Интегрированный урок (биология + физика + информатика) по теме "Технические средства компьютерной графики" – "Трехкомпонентная теория цвета"

Разделы: Физика, Биология, Информатика, Конкурс «Презентация к уроку»

Классы: 7, 9, 11

Ключевые слова: физика и биология цвета , формирование цветного изображения


Презентации к уроку

Загрузить презентацию (48,8 МБ)

Внимание! Предварительный просмотр слайдов используется исключительно в ознакомительных целях и может не давать представления о всех возможностях презентации. Если вас заинтересовала данная работа, пожалуйста, загрузите полную версию.

Загрузить презентацию (809,5 кБ)

Загрузить презентацию (50,5 МБ)

Загрузить презентацию (583,2 кБ)

Загрузить презентацию (30,8 МБ)


Концепция урока

Отличительной особенностью Федерального государственного образовательного стандарта является его деятельностный характер, ставящий главной целью развитие личности учащегося.

Современная система образования направлена на формирование высокообразованной, интеллектуально развитой личности с целостным представлением картины мира.

Выбранная тема систематизации многообразия цветов и разделение их на базовые является пограничной относительно биологии, физики, информатики и дает возможность ее всестороннего изучения.

Формирование изображения в ЭЛТ, плазменных и ЖК-дисплех базируется на теории трехкомпонентного цветового зрения. Взята она из теории человеческого восприятия цвета, которая изучается в биологии. Впервые эта теория была высказана физиками при изучении спектра солнечного излучения.

Данный интегрированный урок подразумевает наличие ведущего предмета, знания которого необходимо усвоить, это информатика и ИКТ.

Физика и биология – вспомогательные предметы, позволяющие показать связь ведущего предмета с фундаментальными науками. В течение урока учащимся предлагается проследить, как теоретические знания переносятся в практическую область и самостоятельно ответить на вопросы “Где это пригодится в жизни? Зачем нам это нужно?”.

Лекции по физике и биологии носят обзорный характер. Более глубокое изучение достаточно объемной темы света и цвета с выполнениями заданий и демонстрацией опытов предполагается на соответствующих традиционных уроках основного курса биологии и физики.

Основной акцент в интегрированном уроке приходится не столько на усвоение знаний, сколько на развитие образного и логического мышления, что способствует реализации ситемно-деятельностного подхода к обучению.

Это позволяет устранить несогласованность, разобщённость этапов формирования у учащихся общих понятий биологии, физики, информатики.

Интегрированный урок будут способствовать формированию целостной картины мира у детей, пониманию связей между явлениями в природе, обществе и мире в целом.

Урок полностью сопровождается текстовой информацией, иллюстрациями, видеоматериалом, что должно сделать его ярким и запоминающимся.

Разнообразие информации и видов деятельности в ходе урока способствует снятию умственного, эмоционального и психического напряжения, а значит, и сохранению здоровья учащихся.

Урок рассчитан на 2 академических часа.

Тип урока — урок усвоение новых знаний.

Цели урока

образовательные:

  • познакомить с физикой и биологией цвета;
  • познакомить с понятием цветовой модели и глубины цвета;
  • изучить принципы формирования цветного изображения на экранах современных мониторов;

развивающие:

  • найти связь между предметами биологии, физики и информатики;
  • развитие внимания, наблюдательности;
  • развитие логического мышления;
  • расширение кругозора;

воспитательные:

  • воспитание информационной культуры;
  • воспитывать уважительное отношение к труду ученых и инженеров через достижения в современных технологиях;
  • формировать систему взглядов на мир, продемонстрировав эстетику ярких, насыщенных цветами и оттенками явлений природы;
  • обратить внимание на возрастающую важность органа зрения человека в современном обществе.

Задачи урока

  • рассмотреть явление дисперсии (разложения солнечного света на его основные части);
  • рассмотреть строение глаза и его способность к цветовосприятию;
  • изучить модели RGB, CMYK;
  • использовать графический редактор для определения цвета;
  • изучить общий подход для вывода полного цветового спектра, реализуемый в современных дисплеях.

Методы урока:

  • словесные (беседа, объяснение, описание);
  • наглядные (иллюстрация, демонстрация видеоматериала из презентации);
  • практические (работа в интерактивной модели RBG).
  • проблемное изложение.

Методы опроса:

  • фронтальный опрос;
  • практические (работа в графическом редакторе).

Технические средства обучения:

  • компьютер, проекционный проектор, звуковые колонки;
  • компьютерный класс;

программное обеспечение -ОС Windows

Наглядные материалы:

  • сопровождающие файлы презентации;
  • видеоматериалы, включенные в презентации;
  • файлы задания на компьютерах.

План урока

  1. Организационный момент.
  2. Актуализация.
  3. Дисперсия света.
  4. Цветовое зрение и строение глаза.
  5. Первичное усвоение новых знаний. Теория трехкомпонентности цвета.
  6. Первичная проверка полученных знаний.
  7. Первичное закрепление. Выполнение практического задания у ПК.
  8. Монитор – устройство вывода информации.
  9. Рефлексия.

Ход урока

1. Организационный момент. Презентация 1

Преподаватель информатики.

"Мы видим вещи не такими, какие они есть. Мы видим их такими, каковы мы сами!"
Талмуд.

Окружающий нас мир полон удивительных и ярких красок. Человек с момента рождения начинает воспринимать цвета.

Демонстрация слайдов – виды Новосибирска в различное время года и суток.

Вопросы к слайдам презентации:

  • Какого цвета розы?
  • Что лежит на столе?

Вывод:

В природе цвет отнюдь не является неотъемлемым свойством объектов (в отличие, скажем, от массы или ускорения). Для его возникновения как свойства конкретного предмета требуется одновременное существование трех непременных условий: самого объекта, света и наблюдателя, способного увидеть отраженный (пропущенный, излучаемый) объектом свет. В отсутствие наблюдателя у объекта нет никакого цвета!

Без освещения часто невозможно определить не только цвет, но и назвать объект наблюдения.

2. Актуализация. Презентация 1

Запись в тетради:

Итак цвет это - Наблюдатель + Свет + Объект

Что или кто в этой тройке самый необходимый? На 1 месте – наблюдатель, 2 – свет и последним стоит объект наблюдения.

Иногда присутствие объекта необязательно, достаточно наблюдателя и освещения.

В природе таким примером являются мираж и северное сияние, радуга.
Демонстрация видеороликов — мираж, северное сияние, рисунка радуги.

Объективная зависимость нашего цветовосприятия от светового потока.

Научно доказано, что цвет – это не просто какое-то качество предмета, цвет рождается от различного преломления и отражения светового луча в пространстве и на поверхности от совершенно различных тел.

3. Опыты Ньютона со светом. Презентация 2

Учитель физики.

Свет то белый, а мир вокруг нас цветной!

Впервые разложить цвет и узнать его состав попробовал английский физик Исаак Ньютон.

Пропуская солнечный свет через стеклянную призму, Ньютон нашел, что солнечный свет имеет сложный состав. Он состоит из излучений различной преломляемости и различного цвета. Степень преломляемости и цвет излучения связаны взаимно однозначно. Ньютон писал: "Наименее преломляемые лучи способны порождать только красный цвет и, наоборот, все лучи, кажущиеся красными, обладают наименьшей преломляемостью.

В 1672 г. Ньютон поставил опыт.

В оконной шторе затемнённой комнаты было сделано отверстие в виде продолговатой щели. С помощью собирающей линзы Ньютон получил изображение щели на противоположной стене комнаты. Затем на пути светового пучка Ньютон поместил треугольную призму. На противоположной стене комнаты образовалось семь цветных полосок, цвета которых плавно переходили один в другой.

Демонстрация из презентации преломляющей призмы и спектра из семи основных цветов.

Ньютон впервые ввел цветовой график, получивший название цветового круга Ньютона.

Цветовую теорию Ньютона развил Томас Янг. Он доказал, что белый световой луч разлагается лишь на три спектральных цвета: красный, зеленый и синий. Эти три цвета являются первоначальными цветами.

Основываясь на работах Янга, немецкий физиолог Герман Гельмгольц в 1859 г. показал, что человеческий глаз на свету воспринимает цвет как сочетание красных, зеленых и синих световых волн. Эта ставшая широко популярной теория доказала, что наш мозг “разбивает” цвет каждого предмета на различные процентные содержания в нем красного, зеленого и синего, и именного оттого мы воспринимаем различные цвета по разному.

Запись в тетради:

Определение света в физике. Свет - это электромагнитное волновое движение. Длины волн видимого цвета заключены в интервале от 380 н.м. до 760 н.м.

ТРЕХКОМПОНЕНТНАЯ ТЕОРИЯ ЦВЕТА

теория восприятия цвета, предполагающая наличие в анализаторе трех приемников излучения, разных по чувствительности к различным областям спектра и вызывающих ощущение насыщенных цветов — красного, зеленого и синего.

Избирательный синтез этих цветов в коре головного мозга дает результирующий цвет объекта

4. Цветовое зрение и строение глаза. Презентация 3

Учитель биологии.

Человек видит не глазами, а посредством глаз, откуда информация передается через зрительный нерв, зрительные тракты в определенные области затылочных долей коры головного мозга, где формируется та картина внешнего мира, которую мы видим. Все эти органы и составляют наш зрительный анализатор или зрительную систему.

Глаз можно назвать сложным оптическим прибором. Его основная задача - "передать" правильное изображение зрительному нерву.

В сетчатке человеческого глаза находятся рецепторы колбочки и палочки.

Колбочки, отвечают за восприятие цвета, палочки в свою очередь за сумеречное зрение. Пигмент Родопсин разлагается под действием света в палочках, в колбочках эту роль выполняет пигмент Йодопсин. Демонстрация рисунка из презентации.

Теперь давайте разберем природу цвета, отталкиваясь от физиологии зрения.

Различают три типа “колбочек”, проявляющих наибольшую чувствительность к трем основным цветам видимого спектра:

  • красно-оранжевому (600 – 700 нм);
  • зеленому (500 – 600 нм);
  • синему (400 – 500 нм).

Для восприятия любого цвета, наш мозг смешивает эти три цвета, учитывая еще один параметр - интенсивность. Поэтому самой физиологичной системой кодировки цвета является RGB (Red, Green, Blue). Смесь, состоящая из 100% каждого цвета, дает белый свет. Отсутствие всех цветов дает отсутствие света или черный свет.

Демонстрация видеоматериала “Зрение и вредные привычки”

Сообщение учащегося. Исследования современных ученых Давида Хьюбла и Торстена Визела, получивших Нобелевскую премию за исследование механизма зрения человека.

Запись в тетеради:

Определение цвета в биологии.

Цвет - это ощущение, возникающее в органе зрения при воздействии на него света, т.е. свет+зрение=цвет.

5. Компьютерное кодирование изображений, теория трехкомпонентности цвета. Презентация 4

Учитель информатики.

Понятия света и цвета являются ключевыми в компьютерной графике, т.к. задача графики - создание изображения, воспринимаемого человеческим глазом тем или иным образом.

Синтезированные изображения на данном этапе развития науки не могут быть переданы непосредственно в мозг, промежуточным звеном в цепи служит монитор, принтер или любой другой носитель изображения, который позволяет передать изображение через зрительную систему человека.

Чтобы правильно передать нужный цвет, необходимо понимать принципы моделирование цвета (цветовые системы), принципы восприятия цвета человеком, принципы работы и особенности функционирования устройств.

Компьютерное кодирование изображений. Картинка разбивается вертикальными и горизонтальными линиями на маленькие прямоугольники.

Полученная матрица прямоугольников называется растром, а элементы матрицы — пикселями (от англ. picture's element — “элемент изображения”). Цвет каждого пикселя представлен тройкой значений интенсивности трёх основных цветов. Демонстрация слайда из презентации.

Человеческий глаз устроен таким образом, что способен раздельно воспринимать три цвета, называемых основными: красный, зеленый и синий.

Каждый цвет воспринимается нашим зрением как определенная комбинация этих основных цветов.

Именно на этом принципе и построено компьютерное представление цвета.

Запись в тетради:

Цветовая модель – это способ разделения цвета на составляющие его компоненты: основные и дополнительные цвета, при смешении которых образуются другие оттенки.

Основным элементом этой цветовой модели является палитра.

Палитрой называется цветовая таблица, сопоставляющая фиксированным образцам цвета порядковые номера в виде натуральных чисел.

Модель RGB – Red (Красный) - Green (Зеленый) - Blue(Синий) т.е. три цвета соответствующие модели излучаемого цвета.

Рассмотрим смешение в равных пропорциях:

  • Red (Красный)+Green (Зеленый) =Yellow(Желтый)
  • Green (Зеленый) + Blue(Синий)=Cyan(Голубой)
  • Red (Красный) + Blue(Синий)=Magenta(Пурпурный)
  • Red (Красный) + Green (Зеленый) + Blue(Синий)=Серый

Три параметра аддитивной цветовой модели могут принимать значения от 0 до 265.

Демонстрация интерактивной цветовой модели RGB из Единой коллекции цифровых образовательных ресурсов (файл rgb.swf). Выбор цвета комбинацией из трех базовых цветов на интерактивной доске.

Модель CMYK - Cyan(Голубой) - Magenta(Пурпурный) - Yellow(Желтый) – Black(Черный).

Эта цветовая модель когда имеем дело с отраженным цветом. На печатной странице цвета ведут себя иначе. Страница не излучает свет, а отражает его. При воспроизведении цветных изображений на печати мы имеем дело не со светом, а с пигментами (красками, тонером, воском), которые одни цвета поглощают, а другие отражают.

Они называются субтрактивными первичными цветами (от англ. subtract – вычитать).

Несовершенство красителей.

Если бы пигменты CMY были идеальными, не надо было бы добавлять четвертым цветом черный (К). Несмотря на все наши старания, голубой пигмент всегда содержит немного красного, пурпурный – немного зеленого, а желтый – малую толику синего. Поэтому, чтобы темные цвета на печати получались лучше, добавляется черная краска.

Показ цветовых моделей из презентации Презентация 4

6. Первичная проверка новых знаний. Презентация 4

Фронтальный опрос:

  1. Как компьютер формирует изображение?
  2. Что такое цветовая модель?
  3. На чем основано компьютерное представление цвета?
  4. Какие цветовые модели вы знаете?
  5. Почему цвета распечатанного на бумаге изображения не совпадают с экранными цветами?

7. Выполнение практического задания у ПК. Презентация 4

Учитель информатики.

На рабочих столах компьютеров сохранена папка с рисунками (рис_задание). Рисунки нужно раскрасить, цвет основных объектов задан.

Приложение.

В любом графическом редакторе есть возможность точного определения цвета тройкой цифр. Вызов диалогового окна для установки цветов в редакторе Paint осуществляется из главного меню последовательностью команд Палитра – Изменить палитру – Определить цвет. Нужные цифры вводятся в соответствующие окна.

Цвета незаданных объектов выбрать самостоятельно.

8. Монитор – устройство вывода информации. Презентация 5

Учитель информатики

Монитор (дисплей) - это стандартное устройство вывода, предназначенное для визуального отображения текстовых и графических данных.

При кодировании компьютерного изображения картинка разбивается вертикальными и горизонтальными линиями на маленькие прямоугольники.

Полученная матрица прямоугольников называется растром, а элементы матрицы — пикселями (от англ. picture's element — “элемент изображения”).

Цвет каждого пикселя представлен тройкой значений интенсивности трёх основных цветов.

Чтобы хранить всю картинку, достаточно записывать в некотором порядке матрицу значений цветов пикселей, например, слева направо и сверху вниз.

В современных компьютерных мониторах с диагональю 15—17 дюймов разумный компромисс между качеством и размером элементов картинки на экране обеспечивает растр в 768x1024 точки.

Письменная работа – тест по растровой графике.

Презентация 5

Все дисплеи используют общий подход для вывода полного цветового спектра: разделение цветов на базовые. Каждый пиксель экрана состоит из трёх суб-пикселей, каждый из которых отображает оттенки своего цвета: красного, зелёного или синего.

Типы мониторов по способу формирования изображения на экране бывают: на электронно-лучевой трубке, жидкокристаллические, газо – плазменные. Демонстрация мониторов на слайдах презентации.

ЭЛТ, плазменные и ЖК-дисплеи используют общий подход для вывода полного цветового спектра: разделение цветов на базовые, путём сложения которых можно получить все остальные, - поэтому ими и стали красный, зелёный и синий (RGB).

Пользователь не может отличить суб-пиксели друг от друга и воспринимает их как единое целое. Поэтому подобные пиксели могут составлять полноцветную картинку - через смешение красных, зелёных и синих суб-пикселей.

Плазменные дисплеи

Как и в обычном CRT-мониторе, в плазменном присутствует люминофор, который светится не под воздействием потока электронов (как в ЭЛТ), а под воздействием плазменного разряда. Каждая ячейка плазменного дисплея представляет собой флуоресцентную мини-лампу, которая способна излучать только один цвет из схемы RGB: красный, зелёный или синий.

К подложкам каждого пикселя плазменного дисплея, между которыми находится инертный газ (ксенон или неон), прикладывается высокое напряжение, которое вызывает плазменный разряд.

Демонстрация видеоматериала о плазменных из Презентация 5

Жидкокристаллические, принцип работы.

Пиксели ЖК-панели, сами по себе, свет не излучают.

Как и в других технологиях, пиксель ЖК-панели состоит из трёх суб-пикселей основных цветов.

Кристалл не излучает свет, но работает в качестве переключателя, именно поэтому ЖК-панелям всегда нужна подсветка. Свет, излучаемый подсветкой, проходит через жидкий кристалл, а затем и окрашивается цветовым фильтром.

Каждый суб-пиксель имеет одинаковое строение и отличается только цветовым фильтром.

Демонстрация видеоматериала о жидкокристаллических мониторах из Презентация5.ppt

Сообщение учащихся о трехмерных дисплеях (стереоскопические 3D-дисплеи, автостереоскопические 3D-дисплеи, голографические 3D-дисплеи) и объемных дисплеях.

9. Подведение итогов. Выставление оценок.

Домашнее задание: учебник информатики, параграф 22, вопросы в конце параграфа.

В интернете по адресу http://www.youtube.com/watch?v=mPUsOxnGtFE внимательно посмотреть видеоматериал “Системы цветопередачи”

http://www.astro.tsu.ru/KGaG/text/2_3.html и ответить на вопрос что такое Перцепционные цветовые модели (HSB) и для чего используется.