變廢為寶

王慶平

摘 要：從滬科版第四章第六節《神奇的眼睛》教材中實驗環節設計有些不足之處入手，利用身邊隨手可得的物品特別是廢棄物品進行實驗設計，得到“神奇的眼睛”自制教具，教師通過實踐教學證明該教具十分有效，并參加泉州市第十一屆青少年科技創新大賽獲二等獎。

關鍵詞：可變焦水透鏡；廢棄物品；變廢為寶

初中物理很多知識與概念，都是要讓學生通過實驗探究活動來獲得的，學生在經歷物理探究過程中體驗學習物理的樂趣，感悟物理知識，從而形成良好的科學態度與價值觀 [1 ]。然而，當今多數初中校尤其是農村校的實驗器材尚不能與教材完全匹配，我省學校實驗室現有實驗器材是按照2007年福建省教育廳頒發的《福建省初中理科教學儀器配備標準》配備的，盡管新目錄有做一些新的修訂，但是依舊滿足不了新課程背景下靈活多變探究性實驗教學的要求。因此，倡導利用身邊隨手可得的物品特別是廢棄物品進行實驗探究 [2 ]，既可以解決或緩解實驗器材不足的問題，又可以拉近物理和生活的距離，使學生真切地感受科學和日常生活的密切聯系，這對物理課程改革具有重要意義，也真正做到讓物理走向社會。

1 本自制教具設計的基本思路

《神奇的眼睛》是滬科版八年級物理第四章《多彩的光》第六節的教學內容，教材在介紹視力的矯正時（P76），用一個凸透鏡來模擬眼睛的晶狀體，利用兩條平行光線通過凹透鏡（凸透鏡）與凸透鏡匯聚于光屏上，進而說明視力矯正時使用凹、凸透鏡的原理 [3 ]。這樣的設計我覺得有以下幾個問題：

（1）演示實驗時要得到兩條平行光線不容易，特別是農村中學。

（2）平行光匯聚于一點也讓學生產生一個疑問，我們的視網膜上的像是否也是一個亮斑呢？

（3）眼睛會近視與遠視的形成過程無法直觀展現給學生，讓學生在學習過程中還存有疑問：眼睛為什么會變成近視眼或遠視眼？

（4）教師用此裝置演示有否配帶凹透鏡（凸透鏡）實驗現象對比時要移動光屏讓平行光匯聚的點呈現在光屏上，會讓學生誤解我們的視網膜也會移動。

為了解決以上問題，設計了本教具，利用可變焦水透鏡的針筒推拉來實現連續改變透鏡的焦距，介紹眼睛的近、遠視的成因，并在視網膜上形成一個倒立、縮小的像，更形象直觀讓學生明白我們視網膜上的成像規律，同時改變焦距后，視網膜上的像也會變得模糊不清，在水透鏡前再增加一個水透鏡，利用推拉活塞實現在視網膜上得到一個清楚的像，再給學生展示這個矯正的水透鏡，非常直觀的得到實驗結論：“近凹遠凸”，同時也不用改變晶狀體與視網膜之間的距離，不會讓學生產生不必要的誤解。

2 制作材料

廢棄紙盒若干、直徑5cmPVC水管9cm、直徑11cmPVC水管3cm、避孕套3個、20ml針筒2個、50ml針筒1個、可充電手電筒一個、橡皮筋若干、電工刀1把、剪刀1把、電鉆1把、鐵鋸1把、A4紙1張、透明膠1個、直徑5cm水管金屬附架3付。

3 制作過程

3.1 成像物體制作

如圖1，用鐵鋸將直徑7.5cm羽毛球紙筒鋸一段20cm長的紙筒，在一端封上一段已貼有由紅色紙剪成5.5cm高的紅色箭頭的透明膠。再鋸一段10cm長的紙筒，一端插入可充電的手電筒，另一端套在有貼有透明膠的紙筒上。

3.2 可變焦水透鏡的制作

用鐵鋸將9cmPVC水管平均鋸成三段，并在水管邊緣處鋸兩條凹槽，用電工刀將水管口刮平，取出避孕套，用洗衣粉洗干凈后，將3cm水管裝入避孕套中，管兩邊用橡皮筋扎實，且把橡皮筋移到凹槽中固定，用剪刀將剩余的避孕套剪掉，再用電鉆在水管管壁中間鉆一個直徑0.4cm的小孔，利用金屬附架鎖好，做到金屬孔對準剛鉆好的小孔。

打開自來水，往小孔灌入水，待兩邊避孕套的橡皮膜鼓起時，將已抽有水的針筒扎入小孔中，可變焦水透鏡制成了，如圖2，但要制作凹透鏡要注意，針筒抽的水要少一些。在針筒扎入時，應用手往橡皮膜稍微壓一下，讓水透鏡中的水滿出一些即可，目的是要擠出水透鏡中的氣泡。

3.3 視網膜制作

用鐵鋸把直徑11cmPVC水管邊緣處鋸兩條凹槽，再將A4紙封在直徑11cmPVC水管上，用橡皮筋扎實即可。

3.4 底座制作及傳光導管制作

3.4.1 底座制作：取出紙盒子，用剪刀沿一邊兩個拐角剪開，為了在演示實驗時可以攤開，防止紙皮擋住學生的視線，在一側每隔15cm粘上一個由硬紙組成的支架，用于放置成像物體。在另一側末直接安放已制作完成的視網膜。

3.4.2 傳光導管制作：取一段21cm長的羽毛球紙筒，用電工刀沿其軸內割開，再沿軸向剪去3cm寬，使其能插入成像物體紙筒當中；在一末端兩邊割出兩個2.2cm寬的缺口，缺口間距2cm，另一個缺口放矯正水透鏡，第二個缺口放置“眼睛”。

4 實驗操作說明書

（1）將傳光導管插入成像物體中，放在底座上，在傳光導管末第2個缺口放入一個可變焦水透鏡（凸透鏡），打開手電筒，調整水透鏡的活塞，在視網膜上成一個清楚的倒立、縮小的箭頭的像，引導學生觀察，在我們視網膜上成的像是這樣的，利用直觀的物理現象突破抽象的物理難點。

（2）當上拉或下壓水透鏡的活塞時，會導致視網膜上的箭頭的像模糊不清，可以直接給學生介紹眼睛因使用不當而使晶狀體變化形成遠視與近視。

（3）視力矯正實驗

①當把活塞下壓時，會觀察水透鏡變凸一些，同時視網膜上成的像也會變得模糊一些，再拿一個可變焦水透鏡（凹透鏡）放在傳光導管末端第一個缺口中，調整活塞的位置，使視網膜上成一個清楚的像，并向學生展示矯正視力水透鏡的形狀，不僅得出近視眼要配戴凹透鏡，同時也可以看到近視眼（水透鏡）會凸一些。

②同上，把活塞向上拉時，用可變焦水透鏡（凸透鏡）去矯正。

5 本教具的優點

（1）節約：要完成本實驗，傳統方法上都用點燃的蠟燭，而蠟燭和火柴是一次性消費品。本教具采用可充電手電筒，可循環使用。再者本教具制作材料除了手電筒外，都是生活中的廢棄品，做到變廢為寶。

（2）減排：當學生用傳統方法點燃蠟燭時會排放二氧化碳，增加本已傷痕累累地球的負擔，本教具采用手電筒光箭頭成像，避免溫室氣體的排放。

（3）本教具能夠輕松解決教材實驗設計的弊端：當給學生演示眼睛構造時，學生可清晰的看到一個倒立、縮小的“箭頭”的像，引導學生觀察并理解在我們視網上看到的像是倒立的、縮小的像，同時闡明我們平時看到的像是正立的，那是神經系統幫的忙。在演示過程中，始終沒有移動視網膜，符合學生的認知水平。

（4）可展示眼睛近視、遠視的成因：眼睛近視主要成因是因晶狀體變凸導致的，實驗時可將活塞向下壓，讓學生觀察自制凸透鏡形變情況，學生可清晰觀察到自制凸透鏡變凸，理解近視成因，遠視類同。教師可在教學過程教育學生注意用眼衛生，防止眼睛近視。

（5）體現STS：學生看到老師用該自制教具教學的同時也會關注到本教具的制作材料都是生活中常見的生活廢棄品，引發學生自發思考，物理其實離我們不遠，就在身邊，并提高學生學習的積極性，甚至會激發部分學生自己動手制作與研究有關他自己興趣的物理知識。

本自制教具參加2014年泉州市第十一屆青少年科技創新大賽榮獲二等獎，同時榮獲賢鑾獎。

顯而易見，利用隨手可得的日常用品，經過少量的加工，設計出簡單易行、生動有趣的物理教具，甚至比正規儀器更適用，利用這些選材簡單的、貼近生活的、不需花很多的時間精力去準備的實驗器材，就可以完成的隨堂實驗，為每個學生動手參與、實驗探究提供了必要的物質基礎，可以激發學生的學習愿望，有效地激勵學生的學習動機，增強學習體驗過程。這不但是解決儀器不足的有力措施，而且可以使學生感受到物理就在身邊，讓學習充滿樂趣。同時，這些新穎、獨特、奇妙的實驗帶給學生的新奇感覺和新鮮刺激是無與倫比的，由此而對三維培養目標產生的“催化”效果和促進作用也是無可比擬的 [4 ]。對促進學生的觀察能力、探索能力、操作能力、創新能力都有積極的意義。

參考文獻：

[1]倪閩景，劉貴興，周鴻燁.自主物理實驗[M].上海：上海教育出版社，2007；46-47，98-100.

[2]于玉琴，劉炳升.有特色的初中物理實驗[J].物理教學，2006（9）：31-32.

[3] 廖伯琴，張大昌.物理課程標準（實驗）解讀[M].武漢：湖北教育出版社，2004.

[4]趙力紅.低成本，高智慧，深探究[J].中學物理教與學，2007（2）.