大膽改進實驗 貼近學生生活

陸夢嬌

(常熟福山中學,江蘇 常熟 215500)

科學教學倡導探究式學習,為學生提供充分的探究式學習機會,逐步培養學生處理信息的能力、分析和解決問題的能力等,養成善于質疑、尊重事實的科學態度,突出思維能力、實踐操作,以及創造性和批判性思維能力的培養．“照相機與眼球 視力的矯正”是蘇科版8年級物理“凸透鏡成像規律”中最后一節,課本設計了人眼的理想模型.本文試著對教材中的類比法教學,實驗探究過程教學做了一些大膽改進,使之表達的信息更準確,更貼合學生的知識經驗．

1 照相機與眼球

教材在介紹照相機與眼時說人的眼球像一架神奇的照相機,晶狀體相當于照相機的鏡頭(凸透鏡),視網膜相當于照相機內的膠片．當被觀察的物體與人眼的距離改變時,人眼可以通過調節肌肉的松緊來改變晶狀體的彎曲度,即改變晶狀體的焦距,使物體仍能在視網膜上成像．

筆者認為,將人眼類比照相機,晶狀體類比鏡頭(凸透鏡)對學習人眼成像有一定的阻礙．學生在之前的學習中已經有了一定的知識累積,認為凸透鏡的焦距是保持不變的．而其實照相機成像原理是焦距不變時,通過改變像距在膠片上成清晰的像．當人眼的成像問題呈現在學生面前,學生借助以往經驗知識,易形成人眼的焦距是保持不變的概念．而之后又提到人眼通過改變晶狀體的彎曲度可以改變焦距,前后對立,對形成結論有阻礙．物理課堂的設計應尊重學生已有的認知發展水平和知識經驗,需要從教者了解我們的學生,站在學生的角度,確定學生的起點,“以學定教”,增強課堂設計的預見性和針對性,使課堂實施建立在符合學生實際的基礎上．

隨著科技的進步,相機革新非常快,從透鏡組變焦到液態鏡頭再到硅膠組鏡頭,現代科技帶給了我們對教育的新思路．我們可以將人眼類比成變焦的硅膠相機,考慮到購買成本,教師可以自制“硅膠鏡頭”,將AB液態硅膠混合后放在圓形模具中自然晾干再一切為二,就得到了一個手動“變焦鏡頭”(如圖1)．將兩束平行激光垂直入射到硅膠鏡頭上,光線會聚于一點(焦點)．用手按壓硅膠鏡頭,改變了鏡頭的彎曲度,焦點遠離,即改變了鏡頭的焦距．這個硅膠透鏡更加切合人眼的成像原理,前后呼應,幫助學生感知到人眼是靠改變晶狀體的焦距來看清遠近不同的物體,使原理更加明晰．

圖1

2 模擬探究近視眼的缺陷

圖2

教材設計了如下實驗活動： 把如圖2的凸透鏡看做眼球的晶狀體,將光屏看作視網膜．給“眼睛”戴上近視眼鏡,使燭焰在“視網膜”上成像,并標出此時光屏的位置．移去近視眼鏡,光屏上的像變得模糊了,這就是近視眼所看到的景象．移動光屏,再使燭焰在光屏上成像,并標出此時光屏的位置．

2.1 實驗中的不足

這個實驗模擬了由于近視人眼的調節功能降低,看不清遠處的物體,戴上合適的眼鏡后在視網膜上成清晰的像．筆者認為有以下不足.(1) 如上文所述,用凸透鏡模擬晶狀體易得到晶狀體無法調節焦距的錯誤概念．(2) 由于人眼晶狀體和視網膜之間的距離是保持不變的,那么用光屏模擬視網膜之后,就不應該再去改變凸透鏡和光屏間的距離，可以用一張白紙來回移動來找成像點,探究成像點和光屏的位置關系．(3) 用蠟燭做光源,氣味很大,對授課環境有影響,燭焰本身有光暈,找到成像清晰點有難度．

2.2 改進措施

針對上述不足,筆者設計了如下改進,來探究人眼的成像規律: (1) 自制調焦透鏡,將透鏡改裝成一側仍保持中間外凸的玻璃不變,另一側用橡膠模豎直包裹好,外接一個2mL的注射器,可以保證注射器推至底端橡膠模不破裂,同時變焦現象明顯．(2) 改換光源,用F型LED光源替換燭焰.由于網上大量售賣的F型光源是由多個LED小燈泡串聯組成,其實并不滿足同一平面,而成像光屏是在同一平面上,所以會對成像效果有影響．故可將小燈泡拆掉改接LED燈帶,光源更亮,而且滿足同一平面,成像效果更加明顯清晰．準備兩個光源也可以明確遠近物體,避免來回移動造成認知模糊．(3) 在光具座旁放置人眼結構的展板,通過圖像感知像距是保持不變的,即透鏡和光屏的位置不移動,模擬人眼看遠近不同的物體．當近處物體“T”成像時,調節透鏡的焦距至光屏上有清晰的像，如圖3所示．接著,當遠處物體“F”成像時,光屏上的像是模糊的,需要拉動注射器使透鏡變“平”,光屏上才會再次出現清晰的像，如圖4所示．從而得到結論： 人眼是通過改變晶狀體的彎曲度,即改變晶狀體的焦距,使物體在視網膜上成像．當人眼的調節功能變差,無法正確改變焦距時,看東西就會模糊不清,形成視力障礙．

圖3

圖4

2.3 探究近視眼的缺陷

把圖3或圖4的變焦透鏡看做眼球的晶狀體,把光屏看做視網膜,擺放在學生前的物體的位置保持不動，在透鏡前“戴上”學生自己的近視眼鏡,看遠處的光源F,調節透鏡的彎曲度,使光源在“視網膜”上成像．移去近視眼鏡,光屏上的像變得模糊了,為了找到近視眼成像位置和視網膜的關系,接下來需要“脫下”近視眼鏡,由于晶狀體和視網膜的距離是保持不變的(如圖4),所以學生想到用另一塊光屏探尋,發現在視網膜的前面找到了清晰的成像點,很容易得到近視眼看不清遠處的物體,因為成像在視網膜的前面,需要佩戴凹透鏡來矯正視力．

教師利用現代科技指導學生探索人眼觀察物體的本質、內在規律,培養學生的科學思維能力．科學思維是具有意識的人腦對科學事物的本質屬性、內在規律及事物間的相互聯系和關系的間接與概括的反映,是物理核心素養的核心內容．探究教學強調學生合作交流與科學論證,建立科學的貼近生活的模型，有利于促進學生進行科學探究,提升科學思維水平．