基于创新实验的“眼和视觉”的探究

陈 坤 徐广宇

（南京外国语学校仙林分校 江苏南京 210023）

“眼和视觉”属于江苏凤凰教育出版社7 年级《生物学》下册第12 章第3 节“人体感知信息”的内容，其中“眼的基本结构和视觉的形成”是本节课的重、难点[1]。在本节课之前，学生已进行了心脏和肾脏的解剖，具备一定的解剖能力，为本节课的实验打下基础。如果按照教材的安排，在介绍眼球结构时，对照模式图进行讲解，缺少丰富的事实支撑，学生很难建构眼球结构的相关概念；在讲解近视眼的成因及矫正时，也是陈述性讲述，缺少了探究的过程，学生很难内化相关知识。因此，笔者开展牛眼解剖实验，对照前人已发表的文章[2]，请教医院的眼科医生，设计了学生可操作的牛眼解剖实验，直接观察眼球的结构；结合物理学的知识，利用晶状体和光具座等，探究近视的成因及矫正。创新实验挖掘了教材知识和内涵，提高学生的生物学学科核心素养。

1 教学过程

1.1 图片质疑引入新知 展示牛眼中晶状体图片（图1）。设问：大家猜一猜，这么漂亮的结构可能是什么？并作出提示：每个人都有类似的结构。学生根据自身的知识储备和生活经验，应该无法辨认此结构。但提示语“每个人都有类似的结构”极大提高了学生的学习兴趣，为后续的解剖实验作铺垫。

图1 晶状体结构

1.2 观察牛眼外部结构 学生2 人一组，对照教材“眼球的结构”图，观察解剖盘中的牛眼，尝试辨认外部结构，并说明辨认的理由（图2）。学生很容易找到巩膜和角膜，有的学生甚至能辨认瞳孔周围的虹膜。

图2 眼球外部结构

1.3 刮开巩膜和角膜 用解剖刀刮开角膜约

0.5 cm 及巩膜约1.5 cm，感受其韧性（图3）。思考：巩膜比较坚韧，具有什么作用？部分学生惧怕解剖牛眼，可播放视频演示操作过程，让学生熟悉和感受解剖的过程。在学生刮开角膜过程中，感受角膜的脆弱，形成保护眼睛防止机械损伤的意识。完成实验后，设置思考题：巩膜比较坚韧，具有什么作用？学生一般需要刮10 次左右才可刮开巩膜，明显能感受到巩膜的韧性，联想到其具有保护作用。从结构拓展到功能，自然过渡易于理解。

图3 刮开角膜和巩膜

1.4 剥离晶状体、玻璃体和睫状体 用手轻轻挤压眼球，并用清水冲洗挤出的结构（图4）。辨认各部分的结构，并说出辨认的理由。用手捏一捏“最小的球”和“周围胶状物体”，说一说感受。图片的疑惑终于解开，如此漂亮结构，将课堂气氛推向高潮，请学生对照教材识别各部分结构，让学生捏一捏“最小的球”和“周围胶状物体”。设置问题：1）睫状体具有什么作用？2）玻璃体具有什么作用？学生可观察到“晶状体周围是睫状体”，为讲解“睫状体能够调节晶状体的曲度”作好铺垫。学生也容易观察到玻璃体体积非常大，而且是透明的胶状物，容易迁移至玻璃体，具有支撑眼球和透光的作用。在此基础上，可适当拓展，例如，晶状体浑浊会导致白内障、玻璃体浑浊会导致飞蚊症，联系生活实际，提高学生的社会责任感。

图4 晶状体、睫状体和玻璃体

1.5 晶状体折射 用解剖针穿起晶状体，放在激光笔线光源前，观察光线变化，说一说发生了什么变化（图5）？

图5 晶状体折射

运用物理学的线光源，进行晶状体对光的折射实验，使难理解的“晶状体对光具有折射作用”变得生动直观。

1.6 观察角膜 用解剖针挑起角膜，观察角膜特点，并且说一说观察到的现象（图6）。

图6 角膜

学生很容易观察到“角膜透明，弯曲如球面”。

1.7 翻折找视网膜和视神经 将眼球从切口处翻开，你能找到什么结构？具有什么特点？用解剖针穿透“凹点”，从什么位置穿透（图7、图8）？

图7 视网膜和脉络膜

图8 视神经

本环节的操作，学生需要理解“内层的视网膜翻折后到了外面”，可借助希沃软件（手机应用APP 希沃授课助手）呈现较好的学生作品[3]。视网膜结构比较明显，特别是可观察到“视网膜中感光细胞中的感光色素”，这样学生就容易理解“视网膜具有感光作用”。用解剖针沿着“凹点”刺穿，正好可穿透至视神经。

经以上实验操作，学生很容易构建“外界光线透过角膜，由瞳孔进入眼球内部，经过晶状体折射和透过玻璃体，到达视网膜”的概念。有助于理解“视网膜上的感光细胞受光的刺激而产生神经冲动，神经冲动沿着视神经传导”的概念。

1.8 近视的成因及矫正

步骤1：将晶状体取出，小心地将其固定在烧瓶夹上，将含有晶状体的烧瓶夹固定在滑座上，置于光具座标尺70 cm 处；将光屏置于73 cm 处；将F 光源置于64 cm 处。观察光屏上所成的像，说一说像的特点（图9）。

图9 晶状体正常成像

步骤2：将烧瓶夹的螺丝收紧3 圈，使晶状体的凸度变大。观察光屏上所成的像，说一说像的特点（图10）。

图10 晶状体凸度变大

步骤3：在光屏上靠近晶状体一侧，粘贴25 张A4 纸（约2.5 mm）。观察光屏上所成的像，说一说像的特点（图11）。

图11 光屏前接收成像

步骤4：取下A4 纸（或旋转光屏到无A4 纸的一面），在光具座67 cm 处放置一个焦距为5 cm 的凹透镜。观察光屏上所呈的像，说一说像的特点（图12）。

图12 凹透镜纠正

说明：取出晶状体时，要连着睫状体，否则晶状体容易松散；晶状体夹在烧瓶夹上，烧瓶夹附着在滑座上，晶状体在滑座刻度的右侧约1 cm处，即晶状体的焦距约2 cm；图9～图12 中含有晶状体的烧瓶夹均置于70 cm 处、F 光源均置于64 cm 处、光屏都均置于73 cm 处，由于拍照角度问题，视觉上有点偏差。

通过步骤1，学生可在光屏上明显地观察到清晰的“倒F”图像，理解“晶状体相当于凸透镜，对光线具有会聚作用”；通过步骤2，可观察到光屏上的“倒F”图像变得模糊，了解“当晶状体曲度过大时，即近视时，视线会变得模糊”；通过步骤3，可观察到光屏上的“倒F”图像再次清晰，明白“当晶状体曲度过大时，图像呈在视网膜的前方”；通过步骤4，可观察到光屏上的“倒F”图像再次清晰，掌握“近视眼需要佩戴凹透镜进行矫正”。

通过以上4 个实验步骤，学生亲身体验了“眼球的的成像”，验证了当“晶状体凸度过大”成像在“视网膜”的前方而导致的近视，需要佩戴凹透镜进行矫正。对于眼球前、后径过长造成的真性近视，可让学生进行自主探究，即将光屏向后移动，图像变得模糊。

1.9 整理和总结 实验操作结束，要求学生整理好器材，为这只牛眼默哀10 s。告知值日生下课后，将解剖后的牛眼收集在一起，教师会将其处理。请学生总结本次实验的收获，特别是要分清楚眼球结构的层次。培养学生热爱生命的意识，同时消除部分学生解剖过程的恐惧和愧疚感。学生梳理本次实验的收获，整合零碎知识，构建眼球结构和视觉形成的概念。

2 总结

《义务教育生物学课程标准（2011 年版）》的实施建议中提出：生物学教师可采用生物材料设计实验，创造条件，就地取材，开设好生物学实验[4]。本节课的实验创新设计，改变了传统的枯燥讲解，变“教教材”为“用教材”，取材于身边的生物材料，以实验探究的形式，逐步剖析眼球的结构，模拟近视的成因及矫正，实现概念的螺旋式发展。

在知识层面：学生亲身观察了“角膜、巩膜、虹膜、晶状体、睫状体、玻璃体、视网膜和视神经”等结构，明确分清了“角膜和巩膜在外层；虹膜和睫状体在中层；视网膜在内层”；深入理解了“巩膜坚韧，具有保护作用；睫状体在晶状体周围，调节晶状体；晶状体透明，富有弹性，具有折射光线作用；玻璃体支撑眼球，对光线具有透过作用；角膜透明，弯曲如球面；视网膜感光细胞具有感光色素，具有感光作用”；晶状体相当于凸透镜，对光具有会聚作用；晶状体曲度过大，成像在视网膜的前方，会导致近视，需要佩戴凹透镜进行矫正。

在能力层面：通过牛眼解剖和模拟近视实验，提高观察、操作，以及归纳和总结的能力。

在情感、态度和价值观层面：通过牛眼解剖和模拟近视实验，形成实事求是的科学态度和关爱眼睛尊重生命的意识。同时，通过牛眼解剖的探究实验，提高了学生的生物学学科核心素养：运用眼的结构和功能，解释一定情境中的生命现象，属于生命观念的提升；通过解剖的过程，理解眼的结构层次和部分结构所具有的功能，属于科学思维的提升；正确完成牛眼解剖和模拟近视实验，并作好讨论与交流，属于科学探究的提升；解剖牛眼，体会眼的脆弱，形成保护眼的观念，正确处理解剖完的牛眼，尊重生命，属于社会责任的提升。

综上所述，本次创新实验，巧妙地完成了教学目标，提高了学生生物学学科核心素养。