Zbuduj swój własny mikroskop: śladami Roberta Hooke’a Teach article

Tłumaczenie Marta Tondera. Nektarios Tsagliotis wyjaśnia jak zbudować działający mikroskop z dostępnych materiałów, umożliwiając uczniom eksplorację ukrytego świata, tak jak zrobił to Robert Hooke w roku 1665.

Portret Roberta Hooke’a
namalowany przez Ritę Greer
(2009), namalowany dla Open
University w Anglii. Wśród
rzeczy przed Hooke’iem
znajduje się jego książka
Miicrographia i mikroskop

Zdjęcie dzięki uprzejmości Rita
Greer; Źródło: Wikimedia
Commons

Podobnie jak teleskop, mikroskop stał się sławny poprzez osiągnięcia jego pierwszych użytkowników. Gdy mówimy o historii teleskopu, od razu wymieniamy Galileusza (1564-1642) i jego pionierskie obserwacje księżyca i planet. Podobnie, angielski naukowiec Robert Hooke (1635-1703) był jedną z pierwszych osób które zdały sobie sprawę z potencjału mikroskopu. W swojej książce Micrographia opublikowanej w roku 1665 Hooke zadziwił czytelników fantastycznym światem, w którym przedmioty codziennego użytku takie jak igły i włosy oraz mrówki czy pająki zostały odmienione przez powiększenie.

Mrówka, tak jak
przedstawione w
Micrographii Hooke’a

Zdjęcie dzięki uprzejmości the
Project Gutenberg

Już od wczesnej młodości ciekawy świata Robert Hooke interesował się wieloma dyscyplinami naukowymi (dlatego nazywany był „Leonardem Anglii”). W 1662 roku został zatrudniony przez dopiero założoną angielską akademię naukową, The Royal Society, aby prowadzić badania przy użyciu mikroskopu. Trzy lata później opublikował te i inne badania w Micrographii.

Ten ogromny zbiór jest pełen opisów tego, co Hooke zobaczył przez mikroskop. Jak sam mówił, jego celem było użycie „szczerej ręki i wierzącego oka, aby badać i zapisywać rzeczy takimi jakimi je widać”. Razem z tymi opisami, Hooke załączył narysowane z zadziwiającym detalem ilustracje przedmiotów obserwacji. Jego wierne rysunki insektów uczyniły je, jak sam zauważył „ tak jakby były lwami lub słoniami widzianymi gołym okiem”. Książka była wielkim sukcesem i wciąż jest uważana za arcydzieło literatury naukowej.

Micrographia stała się inspiracją dla moich projektów lekcji, które miały dwa cele. Po pierwsze, zbudować mikroskop inspirowany pierwszymi modelami przy pomocy niezbyt drogich, łatwych do znalezienia współczesnych materiałów, których uczniowie mogliby użyć w klasie. Po drugie, chciałem aby uczniowie sami zbadali mikroskopijny świat i używając badań Roberta Hooke’a jako punktu zaczepienia stworzyli swoje własne obserwacje w formie szkiców i opisów.

Mikroskop, który zbudowałem z moimi uczniami to zmodyfikowana wersja urządzenia opisanego przez badaczy z Museo Galileo we Florencji we Włoszechw1. Jest podobny w konstrukcji do tych używanych przez Hooke’a i innych naukowców pod koniec XVI wieku i na początku XVII stulecia, i ma takie same podstawowe elementy: dwie soczewki (obiektyw i okular), tubus mikroskopu i przesłona do redukcji zniekształceń. Współczesne materiały, których użyliśmy to między innymi plastikowe soczewki wyciągnięte z jednorazowych aparatów fotograficznych.

Kliknij na obrazek aby
powiększyć

Zdjęcie dzięki uprzejmości
Nektarios Tsagliotis

Po zbudowaniu taki mikroskop powiększa ok. 20x – wystarczająco aby ukazać cuda mikroskopijnego świata w taki sam sposób, w jaki widział je Hooke.

Taki mikroskop jest trwały i przenośny oraz może być szybko złożony, jeśli potrzebne materiały zostały przygotowane, przycięte i poprawnie sklejone (patrz filmik onlinew2). Może być używany wiele razy do badań i obserwacji, a jego utrzymanie nie wymaga wiele, tyle co czyszczenie soczewek i wymiana baterii do latarki. Dodatkowo może być łatwo przechowywany w klasie czy laboratorium, ponieważ zajmuje mało miejsca.

Materiały

  • 2 soczewki o długości ogniskowej 35 mm, wyjęte z jednorazowych aparatów fotograficznych.
    Upewnij się, że flesz został wyładowany, a bateria usunięta przed otwarciem aparatu. Używaj izolowanych narzędzi (takich jak śrubokrętu czy szczypce). Uczniowie mogą potrzebować pomocy przy wyciąganiu soczewek.
  • 2 metalowe podkładki o zewnętrznej średnicy 2 cm i z otworem ok. 1cm..
  • 1 czarny gumowy lub kartonowy krążek o średnicy trochę mniejszej od podkładek (ok. 1.2-1.5 cm) i z małym otworem w środku, mniej więcej 2-3 mm. Jest to przysłona, dzięki niej używany jest środek soczewki, a nie jej brzeg, co mogłoby zniekształcić obraz.
  • 4 plastikowe rurki do zbudowania szkieletu mikroskopu, o następujących wymiarach:
    • Główny korpus mikroskopu: długość 16,5 cm, Ø18 (1,8 cm średnica zewnętrzna, 1,6 cm średnica wewnętrzna)
    • Główna rurka podpierająca o długości ok. 17 cm, Ø23 (2,3 cm średnica zewnętrzna, 2 cm średnica wewnętrzna)
    • Dwie mniejsze rurki wspierające, każda o długości ok. 10 cm, Ø16 (średnica zewnętrzna 1,6 cm)

Chodzi o plastikowe rurki używane przy instalacjach elektrycznych, dostępnych w sklepach z narzędziami i akcesoriami elektrycznymi.

  • 1 sztywna podstawa z grubego kartonu, drewna lub podobnego materiału, o wymiarach ok. 10×10 cm
  • 2 mocne gumki recepturki (aby konstrukcja była stabilniejsza użyj jednej gumki i plastikowej opaski zaciskowej
  • 1 kawałek matowego czarnego papieru, o wymiarach ok 15×5 cm
  • 1 czarne pudełko po filmie do aparatu 35 mm. Można również użycie plastikowego łącznika do rurki Ø18
  • Lampka do czytania, najlepiej z klipsem do przyczepienia do podstawy mikroskopu
  • Blutack® (lepka masa podobna do plasteliny, używana do przyklejania kartek do ścian)
  • Pistolet do klejenia z gorącym silikonem i klejem błyskawicznym
  • Nożyczki
  • Gilotyna do papieru
  • Piła ręczna
  • Linijka
  • Długopis lub ołówek

Instrukcja

  1. Zwiń matowy czarny papier wzdłuż dłuższej krawędzi i włóż go do głównej tuby mikroskopu (Ø18), tak aby służył jako wyłożenie wnętrza rurki.
Zdjęcia dzięki uprzejmości Nektarios Tsagliotis
  1. Przyklej każdą soczewkę do podkładki używając Blutacka lub przyklej je starannie używając kleju błyskawicznego. Następnie uformuj z Blutacka pierścień na brzegu soczewki i podkładki.
  2. Umieść jedną soczewkę z podkładką na jednym końcu tuby, taka by podkładka znajdowała się na zewnątrz używając pierścienia z Blutacka do umocowania. Następnie przyczep drugą soczewkę z drugiej strony tuby w ten sam sposób.
Zdjęcia dzięki uprzejmości Nektarios Tsagliotis
  1. Umieść kartonowy (lub gumowy) krążek na wierzchu jednej z zamocowanych podkładek i przymocuj Blutackiem. Ten krążek tworzy obiektyw mikroskopu.
  1. Złóż okular mikroskopu: na dnie pudełka po filmie wytnij otwór, aby można było w niego wetknąć korpus mikroskopu (jeśli używasz łącznika do rurek, nie musisz wycinać dziury). Wepchnij trochę tubę korpusu( koniec bez czarnego krążka) w głąb pojemnika i, jeśli potrzeba, umocuj używając kleju.
Zdjęcia dzięki uprzejmości Nektarios Tsagliotis
  1. Następnie zbuduj rusztowanie dla korpusu mikroskopu. Używając pistoletu do kleju i gorącego silikonu umocuj dwie mniejsze rurki do głównej rury podporowej (najdłuższej z pozostałych ), tak by leżały wzdłuż siebie, stykając się, wyrównane z jednego końca.
Zdjęcia dzięki uprzejmości Nektarios Tsagliotis
  1. Użyj pistoletu do kleju, aby umocować wolny koniec najdłuższej rurki do podstawy, ustawiając ją na brzegu. Przytrzymaj rurkę w pionowej pozycji, do czasu schłodzenia kleju.
Gotowy mikroskop z opaską
zaciskową i gumką

Zdjęcie dzięki uprzejmości
Nektarios Tsagliotis
Zdjęcie dzięki uprzejmości Nektarios Tsagliotis
  1. Połącz główną część mikroskopu z rusztowaniem. Umieść dwie gumki recepturki na trzech rurkach podporowych, jedną przy górze, drugą na dole (możesz użyć plastikowej opaski zamiast dolnej gumki). Następnie wsuń mikroskop pod gumki, trzymając okular na wierzchu. Upewnij się, że gumki są wystarczająco silne, aby przytrzymać mikroskop w tej pozycji, ale tak, aby można go było przesuwać w górę i w dół.
  2. Dopasuj ustawienie, tak aby obiektyw znajdował się kilka centymetrów nad podstawą. Twój mikroskop jest już gotowy!
  3. Aby obejrzeć przedmiot pod mikroskopem, umieść go na podstawie pod obiektywem. Wyostrz obraz przesuwając główną część mikroskopu w dół i górę. (Jeśli używasz opaski zaciskowej, wyostrz delikatnie obracając ruchomą część mikroskopu i równocześnie przesuwając w dół i w góręw3.)
    Oświetlenie przedmiotu badania światłem lampki biurkowej czy małej latarki da jeszcze lepszy obraz.
Zdjęcia dzięki uprzejmości Nektarios Tsagliotis

Jeśli masz kompaktowy aparat cyfrowy, możesz wykonać zdjęcia swoich powiększonych okazów. Przytrzymaj aparat przy okularze, postaraj się nie ruszać, a będziesz zaskoczony wysoką jakością zdjęć.

Powiększone preparaty: a) sznurek, b) malina, c) nogi równonoga
Zdjęcia dzięki uprzejmości Nektarios Tsagliotis
Trójsoczewkowy mikroskop:
A: Nowy okular; B: soczewka
przednia, która była
okularem oryginalnego
mikroskopu; C: obiektyw

Poprawianie obrazu

Aby osiągnąć ostrzejszy i mniej zniekształcony obraz, możesz zbudować wersję z dodatkową soczewką (soczewka przednia) pomiędzy okularem a obiektywem. Aby to zrobić, będziesz musiał użyć łącznika do rurek, a nie pudełka po filmie jako okularu, ponieważ średnica pudełka jest zbyt duża, aby utrzymać soczewkę. Następnie musisz dodać jeszcze jedną soczewkę z podkładką na górę łącznika: to jest nowy okular. Okular pierwotnego modelu (opisanego powyżej) jest teraz soczewką przednią modelu trójsoczewkowego.

Materiały do ulepszonego
mikroskopu z trzema
soczewkami

Zdjęcia dzięki uprzejmości
Nektarios Tsagliotis

Zajęcia w klasie

Na lekcji uczniowie od 10 do 14 lat mogą zbudować mikroskop, tak jak to zrobił Robert Hooke, odtwarzając jego drogę do naukowego przełomu. Przez swój mikroskop uczniowie mogą obejrzeć badany obiekt i stworzyć szczegółowy szkic i opis. Następnie, cała klasa może omówić swoje wyniki.

Nasionka tymianku, tak jak
przedstawione w
Micrographii Hooke’a

Zdjęcie dzięki uprzejmości the
Project Gutenberg
  1. Przygotuj kilka wydruków z oryginalnej Micrographi, włączając w to szkice Hooke’a obiektów podobnych do tych, które będą badali uczniowie (patrz lista poniżej), oraz uproszczoną wersję jego opisów do wybranych przypadków w4.
  2. Wybierz kilka obiektów, które można obejrzeć przez mikroskop. Możesz spróbować tych:
    • Kropki wydrukowanej i narysowanej długopisem
    • Końcówki igły
    • Kawałków materiałów
    • Ziarenek piasku, cukru i soli
    • Nasionek i innych części roślin
    • Małych insektów (np. mrówki) lub innych stawonogów (np. równonogi pro sionki szorstkie) uśpionych przez włożenie ich do roztworu alkoholu (20-30%, np. płyn antybakteryjny) na około 15 min
Naukowiec, Rita Greer (2007)
Po tym, jak Robert Hooke
skończył swoją edukację i
miał zapewniony doktorat w
Christ Church na Oxfordzie,
pomagał Robertowi
Boyle’owi. Hooke jest
pokazany w aptece dr Cross’a
w Oxfordzie, gdzie
przygotowuje eksperyment z
pompą próżniową, którą sam
zaprojektował i stworzył.
Hooke doczepia szklaną kulę,
a Boyle to nadzoruje.
Artystka użyła szkiców
pompy Hooke’a, aby ją
wiernie oddać na obrazie

Zdjęcie dzięki uprzejmości Rita
Greer; Źródło: Wikimedia
Commons
  1. Następnie ustaw mikroskopy (my używaliśmy jednego na dwoje uczniów), upewniając się, że jest wystarczająco światła do oglądania (np. użyj lampki do czytania lub silnej latarki).
  1. Rozpocznij lekcję krótką opowieścią o życiu Roberta Hooke’a (zauważyłem, ze powoduje to większe zainteresowanie uczniów jego pracą). Seria obrazów historycznej malarki Rity Greer przedstawiających życie Roberta Hooke’a od wczesnego dzieciństwa może być również pomocnaw5.
  2. Podziel uczniów na pary, każdemu daj ołówek i papier do szkicowania i pisania notatek oraz obrazek i opis z Micrographii jako przykład. W parach uczniowie kolejno patrzą przez mikroskop i szkicują badany przedmiot, a następnie go opisują.
    Jako część naszego projektu opracowałem zestaw siedmiu kart pracy dla każdego badanego obiektu. Można je pobrać za darmo w języku angielskim lub greckimw6.
  3. Uczniowie powinni przedyskutować swoje obserwacje, opisy i rysunku w parach i/lub grupach czteroosobowych zanim przedstawią je całej klasie.
Zdjęcie dzięki uprzejmości
Nektarios Tsagliotis

My students were enthusiastic about the activity, making a big effort to work in a ‘scientific’ way, like Hooke. Even those who complained that they could not draw tried hardw7 i opisali widziane przedmioty ustnie. Cały projekt zachęcił moich uczniów do „robienia nauki” samemu, odkrywania jej zasad w praktyce: używali przyrządu, który sami sobie zbudowali przy pomocy prostych materiałów.

Podziękowania

Projekt jest częścią pracy naukowej podjętej przez grupę Greków do projektu ‘History and Philosophy of Science in Science Teaching’ (HIPST)w8, ufundowany przez program 7th Framework , Science in Society-2007-2.2.1.2 – metody nauczania.

Autor szczególnie dziękuje koordynatorce greckiej grupy naukowej projektu HIPST, Fanny Seroglou (profesor nadzwyczajna na Uniwersytecie Arystotelesa w Tesalonikach) za jej wsparcie przy projekcie.

Download

Download this article as a PDF

Web References

 

Resources

  • Aby przeczytać bardziej szczegółowy artykuł na temat tego projektu, patrz:
    • Tsagliotis N (2010) Microscope studies in primary science: following the footsteps of R Hooke in Micrographia. In Kalogiannakis, M Stavrou D, Michaelidis P (eds) Proceedings of the 7th International Conference on Hands-on Science. 25-31 July 2010, Rethymno-Crete, pp. 212–221. www.clab.edc.uoc.gr/HSci2010

  • Opisy podobnych mikroskopów pożna znaleźć w książce:
  • Aby przeczytać szczegółowy opis dotyczący bardziej skomplikowanego, ale bardziej stabilnego mikroskopu, patrz: www.funsci.com/fun3_en/ucomp1/ucomp1.htm

Author(s)

Nektarios Tsgliotis jest nauczycielem-badaczem na polu nauczania przedmiotów ścisłych. Uczy podstaw przedmiotów ścisłych od 15 lat oraz pracuje jako badacz na Uniwersytecie Krety, na wydziale edukacji podstawowej. W tej roli zarządza Primary Science Laboratory w Szkole Podstawowej nr 9 w Rethymno na Krecie, jak również wspiera i uczy nauczycieli tego regionu. Jest zainteresowany nauczaniem opartym na badaniu oraz nauką przedmiotów ścisłych w autentyczny środowisku badawczym.


Review

Nigdy nie sądziłem, że skonstruowanie mikroskopu jest tak łatwe i tanie. Zajęcia przedstawione w tym artykule z pewnością pomogą uczniom zrozumieć jak działa mikroskop i docenić swoją pracę, gdy będą mogli użyć mikroskopu i na własne oczy przekonać się, dlaczego Robert Hooke wyruszył w swoją fascynującą podróż. Jest to bardzo interesujący projekt, który mógłby zostać częścią szkolnej wystawy naukowej z nagrodą za najlepszy mikroskop!

Mimo że autor przeprowadził projekt z 10 – 14 letnimi uczniami, ja bym to zrobił ze starszymi uczniami (15-18), ponieważ z mojego doświadczenia wynika, że młodszym uczniom brakuje potrzebnej do tego sprawności i cierpliwości. Dla starszych uczniów zajęcia mogą zostać rozszerzone, aby zbadać co się dzieje, gdy się użyje soczewek o różnym rozmiarze.


Andrew Galea, Giovanni Curmi Higher Secondary School, Naxxar, Malta




License

CC-BY-NC-SA