Розробка STEM-уроку для учнів 9-их класів (14-15 років) з фізики та біології на тему: “Лінзи. Оптична сила лінзи” для конкурсу STEM-майстерня

Розробка STEM-уроку для учнів 9-их класів (14-15 років) з фізики та біології на тему: “Лінзи. Оптична сила лінзи”, підготувала Монастирська Ірина Олександрівна, вчителька фізики ліцею імені Богдана Лепкого Дрогобицької міської ради. Урок проведено спільно з Ларіоновою О.Т., вчителькою біології ліцею імені Богдана Лепкого Дрогобицької міської ради.

Тип уроку: STEM-урок - вивчення нових знань.

Мета: сформувати знання про лінзи та фізичні величини, які характеризують лінзу.

1. Навчальна:

(Біологія): ознайомити учнів із будовою ока як оптичною системою, з найбільш поширеними дефектами зору – короткозорістю і далекозорістю та методами їх виправлення; розширити знання учнів про властивості ока, гігієну зору; показати прояви законів фізики в живій природі;

(Фізика): розширення та поглиблення знань учнів про явище заломлення світла та використання цього явища в оптичних системах. Формування понять про різні типи  лінз, їх оптичні властивості. Формування знань про формулу тонкої лінзи;

2. Розвиваюча:

(Біологія): пояснити дефекти зору та можливу профілактику та корекцію цих дефектів;

(Фізика): розвиток аналітичного та логічного мислення, формування наукового світогляду та прагнення до пізнання навколишнього світу;

3. Виховна:

(Біологія): виховувати дбайливе ставлення до свого здоров'я та здоров'я інших;

(Фізика): виховувати цікавість до оточуючих фізичних явищ та їх дослідження, підтримувати інтерес до предмету.

Тип уроку: комбінований.

Очікувані результати: учні повинні давати означення лінзи, розпізнавати різні види лінз, називати основні характеристики лінз і розуміти їх зміст.

Тип уроку: комбінований.

Необхідні матеріали для проведення STEM-уроку (обладнання, демонстраційні матеріали): навчальна презентація, комп’ютер, підручник, різні види лінз, джерело, яке випромінює паралельні промені світла, модель ока, картки із завданнями, таблиці.

Використовувані технології: інформаційно-комунікативні, здоров'язберігаючі.

При дистанційній формі навчання використовуємо платформу Google Workspace for education (Classroom, Meet, Jamboard, Documents, Forms).

Час проведення:

Очна форма навчання - 45 хвилин.

Дистанційна форма - 30 хв. + Рефлексія проходить асинхронно на https://padlet.com/monastyrska1/y3ipp1agonz0cm7o

План уроку:

Організаційний момент; мотивація знань; актуалізація; вивчення нового матеріалу: фізичне тлумачення і пояснення явища дисперсія, складні і прості світлові хвилі, вплив атмосфери на сприйняття навколишнього середовища в кольорі, комп'ютер і колір; закріплення; домашнє завдання; підведення підсумків; рефлексія.

Використані підходи дизайн-мислення до розробки STEM-уроку:

Для розробки даного STEM-уроку використала наступну прослухану інформацію під час тренінгу “Інформаційно-комунікаційні технології в освіті: інтеграція мобільних, комп'ютерних та вебпрограм у заняття” та інших технологій, якими користуюся вже давно і які подобаються та зрозумілі дітям: LearningApps - використовую для повторення, тренування та закріплення знань, тестування на освітньому порталі “На урок” - для перевірки знань та набутих умінь учнів, YouTube - добре відомий дітям та популярний відеохостинг використала для розширення уяви та впровадження пошукового методу дослідження, дошку Miro - використала як візуалізацію набутих знань для перевірки та закріплення знань, Jamboard - для впорядкування та закріплення набутих знань, Padlet - цікава та корисна дошка для створення висновків та рефлексії, Google Forms - для анонімного вхідного та вихідного опитувань з метою розуміння бажань, уподобань та зацікавлень учнів.

Емпатія: спілкування, обмін думками, навчилися формулювати запитання та висновки по темі, продовжили та вдосконалили навички користуватися віртуальною дошкою Jamboard.

Карта емпатії

Фокусування: формулюємо конкретне завдання уроку, щоб зрозуміти наскільки цікавим може стати урок (запитання про дефекти зору, основні поняття геометричної оптики).

Генерація ідей: групова взаємодії у форматі аналізу реклами, змагання між групами та досліджень окремих пар учнів.

Прототипування: висновки за результатами виконання вправ, тестів.

Тестування: повторення під час формування висновку за допомогою карти знань, рефлексія на завершення уроку, та демонстрація презентації (під час дистанційного навчання учні мають можливість переглядати презентацію у Класрумі).

Хід уроку:

1.Організаційний момент. Організаційний момент (вітання).

Вчитель біології: Скільки у людини органів чуття? Зір, слух, смак, нюх, дотик, почуття рівноваги - "зовнішні" почуття. Є ще й такі, що слухають організм зсередини. Мозок кожну мить отримує різноманітну інформацію про стан кісток у суглобах, напругу м'язів, про хімічне наповнення шлунка тощо.

Вчитель фізики: Античний філософ Геракліт Ефеський зауважив, що «очі – більш точні свідки, ніж вуха». 90% усієї інформації люди отримують через очі. Довгий час вважалося, що очі випромінюють особливі промені, і таким чином людина бачить.

2. Мотивація знань. Тема уроку «Лінзи. Оптична сила лінзи». Запишемо дату і тему уроку в зошити. Згадаймо будову ока людини.

3 Актуалізація знань. Повторюємо вивчений матеріал, а для цього:

Вчитель біології: Виконання завдання на дошці. Вставити правильні відповіді замість пропущених слів у запропонованому тексті за посиланням https://learningapps.org/display?v=pgmvnjum521

Вчитель фізики: А тепер ми повторимо основні положення геометричної оптики за посиланням: join.naurok.ua. Код доступу 7675489

Перевірити виконання вправи № 13: 1 – 5 – усно.

4. Вивчення нового матеріалу

Вчитель біології: Наймасовіший недолік зору людини – незрозуміла видимість близьких чи віддалених предметів.

Проблемне питання. Як виникають ці дефекти зору та як їх виправити?

При короткозорості зображення припадає не на певну область сітківки, а розташоване в площині перед нею. Тому вона сприймається нами як нечітка.

При далекозорості зображення припадає не на певну область сітківки, а розташоване у площині за нею. Що і призводить до нечіткості зображення. Короткозорість і далекозорість можна виявити при визначенні гостроти зору в кабінеті офтальмолога за особливими таблицями.Як же можна виправити дефекти зору?

Виправити цей дефект вдається за допомогою окулярів. При короткозорості слід застосовувати окуляри з лінзами, що розсіюють. Такі окуляри мають від'ємну оптичну силу.

При далекозорості застосовують окуляри з лінзами, що збирають (опуклі). Оптична сила таких лінз є позитивною.

За формою лінзи поділяють на опуклі й увігнуті.

Вчитель фізики. Проведемо практичне дослідження.

Опукла лінза – лінза, товщина якої посередині більша, ніж біля країв. (двоопукла, плоско-опукла, увігнуто-опукла) (рис. а)

Увігнута лінза – лінза, товщина якої посередині менша, ніж біля країв. (двоввігнута, плоско-ввігнута, опукло-ввігнута) (рис. б)

Рис. а Рис. б

Лінзи поділяють на збиральні та розсіювальні.

Збиральна лінза – це лінза, яка перетворює паралельний пучок променів в збіжний.

F – дійсний фокус лінзи (точка у якій перетинаються заломлені промені).

Розсіювальна лінза – це лінза, яка перетворює паралельний пучок променів в розбіжний.

F’ – уявний фокус лінзи (точка у якій перетинаються продовження заломлених променів).

Завдання. Розподіл на 2 групи. Перегляд рекламних роликів за посиланнями. Продублювати ролик так, щоб глядач зрозумів які є можливості для покращення зору.

https://www.youtube.com/watch?v=cMRm_kO4SGc&t=21s

https://www.youtube.com/watch?v=vD4auhqRNxs

Вчитель біології. Як ви вже знаєте наші очі відрізняються кольором, формою, але всі вони мають однакову будову. Саме з будовою ока і тим, як утворюється і сприймається оком зображення, які дефекти зору існують і як їх усунути продемонстрували учні при дублюванні рекламних роликів.

Вчитель фізики. Давайте поговоримо про оптичну силу лінзи

Кожна лінза має два фокуси, розташовані на однаковій відстані від оптичного центра лінзи.

Фокусна відстань лінзи – це відстань від оптичного центра лінзи до фокуса.

Фокусну відстань збиральної лінзи домовилися вважати додатною (F > 0), а розсіювальної – від’ємною (F < 0).

Чим меншими є радіуси сферичних поверхонь, що обмежують лінзу, тим сильніше ця лінза заломлює світло, отже, тим менша її фокусна відстань.

Оптична сила лінзи – це фізична величина, яка характеризує заломлюючі властивості лінзи та є оберненою до її фокусної відстані.

F – фокусна відстань лінзи.

Одиниця оптичної сили – діоптрія:

1 діоптрія – це оптична сила лінзи, фокусна відстань якої дорівнює 1 м.

Оптична сила збиральної лінзи є додатною (D > 0), а розсіювальної лінзи – від’ємною (D < 0).

Вчитель фізики. Побудова зображень, що надаються лінзою. https://bit.ly/3qZR69R

Як виходить зображення у лінзах і яке воно?

Завдання за варіантами (кожній групі вибрати схему та зображення за характеристиками побудованого зображення)

Група 1. Справжнє, зменшене, зворотне.

Відповідь: Побудова зображення в лінзі, що збирає (предмет за подвійною фокусною відстанню)

Група 2. Справжнє, рівне, зворотне.

Відповідь: Побудова зображення в лінзі, що збирає (предмет на подвійній фокусній відстані)

Група 3. Справжнє, збільшене, зворотне.

Відповідь: Побудова зображення в лінзі, що збирає (предмет між подвійною фокусною та фокусною відстанню)

Група 4. Уявне, збільшене, пряме.

Відповідь: Побудова зображення в лінзі, що збирає (Предмет між фокусом і лінзою)

Складання пам'ятки «Гігієна очей» за посиланням https://jamboard.google.com/d/1MsS9MR5kdoJkuGXXtHsddxM9L1iUqklegMTVhygHzvw/edit?usp=sharing

1. Слідкуйте за режимом зорового навантаження.

2. Відпочинок для очей – це сконцентрований погляд вдалину.

3. Велике значення має місце, де дитина готує уроки.

4. Правильне, здорове харчування дитини теж суттєво впливає на здоров’я очей.

5. Здоровий сон.

6. Щороку перевіряти зір.

5. Закріплення матеріалу

1. На рисунку показано скляні лінзи, розташовані в повітрі. Які з цих лінз збиральні та які розсіювальні? Які з них мають уявний фокус?

Коли оптична густина середовища менша (повітря) за оптичну густину матеріалу (скляна лінза), то опуклі лінзи є збиральними, а увігнуті лінзи – розсіювальними.

б, г, д – збиральні (товщина лінз посередині більша, ніж біля країв)

а, в – розсіювальні (товщина лінз посередині менша, ніж біля країв)

Уявний фокус мають розсіювальні лінзи а, в

2. На рисунку показано повітряні лінзи (порожнини) у склі. У яких із випадків лінзи є збиральними?

Коли оптична густина середовища більша (скло) за оптичну густину матеріалу (повітряна лінза), з якого виготовлена лінза, то опукла лінза розсіюватиме промені (тобто буде розсіювальною), а увігнута, навпаки, збиратиме промені (тобто буде збиральною).

В даному випадку збиральними лінзами будуть лінзи а, в, д

3. Чому в сонячний літній день не можна поливати квіти в саду?

В сонячний літній день не можна поливати квіти в саду тому, що крапельки води, поводять себе як маленькі збирають лінзи та можуть сфокусувати сонячне світло і пропалити пелюстки або листочки квітів.

4. Оптична сила лінз у бабусиних окулярах +3 дптр, а в маминих –3 дптр. Чим відрізняються ці лінзи?

Якщо лінза збиральна, то її оптична сила є додатною. Оптична сила розсіювальної лінзи є від’ємною. Це означає, що в бабусиних окулярах стоять збиральні лінзи, а в маминих – розсіювальні.

5. Чому дорівнює оптична сила лінзи, фокусна відстань якої дорівнює 10 см?

6. Оптична сила лінзи дорівнює –4 дптр. Якою є фокусна відстань цієї лінзи? Ця лінза збиральна чи розсіювальна?

6. Підведення підсумків

Бесіда за питаннями

1. Дайте означення лінзи.

2. Які види лінз вам відомі?

3. Чим розсіювальна лінза відрізняється від збиральної?

4. Що називають дійсним фокусом лінзи?

5. Чому фокус розсіювальної лінзи називають уявним?

6. Що називають фокусною відстанню лінзи?

7. Дайте означення оптичної сили лінзи. У яких одиницях її вимірюють?

8. Оптичну силу якої лінзи взято за одиницю?

7. Рефлексія

Тепер прошу вас за допомогою кольору відтворити свій настрій. Чому ви вибрали ці кольори?

Рефлексія проходить асинхронно на https://padlet.com/monastyrska1/y3ipp1agonz0cm7o (для обидвох класів за одним посиланням)

8. Домашнє завдання

Опрацювати § 14, Вправа № 14 (1 – 3 письмово; 4, 6 усно)

При асинхронному режимі також пройти тестування за посиланням https://vseosvita.ua/test/start/srh510 (дати відповідь на запитання).

9. Питання вхідного та вихідного опитування, результати цих опитувань.

Анкета вхідного опитування

1. Чи цікаво Вам на уроці фізики?

2. Яке Ваше ставлення до предмету “Біологія”?

3. Що Ви хочете дізнатися на уроці?

4. Чи подобається Вам виконувати інтерактивні завдання?

5. Чи цікаво Вам переглядати відео на уроці (після уроку)?

Анкета вихідного опитування

6. Чи цікаво Вам було сьогодні на уроці фізики?

7. Чи покращилося Ваше ставлення до предмету “Біологія”?

8. Чи дізнатися Ви щось цікаве на уроці?

9. Чи сподобалося Вам виконувати інтерактивні завдання?

10. Зрозумілі та корисні були відео на уроці (після уроку)?

Посилання на Диск, де знаходяться результати опитування: https://drive.google.com/drive/folders/1sj604vrSulTcKGYUlfeMvPZCInMcj-be?usp=sharing

10. Звіт про проведення уроку за посиланням https://docs.google.com/document/d/1xz86gq_GSGhcGUBUcJPyY9HZJjKcya7yw0SeTZcOcLg/edit?usp=sharing