一道中考顯微鏡命題引發的爭論

金社教

摘 要：可驗證性是科學知識的重要特征。通過實驗探究獲取知識是科學中的靈魂之一。對“顯微鏡視野中的污點在哪？”的質疑爭辯，尋找科學的理論支撐，采用多種實驗手段，糾正了顯微鏡視野中污點位置的傳統判斷方法。

關鍵詞：顯微鏡；凸透鏡；可驗證性實驗

隨著多媒體等現代化教學工具和“互聯網+”教育的不斷運用，越來越多的科學老師把演示實驗和學生實驗用多媒體代替實驗教學。雖然多媒體的諸多優點解決了演示實驗的可視性和操作性的不足，但容易導致學生和老師形成“眼高手低”的不良習慣，學生動手能力下降，解決實際問題的能力減弱。

在今年的九十學時培訓中，某學員對2017年某市中考試卷中顯微鏡使用知識的考察內容提出質疑：按照凸透鏡成像原理，鏡頭上的污點或污物在視野中是不可見的，只能改變視野的亮度。這一質疑引發廣大一線科學教師的爭論，對生物專業畢業的教師來說是一種挑戰，因為他們從來不會去質疑顯微鏡污點判斷的傳統方法（即分別移動玻片，轉動目鏡和物鏡的方法判斷污點的位置），認為物鏡上的污點是可見的，以前的生物教材也是這樣說的。即使平時要使用顯微鏡，也是先對顯微鏡進行清理，沒有人會把顯微鏡的鏡頭故意弄臟進行觀察判斷視野中的污點位置。實驗是最好的試金石，下面是我對鏡頭中污點能否看見的實驗進行處理的探究及體會，供同行參考。

一、細辨題，引爭辯

隨著物理、化學、生物等知識的綜合，生物、物理、化學等不同學科的思維方式進行融合，在融合的過程中容易碰撞出思維的火花。去年的某中考題中“顯微鏡視野中的污點在哪？”的爭論就是學科綜合所引發的。

實例：（2017年某市科學中考第23小題）觀察是重要的科學研究方法，顯微鏡是重要的觀察工具。請回答：

某同學在使用顯微鏡時，經常發現視野中會有“污物”出現。該同學為了能正確快速判斷視野中“污物”可能存在的位置，畫出了如圖1所示的思維導圖。請你在圖1方框中填入合適的文字，將該思維導圖補充完整。

在平時教學和練習中傳統判斷污點位置的方法是首先轉動目鏡，如果污點不動，則污點不在目鏡上；移動玻片標本，污點也不動，則污點肯定在物鏡上；若污點在反光鏡上則不會在視野中看到。

反光鏡上有污點在視野中看不見，玻片上的污點是看得見的，這些是沒有異議的，爭論的焦點是鏡頭上的污點能否在視野中可見。按照凸透鏡的成像規律，鏡頭上的污點的確在視野中是不可見的。也有的教師認為顯微鏡的鏡頭不是單一的一塊凸透鏡，而是多塊，多次成像，所以不能簡單地一概否認。

二、嚴探究，重取證

用事實說話是最有力的證據。

（一）對物鏡進行處理

取下并拆解物鏡，在物鏡的兩面分別用碳素筆涂上黑點當作污點（如圖2和圖3所示），然后用該鏡頭觀察洋蔥表皮細胞的永久裝片。不管怎么轉動物鏡或調節準焦螺旋都無法看見黑點或黑斑。

（二）對目鏡進行處理

1.目鏡的結構

如圖4所示的是惠更斯目鏡，其中大點（左邊）的透鏡為向場鏡，小點（右邊）的為接目鏡。

學校里顯微鏡的目鏡多采用價格低廉的惠更斯目鏡，惠更斯目鏡的適眼距較短，畸變也較大。惠更斯透鏡由兩個平凸透鏡以空氣隙分離，兩個透鏡分別稱為接目鏡和向場鏡，均以平面朝向眼睛，凸面朝向物鏡。在設計上通常為橫向零色差，焦平面落在兩個透鏡之間。兩個透鏡是由相同折射率的玻璃制成。 惠更斯目鏡的倍數最大不超過10X，更高倍的因質量欠佳少見。

2.目鏡的處理

如圖5所示，對向場鏡和接目鏡進行差異化的碳素墨水處理后，先取下接目鏡，安裝上用碳素墨水處理過的向場鏡進行觀察（如圖6所示），在視野中（如圖7所示）可以清楚地看見黑點。分別上下移動玻片和轉動向場鏡，發現上下移動玻片時黑點沒動，而轉動向場鏡時，黑點也跟著轉動且與鏡頭轉動方向是一致的（如圖8所示），說明黑點在向場鏡上。

取下向場鏡，只安裝用碳素墨水點上黑點的接目鏡進行觀察。在視野中同樣可見清晰的黑斑點（如圖9所示）。通過轉動接目鏡，可以發現黑斑點也會跟著轉動且轉動方向與鏡頭轉動方向是一致的（如圖10所示）。說明黑斑點在接目鏡上同樣是可以看見的。

同時用上向場鏡和接目鏡進行觀察，通過調節準焦螺旋，可以同時看見幾個黑斑點（如圖11所示），只是由于兩目鏡之間的距離造成不能同時觀察清晰的兩鏡上的黑斑點（如圖12所示）。

三、找依據，釋真相

為什么物鏡上的黑點在視野中不能看見，而在目鏡上就可以看見呢？原因跟顯微鏡成像原理有關。

顯微鏡成像原理如圖13所示。

惠更斯目鏡由兩個同種玻璃的平凸透鏡組成，兩者都是凸面向著物體。向場鏡（場鏡）的焦距等于接目鏡（視鏡）焦距的三倍，兩者相隔的距離等于視鏡焦距的二倍。如圖14所示為說明該種目鏡原理的光路圖。物鏡的像落在場鏡與視鏡之間。

由于細胞要先經過物鏡成放大倒立的實像，而實像則落在目鏡的一倍焦距內，經過目鏡成正立放大的虛像。經過兩次放大，所以顯微鏡的放大倍數是物鏡放大倍數和目鏡放大倍數的乘積。

物鏡上的黑點在物鏡的一倍焦距之內，成虛像。虛像不是實際光線匯聚而成，所以不能在目鏡中再次成像。所以物鏡上的黑點在視野中是看不見的。

而向場鏡和接目鏡上的黑點都在一倍焦距之內，直接可以成正立放大的虛像，所以轉動目鏡，黑斑點的轉動方向與目鏡的轉動方向是一致的。

四、敢質疑，重實驗

2017年某市的科學中考第23小題和平時的練習中，通過轉動目鏡和移動玻片來確定污點是否在物鏡上，是有違事實依據的，是不科學的。

“紙上得來終覺淺，絕知此事要躬行”。科學需要傳承，更需要創新。在平時的教學中需要我們教師先學會嘗試，學會探究，更要學會大膽的質疑。不能書云我云，人云我云，發現問題要及時探究，及時跟同行交流合作，在交流合作中進一步發現問題、解決問題。