Цели урока: повторить строение глаза с анатомо-физиологической точки зрения; изучить устройство глаза как оптического прибора; рассчитывать оптическую силу линзы; убедиться в необходимости соблюдения гигиены зрения.
Оборудование: собирающая линза в оправе на подставке из набора “Оптика-8” (10 шт.), экраны, линзы № 1 – 3 для фронтальных лабораторных работ по оптике (10 шт.), рассеивающая и собирающая наливные линзы, разборная модель глаза, демонстрационный прибор для изучения законов оптики с прямоугольным экраном, осветитель для теневой проекции, таблица “Строение глаза”, модели хрусталика из поролона.
ПЛАН УРОКА
- Мотивация урока.
- Актуализация знаний.
- Проверка домашнего задания. Строение глаза с анатомо-физиологической точки зрения (учитель биологии).
- Изучение нового материала. Глаз как оптическая система. Ход световых лучей в глазе. Демонстрационные опыты (учитель физики).
- Закрепление и систематизация знаний.
1. Самостоятельный эксперимент учащихся: 1) сборка модели нормального глаза, получение на экране-“сетчатке” одновременно действительных перевернутых изображений близкого и далекого предметов (окна и оправы линзы); 2) сборка моделей близорукого и дальнозоркого глаза.
2. Причины близорукости и дальнозоркости (учитель биологии).
3. Исправление дефектов зрения с помощью очков. Фронтальные опыты по подбору собирающей линзы для очков, исправляющих дальнозоркость, и по устранению близорукости рассеивающей.
4. Практическая работа “Оптическая сила линзы, единицы оптической силы”.
5. Болезни глаз (катаракта, глаукома, бельмо) - выступление врача. Гигиена зрения. Профилактические меры по предупреждению
близорукости, дальнозоркости. Гимнастика для глаз (советы медицинской сестры школы). - Домашнее практическое задание.
- . Рефлексия.
Вступительное слово учителей биологии и физики.
Учитель физики: Сегодня наш урок посвящен зрительному анализатору. Тема урока: “Глаз и его оптическая система”.
С помощью мультимедийных слайдов на экране проецируются изображение человеческого глаза и глаз разных животных. А также эпиграф к уроку:
Посредством глаза, а не глазом
Смотреть на мир умеет разум.
Основной объем информации об окружающем мире человек получает по оптическому каналу. В начале учебного года вы уже познакомились со строением глаза. Сегодня, используя новую информацию о глазе, попробуем систематизировать наши оптические представления.
Но вначале давайте вспомним, что же такое анализатор? Как охарактеризовать глаз и его анализирующие функции?
Учитель биологии: Глаз — это воспринимающая, периферическая часть зрительного анализатора. При помощи нервных путей (зрительного нерва) он связан с мозговыми центрами, расположенными в затылочной части коры большого полушария головного мозга. Рассмотрим поподробнее каждое звено зрительного анализатора. (проецируется мультимедийный слайд).
Откройте тетради, запишите тему урока, а затем — физический диктант.
Я буду читать текст, а вы вместо пропусков (паузы) вставьте пропущенные слова.
Глаз, или, как его называют, глазное яблоко, представляет собой шарообразное тело диаметром около 25 мм и массой 7,5 - 8 г. Стенки глазного яблока образованы ….. оболочками. Наружная — белочная оболочка, или ….., состоит из плотной непрозрачной соединительной ткани. Она защищает глаз от повреждений и позволяет глазному яблоку сохранять свою форму. Передняя часть –это…..она имеет выпуклую поверхность. Следующая оболочка глаза, которая изнутри плотно прилегает к склере,— …... В ней располагаются кровеносные сосуды, питающие все ткани глаза. Спереди, эта оболочка переходит в …... Она может быть разного цвета в зависимости от количества находящегося в ней пигмента. Именно эта оболочка определяет цвет глаз. Если пигмента мало — глаза серые или голубые, если много — карие. По своей природе данная оболочка — это кольцевая мышечная диафрагма с небольшим отверстием в центре - …… Он регулирует поступление света в глаз, рефлекторно сужаясь или расширяясь. Если света мало, он расширяется, если много — сужается. Непосредственно за ним располагается прозрачное тело, имеющее форму двояковыпуклой линзы. Это …… Как и роговица, он не имеет ни сосудов, ни нервов. Пространство позади него заполнено прозрачным полужидким веществом — …. На внутренней оболочке глаза находится — ….. От её нервных клеток отходят длинные отростки — аксоны. В одном месте они собираются в пучок, образуя …... Место, откуда они выходят, лишено рецепторов и поэтому называется …...
В зрительных рецепторах — палочках и колбочках — энергия проникающих в глаз световых лучей преобразуется в энергию нервных возбуждений и по тысячам зрительных волокон передается в центральное обрабатывающее звено — затылочную долю коры большого полушария. Именно там происходит тонкая дифференциация световых раздражителей, именно там рождается зрительное ощущение. (В процессе повторения можно использовать разборную модель глаза и таблицу “Строение глаза”.)
Учитель физики: Постараемся теперь посмотреть на глаз как на оптическую систему. (Проецируется мультимедийный слайд. )
Она включает в себя роговицу, хрусталик, стекловидное тело. Главная роль в создании изображения принадлежит хрусталику. Он фокусирует лучи на сетчатке, благодаря чему возникает действительное уменьшенное перевернутое изображение предметов, которое мозг корректирует в прямое.
ДЕМОНСТРАЦИОННЫЙ ЭКСПЕРИМЕНТ
Демонстрируется глаз с нормальным зрением.
Учитель: Получите на экране четкое изображение окна. Дайте характеристику этого изображения (ученики отвечают).
А теперь на расстоянии 18-25 см от экрана поместите любую линзу (№ 1, № 2, № 3 из набора для фронтальных лабораторных работ) и на экране-“сетчатке” получите четкое изображение оправы линзы, не смещая при этом экран (ученики выполняют). Окно можно при этом назвать далеким предметом, а линзу — близким. Что вы можете сказать об изображении окна на экране, когда на том же экране вы видите четкое изображение близкого предмета — оправы линзы? (Ученики отвечают, что изображение окна теперь неясное, расплывчатое, нечеткое.) Вновь получить четкое изображение окна путем перемещения линзы-“хрусталика” и обратите внимание, что изображение оправы линзы — близкого предмета — теперь стало нечетким. Итак, когда вы получаете четкое изображение близкого предмета, то изображение далекого становится неясным, а когда получаете четкое изображение далекого предмета, нечетким становится изображение близкого. И при этом вы все время перемещали линзу-“хрусталик”. Вопрос: можно назвать точной собранную вами модель глаза или требуется сделать какие-то оговорки? (Учащиеся делают вывод, что собранную модель можно назвать моделью глаза условно, так как в глазе хрусталик не перемещается, когда мы переводим взгляд с далеких предметов на близкие и видим их все отчетливо.)
Учитель: За счет чего глаз отчетливо видит как удаленные, так и близкие предметы?
(Учащиеся вспоминают об аккомодации. Учитель обращает внимание на то, что кривизна хрусталика меняется рефлекторно, и демонстрирует изменение кривизны хрусталика на модели из поролона, имеющей форму двояковыпуклой линзы высотой около 12 см. Напоминает, что руки выполняют роль ресничной мышцы.)
В силу разных причин у некоторых людей изображение фокусируется не на “сетчатке, а перед ней, а на сетчатке получается размытое, нечеткое изображение. Этот недостаток зрения называется близорукостью, а глаз — близоруким (демонстрируется ход лучей в близоруком глазе, сдвигая линзу-“хрусталик” вперед ).
Близорукий глаз — лучи фокусируются до сетчатки (F = 70 мм)
У других людей лучи фокусируются за сетчаткой (точнее сказать, фокусировались бы за сетчаткой, если бы она была прозрачной для света), так что на сетчатке опять получается нерезкое изображение. Этот недостаток зрения называется дальнозоркостью, а глаз — дальнозорким (демонстрация хода лучей в дальнозорком глазе).
(Проецируется мультимедийный слайд.)
Дальнозоркий глаз — лучи фокусируются за сетчаткой (F = 140 мм)
Давайте подумаем, как с помощью приборов на ваших столах смоделировать близорукий и дальнозоркий глаза, т.е. как получить размытые, нечеткие изображения удаленного предмета (например, окна) на экране-“сетчатке”?
(Проецируется мультимедийный слайд).
Учащиеся получают нечеткое изображение окна при моделировании и близорукого, и дальнозоркого глаза.
Учитель биологии: Теперь, когда вы представляете, что такое близорукий глаз, что такое дальнозоркий глаз, давайте, выясним, отчего и когда возникают эти недостатки зрения? Это очень важный вопрос, так как статистика говорит, что каждый четвертый человек на планете страдает близорукостью, а каждый второй — дальнозоркостью. Оба нарушения зрения бывают как врожденными, так и приобретенными.
Рассмотрим причины дальнозоркости. При врожденной дальнозоркости глазное яблоко укорочено вследствие задержки своего роста. Приобретенная дальнозоркость развивается, как правило, после 40 лет. Остановить этот процесс почти невозможно, так как ресничные мышцы с возрастом слабеют, хрусталик теряет эластичность, твердеет, в результате чего его способность к аккомодации уменьшается.
Значительно чаще встречается приобретенная близорукость. Она, как правило, появляется у детей в средних и старших классах и напрямую связана с повышенной нагрузкой на орган зрения. У вас на партах лежит модель хрусталика из поролона. Возьмите ее и представьте, что кисти ваших рук — это ресничные мышцы, изменяющие кривизну “хрусталика”. Как уже отмечалось сегодня, когда мы переводим взгляд с удаленных предметов на ближние, его кривизна рефлекторно изменяется примерно вот так... (учитель просит приподнять руки и показать слегка сжатый “хрусталик”).
А теперь представьте себе, что вы будете вязать, либо шить, либо читать, либо работать с конструктором, либо смотреть телевизор, либо заниматься компьютерными играми, короче, долго смотреть на близко расположенные предметы. Мышцы должны сжимать хрусталик. Что вы скажете про свои руки, если я попрошу вас подержать модель хрусталика несколько минут в сжатом состоянии? Да, руки устанут. Но читаем-то мы и пишем не несколько минут! Вы теперь понимаете, как устают ресничные мышцы, особенно неокрепшие мышцы ребенка? В результате глаз не справляется с длительным напряжением, мышечный аппарат ослабевает, хрусталик теряет способность менять свою кривизну, т.е. аккомодировать, что не позволяет четко видеть удаленные предметы. Значительно реже близорукость бывает врожденной, из-за того, что глазное яблоко имеет удлиненную форму.
Учитель физики: Теперь, когда нам известны физические причины дефектов зрения, попробуем определить, как их можно исправить.
Как известно, исправляются эти недостатки ношением либо очков, либо контактных линз. Давайте вспомним, какие бывают линзы, и какими линзами исправляют дальнозоркость, а какими — близорукость. (Учащиеся отвечают, после чего учитель физики демонстрирует опыты.)
(Проецируется мультимедийный слайд).
САМОСТОЯТЕЛЬНАЯ РАБОТА УЧАЩИХСЯ
Смоделировать дальнозоркий глаз.
Учитель: У всех получилось изображение окна нечетким? А теперь подберите подходящие очки для вашего “пациента”, пользуясь собирающими линзами № 1 и № 2. (Учащиеся располагают линзы из набора для фронтальных лабораторных работ перед линзой-“хрусталиком” из набора “L-микро” и убеждаются, что линза № 2 позволяет на экране-“сетчатке” получить четкое изображение окна, а другие линзы — нет). Учитель сообщает, что врач-окулист подбирает очки подобным образом, т.е. методом проб и ошибок, вставляя в специальную оправу разные линзы, пока пациент не станет хорошо видеть. Затем ученики моделируют близорукий глаз и с помощью рассеивающей линзы № 3 получают четкое изображение окна.
Учитель физики: Таким образом, как вы убедились сами, очки исправляют близорукость и дальнозоркость, только когда они на носу. Длительное ношение очков не улучшает зрение, и если оно с годами меняется, то благодаря не очкам, а по другим причинам.
Учитель биологии: Помимо недостатков зрения, существуют и болезни глаз. Наиболее распространенные из них: катаракта (помутнение хрусталика), глаукома (повышение внутриглазного давления), бельмо (помутнение роговицы). Причем за последние годы эти болезни “помолодели”. Если раньше катаракта встречалась в пожилом возрасте, то теперь возможна и в подростковом.
Учитель физики: Коль скоро вы работали врачами-окулистами, подбирали подходящие очки, то давайте доведем работу до конца — выпишем рецепт. Вы решили, что подходит линза № 2, но нельзя же это написать в рецепте, ибо линзы характеризуются не номером, а фокусным расстоянием и оптической силой (величиной, обратной фокусному расстоянию). Оптическая сила обозначается буквой D и измеряется в диоптриях (дптр).
Чтобы выписать рецепт, нужно знать оптическую силу линзы, которая является как бы ее паспортом. Эту величину указывают при изготовлении линз на заводах. Если эти данные утеряны, то можно определить оптическую силу, как вы помните, опытным путем, по известному фокусному расстоянию.
Итак, вы знаете, как выписать рецепт людям с недостатками зрения. Однако, известно, что и очки, и контактные линзы приносят массу неудобств, не говоря уже о психологическом барьере, для тех, кто их вынужден использовать.
Учитель биологии: Может быть, эффективнее предупреждать близорукость? Исследования показали, что 95% младенцев рождаются с нормальным зрением. Значит, все зависит от нас! Глаз — это очень ценный, но хрупкий орган, который надо беречь. Пренебрежение элементарными гигиеническими правилами приводит к ослаблению остроты зрения и порождает много проблем, вплоть до выбора профессии. Вам постоянно об этом напоминают родители, учителя, но мы хотим, чтобы вы осознанно, осмысленно подходили к этому вопросу. Нельзя рассматривать текст, смотреть телевизор на близком расстоянии, так как хрусталик будет напряжен, что ведет к близорукости. Во время чтения, письма, вязания предмет надо располагать на расстоянии 25-30 см от глаз. Это расстояние наилучшего видения (зрения). На таком расстоянии мы рассматриваем детали без напряжения зрения.
Знаете, вы и о том, как важно следить за освещением. Оно должно быть хорошим, но не слишком ярким, чтобы чрезмерно не раздражать рецепторы глаза и не вредить зрению. В яркий солнечный день нужно носить темные очки (особенно зимой, когда велика отражательная способность снега). Расстройства зрения могут, возникать, из-за недостатка в организме витамина А. Вредное действие оказывает курение. Никотин и другие яды табака могут вызвать тяжелое поражение зрительного нерва. Но этого недостаточно. Необходимо делать гимнастику глаз, чтобы тренировать, укреплять глазные мышцы и останавливать развитие близорукости. Давайте познакомимся с некоторыми упражнениями. (Советы медицинской сестры школы).
ГИМНАСТИКА ДЛЯ ГЛАЗ
1-е упражнение. Посмотреть вверх-вниз, направо-налево, произвести вращательное движение глазами сначала в одном направлении, затем в другом (10 мин).
2-е упражнение. Сильно зажмурить глаза, открыть. Повторить несколько раз.
3-е упражнение. Смотреть на ноготь пальца руки, то, удаляя, то, приближая его к носу.
Время, затраченное на эти несложные упражнения, окупается сторицей. Очень полезно периодически смотреть вдаль, ведь при этом мышцы глаза не напрягаются. Ведь только так, тренируя мышцы глаза и давая им отдых, вы сможете предотвратить близорукость. Ухаживайте за глазами, берегите их!
После окончания урока учащиеся получают памятку “Береги глаза”
Выступление врача Глоба Светланы Александровны.
БОЛЕЗНИ ГЛАЗ
Сегодня 9 человек из 10, пораженных заболеваниями глаз, можно уберечь от слепоты. И, тем не менее, ежегодно сотни тысяч жителей планеты погружаются во мрак. Трагический парадокс!
Одной из причин слепоты, которую многие тысячелетия лечить считалось невозможным, является бельмо на роговице. Оно, как непроницаемые белые шторы, совершенно закрывает свет. Как снять завесу и тем самым дать возможность лучам света пройти в глаз?
Академику В. П. Филатову (1875-1956) удалось разработать успешные методы лечения слепоты пересадкой роговицы. С помощью особого круглого острого ножа-трепанга вырезают диск бельма. Заранее готовят роговицу из глаза трупа и консервируют ее на холоде. Консервированную роговицу укладывают в просеченное отверстие, точно часовое стекло в ободок. Пересаженная роговица приживается, бельмо рассасывается, и больной становится зрячим.
Наиболее частая причина слепоты — катаракта (помутнение хрусталика). Поскольку хрусталик не имеет ни нервов, ни сосудов, он не получает из крови необходимые для нормальной жизнедеятельности продукты. Источником питания хрусталика являются омывающие его жидкости: влага, находящаяся между роговицей и хрусталиком, а также стекловидное тело. Любые изменения в составе влаги или стекловидного тела (вследствие глазного или общего заболевания, действия радиации) могут отразиться на прозрачности хрусталика. По мере его помутнения, т.е. созревания катаракты, острота зрения снижается вплоть до слепоты. Лечение хирургическое. Операцию проводят под микроскопом. В 70-х гг. XX века для удаления хрусталика применялся специальный инструмент, охлаждаемый до низкой температуры, к которому хрусталик просто примораживался и извлекался.
В последние годы для лечения катаракты стали применять ультразвук: с его помощью содержимое хрусталика разжижается и выводится специальной иглой. Вся процедура занимает несколько минут. В этом случае разрез роговицы составляет всего 1,5 мм, требуется только один шов. Старый метод извлечения хрусталика требовал наложения 10 швов на разрезе роговицы длиной 15 мм. Легко понять, насколько новая операция более щадящая. Вторая половина операции состоит в пересадке искусственного хрусталика вместо удаленного.
Наибольшую опасность для взрослых (40 лет и старше) представляет глаукома. Эта болезнь связана с повышением внутриглазного давления, что губительно действует на рецепторы глаза и приводит к прогрессивному ухудшению зрительной функции. В настоящее время глаукому лечат хирургически, восстанавливая отток жидкости из глаза по естественным каналам, которые вследствие болезни оказались суженными. Диаметр канала примерно 0,6 мм. Операцию проводят под микроскопом с использованием лазерных технологий.
Далее учитель физики комментирует домашнее задание.
ДОМАШНИЕ ПРАКТИЧЕСКИЕ ЗАДАНИЯ (раздаются индивидуально по выбору учащихся)
О.У.- Исследовать реакцию зрачков на свет.
Поднося к лицу и отодвигая от него какой-нибудь источник света (фонарик, настольную лампу, свечу), понаблюдайте за зрачком, смотря в зеркало. Что вы заметили? Опишите.
О.У.- Проследить за работой хрусталика.
Приготовьте лист белой плотной бумаги и сделайте посередине отверстие диаметром 1 см, по его краям напишите буквы. Возьмите книгу с крупным шрифтом. Держа лист на расстоянии 10—15 см, смотрите одним глазом, (второй глаз закройте) на буквы, чтобы они были четко видны, и одновременно через отверстие на книгу. Почему буквы в книге кажутся размытыми? Сфокусируйте глаз на книге. Почему теперь кажутся размытыми буквы, окружающие отверстие в листе? Опишите.
П.У.- Доказать, что на периферии сетчатки мало колбочек.
Для проведения этого опыта вам понадобится посторонняя помощь. Сядьте на стул и смотрите прямо перед собой. Пусть вам покажут какой-либо предмет (например: ручку, карандаш и т.п.). Предмет демонстрируется короткое время, но с таким расчетом, чтобы он проецировался на боковую поверхность сетчатки. Обязательное условие: вы не должны знать, что вам будут показывать и какого цвета. Двигать головой или скашивать глаза на предмет, который вам будут показывать, не разрешается.
Какой предмет был показан? Какого цвета? Почему вы почти ничего не увидели?
Т.У.- Доказать, что стекловидное тело имеет жидкую консистенцию.
Резко встряхните головой и посмотрите на равномерно освещенный фон: лист белой бумаги, потолок, стену и т.п. Часто удается заметить появление черноватых теней, которые медленно движутся вниз. Это оседают взмученные частицы. Значит, стекловидное тело — не твердое вещество. Из того, что оседание частичек происходит медленно, следует, что оно обладает высокой вязкостью. Стекловидное тело полужидкое и в норме прозрачное.
Рефлексия.
- Что дал мне сегодняшний урок?
- Чем ценен для меня изученный материал?
- Как я оцениваю свою работу на уроке?
- Ощущаю ли я состояние усталости, тревожности, беспокойства?
- Испытываю ли я эмоциональный подъём, чувство удовлетворения от урока?
Литература
- Синдеев Ю.Г. Физика: Методика и практика преподавания. Ростов н/Д: Феникс, 2002.
- Каменский С.Е.Теория и методика обучения физике в школе. Москва: Просвещение, 2000.
- Камин А.Л.Физика: Развивающее обучение, 2003.