STEM - урок "Дзеркала і перископи"

Конспект STEM-уроку: «Дзеркала та перископи»

• Клас: 3 клас.

• Тривалість: 1 урок (40–45 хв).

• Напрями STEM: Science (наука про світло), Technology (використання дзеркальних поверхонь), Engineering (конструювання приладу), Mathematics (вимірювання, кути 45°).

1. Мета уроку:

• Освітня: ознайомити учнів із поняттям «відбивання світла»; пояснити принцип роботи перископа.

• Розвивальна: розвивати просторову уяву, дрібну моторику, навички вимірювання та інженерне мислення.

• Виховна: виховувати вміння працювати в команді, охайність при роботі з матеріалами, інтерес до досліджень.

2. Матеріали та обладнання (на кожну дитину або пару):

• Картонні трубки (від паперових рушників або щільні поштові тубуси).

• Безпечний дзеркальний пластик (акрилове дзеркало, заздалегідь нарізане на квадрати відповідно до діаметра трубок — по 2 шт. на перископ).

• Клейові точки, двосторонній скотч або малярна стрічка.

• Ножиці, олівці, лінійки.

• Шаблони кутів (45 градусів) для правильного прорізання отворів.

• Ліхтарики (для перевірки відбивання світла).

3. Хід уроку:

І. Вступна частина та виклик (5-7 хв)

• Емоційне налаштування: Гра «Спіймай сонячного зайчика» (за допомогою ліхтарика або дзеркальця).

Де взявся сонячний зайчик?

(Сонячний зайчик — це потік сонячного світла, який відбився від блискучої поверхні та впав на стіну, підлогу чи інший предмет).

• Міні-дослід: знайомство з явищем відбивання світла.

Учні беруть по одному шматочку дзеркального пластику та ліхтарик. Спрямовують світло на дзеркало під кутом і дивляться, куди падає відбитий промінь.

(Коли діти спрямували ліхтарик на дзеркало, то побачили два промені: падаючий (той, що йде до дзеркала) та відбитий (той, що йде від нього). Промінь ліхтарика натрапляє на межу двох середовищ (повітря і дзеркало і «відскакує». Це явище називають відбиванням світла).

• Висновок: Світло рухається по прямій лінії, але коли воно зустрічає дзеркало, то відбивається, змінюючи свій напрямок.

• Проблемне питання: Як зазирнути за паркан, який вищий за нас, або побачити, що відбувається за кутом, не виглядаючи туди?

(Так, для цього можна використати простий оптичний прилад, який легко зробити навіть власноруч — перископ. Саме він дозволяє безпечно дивитися через високі перешкоди (наприклад, паркани) або зазирати за ріг стіни, залишаючись непоміченим).

ІІ. Оголошення теми: сьогодні ми станемо інженерами та створимо оптичний прилад — перископ.

ІІІ. Дослідницький етап — Science (7-10 хв)

• Знайомство з поняттям перископ.

Периско́п — оптичний прилад, що дозволяє спостерігати за об'єктом, що знаходиться у горизонтальній площині, яка не збігається з горизонтальною площиною ока спостерігача.

• Знайомство з історією виникнення перископа та його призначенням

На сьогоднішній день перископи найчастіше застосовуються у військовій справі, суднобудуванні, бронетехніці та промисловості для безпечного спостереження за об'єктами з-за перешкод, укриттів або з різних горизонтальних площин.

Як не дивно, але перший прототип перископа створили не для війни. У 1430-х роках німецький винахідник Іоганн Гутенберг (відомий як батько європейського книгодрукування) створив і почав продавати простий пристрій із дзеркал паломникам. На релігійному фестивалі в місті Аахен збиралися величезні натовпи, і цей винахід дозволяв людям дивитися поверх голів іншої людської маси, щоб побачити реліквії.

А ось використання військового перископа почалося у XVII столітті. У 1647 році відомий польський астроном та конструктор телескопів Ян Гевелій у своїй праці «Селенографія» вперше описав оптичний прилад із дзеркалами під кутом 45°, назвавши його «полемоскоп» (від давньогрецького «полемос» — битва, війна). Гевелій чітко передбачив його призначення: безпечне спостереження за ворогом під час бойових дій із-за стін або укриттів.

Розвиток підводного флоту гостро вимагав засобів огляду поверхні без виринання субмарини:

• 1845 рік: Американка Сара Метер запатентувала вдосконалений оптичний прилад для підводного огляду.

• 1854 рік: Французький фізик Іпполіт Марі-Даві розробив перший справжній морський перископ. Це була вертикальна труба з двома дзеркалами на кінцях, закріпленими під кутом 45 градусів. Саме він дав приладу сучасну назву «перископ» (від грецького peri — «навколо» та skopeo — «дивлюся»).

• Громадянська війна в США (1861–1865): Томас Дауті сконструював і практично застосував перший призматичний перископ на річковому моніторі (броненосці) США.

• 1880-ті роки: Французи М. Гарньє та Г. Ромацотті винайшли призматичний перископ із системою лінз (замість простих дзеркал). Прилад назвали «клептоскопом» і успішно встановили на підводний човен Gymnote у 1888 році, що значно покращило чіткість картинки.

На сьогоднішній день перископи переживають справжнє переродження. Хоча цей прилад асоціюється з підводними човнами Першої та Другої світових воєн, у сучасній окопній війні та в поєднанні з цифровими технологіями він став критично важливим засобом розвідки та захисту життів.

• Як же працює перископ?

В основі роботи перископа лежить закон відбивання світла. Конструкція приладу складається з довгої труби та двох дзеркал, розташованих на її кінцях:

• Верхнє дзеркало закріплене під кутом 45°. Воно «ловить» світлові промені (зображення) з-за паркану і відбиває їх вертикально вниз по трубі.

• Нижнє дзеркало встановлене паралельно верхньому (теж під кутом 45°). Воно приймає промені, що йдуть згори, знову відбиває їх під кутом 90° і спрямовує прямо в око спостерігача.

ІІІ. Практичний етап — Engineering & Mathematics (20 хв)

Покрокова інструкція виготовлення перископа:

1. Розмітка отворів: за допомогою паперового шаблону вчитель допомагає дітям позначити дві лінії під кутом 45 градусів на протилежних кінцях картонної трубки (одна зліва вгорі, інша — справа внизу).

2. Прорізи: дорослі допомагають зробити акуратні надрізи за наміченими лініями.

3. Віконця для огляду: навпроти майбутніх дзеркал вирізаються невеликі квадратні отвори, щоб світло потрапляло всередину і виходило до ока.

4. Встановлення дзеркал: у прорізи вставляються шматочки безпечного дзеркального пластику. Важливо, щоб вони дивилися відбиваючими поверхнями один на одного.

5. Фіксація: закріпити дзеркала за допомогою скотчу або стрічки.

IV. Тестування та рефлексія (5 хв)

• Випробування: учні присідають під парту (або ховаються за коробку) і намагаються за допомогою свого перископа побачити, що вчитель показує біля дошки.

• Самооцінювання: Чи чітке зображення? Якщо ні, то під яким кутом треба підправити дзеркало?

V. Рефлексія

1. Згадай!

- Що таке перископ?

- Де сьогодні його використовують?

- Як сонячний зайчик пов’язаний з перископом?

2. Хвилинка – цікавинка «А чи знаєте ви, чому…»

Чому сонячний зайчик повторює форму дзеркала?

Якщо ви візьмете кругле дзеркальце, зайчик на стіні буде круглим, а якщо квадратне — квадратним. Це відбувається тому, що відбивається саме той «шматочок» світлового потоку, який зміг поміститися на поверхні вашого дзеркала.

Чому він так швидко «бігає»?

Варто вам зовсім трохи, навіть на міліметр, повернути дзеркальце в руках — і сонячний зайчик миттєво перестрибне на інший кінець кімнати. Через те, що стіна розташована далеко від дзеркала, навіть крихітна зміна кута повороту в руках перетворюється на велику відстань, яку пролітає промінь на стіні. (Самим учням це можна пояснити на прикладі довгої указки: ви ледь ворушите рукою, а кінчик указки описує величезне коло).