrencileri etkinlikleri hakkında tartışmaya dahil edin. Öğrencilere ekipmanı düzenleme, şekilleri kesme, ışıkları yönlendirme, gözlemlediklerini kaydetme ve gözlemlerini nasıl anlamlandırdıkları konusunda açık uçlu sorular sorun.
• Uygunsa, bir veya daha fazla ekibin çalışmalarını diğer ekiplerle paylaşmak için dersi durdurun. Yaratıcı tasarım, ışıkları, jelatin ve ekranı hizalama yöntemleri, kayıt tutma ve ekip çalışması dahil ancak bunlarla sınırlı olmayan olumlu keşif örneklerini vurgulamak için bu tür kesintileri kullanın.

Dönem boyunca öğrencilere, sonraki tartışmada atıfta bulunacakları çalışmalarının ayrıntılı kayıtlarını tutmalarını hatırlatın.

Özetle ve Yansıt

Aktiviteyi sonlandırın, ekipleri çalışmalarını paylaşmaya teşvik edin ve sonuçlar hakkında sonuçlar çıkarın.

• Bir sınıf olarak öğrencilerin bulgularını tartışın
  • Jelatinden geçerken ışığın yolunu gözlemlemek için jelatin ve ışıklar en iyi nasıl yönlendirilir?
  • Jelatinin şekli, jelatinden geçerken ışığın yolunu nasıl etkiler?
  • Gelecekte insan görüşünü iyileştirmek için bir lens sistemi tasarlayacağınızı hatırlayın. Bugün bu meydan okuma için geçerli olan ne yaptınız ve öğrendiniz?
  • Bir sınıf olarak, ışık kaynağından ayrılırken, jelatinden geçerken ve sonra jelatinden çıkarken ışığın yolunu izlemek için bir prosedür üzerinde anlaşın.

Neler oluyor? Kırılma tanımı ve daha fazla bilgi için referans. Opsiyonel: Kinestetik Kırılma Aktivitesi http://laserclassroom.com/products/kinesthetic-model-refraction/

AKTİVİTE 2: LENS ŞEKLİ DENEYİ (45-60 dk)

Özet

Öğrenciler bilimsel süreci ortaya çıkarmak için kullanırlar. nitel ışık ve bir merceğin şekli (içbükey, dışbükey, kare, daire) arasındaki ilişki.

Öğrenme Çıktıları

Bu aktivitenin sonucunda öğrenciler, ışık kaynağından bir merceğin bir tarafından bir jelatin parçasının diğer tarafına geçerken tek bir ışık huzmesinin yolunu kaydedebilecekler; ve ışığın bir jelatin parçasından nasıl geçtiğine dair sonuçlar çıkarın.

• Düz/düz yüzey
• Eğimli Yüzey
• Işığın hem dışbükey hem de içbükey mercekten geçerken izlediği yolu tanımlayın, gösterin ve kaydedin (3 ışık kullanarak)
• Tanımlayın ve tanımlayın: içbükey mercek, dışbükey mercek gelen ışın, kırılan ışın

Ön Bilgi ve Beceriler

Aktivitenin başında gözden geçirin:

• Jelatin ve ışıklar nasıl yönlendirilir (önceki etkinlikten)
• Jelatinden geçerken ışığın yolu nasıl kaydedilir (önceki aktiviteden)

Etkinlik için Ayarlayın

4 istasyon kurun

• 3 Light Blox ve jelatin çemberi
• 3 Light Blox ve kare jelatin
• 3 ışık ve kalıplanmış dışbükey lens
• 3 ışık ve kalıplanmış bir içbükey mercek

Deneye başlamadan önce: Bilimsel Süreci Açıklayın

• Işık ve lenslerin sistematik çalışmasını teşvik edin. Her istasyonda öğrencilerin gözlemlerini uygun etiketler (olay ve kırılan ışınlar, içbükey veya dışbükey mercek) içeren bir çizimle belgelendirmelerini sağlayın.
• Bağımsız ve bağımlı değişkenler arasındaki fark
• Her istasyondaki bağımsız ve bağımlı değişkenler hangileridir?
• Bağımlı değişken mercek şeklidir – içbükey veya dışbükey
• Öğrencilerin bir hipotez belirtmekten sonuç çıkarmaya kadar izlemelerini beklediğiniz bilimsel süreçteki ek adımlar.
• BİLİMSEL SÜREÇ: https://nces.ed.gov/nceskids/help/user_guide/graph/variables.asp

Aşağıdakilerin nasıl ölçüleceğini ve kaydedileceğini gösterin/modelleyin:

• Işık kaynaklarından merceğe olan konum ve mesafe
• Bağımlı değişken (merceğin şekli) değiştikçe ışığın yoluna ne olur.
• Işığın mercekten geçerken davranışı
• Gösterirken kelimeleri gözden geçirin
  • Gelen ışın
  • Kırılmış ışın
  • İçbükey lens
  • Dışbükey mercek
  • Odak Noktası

Aktiviteyi kolaylaştırmak

• Öğrenci Çalışma Sayfası #3'ü dağıtın
• Bu aktivitede öğrencilerin, farklı mercek türlerinin ışığın davranışı üzerindeki etkisinin daha organize ve somut analizlerini yapmak için bilimsel süreci kullanacaklarını açıklayın. Öğrencilere dört istasyon arasında döneceklerini açıklayın.
• Her istasyonda ışığı bir tür mercekten geçireceklerini ve merceklerden geçerken ışık huzmelerinin davranışını kaydedeceklerini açıklayın.
• Öğrencilere, her istasyondaki gözlemlerini çizimler ve etiketlerle gözlemlemelerini ve kaydetmelerini söyleyin:
  • Işık kaynağı
  • Gelen ışın
  • Kırılan Işın
  • İçbükey lens
  • Dışbükey mercek
  • Odak noktası (bu noktada odak uzaklığını belirtmeye veya ortaya çıkmadıkça odak noktası ile vizyon arasındaki ilişkiyi tartışmaya gerek yok)
  • Notlar, sonuçlar, diğer gözlemler
• Öğrencileri çiftlere ayırın. Çiftleri istasyonlara atayın.
• Öğrencilerin her istasyonda ölçmelerini ve kaydetmelerini beklediğiniz her istasyonda harcanan süre ve ışıkların ve lenslerin düzenlemelerinin sayısı için beklentileri belirleyin.
• Ekipler çabalarını gözlemlemek için çalışırken oda boyunca dolaşın. Ekiplerin ekipmanlarını kurmalarına, bağımlı ve bağımsız değişkenleri belirlemelerine ve sonuçlarını ölçmelerine, kaydetmelerine ve çizmelerine yardımcı olun.
• Uygun olduğunda, öğrencilerle deney düzenlerini, ışığın konumunu ölçme yöntemlerini, merceğe giren ve lensten geçen ışık huzmesinin açısını ve bir sonraki istasyona geçerken hangi değişkenleri sabit tutacaklarını tartışın. ve sonraki lens.
• Öğrencilerin çabalarını vurgulama fırsatı doğarsa, yaptığınız bazı gözlemler hakkında bir sınıf tartışması düzenleyin. Öğrencilerin deney düzenlerini, sonuçları ölçme ve kaydetme yöntemlerini ve çalışmalarını istasyondan istasyona tutarlı tutma planlarını akranlarına açıklamasını sağlayın.
• Zamana dikkat edin. Öğrencilere, başka bir istasyona geçmeden önce ışıklarını en az iki veya üç kez yeniden düzenlemeleri ve ölçmeleri için yeterli zaman verin.
• Öğrencilerin bir sonraki istasyona dönmesinden yaklaşık 5 dakika önce bir "ön uyarı" verin. Onlara işlerini mevcut istasyonda tamamlamalarını söyle.
• 1-2 dakika kala, öğrencilerin istasyonu temizlemelerini ve buldukları (veya daha iyi) haline geri getirmelerini sağlayın. Zaman izin verirse, başka bir istasyona çevirin. Değilse, öğrencilerin bir sonraki dönemde kaldıkları yerden devam edeceklerini açıklayın.

Özetle ve Yansıt

Aktiviteyi sonlandırın, ekipleri çalışmalarını paylaşmaya teşvik edin ve sonuçlar hakkında sonuçlar çıkarın.

• Sonuçları ve sonuçları sınıf olarak tartışın ve paylaşın
  • Kare ve daire
  • İçbükey mercekler, merceğin önünde bir odak noktası oluşturur
  • Dışbükey lensler, lensin arkasında bir odak noktası oluşturur
  • Merceğin merkezinden odak noktasına olan uzaklığa odak denir
  • uzunluk
  • Adres sözlüğü

AKTİVİTE 3: KENDİ LENSLERİNİZİ OLUŞTURUN – TASARIM VE BELGE (45-60 dk)

Özet

Öğrenciler, farklı boyutlarda (genişliklerde) içbükey ve dışbükey lenslerin nasıl güvenilir bir şekilde oluşturulacağına/tasarlanacağına ilişkin bir süreci belgelemek için yönlendirilmiş keşifle meşgul olurlar ve şimdiye kadar öğrendiklerini kullanırlar.

Öğrenme Çıktıları

Bu aktivitenin bir sonucu olarak öğrenciler şunları yapabileceklerdir:

• Daire kurabiye kalıbı ile jelatinden hem içbükey hem de dışbükey bir merceğin nasıl kesileceğini açıklayın, gösterin ve kaydedin.
• Bağımlı bir değişken (lens şekli, boyutu, ışık kaynağından uzaklık) değiştiğinde ışığın yolunun nasıl davrandığına ilişkin kanıtlardan sonuçlar çıkarın.

Faaliyetten önce, tanıtın, tartışın veya gözden geçirin

• İçbükey ve dışbükey lensler
• Tekrarlanabilir bir süreç nasıl belgelenir http://www.wikihow.com/Document-a-Process

Etkinliği Kolaylaştırın

Öğrencilere nasıl yapacaklarını açıkça göstermek yerine, oluşturacakları şekilleri gösterdikten ve materyallerini verdikten sonra, öğrencilere belirli bir süre (15-20 dakika) mücadele etmeleri için bu dersi ayırmanızı şiddetle öneririz. şekilleri oluşturun. Hem içbükey hem de dışbükey bir merceğin nasıl oluşturulacağını öğrendikten sonra, kullandıkları süreci belgeleyecekler.

Bu meydan okuma, bu tür mercekler hakkında temel, ancak sezgisel olmayan bir şeyi anlamanın temelini oluşturur - bunların dairelerden türetildiğini; ve lenslerin özelliklerini tanımlayan matematiğin daha gelişmiş anlayışı bu anlayışa dayanır. Bu basit uygulamalı aktivite, öğrencilere içbükey/dışbükey mercekler ve daireler arasındaki ilişkiye dair deneysel, sezgisel bir deneyim sunar.

• Bugünkü zorluğu tanıtın: Dışbükey ve içbükey bir merceğin nasıl kesileceğine ilişkin bir işlemi belgeleyin
  • İçbükey: 2 -3 farklı boyut
  • Dışbükey: 2-3 farklı boyut
• Her bir öğrenci çiftine bir dizi yuvarlak kurabiye kalıbı ve bir ~9” X 7” jelatin levhası verin.
• Öğrenci ekiplerinin, içbükey ve dışbükey lensler tasarlamak için yuvarlak çerez kesiciler kullanmaya yönelik tekrarlanabilir ve güvenilir bir süreci belgelemeye odaklanarak, lens şekillerini kesmeyi denemeleri için 15-20 dakika bekleyin.
• Ekipler çabalarını gözlemlemek için çalışırken oda boyunca dolaşın. Ekiplerin gerekirse ekipmanlarını kurmalarına yardımcı olun.

Özetle ve Yansıt

• 15-20 dakika sonra öğrencilerin çalışmaları hakkında bir sınıf tartışması yapmak için öğrencileri durdurun. Öğrencilerden akranlarına deney düzenlerini ve süreci belgeleme yöntemlerini açıklamalarını sağlayın.
• Sınıf olarak, öğrencilerin bulgularına ve girdilerine dayalı olarak süreci yazın (belgeleyin).

AKTİVİTE 4: LENS BOYUTU (GENİŞLİK) İLE DENEY (45-60 dk)

Özet

Son ders döneminde belgelenen süreci kullanarak, öğrenciler veri toplamak ve kaydetmek için bilimsel sürece dahil olurlar ve bağımlı değişkenin (mercek genişliği) odak uzaklığı üzerindeki etkisi hakkında bir sonuca varırlar. Bu nitelikseldir. Örneğin odak uzaklığı uzar veya kısalır.

Merceğin boyutunun (genişliğinin) ve ışık kaynağından merceğe olan mesafenin odak uzaklığını nasıl etkilediğini anlamak, öğrencilerin son zorlukla karşılaştıklarında görmelerini iyileştirmek için bir mercek sistemi tasarlamalarına yardımcı olacaktır.

• Öğrenciler:
  • Tasarım:
    • İçbükey: 2 -3 farklı genişlik
    • Dışbükey: 2-3 farklı genişlik
  • Kayıt: Işın yolu VE yaklaşık odak uzaklığı
    • İçbükey lensler: 2 -3 farklı genişlik
    • Dışbükey lensler: 2-3 farklı genişlik
  • Bir merceğin genişliği ile odak uzaklığı arasındaki niteliksel ilişkiyi sonuçlandırın
  • Terminoloji ve kavramlar:
    • Işık kaynağı
    • Odak Uzaklığı – merceğin genişliğini değiştirmek odak uzaklığını nasıl etkiler?

Faaliyetten önce, tanıtın, tartışın veya gözden geçirin

• Bağımsız ve bağımlı değişkenler arasındaki fark
• Günümüz etkinliğinde hangi değişkenler bağımsız ve bağımlı değişkenlerdir –
  • Merceğin genişliği VE ışık kaynağının mercekten uzaklığı sonucu etkileyen bağımlı değişkenlerdir: odak uzaklığı
• tanımı odak uzaklığı ve kısaca, vizyonla ilişkisi.
  • Işık kaynağı = nesne (nesneden göze sıçrayan ışık)
  • Net bir görüntünün oluşması için göze giren ışığın doğrudan retinaya odaklanması gerekir.
• Daha fazla matematik eklemeyi veya odak uzaklığına daha ayrıntılı girmeyi tercih ederseniz, Khan Academy referansınız için mükemmel bir genel bakış sunar:
  • Dışbükey: https://www.khanacademy.org/science/physics/geometricoptics/lenses/v/convex-lenses
  • İçbükey: https://www.khanacademy.org/science/physics/geometricoptics/lenses/v/concave-lenses

Nasıl gözlemleneceğini, ölçüleceğini ve kaydedileceğini gösterin/modelleyin

• Hem içbükey hem de dışbükey merceğin yaklaşık odak uzaklığı nasıl belirlenir
• Bağımlı değişken (merceğin genişliği) olarak ışığın davranışına (yoluna) ne olur?
• Gösterirken kelimeleri gözden geçirin veya tanıtın
  • Gelen ışın
  • Kırılmış ışın
  • İçbükey lens
  • Dışbükey mercek
  • Odak uzaklığı

Etkinliği Kolaylaştırın:

Işık ve lenslerle sistematik deneyleri teşvik edin

• Bugünkü etkinliğin amacını tanıtın:
  • Lens boyutunun (genişliğinin) odak uzaklığı üzerindeki etkisi hakkında veri toplayın ve sonuçlar çıkarın
  • Işık kaynağından merceğe olan mesafenin odak uzaklığı üzerindeki etkisi hakkında veri toplayın ve sonuçlar çıkarın
• Her bir öğrenci çiftine bir dizi malzeme verin:
  • Yuvarlak çerez kesici seti
  • 9 ”X 13” jelatin levhası
  • Üçlü Light Blox Seti
• Öğrencilere talimat verin
  • Farklı genişliklerde 3 dışbükey lens tasarlayın
  • Her merceğin genişliğini ve ilgili odak uzunluğunu ölçün ve kaydedin
• Öğrencilere talimat verin
  • Değişken genişliklere sahip 3 içbükey lens tasarlayın
  • Her merceğin genişliğini ve ilgili odak uzunluğunu ölçün ve kaydedin
• Öğrencilere talimat verin
  • Işık kaynağı ve lens arasındaki mesafe değiştikçe odak uzunluğunun nasıl değiştiğini ölçün ve kaydedin.
• Ekipler ölçümlerini ve gözlemlerini kaydettikten sonra aktiviteyi sona erdirir.
• Öğrencilere çalışmalarını tamamlamaları, gerektiğinde veri tablolarını ve çizimleri tamamlamaları için zaman verin.
• Temizlemek için zaman ayırın.

Özet ve Yansıma

Takımlardan sonuçlarını paylaşmalarını isteyin. Takımların/bireylerin ne yaptıklarını, ne gözlemlediklerini ve sonuçlardan ne anlam çıkardıklarını açıkladıkları bir sınıf tartışması düzenleyin. Yaklaşımınıza bağlı olarak, birkaç aktif öğrenme stratejisinden birini kullanmak veya gönüllüleri çalışmalarını sınıfın önünde çizmeye veya sergilemeye davet etmek isteyebilirsiniz.

• Çizimler ve veri tabloları dahil olmak üzere öğrenci sonuçlarını kullanarak, her bir mercek türünden bir ışık geçirme arasındaki farkı karşılaştırın.
• Bir sınıf olarak aşağıdaki gibi soruları tartışın:
  • Objektifin genişliği arttıkça veya azaldıkça odak uzaklığına ne olur?
  • Dışbükey ile içbükey için aynı mı?
  • Sonuçlar, ışıktan merceğe olan mesafeye göre farklılık gösteriyor mu?
  • Son zorlukta size yardımcı olacak dışbükey ve içbükey lensler hakkında ne öğrendiniz?
• Sınıf olarak deneyin sonuçlarını tartışın. Ele alınacak sorular aşağıdakileri içerir ancak bunlarla sınırlı değildir:
  • Objektif küçüldükçe/büyüdükçe odak noktası nasıl değişir?
  • Bu sonuçları destekleyen kanıtlar nelerdir?
  • Sonuçlar içbükey ve dışbükey lensler arasında nasıl farklılık gösterir?
  • Lens şekli ile boyutu ve odak noktası arasındaki ilişkiyi anlamak, görüşü iyileştirmek için bir lens sistemi tasarlamanın son zorluğuna nasıl yardımcı olur?
  • Öğrenciler odak noktası ve lens boyutu hakkında bir tahminde bulundularsa, tahminleri sonuçlarla nasıl karşılaştırıldı? Herhangi bir sonuç şaşırtıcı mıydı?
  • Son aktivitede, görüşü iyileştirmek için tasarlanmış bir gözlük camı sistemi oluşturmanız istenecektir. Bu zorluğun üstesinden gelmenize yardımcı olacak lensler ve odak noktası hakkında ne öğrendiniz?
  • Gözün görüntülerini hatırlayın (normal, yakın ve uzak görüşlü). Işığın diyagramın hangi kısmına odaklanmasını istersiniz?

AKTİVİTE 5: 2 LENS SİSTEMİ İLE DENEY (45-60 dk)

Özet

Tasarım Yarışmasına hazırlıktaki son etkinlikleri olarak öğrenciler, ışığın çeşitli lens çifti kombinasyonlarından geçerken davranışını keşfederler. Son zorlukta, öğrencilere bir hastanın gözünün bir diyagramı verilir. Sistemdeki bir lens, gözde bulunan lensi temsil edecektir. Öğrencilerin, hastalarının görüşünü düzeltmek veya iyileştirmek için bir veya daha fazla jelatin lens tasarlamaları gerekecektir. Lenslerin kombinasyonu ve bunların hizalanması, hastanın gözünün diyagramında ışığı retinaya odaklamalıdır.

İLK KWL tablosunun son bölümünü doldurun.

Öğrenme çıktıları

Bu dersin bir sonucu olarak, öğrenciler mümkün olacaktır:

• İki mercekli bir sistemin ışık yolu ve odak uzaklığı üzerindeki etkisini tanımlayın, gösterin ve kaydedin
  • 2 dışbükey lens
  • 2 içbükey mercek
  • 1 içbükey ve 1 dışbükey mercek
• Vizyonu geliştirmek veya görüntüleri odaklamak için kullanılan çeşitli araçlarda lenslerin rolünü tanımlayın
  • Kamera
  • Teleskop
  • Mikroskop
  • Büyüteç
• Lenslerin insan görüşündeki rolünü açıklayın
  • İnsan gözü dışbükey bir mercek içerir
  • Net insan görüşü, ışığı özellikle retinaya odaklama yeteneğine dayanır.
  • Yaygın görme sorunları olarak miyopi ve hipermetropi
• Miyopi veya hipermetrop olduğunda çeşitli lenslerin insan görüşünü nasıl iyileştirebileceğini tahmin edin.

İsteğe Bağlı Matematik

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

Birden fazla lensle deneme yapmak için zemini ayarlayın.

Sınıf olarak, iki veya daha fazla lens kullanan çeşitli enstrümanların bir listesini yapın. Öğrenciler, gözlükle birleştirilen gözün bir mercek sistemi olduğunu öne sürerlerse, son derste özellikle bu kombinasyonu ele alacaklarını açıklayın. Şimdilik teleskop, mikroskop ve dürbün gibi araçlara odaklanın.

Öğrencilerden çeşitli enstrümanların nasıl çalıştığını ve lensler ile lensler ve ışık arasındaki ilişkileri nasıl düşündüklerini açıklamalarını isteyin.

Bu aktivitede öğrencilerin ışığın davranışı üzerine mercek kombinasyonlarını keşfedeceklerini açıklayın. Sonuçları gözlemlemek ve kaydetmek için iki mercekten bir ışık demeti geçireceklerini açıklayın.

Bir sınıf olarak deneydeki birçok değişkeni, hangilerinin değiştirileceğini ve hangilerinin aynı kalacağını tartışın. Öğrencilerin tanıması gereken bazı değişkenler şunları içerir:

• Lensler arasındaki mesafe
• Lens çiftleri oluşturmak için lens türlerinin kombinasyonu
• Işık kaynağının lenslere konumu ve mesafesi

Etkinliği Kolaylaştırın

Bu aktivitede öğrencilerin çalışmalarının dikkatli bir şekilde kayıtlarını tutmaları gerektiğini açıklayın. Mevcut zamana bağlı olarak, tüm ekiplerin tüm lens kombinasyonlarıyla çalışmasını sağlayın veya sınıfı “uzman gruplarına” ayırın ve keşfettikleri sistem üzerinde sınıfa geri bildirimde bulunma sorumluluğunu onlara verin.

Takımlar, aşağıdaki lens kombinasyonlarının tümü veya bir kısmıyla deneme yapmalıdır:

• Dışbükey + Dışbükey
• İçbükey + İçbükey
• Dışbükey + İçbükey
• İLK KWL tablosunun son bölümünü doldurun
• Öğrencilerin deneylerini planlamalarını, kurulumlarını çizmelerini ve sonuçları kaydedecekleri bir veri tablosu oluşturmalarını sağlayın. Alternatif olarak, ekipman kurulumunu tahtaya çizin ve her takıma bir veri tablosu dağıtın.
• Ekipler deneyleri için uygun bir plan gösterdikten sonra onlara jelatin ve araçlar sağlayın.
• Öğrencilerin lens kombinasyonlarının etkisini VE lensler arasındaki mesafeyi değiştirmenin etkisini keşfettiklerinden emin olun.
• Farklı lens kombinasyonlarının ışığın davranışı üzerindeki etkilerine dikkat çekin.
• Mercekler arasındaki mesafeyi değiştirmenin ışığın davranışı üzerindeki etkilerine dikkat çekin.
• Öğrencileri gözlemlemek için oda boyunca dolaşın. Uygun olduğunda, ekipleri deneysel prosedürleri, ölçümleri, gözlemleri ve sonuçları hakkında bir tartışmaya dahil edin. Yöntemlerini sonuçlarına bağlamalarına yardımcı olun.
• (İsteğe bağlı) Öğrencilerin burada gösterilene benzer mercekler için "ışın diyagramları" oluşturmasını sağlayın.

Özet ve Yansıma

Öğrencilerin yaptığı deneylere bir son verin. Bir sınıf olarak, ışığın çeşitli mercek çiftlerinden geçerken davranışını ve mercek çiftleri arasındaki mesafeyi değiştirmenin etkisini gözden geçirin.

• Gerekirse, sunmadan önce öğrencilere dersteki önceki adımdaki çalışmaları gözden geçirmeleri ve tamamlamaları için zaman tanıyın.
• Takımların sonuçlarını paylaşmasını sağlayın. Öğrencileri, gözlemlerini ve sonuçlarını açıklamak için çizimlere ve verilere başvurmaya teşvik edin.
• Sınıf olarak aşağıdaki gibi soruları tartışın:
  • Bir merceği diğerine yaklaştırdığınızda veya uzaklaştırdığınızda odak noktasına ne olur? Hangi lens kombinasyonunu kullandığınıza bağlı mı?
  • İki dışbükey merceğin odak noktasına ne olur?
  • İki içbükey merceğin odak noktasına ne olur?
  • Farklı lenslerin çeşitli kombinasyonlarına ne olur?
  • İki (veya daha fazla) mercekle çalışmak, hastanın görüşünü iyileştirmek için bir mercek sistemi tasarlamanın son zorluğuna nasıl uygulanır?
  • Hangi lens kombinasyonlarının miyop bir hasta için görüşü iyileştireceğini düşünüyorsunuz?
  • Sizce hangi lens kombinasyonu ileri görüşlü bir hasta için görüşü iyileştirebilir?

İSTEĞE BAĞLI

• Ek lens kombinasyonları ile denemeler yapın.
• Teleskop, lazer, mikroskop ve dürbün gibi mercek kullanan çeşitli araçların araştırma tasarımları.

Zorluk: Bir görme problemini düzeltmek için 2 lensli bir sistem tasarlayın (45-60 dakika)

Özet

Bu aktivite, öğrencileri bir görme problemini düzelten bir lens sistemi oluşturma sürecinden geçirmeye odaklanmıştır. Aktivite dersinin amacı, mükemmel lensi tasarlamak değil, mühendislik süreciyle ilgili bir problemi çözmenin ne olduğunu anlamaktır. Keşfetmeyi motive etmeye izin vermek için bolca zamana ve bazı yapılandırılmış sınırlara izin verin!

Ön Bilgi ve Beceriler

• Işık bir cisme çarpıncaya veya bir ortamdan diğerine geçinceye kadar düz bir çizgide ilerler
• Gördüğümüz her şey gözümüze giren ışığın sonucudur; bu ışığın çoğu yansır
• Işık bir ortamdan diğerine geçtiğinde (yani: bir mercekten), ışık bükülür veya kırılır.
• Merceğin şekli ve malzemesi ışığın nasıl büküldüğünü etkiler
• Göz, ışığı retinaya odaklayan bir mercek içerir. Net görüş, göz merceğinin göze giren ışığı, görüntünün özellikle retina üzerinde oluşması için bükme yeteneğine bağlıdır.

Etkinliği Kolaylaştırın:

• Öğrencilerin KWL çizelgesini inceleyin ve bakın
• Her 3 öğrenci grubuna, yarık kapakları AÇIK olarak bir Light Blox seti ve iki kalıplanmış jelatin lens (bir dışbükey ve bir içbükey) dağıtın.
• Öğrencilere ışıkları nasıl açacaklarını gösterin ve ışığın merceklerden nasıl geçtiğini keşfetmeleri için onlara 3-5 dakika verin.
• “Normal” görüşe sahip bir göz şablonunu dağıtın. Işığın retinadaki odak noktasına geldiğini görmek için öğrencilere kalıplanmış dışbükey lensi gözün “içerisine” yerleştirmelerini sağlayın. Açıkça görmek, odak noktasının gözün retina adı verilen belirli bir yerine inmesine bağlıdır.
• Ardından, öğrencilerin kalıplanmış dışbükey merceği, ışık yanlış noktaya geldiği için görme düzeltmesi gerektiren hipermetrop bir gözün şablonuna yerleştirmelerini sağlayın. Odak noktasının nerede olduğuna dikkat edin. Bu iyi bir vizyon oluşturmaz!
• Sorunu tanımlamalarını ve bir çözüm üretmelerini isteyin... Odak noktasını başka bir yere ne “taşıyabilir”. Bu noktada, içbükey merceğin odak noktasını hareket ettirdiğini keşfedebilmeleri için öğrencilere hem içbükey hem de dışbükey mercekleri birlikte kullanmaları için biraz zaman tanıyın.
• Ardından, her gruba bir kare (~ 4” X 8”) hazırlanmış, çift mukavemetli düz jelatin ve çeşitli çaplarda 3 yuvarlak kurabiye kalıbı verin.
• Bu jelatin ile görme problemini düzeltmek için İKİNCİ bir lens oluşturacaklarını açıklayın. Kullanabilecekleri malzeme ve araçlar jelatin, bıçak ve kurabiye kalıplarıdır!
• Öğrencilerden önce çerez kesicileri ve jelatinleriyle içbükey ve dışbükey lensler oluşturma alıştırmalarını isteyin.
• Daha sonra öğrencilerden kalıplarda gösterilen görme problemlerini düzeltecek çerez kesiciler, plastik bıçak ve jelatin kullanarak lensler yapmalarını isteyin.
• Öğrenciler lens tasarımlarını oluştururken, test ederken ve geliştirirken, lensleri ve ışığı kullanarak mühendislik sürecinin temelleriyle ilgilenirler.

Amaç, öğrencilerin ışığın merceklerle manipüle edilebileceğini ve bunu yaparak sorunları çözebileceklerini anlamalarını sağlamaktır. Objektifi doğru bir şekilde elde etmek zor olacak. Daha ileri düzeydeki öğrenciler için, kullandıkları "deneme yanılma" yaklaşımı yerine, çözüm üretmenin matematiksel yöntemleri olarak odak uzaklığı, eğrilik yarıçapı ve kırılma indisini tanıtabilirsiniz.

Ders, daha büyük öğrenciler için 1 ders dönemi kadar kısa bir sürede yapılabilir. Bununla birlikte, öğrencilerin acele hissetmelerine yardımcı olmak ve öğrenci başarısını sağlamak için (özellikle daha genç öğrenciler için) dersi iki döneme ayırın, öğrencilere beyin fırtınası yapmaları, fikirleri test etmeleri ve tasarımlarını tamamlamaları için daha fazla zaman verin. Bir sonraki sınıf döneminde testi ve sorgulamayı gerçekleştirin.

göz diyagramları

İnternet Bağlantıları

• https://www.bbc.co.uk

Yazma aktivitesi

Lenslerin dünyamızda başka hangi uygulamaları var?

Müfredat Çerçevelerine Uyum

Not: Bu serideki tüm ders planları, Bilgisayar Bilimi Öğretmenleri Derneği K-12 Bilgisayar Bilimi Standartları, Matematik için ABD Ortak Çekirdek Devlet Standartları ve geçerliyse Ulusal Matematik Öğretmenleri Konseyi'nin Okul Matematiği İlkeleri ve Standartları ile uyumludur. Uluslararası Teknoloji Eğitimi Derneği'nin Teknolojik Okuryazarlık Standartları ve Ulusal Araştırma Konseyi tarafından üretilen ABD Ulusal Bilim Eğitimi Standartları.

Disiplin Temel Fikirleri 

∙ PS4.B: Elektromanyetik Radyasyon

o Işık yolunun ortamlar arasında büküldüğü farklı şeffaf malzemeler (örneğin hava ve su, hava ve cam) arasındaki yüzeyler dışında, ışığın yolu düz çizgiler olarak izlenebilir. (MS-PS4-2)

∙ ETS1.A: Mühendislik Problemlerinin Tanımlanması ve Sınırlandırılması

o Bir tasarım görevinin kriterleri ve kısıtlamaları ne kadar kesin olarak tanımlanabilirse, tasarlanan çözümün başarılı olması o kadar olasıdır. Kısıtlamaların belirtilmesi, olası çözümleri sınırlaması muhtemel olan bilimsel ilkelerin ve diğer ilgili bilgilerin dikkate alınmasını içerir (MS-ETS1-1)

∙ ETS1.B: Olası Çözümler Geliştirme

o Bir çözümün test edilmesi ve ardından iyileştirilmesi için test sonuçlarına göre değiştirilmesi gerekir. MS-ETS-4)

Bilim ve Mühendislik Uygulamaları 

∙ Bir nesnenin, aracın, sürecin veya sistemin geliştirilmesi yoluyla çözülebilecek ve olası çözümleri sınırlayabilecek bilimsel bilgi dahil olmak üzere birden fazla kriter ve kısıtlama içeren bir tasarım problemi tanımlayın. (MS-ETS1-1)

∙ Olguları tanımlamak için bir model geliştirin ve kullanın (MS-PS4-2)

∙ Bulgulardaki benzerlikleri ve farklılıkları belirlemek için verileri analiz edin ve yorumlayın. (MS ETS1-3)

Kesişen Kavramlar

∙ Yapı ve İşlev

o Yapılar, farklı malzemelerin özellikleri ve malzemelerin nasıl şekillendirilip kullanılabileceği dikkate alınarak belirli işlevlere hizmet edecek şekilde tasarlanabilir (MS PSR-2)

o Yapılar belirli işlevlere hizmet edecek şekilde tasarlanabilir

Öğrenci Çalışma Sayfası #1:KWL Şeması

Öğrenci Adı Tarih

Hemşireler, doktorlar ve mühendisler, görüşü iyileştiren gözlük ve diğer araçları tasarlamak ve oluşturmak için birlikte çalışırlar. Bu görevde, bir hastanın görüşünü iyileştirmek için bir lens sistemi tasarlayacaksınız.

Birinin görüşünü iyileştirmeye yardımcı olmak için insan gözü ve lensler hakkında bilmeniz gerekenler nelerdir?

Bildiğiniz, bilmek istediğiniz ve birinin vizyonunu geliştirmek için gözlük tasarlamayı öğrendiklerinizi listelemek için aşağıdaki KWL grafik düzenleyiciyi kullanın.

Öğrenci Çalışma Sayfası 2: Malzemeler ve Deney Kurulumu

Öğrenci Adı Tarih

Bu ünitenin sonundaki tasarım zorluğunu tamamlamak için, ışık kaynağından bir jelatin parçası içinden geçerken ışığın yolunu gözlemlemek için jelatini ve ışıkları nasıl yönlendireceğinizi bilmeniz gerekir.

Sözcükler ve/veya çizimler kullanarak, jelatinden geçerken ışığın yolunu tanımlayın ve belgeleyin: o Jelatin masanın üzerine düz bir şekilde serilmiş olarak o Jelatin masanın üzerine düz bir şekilde DAHİL DEĞİLDİR

• Geniş tarafında oturan Light Blox ile 1 ışın
• Daha dar tarafında oturan Light Blox ile 1 ışın
• 3 ışın aynı anda

Öğrenci Çalışma Sayfası 3: Işın İzleme

Kelimeleri ve çizimleri kullanarak, ışık kaynağından bir merceğin bir tarafından bir jelatin parçasının diğer tarafına geçerken tek bir ışık huzmesinin yolunu kaydedin; ve ışığın bir jelatin parçasından nasıl geçtiğine dair sonuçlar çıkarın.

• Düz/düz yüzey
• Eğimli Yüzey
• Işığın hem dışbükey hem de içbükey mercekten geçerken izlediği yolu tanımlayın, gösterin ve kaydedin (3 ışık kullanarak)
• Tanımlayın ve tanımlayın: içbükey mercek, dışbükey mercek gelen ışın, kırılan ışın

  Öğrenci Çalışma Sayfası 4: Göz Şablonu