STEM-урок на тему: «Яка роль оптичних ілюзій в житті людини?»

STEM-урок на тему:

«Яка роль оптичних ілюзій в житті людини?»

Міраж! Насправді, то –обман,

Нема того, що бачим?...

Далекий привид, чи туман

Не всі побачать й зрячі …

Тип уроку: бінарний (2 по 45 хв)

Тема:  «Яка роль отичних ілюзій в житті людини?»

Мета:

S (наука) фізика: розкрити поняття «ілюзії», з’ясувати умови їх утворення, вивчити їх види.

T  (технологія): формування навички самостійної дослідницької діяльності та вдосконалення вміння опрацьовувати інформацію та роботи в PowerPoint.

E (інженерія): виконати малюнки деяких видів оптичних ілюзій, виконання фото, макіяжу.

A (мистецтво): з’ясувати в яких  видах мистецтва використовують оптичні ілюзії.

M (математика): вдосконалювати навички вимірювання, розв’язування задач.

Обладнання: роздатковий матеріал, мультимедійна презинтація, фломастери, олівці, листки паперу, фото, склянка з водою, смартфон, фотоапарат, косметика.

Хід уроку

І. Організація студентів до заняття. Вчитель перевіряє підготовку студентів  до заняття, сприяє організації уваги.

II. Актуалізація опорних знань. Постановка проблемного питання.

1. Бесіда

Відомо, що наш зір недосконалий, і іноді ми бачимо не те, що існує в дійсності. Сприйняття властивостей і співвідношень предметів в просторі дуже часто призводить до виникнення зорових ілюзій.

ІІІ. Визначення теми й мети уроку.

IV. Зіткнення учнів з проблемою й висловлення первинних гіпотез.

Що ж таке ілюзія?

(демонстрація перелому олівця в склянці з водою)

Ілюзія (латів.illusio — оману, обман) — викривлене сприйняття справді наявного об'єкта чи явища.

Оптична ілюзія (зорова ілюзія) — помилка в зоровому сприйнятті, викликана неточністю або неадекватністю процесів неусвідомлюваної корекції зорового образу (невірна оцінка довжини відрізків, величини кутів або кольору зображеного об'єкта, ілюзії руху, «ілюзія відсутності об'єкта» — банерна сліпота тощо, а також фізичними причинами («Плескатий Місяць», «зламана ложка» у склянці з водою). Причини оптичних ілюзій досліджують як з погляду фізіології зору, так і в рамках вивчення психології зорового сприйняття.

З’ясуємо причини виникнення оптичних ілюзій.

Оптичні ілюзії, або як їх ще називають оптичні обмани, виникають у здорових людей порівняно часто протягом усього життя, так як вони є абсолютно нормальним станом, що залежить від конкретних умов або будови людського ока.

За зорове сприйняття відповідає вся система зорового апарату, що включає очі, нервові клітини і закінчення, завдяки яким зоровий сигнал надходить у мозок, і безпосередньо та частина мозку, яка відповідає за візуальне сприйняття явищ або предметів.

Причини деяких ілюзій встановлені, але більшість з них не має наукового пояснення, і по сей день.

Це доводить тільки  те, що в області оптичних ілюзій існує ще безліч можливостей для вивчення. Вчені та лікарі розділили (умовно) причини, з яких виникають будь-які види оптичних ілюзій, на три типи:

- перша причина полягає в тому, що зорова система сприймає відбите від предметів світло, таким чином, що свідомість людини отримує хибну (уявну) інформацію.

- друга причина полягає в помилковій, неправильній передачі сигналів зору за допомогою нервів, у результаті цього мозок також отримує неправильну інформацію, що призводить до уявного, спотвореного сприйняття.

- третя причина заснована на порушеннях в мозку (збої мозкової діяльності), який видає неправильну реакцію.

У деяких випадках може виникнути ілюзія відразу з кількох причин.

Існує кілька видів появи оптичних ілюзій - оптичні обмани, які  створила природа (найбільш відомий приклад - це міражі в пустелях), штучно створені людиною, з використанням візуальних ефектів (зокрема гра зі світловими сприйняттями).

V. Робота над гіпотезами, висловленими учнями. Учні збирають та аналізують дані, необхідні для розв'язання проблеми. Вчитель виступає в ролі тьютора/фасилітатора, спонукає здобувачів освіти до висунення ідей заохочувальними словами, підказками, надає диференційну допомогу .

1. Робота в групах за науковим напрямком.

Розглянемо види оптичних ілюзій

Сьогодні лікарям і психологам вдалося створити незвичайну класифікацію, яка поділяє всі види оптичних ілюзій за різними ознаками. Так, існують ілюзії сприйняття кольору, сприйняття глибини і розміру, картинки-перевертні, рухомі ілюзії.

(Група учнів розглядає картинки з оптичними ілюзіями та на основі побаченого з’ясовують їх особливості та намагаються віднести кожну картинку до певної категорії –виду оптичної ілюзії)

1. Ілюзія сприйняття кольору

Відомо, що коли на сітківці ока виникає зображення, яке складається зі світлих і темних областей, світло від яскраво освітлених ділянок ніби перетікає на темні ділянки. Це явище називається оптичною іррадіацією.

В 1995 році Едвард Адельсон звернув увагу, що сприйняття кольору суттєво залежить від фону і однакові кольори на різному фоні сприймаються нами як різні, навіть якщо розташовані близько й видні нами одночасно.

 

2. Сприйняття глибини

Ілюзії сприйняття глибини — неадекватне відображення предмета, що сприймається, та його властивостей. Наразі найбільш вивченими є ілюзорні ефекти, які спостерігаються при зоровому сприйнятті двовимірних контурних зображень. Мозок несвідомо бачить малюнки тільки одноопуклі (одноввігнуті). Сприйняття залежить від напрямку зовнішнього (реального чи позірного) освітлення.

 

3. Сприйняття розміру

 

Ілюзії часто призводять до абсолютно неправильних кількісних оцінок реальних геометричних величин. За деяких обставин можна помилитися на 25% і більше щодо розмірів предмета, якщо окомірні оцінки не перевірити лінійкою.

Окомірні оцінки геометричних реальних величин дуже сильно залежать від характеру фону зображення. Це стосується довжин (ілюзія Понцо), площ, радіусів кривизни, кутів, форм тощо.                  

4. Картинка-перевертень

Картинка-перевертень — вид оптичної ілюзії, за якої від напрямку погляду залежить характер сприйманого об'єкта. Однією з таких ілюзій є «качкозаєць»: зображення може трактуватися і як зображення качки, і як зображення зайця.

4. Рухомі ілюзії

 

Ефект посилюється при нахилах, обертаннях, наближенні / віддаленні голови

• Нерухоме зображення здається рухомим.
• При розгляданні однакових рухомих м'ячів, можна побачити, що вони різного розміру.
• Одне і те саме анімаційне зображення може відтворювати обертовий об'єкт за годинниковою, проти годинникової або поперемінно (здійснювати коливальні рухи).

5. Стерео-ілюзії

 

Стереопари, накладені на періодичну структуру (Бела Юллеш, Угорщина) дозволяють спостерігати стереозображення так само, як і звичайну стереопару. Періодичне зображення полегшує «розведення» очей, так що після фокусування очей на відстань кілька десятків сантиметрів дозволяє побачити стереозображення.

Метод дозволяє частково поєднувати зображення стереопари, знімаючи обмеження на її розмір, однак накладає деякі обмеження на зміст малюнків і практично розраховується за допомогою комп'ютерів. Відомі також під калькованою з англійської назвою «автостереограмми».

Дивним феноменом вважається відома з часів Птолемея, ілюзія сприйняття небесних світил у збільшеному вигляді в момент знаходження їх у лінії горизонту. Чимало вчених знаходили гідні і переконливі пояснення цьому явищу, однак минав час, і з'являлися нові, такі ж "достовірні" теорії.

Застосування знань про оптичні ілюзії

(Друга група вивчає картинки із застосуванням оптичних ілюзій і описує, як людина використовує в своїй діяльності оптичні ілюзії )

 

Найкращим знавцем оптичних ілюзій є сама природа. Тварини та рослини часто використовують оптичні ілюзії для маскування. Хтось хоче видаватися страшнішим ніж він є, а інший старається бути непомітним.

 

Людина теж здавна застосовує оптичні ілюзії в різних сферах своєї діяльності.

Оптичні ілюзії в архітектурі змушують нас вірити в те, чого насправді не існує.

Оптичні ілюзії застосовувалися ще в Древній Греції. Яскравим прикладом цьому є Парфенон, розташований в античному афінському Акрополі. Парфенон був побудований архітектором Каллікратом в 447-438 роках до н. е.. У випадку з цим стародавнім храмом, архітектор за допомогою ілюзій хотів підкреслити велич споруди. Використовуючи такі прийоми, як злегка потовщені кутові колони, загнуті всередину пілони і підлогу, яка в центрі споруди вище на 6 см, Калликрат хотів скорегувати й довести до досконалості зорове сприйняття споруди в цілому, яка здається більшою за розміром, ніж є насправді.

Пізанська вежа "падає" візуально тільки на 10 % з причин, пов'язаних з будівництвом, 90 % з них - це оптичний обман.

Оптичні ілюзії в архітектурі використовуються не тільки в будинках, а можуть бути втілені у формі мостів (роботи Сантьяго Калатрава), Альтанок, окремих скульптур і малюнків на фасадах будівель (будинок митної служби в Мельбурні, Австралія).

Сучасні дизайнери інтер’єрів також широко застосовують знання про ілюзії.

Найбільшим дивом є  кімната Еймса.

Кімната, придумана Адельбертом Еймсом Молодшим в 1946 році, є прикладом тривимірної оптичної ілюзії. Кімната спроектована таким чином, що при погляді спереду здається звичайною, з перпендикулярними стінами та стелею. Насправді, форма кімнати є трапецією, де далека стіна розташована під дуже гострим кутом до однієї стіни і, відповідно, під тупим кутом до іншої. Правий кут, таким чином, значно ближче до спостерігача, ніж лівий. За рахунок ілюзії, що підсилюється, відповідно спотвореними шаховими клітинами на підлозі і стінах, людина, що стоїть у ближньому куті, виглядає велетнем порівняно з тією, що стоїть в далекому. Коли людина переходить з кута в кут, спостерігачеві здається, що вона різко зростає чи, навпаки, зменшується.

Та на практиці, щоб розширити простір в квартирі, з метою комфорту та затишку теж застосовують знання про сприйняття людського ока. Фарбуючи кімнату у відповідний колір, застосовуючи горизонтальні чи вертикальні лінії, використовуючи 3d-шпалери ми можемо досягнути потрібного ефекту.

Знання про сприйняття людського ока використовують дизайнери одягу. За допомогою горизонтальних чи вертикальних ліній, правильного підбору кольорів та крою можна скоригувати недоліки фігури чи підкреслити переваги.

Здавна використовували ілюзії в своїх роботах художники. Оптичне мистецтво стало окремим плином досить пізно - в 50-х роках минулого століття, проте воно виникло далеко не на порожньому місці, багато картини минулого підтверджують, що художники завжди використовували зорові ілюзії в своїй творчості.

Художники застосовують ілюзорні прийоми, свідомо створюючи неймовірні і "неіснуючі" в реальному житті ефекти ширяння в повітрі елементів, зорового переміщення, або злиття ліній. Вони вводять у свої картини різкі контрастні тони, звивисті і переривчасті лінії, спіралеподібні зображення, конфігурації решіток, що створює у глядачів ілюзію повітря, плинності, який змінюється при різному освітленні простору. За допомогою звичайних графічних прийомів, можна створити на художньому полотні ілюзію руху.

Найяскравішими прикладами використання ілюзій в художньому мистецтві – це картини в стилі оп-арту, неможливі фігури (наприклад трикутник Пендроуза), двоїсті картини, дволикі картини, тощо.

Сучасним незвичайним художнім мистецтвом у сфері оптичних ілюзій стали 3d-малюнки на асфальті. Незвичайної краси малюнки, які з певного ракурсу виглядають об’ємними і практично «оживають».

Застосовують ілюзію і в створенні незвичайного макіяжу.

Фотограф Олександр Хохлов і візажист Валерія Куцан вважають, що обличчя людини — це полотно, який відмінно підходить для сміливих мистецьких експериментів. Вони створили серію портретів, на яких природні лінії осіб моделей за допомогою боді-арту були змінені до невпізнання.

І звичайно, жоден сучасний фотограф не обходиться без знань про зорові ілюзії. Саме знаючи особливості зорового сприйняття можна створити справжні фото-шедеври.

Оптичні ілюзії використовують на телебаченні, в рекламі, ілюзіоністи в своїх фокусах та багато іншого.

(Третя група проводить дослідження)

Учні протягом деякого часу повинні спостерігати різноманітні картинки, що відображають ілюзію руху і з’ясувати: як впиває тривалий перегляд таких ілюзій на самопочуття людини?

Проведення обговорення 10 хв для кожної групи

Експеримент І.

Вивчити особливості найпростіших малюнків, які зображують різні види оптичних ілюзій. На основі отриманих знань намалювати деякі з оптичних ілюзій. Отримані ілюзії зафіксувати в певній точці спостереження за допомогою фотоапарата чи смартфона. За допомогою малюнків та отриманих фото провести опитування серед учнів та з’ясувати:

чи однаково сприймаються  оптичні ілюзії всіма людьми?

 чи дійсно оптичні ілюзії видно лише з певної точки спостереження?

Експеримент ІІ.

Завдання для дівчат.

Створити макіяж з використанням знань про оптичні ілюзії.

Експеримент ІІІ

Виконати фото з використанням оптичних ілюзій

Розв’язування задач

1. Людина стояла на відстані 1 м від ліхтаря. На яку відстань вона відійшла від ліхтаря, якщя її тінь зросла удвічі?
2. Хлопчик намагається влучити палицею у камінь, що міститься на дні струмка, глибина якого 50 см. Точно прицілившись, він кидає палицю під кутом 45° до поверхні води. На якій відстані від каменя вдариться об дно палиця?

VI. Загальний висновок. Учні за допомогою вчителя або самостійно формулюють висновки щодо проблемного питання, запропонованого на початку заняття (побудова структурно-логічних схем, скайбінгів, кластерів, спілкування «питання-відповідь»).

VII. Рефлексія.

Чому комахи, котрі живуть у полярних краях, на високогір’ї мають темне забарвлення? (Це допомагає їхньому тілу поглинати більше сонячних променів)

 

Чому білого ведмедя не осліплює блиск снігу та льоду в сонячні дні? (У білого ведмедя очі від блиску снігу добре захищають напівпрозорі перепонки)

 

Яку небезпеку для людей, котрі живуть у полярних широтах, становить сніг? (Крім багатьох інших небезпек, сніг становить велику небезпеку через те, що дуже добре відбиває сонячне проміння. Якщо очі у людини не захищені темними окулярами, то це може викликати так звану снігову сліпоту - офтальмію)

 

Яким способом, крім втечі, захищається від нападу кальмар? (Випускає темно-синю рідину, чим змінює не лише показник заломлення, але й її прозорість. Крім того, це деякою мірою відлякує агресора)

 

Жуки-вітрячки живуть у воді, але є частими гостями на суші. Навіщо природа дала їм дві пари очей? (Оскільки вода і повітря є середовищами різної оптичної густини, то одна пара очей слугує для води, а друга - для повітря)

 

Кришталик чийого ока - людини чи риби - повинен сильніше заломлювати світло? (Кришталик ока риби заломлює.світло сильніше, оскільки вода має більшу оптичну густину, ніж повітря)

 

Яка людина краще бачить під водою: далекозора, короткозора чи з нормальним зором? (Короткозора людина у воді стає нормальнозорою або й далекозорою, оскільки показник заломлення води більший за показник заломлення повітря і наближено дорівнює показнику заломлення речовини ока)

 

Завдяки чому кіт може спокійно дивитися при яскравому світлі та добре бачити навіть у сильній темряві? (Завдяки чудовій регуляції надходження світла через зіницю: вона акомодує в кота значно ліпше, ніж у людини)

 

Як користуватися біноклем людині, котра носить окуляри - з окулярами чи без них? (В обох випадках бінокль дає чітке зображення)

 

Чому очі кішки яскраво світяться в темноті, якщо на них направити світловий промінь? (Очі кішки та інших тварин відбивають світло в напрямку, протилежному до напрямку його поширення. Око кішки являє собою систему лінз вгнутого дзеркала)

 

Чому в більшості ящірок хвіст має набагато яскравіше забарвлення, ніж усе тіло? (З допомогою цього увага нападника привертається до життєво менш важливої частини тіла, втрата якої не загрожує життю тварини)

 

Чому високо в горах людина засмагне швидше? (Там більше ультрафіолетових променів, оскільки меншою є густина повітря, що їх поглинає)

 

Як зміниться кришталик ока, коли перевести погляд з віддаленого на ближній предмет? (Кришталик стає опуклішим)

 

Чому сонячного дня не рекомендується поливати рослини? (Краплі води, що потрапили на листя, є короткофокусними збиральними лінзами. Сонячні промені, заломлюючись у цих лінзах, можуть спричинити опіки)

 

Для чого навесні і восени білять вапном стовбури дерев? (Біла поверхня відбиває значну частину сонячної енергії, що захищає стовбури дерев від сонячних опіків, коли вони не захищені листям, а температура повітря різко коливається)

Оцінювання роботи груп та окремих учнів.