基于近視患者的凸透鏡成像教具優(yōu)化設計分析

陳淑丹

摘要：隨著我國越來越重視教育領域人才培養(yǎng)的同時，同學們的學習意識不斷增強，許多人在學習過程中，由于不注重眼睛的保護，致使眼睛長期處于疲勞狀態(tài)，進而引發(fā)近視。為此，在學習生活過程中對近視的預防極為重要。本文便對近視眼的定義及成因進行闡述，明確了凸透鏡成像原理在近視預防中的重要作用，并基于近視患者對凸透鏡成像教具的優(yōu)化設計進行了深入的分析。

關鍵詞：近視患者 凸透鏡 成像教具 優(yōu)化設計

一、近視眼的定義與成因

（一）近視眼的定義

近視眼是指近視患者在自身的視覺調節(jié)過程中，視網膜難以對遠處的物體進行清晰成像，從而使近視患者只能看清距離較近的物體，而難以看清距離較遠的物體。人體的眼部處于兩種狀態(tài)，一種是放松狀態(tài)，即不調節(jié)狀態(tài)，用以觀看遠距離的物體。另一種是調節(jié)狀態(tài)，用于觀看近距離的物體。而當眼睛始終處于調節(jié)狀態(tài)時或調節(jié)功能異常時，近視患者便難以看清遠距離的物體，這種也被稱為近視眼。

（二）近視眼的成因

近視眼的成因有多種因素，可能是外傷或遺傳所致，也有可能是長期的眼疲勞而造成睫狀肌無法自行調節(jié)所致，但其根本的產生原因主要有三個方面，一方面是眼球中的晶狀體或角膜在焦度太大而造成光線進入眼部中發(fā)生偏折，偏折角度要比正常眼球的偏折角度更大。另一方面是眼球的眼軸變長。最后一方面是兩者同時存在而引起的近視。

二、凸透鏡在近視防治中的重要作用

人體的眼部屬于一種凸透鏡成像系統(tǒng)，當遠處物體的反射光與折射光進入到近視患者的眼部時，由于近視患者的焦度過大或眼軸過長，致使物體的影像只能成像在視網膜的前部，而無法在視網膜上進行成像，從而造成近視患者無法看清遠處物體。而正常人的眼球則能夠利用晶狀體將遠處物體的影像與遠方的平行光折射到視網膜當中，使視網膜成像，進而使正常人能夠看清遠處的物體，而晶狀體便相當于凸透鏡。在低度近視患者中，則可以通過凸透鏡的作用，來進行近視的防治工作，通過對眼部的屈光學與光學角度進行分析，當人們在觀看遠距離物體時，睫狀肌是不收縮的，而當觀看近距離物體時，睫狀肌則會處于收縮狀態(tài)，這時眼部的晶狀體就會變突，如果睫狀肌長時間處于收縮狀態(tài)，便極易引發(fā)睫狀肌痙攣，從而引發(fā)假性近視。而通過佩戴凸透鏡，則不會引起睫狀肌的調節(jié)痙攣，從而起到防治近視的作用。

三、基于近視患者的凸透鏡成像教具優(yōu)化設計

由于我們在學習“眼和視覺”知識過程中，尚未接觸到光學知識，這使我們在探討近視患者的近視原因時難以進行理解，因此有必要通過教具的優(yōu)化設計來對該難點進行更加有效的學習。以下便對凸透鏡成像教具的優(yōu)化設計思路進行探討，以此找出近視的形成原因。

（一）材料

從上文我們可以知道，人的眼睛就相當于凸透鏡成像系統(tǒng)，因此我們在對教具進行優(yōu)化設計時，可以通過對眼球成像的過程進行模擬，來探究凸透鏡成像的特點與規(guī)律，并找出近視患者的形成原因。在教具設計中，我們需要用到帶光屏的光具座、蠟燭、鐵架臺、玻璃管、橡膠管、橡膠塞、一次性注射器及薄塑料袋，這些材料中，帶光屏的光具座在物理實驗室獲得，鐵架臺中要確保有鐵夾，橡膠塞、玻璃管和橡膠管等可以在化學實驗室中獲得，一次性注射器則可以去社區(qū)醫(yī)院購買。

（二）教具設計及實驗過程

在進行教具制作時，我們可以將光具座放到桌子上，并在光具座的上部放置帶鐵夾的鐵架臺，然后將薄塑料袋中注入大量的水，然后用鐵夾將薄塑料袋吊起來，這樣就形成了類似于眼睛中的晶狀體。通過對凸透鏡成像的規(guī)律進行分析，我們可以了解到，凸透鏡在近距離時，物體的影像是以正立放大的虛像呈現(xiàn)出來的，而當凸透鏡與物體的距離稍遠時，物體的影像是以倒立放大的實像呈現(xiàn)出來的，當凸透鏡與物體很遠時，物體的影像則是以縮小倒立的實像呈現(xiàn)出來的。這時，我們便可以通過三個階段的實驗來進行探究。首先，我們將蠟燭點燃，并放在自制出來的“晶狀體”教具的前方，然后通過調整蠟燭與晶狀體之間的距離，同時觀看光具座的光屏影像，并記錄光屏影像處于縮小倒立實像階段、圖像呈正立放大虛像階段及圖像呈倒立放大實像階段的蠟燭與晶狀體的間距，這樣能夠使我們在學習過程中，避免陷入盲目當中，從而節(jié)省了學習的時間。我們在學習眼球構造以后，通過設計此教具來分別對光屏中的蠟燭影像狀態(tài)進行觀察，并分別記錄蠟燭與晶狀體之間的距離，以此形成相應的模擬制作表。

（三）結果分析

通過對光屏中蠟燭影響呈正立放大虛像階段時的蠟燭與晶狀體之間的距離進行記錄，我們可以知道當光屏中的蠟燭圖像不能清晰呈像時，晶狀體與蠟燭之間的距離很遠，這就使我們得出眼球的前后徑變長，即眼軸過長形成了近視。當我們在確保蠟燭在光屏中的影像能夠清晰呈現(xiàn)的基礎上，距離保持不變，通過一次性注射器往薄塑料袋中進行注水，我們可以發(fā)現(xiàn)蠟燭在光屏中的影像變模糊了，進而得出形成近視的第二個原因，即薄塑料袋水分的增多使晶狀體的凸度變大了，從而形成了近視眼。這時，我們再將第二個光屏放到第一個光屏的前方，并挪動第二個光屏的位置，使蠟燭在第二個光屏的影像變得清晰為止，然后記錄第二個光屏與晶狀體之間的距離及此時蠟燭與晶狀體之間的距離。這時，我們通過將之前的物距與現(xiàn)有的物距進行對比，使我們明白當晶狀體的凸度變大時，蠟燭的影像會呈現(xiàn)在第一個光屏的前方，從而探索出近視患者的近視形成原因。

參考文獻：

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（作者單位：鄭州中學）endprint