自制“水透鏡”眼球模型及視力矯正實驗的創新

蔡世田

摘 要 自制水透鏡模擬晶狀體，并把水透鏡安裝在球型透明燈罩口，做成一個眼球模型。該裝置可以直觀地演示眼睛晶狀體的調節作用，幫助學生理解近視眼和遠視眼的成因，并進行視力矯正實驗的創新，達到很好的教學效果。

關鍵詞 水透鏡;矯正;變焦;眼球模型

中圖分類號：TG356.25，TN942.2+1 文獻標識碼：A 文章編號：1002-7661（2018）06-0045-01

人教版物理教材八年級第五章第4節《眼睛與眼鏡》，該課是凸透鏡成像規律的重要應用，結合生活運用知識解決實際問題的一個典型例子。教學過程中，很多老師選擇固定焦距的普通凸透鏡進行演示，用來說明晶狀體的調節作用。這樣學生很難理解眼睛是通過調節晶狀體的厚薄從而能看清遠近不同的物體。不突破這個教學難點，學生很難理解近視眼和遠視眼的成因及其矯正方法。為了讓學生能直觀地觀察晶狀體的厚薄變化過程，我在教學實踐中，自制水透鏡模擬晶狀體，并把水透鏡安裝在球形燈罩口，模擬了人眼的眼球模型，通過向水透鏡注水或抽水改變晶狀體的厚薄，從而讓學生理解到晶狀體的調節作用，為理解近視眼的成因及矯正作準備工作。

一、制作材料

PVC水管小段、20ml注射器、輸液器、直徑25cm的亞克力燈罩、安全套、強激光筆、“502”膠水、玻璃膠、鋸刀、電鉆、螺絲刀、螺絲若干。

二、變焦水透鏡的制作

（1）選用內徑60mm的PVC水管，截取長20mm的環段，切口打磨光滑，用電鉆在水管兩側位置鉆兩個小孔（注水孔和排氣孔）。

（2）取來一個安全套，用沐浴露清洗干凈，剪開并晾干。將安全套薄膜向四周均勻拉伸并固定在圓形硬紙板上，均勻拉伸薄膜的目的是增強其透光性，保證水透鏡注水時形變均勻。

（3）在PVC水管的切面均勻涂上502膠水，迅速按壓在已準備好的薄膜上，待膠水干后才可松開（圖1）。水管另一側用同樣方法制作。

（4）輸液器截取中間部分，連接上注射器，向水透鏡注水，在排盡空氣時用小螺絲堵住排氣孔。至此，水透鏡做好了（圖2）。

（5）把水透鏡用螺絲安裝在球形燈罩口，把此裝置固定在底座上，做成眼球模型（圖3）。

三、水透鏡模擬晶狀體及視力矯正實驗創新的課堂實效

（1）用強激光筆制成平行光源和發散光源，分別代表遠處物體和近處物體發出的光。

（2）模擬晶狀體的調節作用。在眼球模型的底座內點燃竹香，讓眼球模型充入適量煙霧方便顯示光路。在水透鏡前方放置平行光源，相當于人眼觀察遠處物體。此時遠處物體射來的光經過晶狀體會聚于視網膜前方（圖4）。此時我引導學生思考：人眼中視網膜到晶狀體的距離是不可調整的，眼睛是通過調節晶狀體的厚度而看清遠處的物體。通過探究可知，用注射器從水透鏡向外抽水使晶狀體變薄，此時物體射來的光線恰好落在視網膜上（圖5），說明晶狀體變薄可以看清遠處的物體。而人眼觀察近處物體時（發散的光），晶狀體應變厚才能看清物體。利用可變焦水透鏡眼球模型，可以直觀地說明眼晴是通過調節晶狀體的厚薄而看清遠近不同的物體，為后面探究近視眼的成因及矯正打下堅實的基礎。

（3）模擬近視眼的矯正。由于長時間近距離用眼等原因，導致晶狀體變厚而調節功能變差了，形成了近視眼。來自遠處物體射來的光經晶狀體會聚并不是落在視網膜上，而是落在視網膜的前方。用注射器向水透鏡注水，同學們可以看到水透鏡（晶狀體）是向外凸起了（變厚），從而清楚知道近視眼是由于晶狀體太厚導致的，此時光線的折射路徑很清晰地顯示出來，而不需老師多花口舌來解釋。通過探究可知，在晶狀體前放置度數（焦距）適合的凹透鏡，可以矯正近視眼（圖6）。接下來的探究活動中，學生通過對比和思考很受容易遷移到對遠視眼的成因及矯正方法的探究。

自制水透鏡的眼球模型，可以讓學生直接觀察到晶狀體厚薄的變化，所成的像落在視網膜前方或后方的具體位置，以及矯正時兩束光線的傳播路徑的變化，所成像的光點前后移動的動態情況。它彌補了教材中沒有變焦透鏡的不足，無法模擬人眼調節作用的缺陷，避免了教材中不停更換定焦透鏡的麻煩，減輕學生理解抽象知識的難度。應用眼球模型的創新實驗，原理明了，效果明顯，很好地突破了教學難點，達到很好的教學效果。

參考文獻：

[1]曹蘊瑞.學生實驗用可變焦水透鏡的設計及制作[J].物理教學探討，2014（9）：55.

[2]張育霞.近視眼和遠視眼的成因及矯正演示儀[J].物理通報，2016（1）：58.