EDICT

Predarea interdisciplinară reprezintă o abordare educațională inovatoare, care integrează mai multe discipline într-o singură lecție sau proiect. Încearcă să ofere elevilor o perspectivă holistică asupra subiectelor și să îi ajute să își dezvolte abilități de gândire critică și rezolvare a problemelor.
În acest studiu de caz, ne vom concentra asupra predării interdisciplinare a temei „Ochiul” la un grup de elevi de clasa a IX-a.

Obiectivele principale ale acestui demers au fost să le ofer elevilor o înțelegere mai cuprinzătoare a structurii și funcționării ochiului uman, să le dezvolt abilitățile de a face conexiuni între biologie, chimie și fizică și să îi motivez să fie mai implicați în procesul de învățare.

Planul activității interdisciplinare

Ca obiective operaționale al lecției, ne propunem ca, la finalul activității, elevii să fie capabili să descrie structura ochiului și să explice funcționarea ochiului, făcând conexiuni între biologie, chimie și fizică.

Motivarea elevilor prin întrebări:
• Cum vedem culorile?
• Cum funcționează ochiul nostru?

Partea de biologie

• Prezentarea structurii ochiului uman: cornee, iris, pupila, cristalin, retină.
• Explicarea funcției fiecărei componente și cum contribuie la vederea noastră.
• Utilizarea unui filmuleț de 5 minute: youtube.com/watch?v=lJWBcVPaoZ8.

Prezentarea conținutului

Astăzi vom explora fascinanta structură a ochiului uman, un organ complex și minunat care ne permite să vedem lumea înconjurătoare. Vom călători în interiorul acestui organ uimitor și vom descoperi componentele care contribuie la vederea noastră.

În primul rând, să vorbim despre cornee, care este stratul transparent și ușor convex situat în partea din față a ochiului. Acesta este primul element cu care lumina intră în contact atunci când pătrunde în ochi. Corneea ajută la focalizarea luminii pe retina din spatele ochiului și joacă un rol important în determinarea puterii de refracție a ochiului.

Urmează irisul, o structură colorată a ochiului. Pupila, pe care o putem vedea în mijlocul irisului nostru, este o mică deschidere care reglează cantitatea de lumină care pătrunde în ochi. Atunci când este lumină puternică, pupila se micșorează pentru a limita cantitatea de lumină care intră în ochi, iar când este întuneric, se dilată pentru a lăsa mai multă lumină să pătrundă.

Continuăm cu cristalinul, o lentilă biconvexă situată chiar în spatele irisului. Cristalinul are rolul de a focaliza lumina pe o zonă specială numită retină, care este cel mai important strat sensibil la lumină din ochi. Cristalinul are capacitatea de a-și schimba form, permițându-ne să vedem clar obiecte apropiate și îndepărtate.

Acum să vorbim despre retină, stratul sensibil la lumină care se află în partea din spate a ochiului. Retina este alcătuită din celule fotosensibile numite conuri și bastonașe. Conurile sunt responsabile pentru percepția culorilor, în timp ce bastonașele ne permit să vedem în întuneric și să distingem detaliile. Retina captează imaginea vizuală și o transformă în semnale electrice care sunt transmise către creier prin nervul optic.

Acestea sunt doar câteva dintre elementele uimitoare care alcătuiesc structura ochiului uman. Fiecare componentă joacă un rol esențial în procesul de vedere, permițându-ne să explorăm și să experimentăm lumea înconjurătoare în mod minunat și colorat. Sper că această scurtă prezentare v-a stârnit curiozitatea și dorința de a explora mai multe despre ochi și funcționarea sa remarcabilă.

Partea de fizică

• Explicarea fenomenului de refracție a luminii în ochi și modul în care lentilele naturale (cornee și cristalin) focalizează imaginea pe retină.
• Demonstrarea efectului unei lentile convergente pentru a înțelege cum vedem obiectele apropiate.

Prezentarea conținutului

Astăzi vom înțelege cum fenomenul de refracție a luminii la nivelul ochiului și cum lentilele naturale ale acestuia – cornea și cristalinul – lucrează împreună pentru a focaliza imaginea pe retina noastră, permițându-ne să vedem clar și precis lumea înconjurătoare.

Refracția luminii reprezintă schimbarea direcției de propagare a luminii atunci când trece prin medii cu indici de refracție diferiți. Când lumina intră în ochi prin cornee, ea trece printr-un mediu cu un indice de refracție diferit de cel al aerului, ceea ce determină o schimbare a direcției sale de propagare. În continuare, lumina trece prin umoarea apoasă (un lichid transparent) și traversează irisul prin pupilă.

Următoarea etapă importantă a refracției se petrece în cristalin, o lentilă biconvexă situată în spatele irisului. Cristalinul este alcătuit din țesut transparent și elastic, ceea ce îi permite să-și modifice forma. Atunci când ne concentrăm să vedem un obiect apropiat, cristalinul se rotunjește, ceea ce crește puterea sa de refracție. În schimb, când ne concentrăm să vedem un obiect îndepărtat, cristalinul se aplatizează, având o putere de refracție mai mică. Acest proces de acomodare a cristalinului ne permite să vedem clar atât obiectele apropiate, cât și cele îndepărtate.

Ca urmare a acestei refracții în cornee și cristalin, imaginea luminoasă ajunge să fie proiectată pe retină. Retina conține milioane de celule fotosensibile numite conuri și bastonașe, care transformă lumina în semnale electrice. Conurile sunt responsabile pentru percepția culorilor și ne ajută să vedem detaliile, în timp ce bastonașele sunt implicate în vederea pe timp de noapte și perceperea contrastelor.

Odată cu procesul de refracție, imaginea vizuală este acum corect poziționată și focalizată pe retină, asigurând o claritate optică și o vedere precisă. Semnalele electrice create de celulele fotosensibile din retină sunt apoi transmise prin intermediul nervului optic către creier, unde sunt interpretate și recunoscute drept imagini.

Acest proces complex de refracție în ochi și utilizarea lentilelor naturale – cornee și cristalin – pentru a focaliza imaginea pe retină reprezintă unul dintre cele mai impresionante mecanisme din corpul uman.

Pentru a demonstra efectul unei lentile convergente și modul în care vedem obiectele apropiate, putem folosi o lentilă convergentă și o lumânare ca obiect de studiu. Acest experiment simplu ne va ajuta să înțelegem cum lentila convergentă focalizează lumina de la obiectele apropiate pe retina noastră, permițându-ne să le vedem clar.

Materiale necesare:
• lentilă convergentă
• lumânare sau un obiect mic și luminos

Mod de lucru:
• Plasați lentila convergentă pe o suprafață plană.
• Îndepărtați-vă de lentilă la o distanță de aproximativ 50 cm și focalizați-vă privirea la obiectul ales (lumânarea sau alt obiect luminos).
• Apropiați-vă treptat de lentilă, păstrând obiectul în centrul câmpului vizual, până când observați o imagine clară și mărită a obiectului.
• Păstrați distanța dintre ochi și lentilă și observați cum imaginea obiectului rămâne mărită și clară. Puteți încerca să ajustați puțin distanța pentru a observa cum se modifică imaginea.

Explicație: Atunci când ne apropiem de lentilă convergentă, aceasta focalizează lumina emisă de obiectul ales și o proiectează pe retina noastră. Lentila acționează ca o lupă, convergând razele de lumină care vin de la obiect și aducându-le într-un punct focal, formând astfel o imagine mărită pe retină. Astfel, ochiul nostru percepe o imagine mai mare și mai clară a obiectului.

Acest efect este cunoscut sub numele de „lupă naturală” a ochiului și este esențial pentru vederea obiectelor apropiate. Datorită flexibilității cristalinului, ochiul nostru poate ajusta puterea de refracție pentru a se adapta la distanța diferită a obiectelor, permițându-ne să vedem clar și precis atât obiectele apropiate, cât și cele îndepărtate.

În concluzie, prin intermediul acestui simplu experiment, am putut observa cum obiectele apropiate sunt văzute mai mari și mai clare datorită focalizării razelor de lumină de către lentila ochiului pe retina noastră. Acest experiment ne permite să apreciem complexitatea sistemului nostru vizual, permițându-ne să explorăm lumea înconjurătoare cu acuratețe și claritate.

Partea de chimie

Ochiul uman este un organ extrem de complex, alcătuit din mai multe structuri, fiecare având un rol esențial în procesul vizual. Pentru a înțelege funcționarea ochiului din perspectiva chimiei, să explorăm compoziția sa chimică, funcționarea retinei, interacțiunea substanțelor chimice cu lumina vizibilă și importanța apei și a ionilor în funcționarea acestuia.

Ochiul uman este alcătuit din diferite țesuturi și structuri, fiecare conținând substanțe chimice specifice. Corneea, partea exterioară transparentă a ochiului, este compusă în mare parte din colagen, o proteină importantă pentru menținerea formei ochiului și focalizarea luminii. Cristalinul, o lentilă transparentă situată în spatele irisului, este alcătuit din proteine numite cristaline, care permit focalizarea luminii pe retină.

Retina este o membrană fotosensibilă situată în partea din spate a ochiului, pe care se formează imaginea. Aici se găsesc celule fotosensibile numite conuri și bastonașe, care conțin pigmentul retinal. Când lumină ajunge pe retină, retinalul suferă o reacție chimică numită izomerizare, transformându-se dintr-o formă cis într-o formă trans. Această reacție chimică declanșează semnale electrice către creier prin intermediul nervului optic, permițându-ne să vedem.

Substanțele chimice din ochi, precum pigmenții retinali, interacționează cu lumina vizibilă pentru a detecta diferite lungimi de undă și culori. Diferitele tipuri de conuri conțin pigmenți care sunt sensibili la diferite culori (roșu, verde, albastru), permițând distingerea culorilor de către ochi.

Apa și ionii au un rol crucial în funcționarea ochiului. Apa este prezentă în diferite părți ale ochiului, cum ar fi umoarea apoasă și umoarea sticloasă, menținându-le transparența. De asemenea, apa asigură hidratarea și oxigenarea țesuturilor oculare. Ionii, cum ar fi sodiul și potasiul, sunt implicați în generarea și propagarea semnalelor nervoase în celulele nervoase ale retinei și ale nervului optic.

Integrarea biologiei, chimiei și fizicii

• Discuții și activități de grup pentru a face conexiuni între structura ochiului și principiile fizice ale refracției.
• Exemple practice pentru a înțelege cum diferite defecte de vedere pot afecta focalizarea imaginii pe retină.

Aplicații practice:
• Observarea unui ochi de animal la microscop, pentru a face comparații cu ochiul uman.
• Jocuri interactive sau experimente legate de vederea binoculară și percepția culorilor.

Concluzie

Prin aplicarea acestei abordări interdisciplinare în predarea temei „Ochiul”, elevii au dobândit o înțelegere mai profundă și concretă a funcționării ochiului uman și a legăturii dintre biologie și fizică în acest context. Activitățile interactive și discuțiile au stimulat interesul și participarea activă a elevilor, permițându-le să facă conexiuni între concepte și să-și dezvolte abilitățile de gândire critică.

Bibliografie
1. Florin Grosu, Anatomia și fiziologia ochiului uman, Editura Polirom, Iași, 2007
2. Sanda Spiridon, Niculina Rotaru, Fizica, Manual pentru clasa a IX-a, Editura Incitatus, București, 2004.
3. library.livresq.com/details/60311466a08ebe00071e2a28
4. www.fizichim.ro/docs/fizica/clasa9/capitolul2-optica-geometrica/II-6-ochiul-uman-instrumente-optice/
5. www.descopera.ro/stiinta/20383453-chimia-cuantica-din-ochii-nostri-ne-protejeaza-vederea
6. www.pianetachimica.it/mol_mese/mol_mese_2012/03_Rodopsina/Rodopsina.htm