Taikymas

Pagrindinis lygis

Regėjimo proceso supratimą galima pagilinti atliekant praktines veiklas, leidžiančias mokiniams stebėti tiek optinius, tiek biologinius reiškinius, susijusius su regos mechanizmu. Šio skyriaus tikslas – taikyti, vadovaujantis, refrakcijos, fokusavimo ir signalų perdavimo sąvokas, nagrinėtas teorinėje dalyje, susiejant optikos fiziką su žmogaus akies biologija.

Kai šviesa pereina per skirtingo optinio tankio terpes, jos trajektorija pakeičia kryptį – šis reiškinys vadinamas lūžiu. Ragenos ir lęšiukas, sudarantys natūralius akies lęšius, veikia kaip lūžį sukeliantys elementai, kurie lenkia šviesos spindulius, kad tinklainėje susidarytų ryškus vaizdas. Mokiniai gali stebėti šį reiškinį atlikdami paprastą eksperimentą: iš dalies panardinti pieštuką į stiklinę vandens ir pastebėti, kaip objektas atrodo „laužtas“ oro ir vandens sandūroje. Šis vaizdinis efektas tiesiogiai iliustruoja, kaip šviesa nukreipiama akies terpėse, ir supažindina su lūžio principu, kuris lemia tinklainės vaizdo fokusavimą.

Šis reiškinys toliau nagrinėjamas virtualioje aplinkoje naudojant interaktyvią simuliaciją Geometric Optics, kurią galima rasti PhET platformoje – Kolorado Boulderio universitetas:
https://phet.colorado.edu/sims/html/geometric-optics/latest/geometric-optics_all.html

Naudodamiesi simuliacija, mokiniai gali keisti atstumą tarp objekto ir lęšio bei modifikuoti paviršių išlinkimą, stebėdami, kaip keičiasi židinio taško padėtis ir vaizdo ryškumas. Ši veikla padeda suprasti, kaip žmogaus lęšiukas keičia savo išlinkimą, kad išlaikytų vaizdą sufokusuotą tinklainėje – šis procesas vadinamas akomodacija. 

Iš šių stebėjimų kyla esminiai klausimai: koks yra ryšys tarp lęšio formos ir fokusavimo atstumo? Kodėl per didelis ar per mažas išlinkimas sukelia tokias būkles kaip trumparegystė ar toliaregystė? Fizinio lęšio simuliacijoje ir biologinio lęšiuko palyginimas paaiškina, kaip lūžio galios pokyčiai veikia židinio taško padėtį ir, atitinkamai, regos kokybę.

Dėmesys tada sutelkiamas į tinklainę – ploną jutiminę membraną akies gale, kuri paverčia šviesos energiją elektriniais signalais. Mokiniai analizuoja fotoreceptorių – kūgelių ir stiebelių – išsidėstymą ir jų papildomus vaidmenis: stiebeliai specializuoti naktiniam matymui ir fiksuoja šviesumo pokyčius, o kūgeliai suteikia spalvų suvokimą ir didelį aštrumą ryškioje šviesoje. Didelė kūgelių koncentracija geltonojoje dėmėje paaiškina centrinio matymo ryškumą, o stiebelių gausa periferijoje pagerina judesio aptikimą.

Diskusija klasėje tęsiasi analizuojant fotoreceptorių elgseną prieblandoje. Kodėl prieblandoje spalvos atrodo išblukusios? Atsakymas slypi didesniame stiebelių jautrume, kurie leidžia matyti prieblandoje, tačiau negali atskirti spalvų bangos ilgių. Ši kolektyvinė refleksija padeda mokiniams suprasti, kaip smegenys integruoja informaciją iš skirtingų jutiminių ląstelių, kad sukurtų nuoseklų regimąjį vaizdą.

Mokiniai kviečiami palyginti žmogaus akį su kasdieniais optiniais prietaisais, tokiais kaip fotoaparatai ar išmanieji telefonai. Lęšiukas veikia kaip glaudžiamasis lęšis, vyzdys – kaip diafragma, tinklainė – kaip skaitmeninis jutiklis, o smegenys atlieka vaizdo apdorojimo funkciją. Šios analogijos dėka regėjimas interpretuojamas kaip fizikinis modelis, jungiantis technologiją ir biologiją.

Pažengęs lygis

Pažengusio lygio užsiėmimas gilina ryšį tarp tinklainės transdukcijos ir signalo plitimo nerviniais takais iki regos žievės. Mokiniai stebi, kaip šviesos energija fotoreceptoriuose paverčiama elektriniais signalais ir kaip šie impulsai perduodami per bipolines ir ganglinių ląstelių sluoksnius į regos nervą. 

Norint suprasti įvykių seką, pristatoma fototransdukcijos sąvoka: rodopsino molekulės absorbuotas fotonas sukelia konformacinį pokytį, kuris aktyvuoja biocheminę grandinę. Ši grandinė sumažina ciklinio GMP kiekį, uždaro jonų kanalus ir dėl to hiperpoliarizuoja ląstelę. Rezultatas – šviesos energijos pavertimas elektrinio potencialo pokyčiais.

Signalo plitimas regos nervu ir jo kelias link regos žievės iliustruojamas naudojant Papildytos realybės simuliaciją, sukurtą su Delightex Studio – Spaces (Marker):
https://edu.delightex.com/Studio/Spaces

Naudodamiesi mobiliaisiais įrenginiais, mokiniai tyrinėja trimatį žmogaus akies modelį, stebi fotoreceptorių aktyvaciją, seka signalą regos nervu, vizualizuoja skaidulų kryžmę regos kryžmėje ir galiausiai mato signalų projekciją į šoninį kelinį branduolį ir pirminę regos žievę.

Veiklos metu siūlomi orientaciniai klausimai:
– Kurioje tinklainės vietoje šviesa virsta elektriniu impulsu?
– Kodėl kai kurios skaidulos kryžiuojasi regos kryžmėje, o kitos lieka nekryžiuotos?
– Kaip regos žievė atskiria formą, spalvą ir judesį?

Atsakymai atsiranda grupinėse diskusijose, lyginant anatominius modelius ir fizinius procesus.

Pamoka baigiama refleksija apie dirbtinės regos sistemų raidą. Mokiniai lygina žmogaus akies veikimą su skaitmeninės kameros veikimu, išryškindami analogijas ir skirtumus. Nors kamera fiksuoja vaizdus per jutiklį, smegenys atkūrė suvokimą integruodamos informaciją iš kelių jutimo šaltinių ir susiedamos ją su ankstesne patirtimi.

Veiklos

Baigiamosios veiklos skirtos įtvirtinti mokymąsi ir skatinti bendradarbiavimą tarp bendraamžių. Mokiniai kuria koncepcinį žemėlapį, vaizduojantį visą regos seką – nuo šviesos iki sąmoningo suvokimo, kiekviename etape nurodydami fizinį reiškinį, dalyvaujančią anatominę struktūrą ir signalo tipą (šviesos, elektrinį ar cheminį).

Vėliau, dirbdami mažose grupėse, jie kuria mini papildytosios realybės patirtį naudodami Delightex Studio – Spaces (Marker). Kiekviena grupė iliustruoja tam tikrą regos proceso etapą, prideda trumpus paaiškinamuosius tekstus, etiketes ir paprastas animacijas. Galiausiai scenos sujungiamos į seką, kad būtų atkurtas visas regos kelias.

Norėdami patikrinti supratimą, mokiniai atlieka interaktyvų testą papildytoje realybėje, sudarytą iš klausimų su keliais atsakymų variantais apie regos mechanizmo etapus.
Modulis baigiamas bendru aptarimu, kurio metu mokiniai kritiškai analizuoja gautus rezultatus, lygina savo patirtis ir apmąsto biologinių bei dirbtinių regos sistemų analogijas.