生物標本在光學顯微鏡下的成像方向特征

滕春利

摘 要：在進行日常的初中生物課堂教學過程中，我們發現初中學生特別是初一年級的學生在光學顯微鏡的使用過程中，關于光學顯微鏡的成像方向特征，不僅是教師授課過程中的難點，也是學生學習和使用光學顯微鏡的難點。光學顯微鏡的成像特征已經成為學生掌握和使用光學顯微鏡的障礙。查找其原因主要有兩個方面，一是因為初中學生對顯微鏡成像光路圖存在“誤解”，二是初中學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。在長期的教學實踐中，通過不斷反復的嘗試，與學生進行深層次的溝通與交流，結合他們關于光學顯微鏡成像特征的認知程度，謹慎思量，尋找到他們關于光學顯微鏡成像方向特征最易理解和接受的語言描述，總結出了關于光學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”。

關鍵詞：光學顯微鏡 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

光學顯微鏡是初中生進入初中階段學習生物知識時，觀察生物微觀結構的首選器材，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。在日常的生物教學過程中，我們發現學生對于光學顯微鏡的成像特征識記和應用，總是存在一定的“偏差”，而且在習題的訓練中，錯誤也是屢屢出現，矯正過多次以后，還是不見其改正效果。所以，在初中教學階段，無論是教師關于光學顯微鏡成像方向特征的授課，還是學生關于光學顯微鏡成像方向特征的識記和應用，就成為目前存在的教學“障礙”。細心揣摩，我們不難發現光學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行更進一步的觀察和認知。學生在使用光學顯微鏡的過程中，往往發現生物觀察材料在光學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顯微鏡下成倒像。是什么原因導致出現這些問題呢？下面我們就來做進一步的分析。

一、光學顯微鏡下觀察生物材料產生疑問的成因

通過仔細揣摩我們不難發現，學生在學習使用光學顯微鏡的過程中產生種種疑惑無非主要是以下原因：首先初中學生對光學顯微鏡成像光路圖的有“誤解”，其次是初中學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。

關于光學顯微鏡的成像如“圖-1”所示，光學顯微鏡的物鏡在成像過程中應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，目鏡將物鏡放大的物像B，進行了二次放大，而這次則是被放大物像B的同側，形成同方向放大的虛像，如“圖-1”中的物像C所示。至此，光學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系。而生活中初中學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論：光學顯微鏡下成像特征為“倒立放大的虛像”。

其實我們觀察光學顯微鏡的視野范圍時，不難發現，光學顯微鏡的視野范圍是一個標準的“幾何圓”，也就是說，光學顯微鏡在成像時，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°全方位內的范圍內都是顛倒的。我們的觀察方向結果其實是如“圖-2”所示。如果，拋開放大倍數的因素，我們將光學顯微鏡下放置的觀察材料與所成的像進行疊加會發現二者是以視野中心為對稱中心的對稱關系。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過程中，向學生介紹光學顯微鏡的成像方向特征，也方便于學生對光學顯微鏡成像方向特征的識記和應用。

二、關于“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”在日常學習中的應用

1.關于光學顯微鏡下成像方向的辨別問題

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

推斷如下：

先將英文字母“b”進行“上下顛倒”得到小寫的英文字母“p”，再將其進行“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”成中心對稱關系。

2.關于光學顯微鏡載物臺上觀察材料的移動方向問題

有時候，我們在使用光學顯微鏡觀察生物材料時，發現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行移動，使得物像位于觀察視野正中央，便于我們進行觀察。例如，我們在光學顯微鏡觀察視野內發現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，該如何進行調整呢？

推斷如下：

當我們在光學顯微鏡的觀察視野內發現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“‘物和‘像所處位置相反”原理，這時，觀察材料應該位于“右下方”位置，所以，觀察材料應該向“左上方”進行移動；

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，物像的移動方向應該向右下方移動，根據“‘物和‘像移動方向相反”原理，觀察材料應該向“左上方”移動。

結論

光學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”。