大胆改进实验 贴近学生生活

陆梦娇

(常熟福山中学,江苏 常熟 215500)

科学教学倡导探究式学习,为学生提供充分的探究式学习机会,逐步培养学生处理信息的能力、分析和解决问题的能力等,养成善于质疑、尊重事实的科学态度,突出思维能力、实践操作,以及创造性和批判性思维能力的培养．“照相机与眼球 视力的矫正”是苏科版8年级物理“凸透镜成像规律”中最后一节,课本设计了人眼的理想模型.本文试着对教材中的类比法教学,实验探究过程教学做了一些大胆改进,使之表达的信息更准确,更贴合学生的知识经验．

1 照相机与眼球

教材在介绍照相机与眼时说人的眼球像一架神奇的照相机,晶状体相当于照相机的镜头(凸透镜),视网膜相当于照相机内的胶片．当被观察的物体与人眼的距离改变时,人眼可以通过调节肌肉的松紧来改变晶状体的弯曲度,即改变晶状体的焦距,使物体仍能在视网膜上成像．

笔者认为,将人眼类比照相机,晶状体类比镜头(凸透镜)对学习人眼成像有一定的阻碍．学生在之前的学习中已经有了一定的知识累积,认为凸透镜的焦距是保持不变的．而其实照相机成像原理是焦距不变时,通过改变像距在胶片上成清晰的像．当人眼的成像问题呈现在学生面前,学生借助以往经验知识,易形成人眼的焦距是保持不变的概念．而之后又提到人眼通过改变晶状体的弯曲度可以改变焦距,前后对立,对形成结论有阻碍．物理课堂的设计应尊重学生已有的认知发展水平和知识经验,需要从教者了解我们的学生,站在学生的角度,确定学生的起点,“以学定教”,增强课堂设计的预见性和针对性,使课堂实施建立在符合学生实际的基础上．

随着科技的进步,相机革新非常快,从透镜组变焦到液态镜头再到硅胶组镜头,现代科技带给了我们对教育的新思路．我们可以将人眼类比成变焦的硅胶相机,考虑到购买成本,教师可以自制“硅胶镜头”,将AB液态硅胶混合后放在圆形模具中自然晾干再一切为二,就得到了一个手动“变焦镜头”(如图1)．将两束平行激光垂直入射到硅胶镜头上,光线会聚于一点(焦点)．用手按压硅胶镜头,改变了镜头的弯曲度,焦点远离,即改变了镜头的焦距．这个硅胶透镜更加切合人眼的成像原理,前后呼应,帮助学生感知到人眼是靠改变晶状体的焦距来看清远近不同的物体,使原理更加明晰．

图1

2 模拟探究近视眼的缺陷

图2

教材设计了如下实验活动： 把如图2的凸透镜看做眼球的晶状体,将光屏看作视网膜．给“眼睛”戴上近视眼镜,使烛焰在“视网膜”上成像,并标出此时光屏的位置．移去近视眼镜,光屏上的像变得模糊了,这就是近视眼所看到的景象．移动光屏,再使烛焰在光屏上成像,并标出此时光屏的位置．

2.1 实验中的不足

这个实验模拟了由于近视人眼的调节功能降低,看不清远处的物体,戴上合适的眼镜后在视网膜上成清晰的像．笔者认为有以下不足.(1) 如上文所述,用凸透镜模拟晶状体易得到晶状体无法调节焦距的错误概念．(2) 由于人眼晶状体和视网膜之间的距离是保持不变的,那么用光屏模拟视网膜之后,就不应该再去改变凸透镜和光屏间的距离，可以用一张白纸来回移动来找成像点,探究成像点和光屏的位置关系．(3) 用蜡烛做光源,气味很大,对授课环境有影响,烛焰本身有光晕,找到成像清晰点有难度．

2.2 改进措施

针对上述不足,笔者设计了如下改进,来探究人眼的成像规律: (1) 自制调焦透镜,将透镜改装成一侧仍保持中间外凸的玻璃不变,另一侧用橡胶模竖直包裹好,外接一个2mL的注射器,可以保证注射器推至底端橡胶模不破裂,同时变焦现象明显．(2) 改换光源,用F型LED光源替换烛焰.由于网上大量售卖的F型光源是由多个LED小灯泡串联组成,其实并不满足同一平面,而成像光屏是在同一平面上,所以会对成像效果有影响．故可将小灯泡拆掉改接LED灯带,光源更亮,而且满足同一平面,成像效果更加明显清晰．准备两个光源也可以明确远近物体,避免来回移动造成认知模糊．(3) 在光具座旁放置人眼结构的展板,通过图像感知像距是保持不变的,即透镜和光屏的位置不移动,模拟人眼看远近不同的物体．当近处物体“T”成像时,调节透镜的焦距至光屏上有清晰的像，如图3所示．接着,当远处物体“F”成像时,光屏上的像是模糊的,需要拉动注射器使透镜变“平”,光屏上才会再次出现清晰的像，如图4所示．从而得到结论： 人眼是通过改变晶状体的弯曲度,即改变晶状体的焦距,使物体在视网膜上成像．当人眼的调节功能变差,无法正确改变焦距时,看东西就会模糊不清,形成视力障碍．

图3

图4

2.3 探究近视眼的缺陷

把图3或图4的变焦透镜看做眼球的晶状体,把光屏看做视网膜,摆放在学生前的物体的位置保持不动，在透镜前“戴上”学生自己的近视眼镜,看远处的光源F,调节透镜的弯曲度,使光源在“视网膜”上成像．移去近视眼镜,光屏上的像变得模糊了,为了找到近视眼成像位置和视网膜的关系,接下来需要“脱下”近视眼镜,由于晶状体和视网膜的距离是保持不变的(如图4),所以学生想到用另一块光屏探寻,发现在视网膜的前面找到了清晰的成像点,很容易得到近视眼看不清远处的物体,因为成像在视网膜的前面,需要佩戴凹透镜来矫正视力．

教师利用现代科技指导学生探索人眼观察物体的本质、内在规律,培养学生的科学思维能力．科学思维是具有意识的人脑对科学事物的本质属性、内在规律及事物间的相互联系和关系的间接与概括的反映,是物理核心素养的核心内容．探究教学强调学生合作交流与科学论证,建立科学的贴近生活的模型，有利于促进学生进行科学探究,提升科学思维水平．