生物標(biāo)本在光學(xué)顯微鏡下的成像方向特征

滕春利

摘 要：在進(jìn)行日常的初中生物課堂教學(xué)過程中，我們發(fā)現(xiàn)初中學(xué)生特別是初一年級的學(xué)生在光學(xué)顯微鏡的使用過程中，關(guān)于光學(xué)顯微鏡的成像方向特征，不僅是教師授課過程中的難點，也是學(xué)生學(xué)習(xí)和使用光學(xué)顯微鏡的難點。光學(xué)顯微鏡的成像特征已經(jīng)成為學(xué)生掌握和使用光學(xué)顯微鏡的障礙。查找其原因主要有兩個方面，一是因為初中學(xué)生對顯微鏡成像光路圖存在“誤解”，二是初中學(xué)生在生活中觀察事物時，往往把倒像的理解僅僅只局限于豎直方向。在長期的教學(xué)實踐中，通過不斷反復(fù)的嘗試，與學(xué)生進(jìn)行深層次的溝通與交流，結(jié)合他們關(guān)于光學(xué)顯微鏡成像特征的認(rèn)知程度，謹(jǐn)慎思量，尋找到他們關(guān)于光學(xué)顯微鏡成像方向特征最易理解和接受的語言描述，總結(jié)出了關(guān)于光學(xué)顯微鏡成像方向特征的描述：“上下顛倒，左右互換”，“‘物和‘像所處位置相反，‘物和‘像移動方向相反”。

關(guān)鍵詞：光學(xué)顯微鏡 成像方向特征 上下顛倒左右互換 物和像所處位置相反 物和像移動方向相反

引言

光學(xué)顯微鏡是初中生進(jìn)入初中階段學(xué)習(xí)生物知識時，觀察生物微觀結(jié)構(gòu)的首選器材，對于它的熟練使用也是初中生必須掌握的基本實驗技能之一。在日常的生物教學(xué)過程中，我們發(fā)現(xiàn)學(xué)生對于光學(xué)顯微鏡的成像特征識記和應(yīng)用，總是存在一定的“偏差”，而且在習(xí)題的訓(xùn)練中，錯誤也是屢屢出現(xiàn)，矯正過多次以后，還是不見其改正效果。所以，在初中教學(xué)階段，無論是教師關(guān)于光學(xué)顯微鏡成像方向特征的授課，還是學(xué)生關(guān)于光學(xué)顯微鏡成像方向特征的識記和應(yīng)用，就成為目前存在的教學(xué)“障礙”。細(xì)心揣摩，我們不難發(fā)現(xiàn)光學(xué)顯微鏡的基本原理是通過兩個凸透鏡二次成像后，對觀察材料的物像起到放大作用，以便于觀察者對生物材料進(jìn)行更進(jìn)一步的觀察和認(rèn)知。學(xué)生在使用光學(xué)顯微鏡的過程中，往往發(fā)現(xiàn)生物觀察材料在光學(xué)顯微鏡下的成像方向好像不是成倒像，甚至，在載物臺上對生物觀察材料進(jìn)行必要的移動時，方向總是不能很好的掌握，而教材中卻明確指出：生物觀察材料在光學(xué)顯微鏡下成倒像。是什么原因?qū)е鲁霈F(xiàn)這些問題呢？下面我們就來做進(jìn)一步的分析。

一、光學(xué)顯微鏡下觀察生物材料產(chǎn)生疑問的成因

通過仔細(xì)揣摩我們不難發(fā)現(xiàn)，學(xué)生在學(xué)習(xí)使用光學(xué)顯微鏡的過程中產(chǎn)生種種疑惑無非主要是以下原因：首先初中學(xué)生對光學(xué)顯微鏡成像光路圖的有“誤解”，其次是初中學(xué)生生活中在觀察事物時，往往把倒像的理解僅僅只局限于豎直方向。

關(guān)于光學(xué)顯微鏡的成像如“圖-1”所示，光學(xué)顯微鏡的物鏡在成像過程中應(yīng)用的是凸透鏡成像原理，即觀察材料A，在物鏡一倍焦距和二倍焦距之間時，會在物鏡的另一側(cè)二倍焦距以外的地方成倒立放大的實像，如，“圖-1”中的物像B所示；而光學(xué)顯微鏡的目鏡則是起到了放大鏡的原理，物鏡所成的像位于目鏡一倍焦距以內(nèi)，目鏡將物鏡放大的物像B，進(jìn)行了二次放大，而這次則是被放大物像B的同側(cè)，形成同方向放大的虛像，如“圖-1”中的物像C所示。至此，光學(xué)顯微鏡下放置的是觀察材料A，而我們在目鏡中觀察到的是物像C。從“圖-1”所示的平面來看，觀察材料A與物像C是的確呈倒立放大的關(guān)系。而生活中初中學(xué)生生活中在觀察事物時，往往把倒像的理解僅僅只局限于豎直方向，所以他們便順勢得到了一個結(jié)論：光學(xué)顯微鏡下成像特征為“倒立放大的虛像”。

其實我們觀察光學(xué)顯微鏡的視野范圍時，不難發(fā)現(xiàn)，光學(xué)顯微鏡的視野范圍是一個標(biāo)準(zhǔn)的“幾何圓”，也就是說，光學(xué)顯微鏡在成像時，不僅在豎直方向是倒像，而是在水平方向，斜45°方向，乃至以視野圓心為對稱中心成360°全方位內(nèi)的范圍內(nèi)都是顛倒的。我們的觀察方向結(jié)果其實是如“圖-2”所示。如果，拋開放大倍數(shù)的因素，我們將光學(xué)顯微鏡下放置的觀察材料與所成的像進(jìn)行疊加會發(fā)現(xiàn)二者是以視野中心為對稱中心的對稱關(guān)系。也就是說其實觀察材料所處的位置和觀察到的物像所處的位置是相反的。所以，我們可以把光學(xué)顯微鏡下的生物觀察材料觀察成像方向特征概述為“上下顛倒，左右互換”，“‘物和‘像所處位置相反，‘物和‘像移動方向相反”。這樣的光學(xué)顯微鏡的成像方向特征的描述，既方便于教師在日常的課堂教學(xué)過程中，向?qū)W生介紹光學(xué)顯微鏡的成像方向特征，也方便于學(xué)生對光學(xué)顯微鏡成像方向特征的識記和應(yīng)用。

二、關(guān)于“上下顛倒，左右互換”，“‘物和‘像所處位置相反，‘物和‘像移動方向相反”在日常學(xué)習(xí)中的應(yīng)用

1.關(guān)于光學(xué)顯微鏡下成像方向的辨別問題

如果我們在光學(xué)顯微鏡下放置了小寫的英文字母“b”，哪么我們在光學(xué)顯微鏡的視野范圍內(nèi)能觀察到怎樣的字母呢？

推斷如下：

先將英文字母“b”進(jìn)行“上下顛倒”得到小寫的英文字母“p”，再將其進(jìn)行“左右互換”得到小寫的英文字母“q”，即完成了“b→p→q”的推斷過程。因此，我們做出推斷：如果我們在光學(xué)顯微鏡下放置了小寫的英文字母“b”時，我們則會觀察到類似于英文小寫字母“q”的物像。拋去放大因素，我們不難看出“b”和“q”成中心對稱關(guān)系。

2.關(guān)于光學(xué)顯微鏡載物臺上觀察材料的移動方向問題

有時候，我們在使用光學(xué)顯微鏡觀察生物材料時，發(fā)現(xiàn)物像不在視野的正中央，需要通過對載物臺上的生物材料進(jìn)行移動，使得物像位于觀察視野正中央，便于我們進(jìn)行觀察。例如，我們在光學(xué)顯微鏡觀察視野內(nèi)發(fā)現(xiàn)所要觀察的物像位于視野范圍的“左上方”，要使得物像移動到觀察視野的正中央，該如何進(jìn)行調(diào)整呢？

推斷如下：

當(dāng)我們在光學(xué)顯微鏡的觀察視野內(nèi)發(fā)現(xiàn)所要觀察的物像位于視野范圍的“左上方”時，首先來判斷觀察材料的位置，根據(jù)“‘物和‘像所處位置相反”原理，這時，觀察材料應(yīng)該位于“右下方”位置，所以，觀察材料應(yīng)該向“左上方”進(jìn)行移動；

亦可以做出以下推斷：

物像位于視野范圍的“左上方”，移動至視野正中央時，物像的移動方向應(yīng)該向右下方移動，根據(jù)“‘物和‘像移動方向相反”原理，觀察材料應(yīng)該向“左上方”移動。

結(jié)論

光學(xué)顯微鏡下觀察生物材料時，成像方向特征為“上下顛倒，左右互換”，“‘物和‘像所處位置相反，‘物和‘像移動方向相反”。