实验引领、教具创新实现学生学科素养提升——以《眼睛和眼镜》一节为例 论文.docx

实验引领、教具创新实现学生学科素养提升以眼睛和眼镜一节为例摘要：眼睛的组成：瞳孔、晶状体、玻璃体、视网膜等，其中晶状体类似于凸透镜，视网膜类似于光屏。但是眼睛成像的特点是物距改变，像距固定，通过晶状体变形变改变焦距实现在视网膜上形成清晰的像，当长期疲劳或者先天性疾病导致晶状体病变而不能正常变形，成像就会出现在视网膜之前或之后，这就是近视眼和远视眼形成的根本原因。自制了透光能力很好的水透镜，同时用医用针管和水透镜相连，通过对水透镜注水和吸水实现薄膜的凸起和凹陷，模拟凸透镜和凹透镜。在给水透镜缓慢注水，可以让学生清楚看到焦距随着曲度变化而变化的过程，晶状体在睫状肌拉伸的作用下可以实现类似于水透镜的形变从而改变晶状体的焦距。关键词：晶状体水透镜成像视力矫正眼睛和眼镜一节是初中物理透镜及其应用的重要组成部分，是凸透镜成像规律和凸透镜、凹透镜对光线作用的应用与延伸，图一学习眼睛成像原理能扩展学生对凸透镜成像的认识，而近视眼和远视眼的成因与矫正将使学生充分体会到物理与社会生活的紧密联系。之前的学习中老师带领学生探究过凸透镜成像规律，用的装备如图一所示，有光具座、蜡烛、凸透镜、光屏，学生建立了一定的知识储备，掌握了凸透镜成像规律和物距、相距的关系：当物距大于两倍焦距时成倒立缩小的实像，相距在一倍两倍焦距之间；物距大于两倍焦距小于一倍焦距时成倒立放大的实像，相距大于两倍焦距；当物距小于一倍焦距时成正立放大的虚像。在成实像的时候物距变大相距变小，像也变小；物距变小相距变大，像也变大。这是本节学习眼睛和眼镜的重要基础，在学习本节内容时，课本直接给了的眼睛结构，介绍眼睛由瞳孔、晶状体、睫状体、玻璃体、视网膜等部分组成图二中晶状体类似于凸透镜，视网膜类似于光屏。但是眼睛成像的特点是物距改变，像距固定，通过晶状体变形变改变焦距实现在视网膜上形成清晰的像，当长期疲劳或者先天性疾病导致晶状体病变而不能正常变形，成像就会出现在视网膜之前或之后，这就是近视眼和远视眼形成的根本原因。这与课本前一节探究凸透镜成像规律学习的内容有很大不同,将要学习的知识与原有的知识存在差异，而且初中阶段的学生逻辑思维能力有限，教材中用图片和文字的形式来表示眼睛成像的过程，这种形式比较抽象，对学生的思考能力要求比较高，会使学习难度变大。基于这种学情特点，我对本节课的教学安排做了较大的创新调整。一、自制教学器材，破解教学难点本节课最大的难点是怎么实现透镜的连续变焦，模拟晶状体的调节功能，以帮助学生真正深入理解眼睛成像规律和眼镜对视力矫正的原理。实现此教学目标最好的方法是带领学生亲手做实验，所以我自制了透光能力很好的水透镜，同时用医用针管和水透镜相连，通过对水透镜注水和吸水实现薄膜的凸起和凹陷，模拟凸透镜和凹透镜。因为在实验中要保持水透镜形状固定难以维持，操作的时候可能会引起水透镜焦距变化，所以我在针筒和水透镜之间加了一个止水阀维持其稳定，如图三所示。图三在制作好水透镜之后，为了清晰看到通过透镜前后的光路变化，常规实验中一般用烟饼点然后产生浓烟，这种方式缺点明显，烟量的大小不好控制，且有异味，对学生的身体健康不利。经过我的反复调试，选择加湿器装在透明亚克力板做成的箱子中，可以得到非常清晰的光路，且无味无害。如图四、图五所示图四图五二、教学过程从理论引领到模拟实验再到理论解释，形成逻辑闭环。1.模拟探究晶状体焦距和曲度的关系在给水透镜缓慢注水，可以让学生清楚看到焦距随着曲度变化而变化的过程，晶状体在睫状肌拉伸的作用下可以实现类似于水透镜的形变从而改变晶状体的焦距。图六2 .F光源模拟晶状体成像用F光源、光屏分居水透镜两侧，首先将水透镜保持一个略微凸起的状态，光源置于距离透镜较远的位置，调整光屏到透镜距离，形成一个模糊的像，此时给透镜注水发现光屏上的像逐渐清晰。这就是眼睛里面晶状体形变调整焦距达到在视网膜清晰成像类似的道理。接着减小F光源到透镜的位置，发现光屏上成像逐渐模糊，如何让像重新变得清晰呢，在抽水和注水之间多次调整，逐渐让凸透镜鼓起来和凹下去，多次尝试，发现要让凸透镜更鼓一点，焦距变小后才能让像重新清晰。图七3 .近视眼、远视眼形成原因以及调整方法眼镜在看物体时也是这样，像距不变，晶状体变鼓，减小焦距，这样才能看到清晰的像，所以长时间观察近处物体，晶状体就会长时间保持紧张，眼睛也会感到疲劳。青少年学生在学习时如果坐姿不端正，眼睛和课本距离小于20cm,就会让眼镜的晶状体处于鼓凸状态，长期处于这样紧张疲劳状态，晶状体的形变功能会有损伤，不能自由调节，这样就会出现眼镜近视的情况。那么在眼镜近视的情况下，如何调节才能看清楚物体呢？可以在原来装置上再增加一个水透镜模拟眼镜的作用。经过抽水和注水多次调试,发现充当“眼镜的水透镜在凹下去一定程度后，可以在光屏重新成清晰的像，说明近视眼镜是由凹透镜做成的。图八生活中还有一部分人是远视眼，主要是睫状肌松弛，晶状体凸起不够，成像在视网膜之后，这种情况可以在眼镜前面加装凸透镜辅助晶状体起到聚光作用。4 .理论分析，通过观察光路理解眼镜成像以及光路调整原理为了让学生更直观理解晶状体调节对光线的影响以及矫正方法，再用加湿器喷水雾显示光路的方法观察模拟眼睛和眼镜的水透镜的调节作用。先让两条激光笔发出光线穿过模拟眼睛的水透镜，看到光路经过凸透镜后汇聚一点，再缓慢向水透镜中注水增加曲度，看到凸透镜变鼓以后，焦距变小，这就是近视眼形成的光学原理，在眼睛的前面增加一个模拟眼镜的水透镜，抽水形成一定形状的凹透镜后，组合镜的焦距逐渐重新变大，这是近视矫正的光学原理。而反之，如果再向模拟眼镜的水透镜中注水，使之变成凸透镜，组合镜的焦距会逐渐变小，这是远视眼矫正的光学原理。图十三、反思与自我评价本节教学整体思路，将课本静态的知识变成动态的实验过程生成,更加形象直观，培养了学生的学习兴趣，激发学生探究实验的积极性、主动性。从利用水透镜模拟晶状体探究晶状体的焦距与曲度的关系破解教学难点，到学生分组模拟探究人眼的成像原理，以及近视眼和远视眼的成因及矫正方法，再到教师演示实验，从光学原理上理解本节所学，实现从现象到理论的提升，形成思维闭环，增加学生逻辑分析能力，同时通过近视眼形成原因的理论学习，增加对学生养成良好用眼习惯的教育。本节课的几个实验是逐层递进的关系，能有效降低学生的认知难度。水透镜作为本节实验的核心器材，实现了透镜连续调节焦距的能力,轻松破解常规器材的不足。但是也有不足，水受到重力作用，下部比上部略鼓，这样导致水透镜不是一个均匀的透镜，对光的折射上下部分不对称，如果将水透镜做的再薄一点可能实验效果会更加理想，这是今后继续改进的思路方向。生活中处处有物理，身边处处有器材，通过本节课的学习，充分调动学生学习物理的兴趣和热情，培养物理了学生的物理学科素养和他们观察生活、认真思考的学习态度，提升了课堂教学效果，对我自己的教学信心也是一个很大的提升.参考文献：1.人民教育出版社八年级物理上册第五章第四节眼睛和眼镜P100-P102