自制“水透鏡”眼球模型及視力矯正實(shí)驗(yàn)的創(chuàng)新

蔡世田

摘 要 自制水透鏡模擬晶狀體，并把水透鏡安裝在球型透明燈罩口，做成一個(gè)眼球模型。該裝置可以直觀地演示眼睛晶狀體的調(diào)節(jié)作用，幫助學(xué)生理解近視眼和遠(yuǎn)視眼的成因，并進(jìn)行視力矯正實(shí)驗(yàn)的創(chuàng)新，達(dá)到很好的教學(xué)效果。

關(guān)鍵詞 水透鏡;矯正;變焦;眼球模型

中圖分類號(hào)：TG356.25，TN942.2+1 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1002-7661（2018）06-0045-01

人教版物理教材八年級(jí)第五章第4節(jié)《眼睛與眼鏡》，該課是凸透鏡成像規(guī)律的重要應(yīng)用，結(jié)合生活運(yùn)用知識(shí)解決實(shí)際問題的一個(gè)典型例子。教學(xué)過程中，很多老師選擇固定焦距的普通凸透鏡進(jìn)行演示，用來說明晶狀體的調(diào)節(jié)作用。這樣學(xué)生很難理解眼睛是通過調(diào)節(jié)晶狀體的厚薄從而能看清遠(yuǎn)近不同的物體。不突破這個(gè)教學(xué)難點(diǎn)，學(xué)生很難理解近視眼和遠(yuǎn)視眼的成因及其矯正方法。為了讓學(xué)生能直觀地觀察晶狀體的厚薄變化過程，我在教學(xué)實(shí)踐中，自制水透鏡模擬晶狀體，并把水透鏡安裝在球形燈罩口，模擬了人眼的眼球模型，通過向水透鏡注水或抽水改變晶狀體的厚薄，從而讓學(xué)生理解到晶狀體的調(diào)節(jié)作用，為理解近視眼的成因及矯正作準(zhǔn)備工作。

一、制作材料

PVC水管小段、20ml注射器、輸液器、直徑25cm的亞克力燈罩、安全套、強(qiáng)激光筆、“502”膠水、玻璃膠、鋸刀、電鉆、螺絲刀、螺絲若干。

二、變焦水透鏡的制作

（1）選用內(nèi)徑60mm的PVC水管，截取長(zhǎng)20mm的環(huán)段，切口打磨光滑，用電鉆在水管兩側(cè)位置鉆兩個(gè)小孔（注水孔和排氣孔）。

（2）取來一個(gè)安全套，用沐浴露清洗干凈，剪開并晾干。將安全套薄膜向四周均勻拉伸并固定在圓形硬紙板上，均勻拉伸薄膜的目的是增強(qiáng)其透光性，保證水透鏡注水時(shí)形變均勻。

（3）在PVC水管的切面均勻涂上502膠水，迅速按壓在已準(zhǔn)備好的薄膜上，待膠水干后才可松開（圖1）。水管另一側(cè)用同樣方法制作。

（4）輸液器截取中間部分，連接上注射器，向水透鏡注水，在排盡空氣時(shí)用小螺絲堵住排氣孔。至此，水透鏡做好了（圖2）。

（5）把水透鏡用螺絲安裝在球形燈罩口，把此裝置固定在底座上，做成眼球模型（圖3）。

三、水透鏡模擬晶狀體及視力矯正實(shí)驗(yàn)創(chuàng)新的課堂實(shí)效

（1）用強(qiáng)激光筆制成平行光源和發(fā)散光源，分別代表遠(yuǎn)處物體和近處物體發(fā)出的光。

（2）模擬晶狀體的調(diào)節(jié)作用。在眼球模型的底座內(nèi)點(diǎn)燃竹香，讓眼球模型充入適量煙霧方便顯示光路。在水透鏡前方放置平行光源，相當(dāng)于人眼觀察遠(yuǎn)處物體。此時(shí)遠(yuǎn)處物體射來的光經(jīng)過晶狀體會(huì)聚于視網(wǎng)膜前方（圖4）。此時(shí)我引導(dǎo)學(xué)生思考：人眼中視網(wǎng)膜到晶狀體的距離是不可調(diào)整的，眼睛是通過調(diào)節(jié)晶狀體的厚度而看清遠(yuǎn)處的物體。通過探究可知，用注射器從水透鏡向外抽水使晶狀體變薄，此時(shí)物體射來的光線恰好落在視網(wǎng)膜上（圖5），說明晶狀體變薄可以看清遠(yuǎn)處的物體。而人眼觀察近處物體時(shí)（發(fā)散的光），晶狀體應(yīng)變厚才能看清物體。利用可變焦水透鏡眼球模型，可以直觀地說明眼晴是通過調(diào)節(jié)晶狀體的厚薄而看清遠(yuǎn)近不同的物體，為后面探究近視眼的成因及矯正打下堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。

（3）模擬近視眼的矯正。由于長(zhǎng)時(shí)間近距離用眼等原因，導(dǎo)致晶狀體變厚而調(diào)節(jié)功能變差了，形成了近視眼。來自遠(yuǎn)處物體射來的光經(jīng)晶狀體會(huì)聚并不是落在視網(wǎng)膜上，而是落在視網(wǎng)膜的前方。用注射器向水透鏡注水，同學(xué)們可以看到水透鏡（晶狀體）是向外凸起了（變厚），從而清楚知道近視眼是由于晶狀體太厚導(dǎo)致的，此時(shí)光線的折射路徑很清晰地顯示出來，而不需老師多花口舌來解釋。通過探究可知，在晶狀體前放置度數(shù)（焦距）適合的凹透鏡，可以矯正近視眼（圖6）。接下來的探究活動(dòng)中，學(xué)生通過對(duì)比和思考很受容易遷移到對(duì)遠(yuǎn)視眼的成因及矯正方法的探究。

自制水透鏡的眼球模型，可以讓學(xué)生直接觀察到晶狀體厚薄的變化，所成的像落在視網(wǎng)膜前方或后方的具體位置，以及矯正時(shí)兩束光線的傳播路徑的變化，所成像的光點(diǎn)前后移動(dòng)的動(dòng)態(tài)情況。它彌補(bǔ)了教材中沒有變焦透鏡的不足，無法模擬人眼調(diào)節(jié)作用的缺陷，避免了教材中不停更換定焦透鏡的麻煩，減輕學(xué)生理解抽象知識(shí)的難度。應(yīng)用眼球模型的創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)，原理明了，效果明顯，很好地突破了教學(xué)難點(diǎn)，達(dá)到很好的教學(xué)效果。

參考文獻(xiàn)：

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