STEM проект “Златните правила на фотографията”

Този STEM проект е насочен към учители по физика в десети клас, които имат желание да покажат на учениците как изучаваните физични принципи могат да ги направят по-добри фотографи.

Как ще протече обучението?

1. Основни концепции: учениците се запознават с устройството и функциите на разнообразните лещи, откриват как използването на различни видове лещи, фокусно разстояние, експозиция и правила за композиция могат да променят качеството на даден кадър и въздействието, което оказва върху зрителя.
2. Интерактивни учебни методи: проектът включва използването на разнообразни ресурси, дискусии, експерименти и анализи, които да ангажират учениците и да създадат условия за творчество и работа в екип.
3. Материали и ресурси: в хода на проекта учениците ще използват разнообразни материали и устройства – работни листове, фотографии, дигитални устройства за заснемане на кадри, онлайн ресурси и софтуер за анализиране на резултатите, които ще ангажират учениците в усвояването на учебния материал.

Задачи и дейности:

1. Въведение в темата: (работа в клас – един учебен час)

• Припомняне на общите характеристики и употребата на различните видове лещи: учениците разглеждат основните видове лещи, дискутират разликите в устройството и употребата им.
• Създаване на мисловна карта за факторите, влияещи върху качеството на фотографските изображения.
• Изследване на спектъра на електромагнитните вълни. Определяне на дължините на вълните от видимия спектър на светлината.
• Запознаване с целите на проекта.

2. Анализиране на геометричните зависимости, които се наблюдават в композицията на популярни фотографии и начина, по който влияят върху възприемането им от зрителя (работа в клас – 30 минути)

3. Представяне на данните в табличен и графичен вид (домашна работа)

4. Изготвяне на спектрален анализ на фотографиите и определяне на начина, по който дължината на електромагнитните вълни оказва влияние върху визуалното въздействие на изображението (работа в клас – 15 минути)

5. Установяване на връзката между фокусното разстояние на обектива, размерите на обекта и размера на изображението (работа в клас – един учебен час) 

6. Създаване на фотоалбум (домашна работа)

7. Заключителна част (работа в клас – един учебен час)

• Представяне на резултатите, сравняване и обобщаване на получените резултати и направените наблюдения.
• Представяне на авторските фотографии и избор на най-впечатляващите от тях за подготвяне на изложба или календар.

Всеки човек обича да увековечава любимите си моменти, хора или пейзажи с помощта на различни цифрови устройства. В особена степен това важи за младите хора и най-вече за тийнейджърите. Малцина от тях обаче са запознати с факта, че добрата снимка се получава, когато се вземат предвид различни математически и физични принципи.

Какво е общото между математиката и фотографията? Как да превърнем един обикновен кадър в произведение на изкуството? Какво правят известните фотографи, за да направят снимките си толкова приятни за окото? 

Можете да намерите отговорите на тези и много други въпроси, ако изпробвате този увлекателен и интересен STEM проект!

Същност на проекта

В този STEM проект учениците изследват устройството и функциите на различните лещи, техните основни характеристики и употребата им във фотографията. Разглеждат принципа на пречупване на светлината и връзката му с разстоянието, на което се намира обектът на заснемане. 

Учениците изчисляват каква е връзката между фокусното разстояние на обектива, размерите на обекта и размера на изображението. Правят спектрален анализ на фотографиите и определят по какъв начин дължината на електромагнитните вълни оказва влияние върху визуалното въздействие на изображението.

На база предварително подбрани фотографски изображения, учениците проверяват какви геометрични зависимости се наблюдават в тяхната композиция и по какъв начин се отразяват на възприемането им от зрителя. Създават шаблони за различни подредби на правилото на третините и златната среда, и ги използват за изследване на подбраните снимки.

На база получените резултати, всеки работен екип създава фотоалбум, като представя кадри на различни обекти, за заснемането на които са използвани изследваните геометрични правила и физични зависимости. Учениците избират най-добрите 12 фотографии, с които могат да направят тематична изложба в училище или да създадат календар, който да послужи за набиране на средства за благотворителни кампании.

Цели по предметно знание

В работата по този STEM проект са заложени следните учебни цели:

• описване на устройството и функциите на лещите;
• назоваване на основните характеристики на лещите и електромагнитните вълни;
• дефиниране на следните термини и понятия – пречупване на светлината, електромагнитни вълни, дължина на вълната, рамкиране, обект, композиция, правило на третините, златна среда, златно сечение, обектив, фокусно разстояние, мащаб;
• посочване на основни правила във фотографията;
• изчисляване на разстоянието до фотографирания обект;
• определяне на мащаб;
• откриване на зависимост между вида на обектива, фокусното разстояние и вида на фотографираното изображение;
• анализ на данни.

Цели по ключови умения

• развиване на творческото мислене чрез създаване на усет за цветова, обемна и пространствена композиция;
• подобряване на критичното и аналитичното мислене на учениците чрез намиране на подходящ подход за заснемане на конкретен вид обекти;
• повишаване предприемаческата компетентност на учениците посредством откриване на начини за реализиране на усвоените знания и умения;
• създаване на умения за продуктивна работа в екип.

Времетраене

Работата по проекта може да бъде осъществена в рамките на четири учебни часа.

Необходими материали

За този STEM проект всяка от работните групи ще има нужда от следните материали:

• Перманентни маркери – два различни цвята;
• Линия;
• Прозрачно фолио тип “подвързия за папка” – два листа А4 за всяка работна група;
• Ножица;
• Набор от подходящи фотографски изображения или достъп до интернет;
• Цифрови устройства за заснемане на кадри;
• Работен лист за изследване на принципите и зависимостите във фотографията.

Теоретична постановка

При заснемането на кадър, човек гледа през визьора, за да е сигурен, че обектите, които иска да бъдат на снимката, се намират в пределите на зрителното поле. Рамкирането на снимка обаче не е достатъчно за създаването на красив кадър. За да стане снимката въздействаща, трябва също да се обмисли и разположението на обектите в кадъра. Това се нарича композиция.

Когато се фотографира неподвижен обект, естествена тенденция при повечето хора е обектът да бъде поставен точно в центъра на зрителното поле при композирането на кадъра. Снимката обаче може да стане много по-динамична и интересна, ако обектите са изместени встрани от центъра. Един от начините това да бъде направено е чрез използване на правилото на третините. То включва разделянето на зрителното поле на девет еднакви участъка, като обектите обикновено са позиционирани по протежение на разделителните линии.

Друго правило, наречено златна среда, използва диагонала за създаване на динамични снимки с обекти, поставени на визуално стимулиращи места.

Златното сечение също е популярна техника, широко използвана във фотографията. То се характеризира от математически съотношения, които могат да бъдат намерени в много обекти, които считаме за визуално привлекателни и красиви – извивките на черупката на охлюва, симетрията на лицето и венчелистчетата на цветето показват тези съотношения в известна степен. Прочутите фотографи използват тези математически съотношения, за да рамкират и композират въздействащи снимки.

Добрата композиция обаче не е достатъчна за получаването на запомнящ се кадър. За да се постигнат максимално добри резултати трябва да се отчетат също и няколко допълнителни фактора – видът на лещата, използвания обектив, фокусното разстояние и размера на изображението.

Обективът на камерата обикновено представлява серия от изпъкнали и вдлъбнати лещи, образуващи сложна леща. Това позволява събирането на значително количество светлина от обекта или сцената, която се заснема. Когато светлината преминава през лещата, тя претърпява пречупване. Този процес по същество е промяната на посоката на светлината, когато се движи от една среда в друга – в този случай от въздух към стъкло и след това обратно към въздух. Пречупването се случва два пъти – първо, когато светлината влезе в лещата и след това отново, когато излезе от другата страна.

Фокусното разстояние на обектива определя колко далече може да се фокусира обективът. То се измерва в милиметри. По-големите фокусни разстояния (например 85 мм. или 100 мм.) са подходящи за портретна фотография. Широкоъгълните обективи с по-малко фокусно разстояние (например 35 мм. или 24 мм.) са подходящи за снимане на обекти в обстановка, например пейзажи или интериори. Фокусното разстояние на обектива оказва голямо влияние върху изображението. От него зависи мащабът на изображението – колкото по-голямо е фокусното разстояние, толкова по-голямо ще бъде изображението на обекта, например при снимане от еднакво разстояние обектив с F=100 мм. ще даде 2 пъти по-голям мащаб от обектив с F=50 мм. Съществуват формули, определящи зависимостта между фокусно разстояние, предметно разстояние и мащабът на изображението:

f = P/(m+1) f = O/(m+1), където f е фокусно разстояние, Р е предметно разстояние, О е образно разстояние и М е мащаб на изображението. 

Иначе казано, за определяне мащаба на изображението, разстоянието от обектива до обекта трябва да се раздели на фокусното му разстояние и от резултата да се извади 1. Изчисленията се правят в сантиметри. Например ако се снима обект, отдалечен на 2 м. (200 см.) с обектив с фокусно разстояние 100 мм. (10 см.) получаваме: 200/10 – 1 = 19, т.е. изображението ще бъде 19 пъти по-малко от реалния размер на обекта, или мащабът е 1:19.

Друг фактор, който е изключително важен за получаването на красиви кадри е светлината и начина на нейното улавяне от обектива. Светлината включва спектър от електромагнитни вълни с различни дължини на вълната. Този спектър включва не само познатите цветове на дъгата, но и други форми на електромагнитни вълни. Те включват радиовълни, микровълни, рентгенови лъчи, гама лъчи и инфрачервено лъчение, които може да не са видими, но въпреки това са познати. За да подражават на човешкото зрение, фотографските сензори и филмът са оптимизирани да улавят светлината в рамките на визуалния спектър, който възприемаме. Сензорите обаче могат да записват извън този тесен диапазон.

В зависимост от количеството на уловената светлина, заснетото изображение изглежда по-светло или по-тъмно. Резултатът се влияе от множество фактори, които не се ограничават до:

• Осветеността на обекта или сцената, която описва колко ярко е осветен обектът;
• Разстоянието между обектива и фотографирания обект или сцена;
• Обемът светлина, постъпващ в оптичната система, определен от размера на основната леща и размера на блендата;
• Скоростта на затвора, която диктува продължителността на осветяване на сензора или филма;
• ISO настройката, която показва чувствителността на сензора.

Първите два фактора в списъка по-горе – осветеността на сцената и разстоянието от обекта, не винаги са пряко контролирани от фотографа. Докато фотографът понякога може да променя осветеността на сцената с изкуствено осветление, тя се определя основно от количеството светлина, излъчвана или отразена от обекта. По същия начин, докато разстоянието между камерата и обекта често може да се регулира, промените в разстоянието могат да променят перспективата на сцената. Това разстояние също влияе върху количеството светлина, навлизащо в системата от лещи, тъй като интензитетът на падащата светлина намалява пропорционално на квадрата на разстоянието от обекта – принцип, известен като закон на обратните квадрати.

Подготовка

Пригответе по един комплект с подходящи изображения за всяка работна група. Добър вариант е да използвате стари календари с изображение за всеки месец или учебници по изобразително изкуство. Можете също така да възложите на учениците да направят проучване за прочути фотографи в интернет и да изберат техни снимки за проекта. Всяка група има нужда от 25 фотографии.

Ангажиращо въведение

Групова дискусия: Устройство на фотоапарата (10 мин.)

Разгледайте устройството на фотоапарат.

По какъв начин особеностите в устройството му влияе върху получаването на красиви кадри?

• Дискутирайте устройството и функциите на лещите. Какви основни видове лещи има и в какви ситуации се използва всяка от тях? В какви устройства и апарати се поставят лещи и каква е тяхното значение за живота на хората?
• Достатъчно ли е да разполагаме с добра апаратура, за да създадем красиви фотографии? Какви други фактори могат да окажат влияние върху качеството на крайния продукт? Направете мисловна карта, с която да обобщите основните идеи.
• Изследвайте спектъра на електромагнитните вълни. Какви са дължините на вълните от видимия спектър на светлината?

—

• Разделете класа на четири работни групи и раздайте на всеки ученик по един работен лист за изследване на принципите и зависимостите във фотографията. В тях всеки трябва да запише основните видове лещи, техните характеристики и употреба в практиката, както и дискутираните фактори, влияещи върху процеса на фотографиране.

—

• Представете целите на настоящия STEM проект и раздайте на работните групи подготвения набор от фотографии. Ако сте решили да възложите подбора на изображения на учениците, поставете ясни изисквания за ресурсите, които могат да използват и за вида на снимките.

Изпълнение

Изследване на геометричните зависимости в композицията на популярни фотографии

След като учениците се запознаят с целите и изискванията по проекта, те трябва да изработят шаблони, отразяващи правилото на третините и правилото на златната среда. За целта ще имат нужда от прозрачното фолио, перманентните маркери и линия.

• Ако групите използват снимки от календар или учебник, шаблоните трябва да бъдат приблизително с размерите на снимките. Ако учениците ще използват дигитални снимки за проекта, шаблоните трябва да бъдат с размера на дисплея на устройството. В този случай всички използвани снимки трябва да бъдат съхранени на устройството до завършване на проекта, за да могат да бъдат използвани в различните му етапи.
• За правилото на третините учениците трябва да начертаят две успоредни хоризонтални линии, така че да разделят рамката на три еднакво широки хоризонтални редове. След това се добавят две еднакви вертикални линии, разделящи рамката вертикално на три равни колони. С различен цвят на маркера се рисуват точки там, където начертаните хоризонтални и вертикални линии се пресичат.

• За правилото на златната среда работните групи трябва да начертаят една диагонална линия, като свържат единия ъгъл на рамката с противоположния ъгъл. След това трябва да определят двете точки на диагоналната линия, които разделят дължината ѝ на три равни части. Тези точки се отбелязват с различен цвят маркер, след което се свързват към най-близкия оставащ ъгъл на рамката с основния цвят маркер.

• Така изработените шаблони учениците могат да наложат върху изображенията, които изследват и да проверят кои от тях следват някое от двете правила. За всяка снимка работните групи отбелязват в работните си листове кое от следните обстоятелства наблюдават:
  • Обектите от изображението са разположени по дължина на едната или двете хоризонтални линии по шаблона за правилото на третините (отбелязва се с буквата Х в работния лист);
  • Обектите от изображението са разположени по дължина на едната или двете вертикални линии по шаблона за правилото на третините (отбелязва се с буквата В в работния лист);
  • Обектите са разположени и по хоризонтални, и по вертикални линии по шаблона за правилото на третините (отбелязва се с буквата ХВ в работния лист);
  • Обектите са разположени по дължината на диагоналните линии по шаблона за правилото на златната среда (отбелязва се с буквата ЗС в работния лист);
  • Обектите не са разположени по никой от изброените начини (отбелязва се с буквата Н в работния лист).
• Всяка група номерира фотографиите, които ще изследва. Ако се използват дигитални изображения от интернет, учениците трябва да запазят избраните изображения в папка на устройството си, като  за всяка фотография отбелязват името на автора ѝ.
• За всяка от изследваните снимки учениците отбелязват в работния си лист името на снимката, името на фотографа, номера на снимката в албума и композиционното правило, което е следвал авторът (Х=хоризонтално правило на третини, В=вертикално правило на третини, ХB=хоризонтално и вертикално правило на третините, ЗС=златна среда, Н=не е следвано правило). Определянето на използваното композиционно правило се прави чрез налагане на изработените шаблони върху фотографските изображения.
• Отбелязва се общия брой изследвани фотографии, броя на тези от тях, които следват всяко от композиционните правила, както и броя на снимките, които не следват нито едно от правилата. За всяко от композиционните правила учениците изчисляват процентното им участие в изследвания брой снимки.
• За домашна работа възложете на учениците да въведат получените данни в Excel, като ги представят в табличен вид. Създаването на графика или визуално представяне на числата може да помогне за по-доброто осмисляне на резултатите. За целта учениците могат отново да използват Excel или да използват уеб инструменти, например Create a Graph. Дайте насоки на учениците да направят графики, показващи получените данни по няколко начина. Ето няколко предложения:
  • Кръгова диаграма за сравняване на общия брой снимки, които следват дадено правило, с общия брой снимки, които не го спазват. Склонни ли са повечето известни снимки да следват едно от тези основни правила за композиция?
  • Стълбовидна диаграма или кръгова диаграма на броя снимки, които следват всяко различно правило. Кое правило е най-често срещано?

Изготвяне на спектрален анализ на фотографиите и определяне на връзката между дължината на електромагнитните вълни и въздействието на изображението

• Светлината включва спектър от електромагнитни вълни с различни дължини на вълната. За всяка фотография учениците трябва да отбележат преобладаващите дължини на вълните от видимия спектър на светлината. За целта те могат да използват изработения шаблон за правилото на третините, като за всеки от участъците отбелязват преобладаващия цвят. На каква дължина на вълната съответства той?
• В работния лист за изследване на принципите и зависимостите във фотографията, учениците записват преобладаващите дължини на вълните за всяка от снимките. Какво настроение създават те?

Изследване на връзката между фокусното разстояние на обектива, размерите на обекта и размера на изображението

• За всяка от снимките учениците трябва да изчислят мащаба на изобразените обекти. Размерите на обекта на снимката се измерват с линия и се разделят на реалния размер на обекта.
• След това учениците трябва да проучат какви фокусни разстояния се използват най-често от фотографите при заснемането на различни видове снимки, например портрети или пейзажи. По какъв начин фокусното разстояние влияе върху размера на полученото изображение?
• На база направеното проучване, учениците правят обосновано предположение за вероятното фокусно разстояние, което е използвано за заснемането на всеки от кадрите.
• С помощта на изчисления мащаб и приблизително определеното фокусно разстояние, учениците могат да изчислят максималното разстояние, на което може да се намира обекта на заснемане при използване на различните видове обективи.
• Получените резултати от проучванията и изчисленията се записват в работните листове.

Създаване на фотоалбум

• С помощта на вече направените анализи и наблюдения, учениците от всяка работна група трябва да направят фотоалбум с 12 авторски снимки, за заснемането на които се използват изследваните физични и геометрични принципи.
• За всяка фотография се отбелязва:
  • използвано геометрично правило;
  • реално разстоянието до заснемания обект;
  • мащаба на заснетото изображение;
  • фокусното разстояние на камерата;
  • преобладаващ спектър на електромагнитните вълни.
• Възложете заснемането и обработката на изображенията за домашна работа. Може да определите допълнителни изисквания към изпълнението на задачата, например:
• всяка група да заснема определен тип обекти – задължително е да присъстват пейзаж, портрет, интериор, архитектурен обект, природен обект, природно явление, чувство;
• снимките да изобразяват определен тип настроение;
• всеки албум да съдържа изображения на обекти в определен мащаб;
• да бъдат композирани фотографии с преобладаващи дължини на електромагнитните вълни. 

Заключителна част

Всички работни групи представят пред класа резултатите от изследваните фотографии в графичен вид и обясняват кое от правилата се среща в най-голям процент от снимки. Обясняват установените взаимовръзки между вида на фотографиите и използваното фокусно разстояние, както и въздействието, което оказва върху зрителя дължината на електромагнитните вълни.

• Анализирайте кое от геометричните правила е установено в най-голям брой фотографии. Има ли снимки, които не следват никое от правилата? Какъв процент са те от общия брой снимки?
• Дискутирайте как спектъра от електромагни вълни влияе върху настроението, което носят фотографиите. Може ли да се каже, че определен спектър създава по-привлекателни за окото кадри?
• Обсъдете защо обективите с различно фокусно разстояние се използват за заснемане на различен тип кадри.

Накрая учениците представят направените фотоалбуми, като уточняват какви геометрични и физични зависимости са използвали за заснемането им. В зависимост от броя на работните групи, от фотоалбума на всеки екип класът избира най-въздействащите две или три снимки.

• Дискутирайте каква е причината тези фотографии да са по-привлекателни и въздействащи от останалите.

В края на проекта класът ще разполага с дванадесет авторски фотографии, които могат да бъдат представени във вид на изложба или да бъдат оформени в календар, който да бъде използван за благотворителни акции.

Възможности за надграждане на проекта

• Опитайте този проект, сравнявайки различни видове снимки и правилата, които те обикновено следват. Склонни ли са пейзажите да следват различни правила от портретите, близките планове или екшън снимките? Какво ще кажете за фотографията на природата в сравнение с комерсиалната фотография?
• Изработете прототип на камера с подръчни материали и изследвайте принципа на пречупване на светлината. Проверете какви изображения ще се получат при използването на различни видове лещи.
• Как тези правила могат да направят една снимка по-привлекателна? Направете поредица от снимки с еднакви сцени, но променяйте рамката всеки път, за да следвате различно правило. Разпечатайте снимките и направете проучване. Помолете учениците да подредят снимките по ред на предпочитанията си, за да видите кои предпочитат. Спазването на правилото на третините или златната среда прави снимката по-привлекателна?
• Може да използвате същите правила, за да оцените други форми на изкуство и дизайн. Опитайте се да приложите тези правила към рисунки, картини и скулптури. Ще се приложат ли към илюстрации в книжки с картинки? Можете ли да намерите доказателства за тези правила и златни сечения в архитектурата и сградния дизайн?

В този интересен STEM проект учениците научават как изучаваните в училище физични и геометрични правила намират приложение в реалния живот и в ежедневната работа на специалисти в сферата на фотографията и графичния дизайн. Освен че предполага на практика неусетното усвояване на много нови знания, този проект създава изключително приятна и ангажираща среда за учене, в която учениците могат да развият своето творческо, критично и аналитично мислене в условията на продуктивна работа в екип. Убедихме ли ви да опитате?

За статията е използван следния ресурс, който е допълнен с личния опит на автора:

• From Gas to Rust: Measuring the Oxygen Content of Air | Science Project (sciencebuddies.org)
• Physics & Photography Entwined – Lee Petersen (lwpetersen.com)