Методическая разработка плана-сценария открытого мероприятия Лаборатория Вот Так

Комитет по образованию и делам молодежи администрации
города Алейска Алтайского края
Муниципальное бюджетное учреждение
дополнительного образования
«Центр детского творчества» города Алейска Алтайского края

ЛАБОРАТОРИЯ «ВОТ ТАК»
ТЕМА: «КАК МОНИТОР ПЕРЕДАЁТ ЦВЕТА»
(МЕТОДИЧЕСКАЯ РАЗРАБОТКА)
Разработала:
Утегенова Татьяна Николаевна,
педагог дополнительного образования





Алейск
2017
План-сценарий мероприятия «Лаборатория Вот Так»
Тема: «Как монитор передаёт цвета»
Продолжительность: 45 минут
Цель: формирование навыков исследовательской деятельности и основ научного мировоззрения.
Задачи:
совершенствовать знания о цвете и свете;
изучить основные характеристики цвета, основы его смешения с использованием цветовой модели RGB;
исследовать числовое представление модели RGB;
развить интерес к самообразованию и исследовательской деятельности, самостоятельность, инициативу в играх-экспериментах.
Возрастная категория: 12-14 лет
Оборудование: дифракционные решетки, фломастеры, цветовой волчок Максвелла, ПК, проектор для демонстрации презентации.
Материалы: салфетки, вода, стаканчики.
(1) Педагог: Всем, здравствуйте! Сегодня мы открываем лабораторию «Вот Так». Лаборатория «Вот Так» - это кладезь интересной и полезной информации, это экспертные ответы на разные вопросы, это возможность подать ответ в увлекательной форме и правильной последовательности, объяснить законы и явления с точки зрения той или иной науки простыми понятными словами без сложных терминов. Наша задача показать вам, что наука - это весело. А какой области науки будет посвящено сегодняшнее занятие, вы поймёте, посмотрев сказку «Терем-корпусок».
(демонстрация сказки, рассуждения детей, какой науке посвящено занятие лаборатории)
Педагог: Правильно науке – информатике. Информатика - это прикладная наука. Информатика – это единство разнообразных отраслей науки, техники и производства, связанных с переработкой информации главным образом с помощью компьютеров и телекоммуникационных средств связи во всех сферах человеческой деятельности. А это значит, что её законы и явления затрагивают одновременно несколько точных наук: математику, физику и т. д.  И расскажет она сегодня, как монитор передает цвета. Как взаимодействуют цвета в окружающем нас мире и на экране монитора, и как изображение «составляется» из отдельных цветовых каналов.
(2) Итак, тема нашей встречи «Как монитор передает цвета». Чтобы занятие прошло интересно, мы с вами будем проводить эксперименты и доказывать существующие гипотезы. На нашем занятии присутствуют юные исследователи-эксперты. Они приготовили для вас научные выводы и компетентно прокомментируют то или иное явление. Все будет весело, познавательно и доступно. Итак, начинаем.
Сначала давайте разберемся, что же такое видимый свет и как образуется цвет объектов, которые мы с вами видим. А какого же цвета свет? Белого считаете вы? Нет, свет состоит из разных цветов. Как это доказать?
Для этого нужно разделить тот или иной цвет проведем вместе простые опыты со светом и с цветом.
Эксперимент № 1
(3) Педагог: Для первого эксперимента нам понадобится обычный компакт-диск и источник белого света. Давайте поднесем компакт-диск к лампочке или другому источнику света (луч Солнца) и посмотрим на него под разными углами. Что мы видим? (ответы учащихся)
Мы увидим, что белый свет, отражаясь от компакт-диска, окрашивается в цвета радуги. Почему так происходит. Разве белый цвет вовсе и не белый?
(4) Официальное представление юного исследователя-эксперта 1 (Ф.И.О., объединение, достижения), предоставление слова
Выступает первый эксперт
Комментарий первого эксперимента: дело в том, что компакт-диск является простейшей дифракционной решеткой. Если увеличить поверхность компакт-диска под микроскопом, то можно увидеть, что она состоит из дорожек, расположенных друг рядом с другом на очень малом расстоянии. Расстояние это гораздо меньше, чем толщина человеческого волоса!
Информация, записанная на компакт-диск, образует в нем углубления, которые рассеивают падающий свет, а целые части дорожки его отражают. Свет является волной, при отражении гребни волн света усиливаются и отражаются от поверхности под разными углами, что приводит к появлению цветов радуги.
(5) Вывод 1: вот так благодаря первому эксперименту мы узнали, что свет (или видимое излучение) - это электромагнитная волна и увидели, что Солнце посылает нам свет, в котором смешаны все лучи: и красные, и зеленые, и фиолетовые. А видимый нами его белый цвет, такой простой на первый взгляд, на самом деле очень сложный – составной. Он состоит из семи основных цветов: красного, оранжевого, желтого, зеленого, голубого, синего и фиолетового.
(6) И каждый из этих цветов имеет свою длину волны. Когда присутствуют все семь цветов, создается впечатление белого цвета. Иногда можно увидеть все эти цвета раздельно: либо на небе в виде радуги, либо у себя дома, где-нибудь на стене, когда яркий луч солнца, преломившись в крае зеркала, дает яркую, разноцветную полоску. Такую полоску, то есть белый луч, разложенный на свои составные цвета назвали спектр.
(7) Спектр электромагнитной волны видимого света – это сумма волн различной длины, которые при наложении друг на друга дают исходную электромагнитную волну. Спектр «показывает из чего состоит волна». Ну, если совсем просто сказать, то спектр видимого света – это смесь цветов, из которых состоит белый свет.
У других видов электромагнитного излучения (ионизирующего, рентгеновского, инфракрасного, ультрафиолетового и т.д.) тоже есть свои спектры.
(8) Любое излучение можно представить в виде спектра, правда таких цветных линий в его составе не будет, потому, как человек не способен видеть другие типы излучений. Видимое излучение (свет) – это единственный вид излучений, который человек может видеть, потому-то это излучение и назвали – видимое. 
Немного истории: в 1666 году знаменитый английский физик Исаак Ньютон разложил белый солнечный свет сквозь трёхгранную призму.  И получил разноцветную полоску цветов или цветовой круг, называемые спектром.
Сначала он выделил 5 цветов, но затем подумал и решил, что будет 7 цветов, как 7 нот. Но при рисовании цветового круга один цвет выпадает - это голубой. С голубым Ньютон ошибся. Так как есть 3 основных цвета, из них получают 3 вторичных (вторичный цвет - это тот цвет радуги, который получили путём смешивания двух цветов).
Итого цветов в цветовом круге все-таки 6. Шесть цветов  замыкают в круг, и каждый цвет занимает своё место, чётко образуя 3 пары дополнительных цветов.
Если сюда добавить голубой, то вся система сочетаний цветов рухнет. И вообще, голубой состоит из белого и синего. Для своего существования он берёт из радуги всего один цвет. С таким же успехом в радугу можно включить розовый, персиковый, светло-зелёный, светло-фиолетовый. Они тоже взяли бы один цвет из радуги плюс белый. Вот такую несправедливость совершил Ньютон.
6 цветов спектра (полоска цветов радуги). Очерёдность расположения цветов в этой полосе такая же, как и в радуге. Радуга - это отражённые и рассеянные световые лучи от мелких капелек воды. Поочерёдность расположения цветов в радуге считается самым лучшим сочетанием цветов. Оттенки цветов образовываются плавным переходом цвета из одного в другой.
Эксперимент № 2
(9) Педагог: Второй эксперимент проведем для того, чтобы разделить и узнать из каких цветов состоит, например черный или коричневый цвет.
Из чего состоит черный цвет? Чтобы ответить на этот вопрос, нам понадобятся: салфетки, фломастеры, стаканчики, вода. В центре салфеток нарисовали кольца фломастерами. На одной салфетке - один цвет. В стаканчики налили совсем немного воды (чуть прикрыли донышко). Свернули салфетки конусом и поставили в стаканчики. Сразу же можно наблюдать, как вода стала подниматься вверх по салфетке, превращая ее из белой в цветную. Достали и расправили салфетки. Что вы видите? (ответы учащихся).
Официальное представление юного исследователя-эксперта 2 (Ф.И.О., объединение, достижения), предоставление слова
Выступает второй эксперт
Комментарий второго эксперимента: обратите внимание, что салфетка, на которой было нарисовано кольцо черным фломастером, не стала черной, а на ней проявились разные цвета. Тоже можно сказать и о салфетке с коричневым кольцом.
При проведении эксперимента мы используем научный метод, называемый хроматография.
(10) Открыл хроматографию русский ученый Михаил Семенович Цвет. Получилось забавное совпадение: ученый изучал цвета и фамилия у него Цвет. Суть метода в том, что вода по-разному растворяет различные вещества и краски. Молекулы одних веществ «плывут» быстрее, чем других. Хроматографию используют для разных целей. Анализ крови делают с ее помощью, и преступления раскрывают, новые лекарства изобретают, воду очищают, и даже запахи разделают. Много полезного «умеет» хроматография.
Вот так, воспользовавшись методом хроматографии, мы смогли увидеть, из каких цветов состоят сложные цвета, например черный и коричневый.
(11) Теперь мы будем знать и понимать, что когда про черный предмет говорят:  «предмет черного цвета» - это неправильное выражение. Черного цвета не существует. Слово «цвет» с точки зрения науки к черному неприменимо. Чернота - это отсутствие света. С научной точки зрения объект, который почти полностью поглощает падающий свет, принимает черный цвет. А когда объект отражает почти весь падающий свет, он принимает белый цвет.
Вывод 2: таким образом, можно сразу сделать вывод о том, что цвет объекта будет определяться количеством поглощенного и отраженного света, которым этот объект освещается. Способность отражать и поглощать свет определятся молекулярной структурой вещества, иначе говоря - физическими свойствами объекта. Цвет предмета «не заложен в нем от природы»! От природы в нем заложены физические свойства: отражать и поглощать.
(12) Цвет объекта и цвет источника излучения неразрывно связаны между собой, и эта взаимосвязь описывается тремя условиями:
Первое условие:  наличие источника света. В темной комнате мы не видим и не различаем цветов, потому что их нет. Будет черный цвет всего окружающего пространства и находящихся в нем предметов.
Второе условие: цвет объекта зависит от цвета источника освещения. Если источник освещения красный светодиод, то все освещаемые этим светом объекты будут иметь только красные, черные и серые цвета.
Третье условие: Цвет объекта зависит от молекулярной структуры вещества, из которого состоит объект. Зеленая трава выглядит для нас зеленой, потому что при освещении белым светом она поглощает красную и синюю волну спектра и отражает зеленую волну.
(13) Бананы выглядят желтыми, потому что они отражают волны, лежащие в желтой области спектра (желтую волну спектра) и поглощают все остальные волны спектра.
(14) Собачка – белая. Какие волны спектра она отражает? А какие поглощает, чтобы мы видели её окрас белого цвета?
Белый цвет – результат отражения всех волн спектра (красный, синий, желтый и т.д.)
Эксперимент № 3
(15) Педагог: Мы с вами проделали несколько опытов, в которых цвет разлагали (разделяли) на составные части. Но можно ли складывать (смешивать) цвета. Что бы ты сказал, если бы в учебнике по математике или физике тебе попалась такая задача: «Ученик купил лист синей бумаги и перемешал его с листом желтой бумаги. Какого цвета получилась смесь?»
Наверное, ты бы подумал, что автор задачника шутит. Как можно перемешать синюю бумагу с желтой? Но на самом деле это все-таки возможно. И хотя в учебниках такой задачи нет, мы с тобой сейчас ее решим. Возьмем волчок: ножка волчка - из спички, кружок - из белого картона. Разделим кружок на четыре части. Каждую такую часть назовём сектором. Красками или цветными карандашами окрасим два сектора в синий цвет, а другие два - в желтый. Это у нас и будет синяя и желтая бумага из задачи.
Чтобы смешать синюю бумагу с желтой, запустим волчок. Синий и желтый цвета перемешаются и сольются у тебя в глазах. Какой цвет получился?
Зеленый! Вот мы и решили эту странную задачу, и ответ получился тоже немного странный. Но нет, все верно! Сколько ни пускай волчок, всегда он будет при вращении казаться зеленым. Ну, а если перемешать красную бумагу с желтой? Красную с синей? Сделай такие волчки дома и проверь, что получается при их вращении.
(16) Эксперимент по смешению цвета будем проводить, используя цветовой волчок Максвелла - это прикрепленный к оси диск, сектора которого раскрашены в разные цвета (красный, зеленый, синий). Проводим эксперимент. Раскрутив волчок, что мы видим? (ответы учащихся).
(17) Официальное представление юного исследователя-эксперта 3 (Ф.И.О., объединение, достижения), предоставление слова
Выступает третий эксперт
Комментарий третьего эксперимента: получили белый цвет. Значит, белый цвет образуется благодаря особенностям человеческого восприятия. Как это объяснить?
Дело в том, что на сетчатке глаза человека расположены рецепторы (палочки и колбочки), которые воспринимают световые сигналы.
За восприятие цвета отвечают колбочки, а за зрение в условиях недостаточной освещенности-палочки.
Когда волчок Максвелла вращается с высокой скоростью, то глаз не успевает замечать отдельные цвета, он их просто суммирует. Именно поэтому мы видим белый цвет.
Эксперимент 4
Педагог: Вот мы и подошли к главному вопросу сегодняшнего занятия «Как монитор передает цвета». Зачем мы проделами столько экспериментов и как они связаны между собой? Все дело в том, что все эти эксперименты доказывают разные гипотезы теории цвета.
Давайте докажем ещё одну.
Вернёмся к волчку Максвелла, сектора которого окрашены в синий, красный и зелёный цвета.
Мы уже знаем, что этот волчок помогает суммировать цвета. И мы видим, какой цвет?
(ответы учащихся)
Попробуйте сформулировать гипотезу, которую мы только, что доказали.
(ответы учащихся)
Примерная формулировка гипотезы: «Только ли путем сложения семи основных цветов мы можем получить белый цвет?»
(18) Вывод: вот так когда-то давно в результате научных исследований, а сегодня на нашем занятии в результате практических экспериментов установлено, что все цвета, которые способен воспринимать человеческий глаз, можно получить смешиванием всего лишь трех основных цветов. Три основных цвета: красный, зеленый, синий.
Именно эта модель формирования цвета была предложена Джеймсом Максвелом. А использоваться на практике она стала, когда появились телевизоры и мониторы, сначала с электронно-лучевой трубкой, а потом жидкокристаллические и плазменные. А связь очень простая - на экран нанесен люминофор - вещество, которое светится под воздействием прожекторов. Причем люминофор тоже трех видов: один светится от излучения красной пушки, второй - от зеленой, третий - от синей.
Так как название, цветов, вошедших в цветовую модель на английском языке Red Green Blue (красный, зеленый, синий), то и название её сформировалось из первых букв и получилась аббревиатура RGB.
(19) Вот так появилась цветовая модель, которая долгие годы используется в информационных технологиях (компьютерах), чтобы на экране монитора мы с вами могли видеть цветные картинки.
Как взаимодействуют цвета, и как изображение «составляется» из отдельных цветовых каналов мы поймем, посмотрев видео «Цветовая модель RGB» (видео демонстрирует пример использования цветовой модели RGB в программе Adobe Photoshop).
Вывод: после просмотра видео стало понятным, что изображение на мониторе образуется из отдельных светящихся точек красного, зеленого и синего цветов. А компьютерная программа тоже способна смешивать три базовых цвета системы RGB в разных комбинациях и с разной интенсивностью.
Числовое представление модели RGB
(20) Разные люди могут по-разному представлять один и тот же цвет по его названию. Например, голубой цвет может на самом деле быть цветом морской волны или небесным. Гораздо точнее цвет определяется компьютером, потому, что он представляет цвет в виде кода.
(21) Три основные составляющие цвета в системе RGB, можно представить в виде куба. Получается, что каждая точка в пространстве этого куба имеет определенный цвет и определить его можно с помощью трех координат.

В компьютерах каждая из координат задается целым числом — от 0 до 255.
При записи информации о цвете в модели RGB цвет разделяется на три составляющих то есть каждого из основных цветов при этом учитывается и сохраняется яркость, или интенсивность, Обычно интенсивность каждого цвета исчисляется от 0 до 255 (256 градаций), но иногда это число еще увеличивают.
Вывод: Понимание цвета по коду имеет практическое применение: компьютер кодирует информацию о цвете, а например, веб-дизайнер быстрее может распознавать цвет, просто взглянув на его код.
(22, 23) Практическое задание на распознавание кодов цветовой модели RGB
(Задание см.Приложение 4 или сл.22-23).
Педагог: Наша встреча подошла к концу. Ребята, если вам было интересно на сегодняшнем занятии в лаборатории, то наша цель – доказать вам, что наука – это увлекательное занятие, достигнута. Я желаю вам познавательных занятий, интересных открытий и жду вас на следующем занятии, которое состоится в период зимних каникул.
До свидания. До новых встреч.
Список литературы
Джадд Д., Вышецки Г. Цвет в науке и технике. — М.: Мир, 1978
Иханнес Иттен Основы цвета: Физика цвета. –М.: Просвещение, 2010.
Ивенс Р. Введение в теорию цвета. — М.: Мир, 1964
Кравков С. В. Глаз и его работа. — М.-Л.: АН СССР, 1950
Останина Е.Е. Секреты великого комбинатора. - М.: Просвещение, 2004.
Пекелис Виктор. Твои возможности, человек! - М.: Изд.«3нание, 1984.
Филонович С. Р. Лучи, волны, кванты. — M.: Наука, 1978
Интернет-ресурсы
Свободная электронная энциклопедия «Википедия» https://ru.wikipedia.org/wiki/Видеофильм «Цветовая модель RGB» https://www.youtube.com/watch?v=63gs3QWQ5S4Приложение 1
Словарь терминов
Гипотеза – это научное предположение, допущение, предполагающее доказательство, истинное значение которого неопределенно. Формулируя гипотезу, исследователь строит предположение о том, каким образом намеревается достичь поставленной цели. В процессе исследования гипотеза корректируется, претерпевает изменения.
Эксперимент - это метод научного познания, при помощи которого исследуются явления реально-предметной действительности в определённых (заданных), воспроизводимых условиях путём их контролируемого изменения.
Дифракционная решётка - оптический прибор, действие которого основано на использовании явления дифракции света. Представляет собой совокупность большого числа регулярно расположенных штрихов (щелей, выступов), нанесённых на некоторую поверхность.
Цветовая модель (система) RGB – аддитивная цветовая модель, описывающая способ синтеза цвета для цветовоспроизведения (аббревиатура английских слов Red (красный), Green (зеленый), Blue (синий)). Именно на данных цветах основана цветовая модель RGB, остальные цвета образуются при смешивании этих трех основных.
Аддитивное смешение цветов - метод синтеза цвета, основанный на сложении цветов непосредственно излучающих объектов.
Цвет – это качественная субъективная характеристика электромагнитного излучения оптического диапазона, определяемая на основании возникающего физиологического зрительного ощущения и зависящая от ряда физических, физиологических и психологических факторов. Восприятие цвета определяется индивидуальностью человека, а также спектральным составом, цветовым и яркостным контрастом с окружающими источниками света. 
Хроматография - это метод разделения и анализа смесей веществ, основанный на различном распределении веществ между двумя фазами: подвижной и неподвижной. Подвижная фаза представляет собой поток жидкости или газа, проходящий через неподвижную фазу и переносящий вещество. Название метода связано с первыми экспериментами по хроматографии, в ходе которых разработчик метода Михаил Цвет разделял ярко окрашенные растительные пигменты.
Михаил Семёнович Цвет (14 мая 1872 – 26 июня 1919) - русский ботаник-физиолог и биохимик растений. Создал хроматографический метод. Открытие Цвета получило широкое применение и признание с начала 1930-х годов при разделении и идентификации различных пигментов.
Свет в физической оптике электромагнитное излучение, воспринимаемое человеческим глазом. В понятие «свет» помимо видимого излучения включаются как инфракрасное, так и ультрафиолетовое излучения. Раздел физики, в котором изучается свет, носит название оптика.
Джеймс Клерк Ма́ксвелл (англ. James Clerk Maxwell; 13 июня 1831, Эдинбург, Шотландия - 5 ноября 1879, Кембридж, Англия) - британский физик, математик и механик. Шотландец по происхождению. Член Лондонского королевского общества (1861). Основатель количественной теории цветов; автор трёхцветного принципа цветной фотографии. Максвелл заложил основы современной классической электродинамики (уравнения Максвелла), ввёл в физику понятия тока смещения и электромагнитного поля, получил ряд следствий из своей теории (предсказание электромагнитных волн, электромагнитная природа света, давление света и другие).
Электромагнитные волны - электромагнитные колебания, распространяющиеся в пространстве с конечной скоростью, зависящей от свойств среды. 
Электромагнитные волны подразделяются на:
радиоволны (начиная со сверхдлинных);
терагерцовое излучение;
инфракрасное излучение;
видимый свет;
ультрафиолетовое излучение;
рентгеновское излучение и жёсткое (гамма-излучение). 
Приложение 2
Схема изготовления прибора «Волчок Максвелла»
Необходимые инструменты и материалы: циркуль, карандаш, линейка, ножницы, зубочистка, картон, цветные фломастеры, гуашь.R
Н картоне циркулем чертим окружность R=3 см. Вырезаем, получаем диск.
Расчерчиваем 1 диск на 4 равных сектора. Раскрашиваем их два сектора в красный цвет, два других – в желтый. Эти вариации продумайте сами.
Расчерчиваем 2-й диск на 3 сектора и окрашиваем в следующие цвета – красный, зелёный, синий. Можно поэкспериментировать с насыщенностью исходного цвета от этого зависит результирующий цвет (он может быть сиреневым, серым, нужно добиться белого).
Отмечаем центр круга, пробиваем иголкой, в получившееся отверстие вставляем зубочистку.
Вот так получаем прибор для изучения механического, оптического (аддитивного) смешения цветов.
Как разделить диск на 3 равных сектора
Шаг 1: чертим диаметр

Шаг 2: строим окружность, того же радиуса, что и искомая, с центром в точке 2. Отмечаем точки пересечения окружностей точками 3,4

Шаг 3: центр искомой окружности точка 5. Соединим точки: 5-2; 5-3; 5-4.
Дуги 2-3, 3-4, 4-2 равны

Приложение 3
Таблица кодов














Приложение 4
Здания на распознавание кодов цветовой модели RGB
Задание 1, слайд 22
Для кодирования цвета фона страницы Интернет используется атрибут bgcolor="ХХХХХХ".
С помощью таблицы кодов распознай, какой цвет будет у страницы, заданной тэгом <body bgcolor="FFFFFF">?
1) белый 2) зеленый 3) красный 4) синий
Задание 2, слайд 23
Для кодирования цвета фона страницы Интернет используется атрибут bgcolor="ХХХХХХ".
С помощью таблицы кодов распознай, какой цвет будет у страницы, заданной тэгом <body bgcolor=«00FF00">?
1) белый 2) зеленый 3) красный 4) синий