Цели и задачи урока:
Сообщение учащимся новых знаний; развитие мышления и познавательных способностей;
научить собирать и анализировать информацию, применять знания и развивать умения объяснять окружающие явления.
Межпредметные связи: биология, физика, информатика, геометрия.
Наглядные пособия: презентация к уроку, книга «Новое измерение» С. Пери, ООО «Издательство АСТ», 2001., раздаточный материал, портреты ученых, макет глаза.
Цитата к уроку: (Слайд 2) (Приложение 2)
«Посредством глаза, а не глазом
Смотреть на мир умеет разум». У. Блейк.
На доске новые слова - термины по данной теме: стереоскопическое изображение, иллюзия, стробоскопическое зрение, аккомодация, анизотропия.
Повторение изученного материала.
Объяснение нового материала. (Слайд 3)
Учитель: Мы с вами рассмотрели законы геометрической оптики, познакомились с приборами для изучения законов и с приборами, работа которых основана на знаниях геометрической оптики. И сегодня мы поговорим об уникальном создании самой природы – о глазе.
“Биология становится слишком серьезной наукой, чтобы ее можно было доверять биологам”, - пошутил кто-то из физиков. Конечно, это несправедливая шутка, но в отношении физиологии зрения в какой-то мере верна. Именно физики сделали первый шаг в решении проблем оптики глаза, цветового зрения, абсолютной световой чувствительности. И это неслучайно, ибо физика, в первую очередь оптика, и физиология зрения тесно связаны.
Глаз — орган зрения животных и человека. (Слайд 4), (Слайд 5) Глаз человека состоит из глазного яблока, соединенного зрительным нервом с головным мозгом, и вспомогательного аппарата (веки, слезные органы и мышцы, двигающие глазное яблоко).
Глазное яблоко защищено плотной оболочкой, называемой склерой. Передняя (прозрачная) часть склеры 1 называется роговицей. Роговица является самой чувствительной наружной частью человеческого тела (даже самое легкое ее касание вызывает мгновенное рефлекторное смыкание век).
За роговицей расположена радужная оболочка 2, которая у людей может иметь разный цвет. Между роговицей и радужной оболочкой находится водянистая жидкость. В радужной оболочке есть небольшое отверстие — зрчок 3. Диаметр зрачка может изменяться от 2 до 8 мм, уменьшаясь на свету и увеличиваясь в темноте.
За зрачком расположено прозрачное тело, напоминающее двояковыпуклую линзу, — хрусталик 4. Снаружи он мягкий и почти студенистый, внутри более твердый и упругий. Хрусталик окружен мышцами 5, прикрепляющими его к склере.
За хрусталиком расположено стекловидное тело 6, представляющее собой бесцветную студенистую массу. Задняя часть склеры — глазное дно — покрыто сетчатой оболочкой (сетчаткой) 7. Она состоит из тончайших волокон, устилающих глазное дно и представляющих собой разветвленные окончания зрительного нерва.
(Слайд 6) Геометрическая оптика возникла на заре науки. Она пыталась объяснить законы распространения света и построения изображений при помощи оптических приборов. Понадобился гений физика И.Кеплера, чтобы, рассмотрев глаз как обычный оптический прибор, прийти к единственно правильному выводу: изображение на сетчатке и перевернутое, и уменьшенное. На вопрос, почему же мир воспринимается неперевернутым, он отвечал: “Я оставил его натурфилософам”. Натурфилософы, т.е. физиологи, ответили на него столетиями позже.
Именно Кеплер, осознал, что светочувствительный орган зрения не хрусталик, а сетчатка. Кеплера по праву следует считать отцом физиологической оптики.
Как возникают и воспринимаются глазом изображения различных предметов?(щелчок мышью по слайду 6)
Свет, преломляясь в оптической системе глаза, которую образуют роговица, хрусталик и стекловидное тело, дает на сетчатке действительные, уменьшенные и обратные изображения рассматриваемых предметов. Попав на окончания зрительного нерва, из которых состоит сетчатка, свет раздражает эти окончания. По нервным волокнам эти раздражения передаются в мозг, и у человека появляется зрительное ощущение: он видит предметы.
Учитель: (Слайд 7) С оптической точки зрения глаз можно сравнить с фотоаппаратом, но в отличие от фотоаппарата, наводка на резкость достигается не перемещением хрусталика, а изменением его фокусного расстояния путем варьирования кривизны поверхности хрусталика.
- Способность глаза приспосабливаться к видению, как на близком, так и на более далеком расстоянии, называется аккомодацией.
(Слайд 8) Однако, человеческий мозг не всегда способен справиться с анализом изображения, получающегося на сетчатке глаза. В таких случаях возникают иллюзии зрения.
Человеческое зрение воспринимает предметы неправильно: более светлый из двух рассматриваемых предметов кажется более темным, более длинный — более коротким и т.п.
Попробую дать общую классификацию [3] (конечно, она не является единственно возможной), проиллюстрировав каждую из выделенных нами групп небольшим числом конкретных примеров:
А) Некоторые зрительные иллюзии связаны с особенностями строения глаза.
1. Так, отрезки и фигуры, которые проецируются на центральную часть сетчатки, воспринимаются как более крупные по сравнению с предметами, которые проецируются на ее периферическую часть. Это связано с тем, что в центральной части глаза гораздо выше плотность фоторецепторов.
2. (Слайд 9) Вертикальные отрезки кажутся больше горизонтальных отрезков такой же длины. Это объясняется анизотропией сетчатки (неодинаковой вытянутостью рецепторных клеток в вертикальном и горизонтальном направлениях).
Б) Другие иллюзии обусловлены рассеянием света на оптических средах глаза. (Слайд 10)
3. Просмотрите и скажите, какой квадрат больше?
Белый квадрат на черном фоне кажется больше, чем равный ему по величине черный квадрат на белом фоне. Это объясняется тем, что рассеянный свет от белого фона попадает на края черного квадрата и засвечивает их, уменьшая воспринимаемую глазом величину квадрата.
В) Некоторые иллюзии объясняются характером движения глаз
— поскольку, оценивая размеры предмета, нервная система учитывает степень смещения глаз при его рассматривании.
4. Нарисуем два отрезка одинаковой длины. (Слайд 11)
Выше и ниже первого отрезка проведем более короткие параллельные отрезки, а выше и ниже второго — более длинные параллельные отрезки. Второй отрезок кажется длиннее, т.к. при его обзоре глаза «заскакивают» дальше концов отрезка, рассматривая, более длинные параллели.
Г) Далее следует перейти к иллюзиям, которые объясняются психологическими причинами. (Слайд 12)
5. Если рядом с человеком обычного роста поставить высоких людей, то этот человек будет восприниматься как низкорослый. Такое, ощущение возникает, например, при просмотре по телевизору баскетбольных матчей, когда рядом с баскетболистами находятся судья или тренер. Это так называемая иллюзия контраста (не зрительного, а смыслового). Она основана на нашем представлении, что большинство людей имеют средний рост.
В результате делается умозаключение, основанное на жизненном опыте. Обычно оно приводит к верному результату, но не в тех случаях, когда состав «нормального большинства людей» сильно изменен.
6. (Слайд 13)
Дадим испытуемому картину с перспективой (сходящиеся рельсы, более мелкие предметы на заднем плане). Наложим на эту картину две фигурки одинакового размера: одну — там, где рельсы лежат далеко друг от друга, а другую — там, где они сближены. Кажется, что «дальняя» фигурка больше. Это так называемая иллюзия перспективы. Она тоже основана на житейском опыте человека. Обычно если из двух равных фигур одна расположена дальше, то ее изображение на сетчатке имеет меньшие размеры. Если изображения «дальней» и «близкой» фигурок одинаковы, мозг решает, что «дальняя» фигурка больше «близкой».
7. (Слайд 14)
Вырежем из серой бумаги три маленьких квадратика и поместим их на белый, серый и черный фон. Квадратик на белом фоне выглядит темнее, а на черном фоне — светлее, чем квадратик на сером фоне. Теория, объясняющая подобные аффекты, была предложена Гельмгольцем. По фону человек судит о характере освещения. Если фон белый, то делается вывод о сильном освещении. В такой ситуаций серый квадратик, отражающий мало света, воспринимается как черный. Если же фон черный, то освещение считается слабым. Тогда серый квадратик, отражающий много света (по сравнению с фоном), кажется светлым.
Учитель: Обратите внимание на рисунок 96 в учебнике [1] на стр.100. Теперь вы сможете объяснить почему предмет нам кажется не таким, каков он есть на самом деле. Приведите свои примеры иллюзий.
Д) Другие важные особенности зрения - это объемное восприятие пространства благодаря зрению двумя глазами (стереоскопическое зрение) и инерция зрения. (Слайд 15)
Инерцию зрения можно обнаружить простейшими опытами:
в темноте при перемещении светящегося объекта (лампочки, бенгальского огня) видны причудливые линии, наглядно показывающие вид траектории движения источника света.
(Демонстрация опыта с бенгальскими огнями) [2]
Учитель: Еще один опыт по обнаружению инерции зрения.
Описание опыта:
С помощью диапроектора или осветительного фонаря на листе бумаги получают изображение диапозитива (желательно цветного). Надо подобрать расстояние так, чтобы картинка полностью поместилась на листе бумаги. Затем берут длинную линейку, половину ее обертывают белой бумагой. Убрав лист бумаги, на который проецировалось изображение, нужно быстро махать линейкой в том месте, где был лист. Тогда будет видно изображение, как бы повисшее в воздухе.
Учитель: На инерции зрения основаны стробоскопические методы исследования быстрых движений, получение киноизображений движущихся тел, телевидение и т. д.
(Слайд 16) И, наконец, мир трехмерных иллюзий! Демонстрация книги [4]
Это новый вид искусства, появившийся благодаря компьютерной графики. Эти непостижимые изображения буквально потрясли мир. Начало ему было положено еще в 1838 году. Сначала элементарное наблюдение, затем примитивные рисунки, а в конце 50-х годов 20 века, когда специалисты изучили, каким образом функционирует наше зрение, создание трехмерных изображений получило дальнейшее развитие. (Слайд 17)
Внимательно вглядываясь в картинку и получив одно стереоскопическое изображение, вы можете увидеть и другое.
Раздаются картинки. См. приложение 1.
Учитель: (Слайд 18) Поднесите картинку к кончику носа. Вы увидите совершенно расплывчатое изображение. Дайте глазам привыкнуть. Затем, не меняя направления взгляда, медленно отодвигайте картинку, пока она не окажется на расстоянии вытянутых рук. Вы должны увидеть изображение. В противном случае проделайте все сначала. Несколько попыток должны увенчаться успехом. Существуют различные приемы рассматривания стереоскопических изображений. Но в любом случае главное — не фиксировать взгляд, оставляя рисунок нечетким. Если вы не увидели изображение с первой попытки, не отчаивайтесь — такое случается часто. Но не будьте слишком настойчивы, ведь вы вынуждаете глаза проделывать непривычные упражнения и рискуете их утомить. Лучше повторить попытку через некоторое время.
Подведение итогов урока. (Слайд 19)
Учитель: И так, мы сегодня узнали много интересного о нашем зрении. Познакомились с иллюзией зрения, трехмерной иллюзией. Узнали об инерции зрения. И теперь мы очень хорошо понимаем слова английского поэта Уильяма Блейка (1757-1827):
«Посредством глаза, а не глазом
Смотреть на мир умеет разум».
И в заключение я хочу сказать: представьте себе, что вы стоите на углу оживлённой улицы какого-нибудь города и что вдруг все недостатки зрения превращаются в недостатки ног, тогда более 50% пешеходов начнут хромать или будут неспособны ходить без костылей или вынуждены будут прибегнуть к коляскам.
Современная цивилизация облегчила значительную часть нашего каждодневного труда и освободила нас от многих жизненных забот, но во много раз увеличила нагрузку на глаза.
Часть перегрузки глаз объясняется тем, что человек пользуется глазами при условиях совершенно иных, чем те, при которых глаз первоначально развивался и для которых он приспосабливался. Первобытный человек пользовался своими глазами для того, чтобы смотреть вдаль при ярком солнечном свете, для охоты, рыбной ловли и для сражений. Когда солнце заходило, обязанности глаза кончались. И конечно, первобытный человек не работал целый день с предметами, расположенными вблизи глаз, не смотрел телевизионные передачи в течение нескольких часов и не читал книгу далеко за полночь.
Недостатки зрения - это уже тема следующего урока.
Домашнее задание.
Литература:
- Громов С.В., Родина Н.А. Физика 9. – М.: Просвещение, 2001.
- Усова А.В. Методика преподавания физики в 7-8 классах: Пособие для учителя. – М.: Просвещение, 1990.
- Я иду на урок биологии: человек и его здоровье: Книга для учителя. – М.: Издательство «Первое сентября», 2001.
- Пери С. Новое измерение. – ООО «Издательство АСТ», 2001.