Меню

Как появился цвет физика



Что такое цвет?

Открытый урок в рамках мастер-класса на конкурсе «Учитель года-2005». 11-й класс

Contraria non contradictoria, sed complementa sunt.
(Противоположности не исключают, а дополняют друг друга.)
Нильс Бор

Цели урока: обучение ведению дискуссии, методологии научного исследования; демонстрация дополнительности науки и искусства; раскрытие необычайного в «очевидном».

Идея. Три группы учащихся пытаются получить цветной образ одного и того же объекта, исходя из разных позиций – физической, физиогической и художественной, соответственно даются три разных задания. В процессе урока надо показать, что все они дополняют друг друга, давая целостный (объёмный) образ действительности. Перед самостоятельной работой группы должны зафиксировать свои позиции (в диалоге при ответе на вопрос о сущности цвета).

1. Мотивационный этап

Учитель. Здравствуйте! (Слайд № 1 – радуга.) Вам очень к лицу этот галстук (акцентирует это слово!); он отлично отражает световые волны длиной 650 нм (красный цвет)! А вы прекрасно выглядите в этом костюме, в нём очень искусно смешаны две основные краски стандарта СMYK1: жёлтая и голубая (зелёный цвет). А вы совершенно восхитительно выглядите в блузке удивительно спокойного оттенка (зелёный или синий цвет).

Как вы, наверное, уже догадались, речь пойдёт о… (Вопрос повисает в воздухе, короткая пауза.) О чём мы будем говорить с вами сегодня?

Учащиеся. О цвете.

Учитель. Правильно. Знакомое слово, не правда ли? А что такое, по-вашему, цвет?

Учащиеся. Цвет вызывает настроение. Все предметы как-то окрашены, и это можно считать одной из неотъемлемых характеристик любого тела. Цвет связан с длиной волны…

Учитель. Итак, попытаемся ответить: что же такое цвет? (На слайде № 1 появляется вопрос: «Что такое цвет?» См. слайд № 2.) Второй вопрос: «Как образуется цвет?» (Учащиеся отвечают, используя свои знания по физике, однако тема «Шкала электромагнитных волн» ещё не изучалась. Учитель определяет и называет позицию каждого участника беседы – «физик», «биолог (физиолог)», «художник» – и прикрепляет скотчем на боковую поверхность каждого из трёх столов, за которыми потом будут сидеть команды, заранее приготовленный листок с соответствующей надписью.) Вы сейчас высказались с различных позиций, попробуйте придерживаться их в дальнейшем.

Комментарий. Для меня очень важна явная фиксация позиции учащегося в процессе коммуникации. Это пробуждает самосознание в ученике и дисциплинирует мышление. Кроме того, позиционирование представляет собой более адекватный урокам естествознания эквивалент ролевой игры. Этот приём открывает широкие перспективы развития физики как школьного предмета в направлении гуманитаризации. Если никто в ответе на два предыдущих вопроса не выразил чёткую позицию, нужно задать наводящие вопросы, чтобы каждая позиция из трёх присутствовала в диалоге

Учитель. Друзья мои, ваши точки зрения противоположны друг другу, кто же из вас прав? Постарайтесь доказать свою правоту. Для этого нужно аргументировать (защищать) свою точку зрения и критиковать противоположные. Смелее! Кто первый?

Комментарий. Сразу же после начала дискуссии учитель должен сесть на стул (когда он стоит перед классом, уже одно это делает его главным, а надо позиционироваться и иногда уйти на второй план). Хорошо, если участники возьмут на себя разные роли: и «преследователя», доказывающего неправоту другой позиции, и «жертвы», защищающей свою точку зрения. Если повезёт, кто-нибудь из учащихся возьмёт на себя роль «спасателя» и сформулирует идею о справедливости разных точек зрения. Тогда учитель может подвести итог урока с опорой на эту идею. На самом деле именно эта часть урока должна быть кульминацией, если учащиеся активны. Одновременно дискуссия служит и прекрасным мотивирующим фактором для дальнейшей работы – проверить, кто же прав.

Учитель. Вы зафиксировали свои позиции, у каждого есть своя гипотеза о природе цвета. Можно с пеной у рта доказывать свою правоту, но настоящее доказательство опирается на факты, а не на мнения. К тому же мы с вами занимаемся наукой, а не пиаром. А в каждой науке разработаны свои средства решения поставленных проблем. Постараемся сейчас вооружить каждого научным инструментарием. Обратимся к эксперименту.

2. Этап объяснения нового материала

Учитель. С точки зрения физики мы видим различные предметы благодаря тому, что свет отражается от них и попадает к нам в глаз. Что представляет собой исходный свет, до отражения?

Демонстрационный эксперимент. Получаем спектр луча обычного мультимедийного проектора при помощи бипризмы. (На компьютере с помощью программ Adobe Photoshop или Corel Draw можно смоделировать любую ситуацию и обеспечить ответ на любой вопрос класса.)

Учитель. Так что же такое обычный свет?

Учащиеся. Белый свет – это все цвета радуги.

Учитель (показывает слайд № 3, комментарий к нему). Получив при помощи призмы спектр, великий Ньютон первым высказал мысль о том, что обычный свет состоит из лучей разных цветов. В спектре мы видим, что лучи разного цвета пространственно разделяются, и получаем возможность измерить каждый цвет отдельно. У каждого луча свой показатель преломления и потому свой угол отклонения.

А что представляет собой красный свет? (Слайд № 4: жёлтый, красный и зелёный прямоугольники на чёрном фоне.)

Учащиеся. Он даёт один цвет, а не спектр.

Учитель. Каков состав красного света? (Учащиеся отвечают, затем демонстрируется слайд № 5, комментарий к нему).

А что мы увидим, если поставим призму на пути луча жёлтого цвета? (Слайд № 4. Учащиеся предполагают, что через призму будет виден один жёлтый цвет, после чего на пути жёлтого луча проектора учитель ставит призму. Обнаруживается, что кроме жёлтого цвета присутствуют красный и зелёный.) Что мы видим? На какие цвета разлагается жёлтый свет? (Ответы учащихся.)

Теперь мы столкнулись с особенностями работы нашего глаза, точнее, всей зрительной системы, включающей также и мозг. А это изучает биология, точнее, её раздел – физиология зрения. Наш глаз смешивает цвета, а не разлагает, как призма. Для глаза смешанный жёлтый не отличим от спектрально чистого, монохроматического жёлтого. Это надо обязательно учитывать на практике, особенно при создании технических устройств, работающих с цветом. (Слайд № 6: два луча, смешиваясь, дают третий цвет. Анимация. Подписи: это фиксирует призма, а это – глаз.)

И последнее, что нельзя не принимать во внимание (слайд № 7). Сравните квадраты А и В: что вы видите? (Учитель запускает анимацию: кусочек квадрата В перемещается к квадрату А.) Вы видите, что на самом деле цвет обоих квадратов одинаков. Таким образом, практик, работающий с цветом, обязательно должен учитывать особенности (физиологию) человеческого восприятия! (Слайд № 8, комментарий к нему.)

Теперь вы всё знаете и можете самостоятельно решить простую задачу. Вот картина немецкого художника-экспрессиониста Франца Марка (1880–1916). Да вот беда: на этом изображении нет цвета (кстати, именно таким и видит мир лошадь!). (Слайд № 9: три чёрно-белых изображения лошади с подписями на каждой «одноцветной» области: для «физиков» – соответствующие длины волн; для «физиологов» – процентное соотношение каждого из основных цветов в стандарте RGB; для «художников» – настроения, соответствующие каждому цвету.)

Вы должны восстановить первоначальные цвета. Все они закодированы на разных языках, «понятных» для физика, биолога (физиолога) или художника. Картина должна быть раскрашена цветными мелками. Но предварительно вам предстоит освоить языки науки и искусства, т.е. создать алфавит этой цветовой палитры, начальные буквы которого мы с вами уже наметили в общей работе. «Алфавит» у каждой группы свой. Это потребует от вас небольшого исследования, только тогда вы научитесь говорить на соответствующем языке.

3. Самостоятельная экспериментальная деятельность учащихся

На трёх столах лежат по одному письменному заданию, по листку с чёрно-белым изображением лошади (соответственно «специализации»), цветные мелки. Учитель уже наклеил на каждый стол листки с названием позиции: «физик», «биолог-физиолог», «художник» (см. с. 16) – и просит учащихся переместиться за соответствующие их позиции столы. Тем, кто не занял в дискуссии чётко выраженную позицию, рекомендуется определиться и присоединиться к какой-либо группе.

Задание 1 («физики»): «Спектр и измерение длины волны с помощью дифракционной решётки»

Оборудование: прибор для определения длины волны, дифракционная решётка 100 мм –1 ,

Задача: определите экспериментально длины волн красного, зелёного, фиолетового цветов и нанесите их на схему спектра.

Для измерения длин волн, соответствующих различным цветам, воспользуйтесь прибором, с одной стороны которого установлена дифракционная решётка, а с другой – экран со щелью и шкалой для измерения расстояния. Белый свет от фонарика, пройдя через щель, раскладывается дифракционной решёткой в спектр. Длина волны рассчитывается из условия дифракционного максимума 1-го порядка (ближайший к щели спектр, с любой стороны): = d sin, где d = 10 000 нм – период решётки (1 нм = 10 –9 м), sin l/L, L = 500 мм – расстояние между щелью и решёткой.

Можно вести расчёт по приближённой формуле:

(нм) = 20 . l (мм).

1. Включите лампочку фонарика и, глядя сквозь дифракционную решётку на щель, перемещением фонарика вправо-влево, добейтесь появления ярких и чётких спектров.

2. Измерьте по шкале (в миллиметрах) расстояние l до красного, зелёного и фиолетового участков спектра и запишите в таблицу.

Цвет Расстояние l, мм Длина волны , нм
Красный

Фиолетовый

3. Рассчитайте длины волн по формуле и подпишите их на схеме спектра.

Задание 2 («биологи-физиологи»): «Смешение цветов»

Оборудование: фонарики со светофильтрами (красным, зелёным и фиолетовым), экран, схема-круг с шестью секторами, из которых три закрашены (красный, зелёный и фиолетовый), цветные мелки.

Задача. Освещая экран лучами разного цвета и накладывая их друг на друга, получите другие цвета. Яркость регулируйте, удаляя фонарик от экрана. Выясните, какие цвета можно получить попарным или тройным наложением красного, зелёного и фиолетового. Результат цветными мелками нанесите на круг.

Глаз содержит три типа цветочувствительных элементов – колбочек. Каждый тип реагирует преимущественно на одну цветовую область: красную, зелёную и синюю. При создании изображений на ТВ-экране, мониторе и проекторе используют эту особенность, получая все цвета, включая белый, из трёх основных: красного (R – red), зелёного (G – green) и сине-фиолетового (B – blue). К примеру, чёрный цвет получается при таком соотношении основных цветов: R = 0%, G = 0%, B = 0%.

1. Включите три фонарика, заклеенных светофильтрами, и направьте их лучи на экран.

2. Накладывайте их лучи друг на друга попарно и фиксируйте смешанный цвет в таблице.

Цвет Красный Зелёный Фиолетовый
Красный

Фиолетовый

3. Нанесите смешанные цвета на схему-круг (раскрасьте её мелками).

Задание 3 («художники»): «Психологическое воздействие цвета»

Материалы: таблица (по С.Л.Рубинштейну) психологических характеристик цветов.

Задача. Назвать цвет, который оказывает на вас лично указанное психологическое воздействие.

Исследования психологов в середине XX в. (Макс Люшер) показали, что каждый цвет обладает совершенно определённым психофизическим воздействием, не зависящим от индивидуальных особенностей человека. Различия наступают на уровне психологической реакции каждого человека на тот или иной цвет.

1. Заполните таблицу.

2. Подберите подходящий оттенок цвета и закрасьте мелками правый столбец таблицы.

Комментарий. Естествознание предоставляет уникальную возможность для развития рефлексивного мышления. Каждая позиция может быть объективирована в некоторой знаковой схеме, без которой мышление учащегося просто потеряет опору. Поэтому каждой группе на первом этапе её работы предлагается освоить некоторую схему в процессе простого исследования законов её построения. На уроке можно было бы попытаться построить эту схему с нуля. Но, несмотря на мою безграничную веру в учащихся, я не верю, что они сами могут совершить те же открытия, что и Ньютон. Поэтому я стараюсь ставить перед учащимися реальные задачи, находящиеся в зоне их ближайшего развития. Культура не строится с нуля на каждом уроке, а транслируется. При этом нужен баланс, равновесие (кстати, одно из физических понятий, имеющих общекультурное значение). Важно, чтобы образцы культуры не навязывались учащимся в готовом виде. Поэтому у каждой группы схема лишь намечена. Схема и представляет собой тот культурный образец, знак, который каждая группа должна наполнить своим смыслом, появляющимся в результате непосредственного взаимодействия с предметом в процессе исследования.

Франц Марк. «Синий конь», 1911 г.

4. Презентация результатов групповой работы

При наличии времени можно продемонстрировать презентацию каждой группой результатов своей работы – перед вывешиванием раскрашенных картин. Каждая группа рассказывает, какое задание было поставлено, что делали, какой получили результат. В 20-минутном мастер-классе приходится сразу же переходить к сравнению результатов и демонстрировать готовые картины через проектор: исходная с помощью ани-мации заменяется полной, в которой выделено цветом то, что получилось.

Группы показывают, что у них получилось. (Цвета должны совпасть!)Учитель демонстрирует оригинал – он совпадает с картинами, раскрашенными группами.

Вопрос: «Какой же результат мы получили? Так кто же из вас прав?» Кто-нибудь из участников наверняка скажет, что правы все!

5. Обобщение (обсуждение результатов групповой работы)

Учитель. Когда великому физику Нильсу Бору пришлось создавать себе герб, он выбрал символ Инь-Ян и девиз: «Contraria non contradictoria, sed complementa sunt» («Противоположности не исключают, а дополняют друг друга»).

В этой работе вы убедились, что, несмотря на противоположность научного и художественного подходов, ни один из них не может существовать без другого. В подтверждение своих слов я процитирую мнение профессионалов, работающих с цветом на стыке различных подходов, в полиграфии и рекламном бизнесе (с сайта компании «X-Rite»): «Цвет является результатом взаимодействия света, объекта и наблюдателя. Чтобы цвет существовал, необходимо присутствие всех трёх этих элементов».

Суперфинал общероссийского конкурса «Учитель года-2005» (20 мин, 6–9 участников).

1 CMYK – это аббревиатура международного стандарта цветопередачи, используемого при цветной печати (полиграфия, фотография: Cyan-Magenta-Yellow-BlacK (голубой-малиновый-жёлтый-чёрный). Каждый, у кого есть цветной принтер, знает, что есть пара картриджей: один с тремя первыми красками, а другой – с чёрной; на этой основе можно создать ЛЮБОЙ ЦВЕТ. Например: малиновый с жёлтым даст красный, голубой с жёлтым – зелёный… Смешивая эти три цвета в различной пропорции, можно получить любой другой цвет. Чёрный необходим для качественной передачи тёмных тонов, в первую очередь чёрного цвета. RGB – это аббревиатура другого международного стандарта цветопередачи, используемого в цветных мониторах (телевизор, компьютер), а также в профессиональном театральном освещении: Red-Green-Blue (красный-зелёный-синий). В мониторах цвет создается при помощи трёх электронных пушек, каждая из которых отвечает за свой цвет; сам же цвет образуется на экране, покрытом изнутри тремя видами люминофора. Каждый из люминофоров при освещении его электронным пучком начинает светиться своим цветом. Поскольку светящиеся точки расположены близко, возникает эффект смешения цветов. Например, если светятся красная и зелёная точки – глаз видит жёлтый; если синяя и красная – малиновый. Управляя яркостью различных цветов, можно получить практически любой цветовой оттенок.

Источник

Читайте также:  Если ребенок покакал белым цветом