基于創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)的“眼和視覺(jué)”的探究

陳 坤 徐廣宇

（南京外國(guó)語(yǔ)學(xué)校仙林分校 江蘇南京 210023）

“眼和視覺(jué)”屬于江蘇鳳凰教育出版社7 年級(jí)《生物學(xué)》下冊(cè)第12 章第3 節(jié)“人體感知信息”的內(nèi)容，其中“眼的基本結(jié)構(gòu)和視覺(jué)的形成”是本節(jié)課的重、難點(diǎn)[1]。在本節(jié)課之前，學(xué)生已進(jìn)行了心臟和腎臟的解剖，具備一定的解剖能力，為本節(jié)課的實(shí)驗(yàn)打下基礎(chǔ)。如果按照教材的安排，在介紹眼球結(jié)構(gòu)時(shí)，對(duì)照模式圖進(jìn)行講解，缺少豐富的事實(shí)支撐，學(xué)生很難建構(gòu)眼球結(jié)構(gòu)的相關(guān)概念；在講解近視眼的成因及矯正時(shí)，也是陳述性講述，缺少了探究的過(guò)程，學(xué)生很難內(nèi)化相關(guān)知識(shí)。因此，筆者開(kāi)展牛眼解剖實(shí)驗(yàn)，對(duì)照前人已發(fā)表的文章[2]，請(qǐng)教醫(yī)院的眼科醫(yī)生，設(shè)計(jì)了學(xué)生可操作的牛眼解剖實(shí)驗(yàn)，直接觀察眼球的結(jié)構(gòu)；結(jié)合物理學(xué)的知識(shí)，利用晶狀體和光具座等，探究近視的成因及矯正。創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)挖掘了教材知識(shí)和內(nèi)涵，提高學(xué)生的生物學(xué)學(xué)科核心素養(yǎng)。

1 教學(xué)過(guò)程

1.1 圖片質(zhì)疑引入新知 展示牛眼中晶狀體圖片（圖1）。設(shè)問(wèn)：大家猜一猜，這么漂亮的結(jié)構(gòu)可能是什么？并作出提示：每個(gè)人都有類(lèi)似的結(jié)構(gòu)。學(xué)生根據(jù)自身的知識(shí)儲(chǔ)備和生活經(jīng)驗(yàn)，應(yīng)該無(wú)法辨認(rèn)此結(jié)構(gòu)。但提示語(yǔ)“每個(gè)人都有類(lèi)似的結(jié)構(gòu)”極大提高了學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，為后續(xù)的解剖實(shí)驗(yàn)作鋪墊。

圖1 晶狀體結(jié)構(gòu)

1.2 觀察牛眼外部結(jié)構(gòu) 學(xué)生2 人一組，對(duì)照教材“眼球的結(jié)構(gòu)”圖，觀察解剖盤(pán)中的牛眼，嘗試辨認(rèn)外部結(jié)構(gòu)，并說(shuō)明辨認(rèn)的理由（圖2）。學(xué)生很容易找到鞏膜和角膜，有的學(xué)生甚至能辨認(rèn)瞳孔周?chē)暮缒ぁ?/p>

圖2 眼球外部結(jié)構(gòu)

1.3 刮開(kāi)鞏膜和角膜 用解剖刀刮開(kāi)角膜約

0.5 cm 及鞏膜約1.5 cm，感受其韌性（圖3）。思考：鞏膜比較堅(jiān)韌，具有什么作用？部分學(xué)生懼怕解剖牛眼，可播放視頻演示操作過(guò)程，讓學(xué)生熟悉和感受解剖的過(guò)程。在學(xué)生刮開(kāi)角膜過(guò)程中，感受角膜的脆弱，形成保護(hù)眼睛防止機(jī)械損傷的意識(shí)。完成實(shí)驗(yàn)后，設(shè)置思考題：鞏膜比較堅(jiān)韌，具有什么作用？學(xué)生一般需要刮10 次左右才可刮開(kāi)鞏膜，明顯能感受到鞏膜的韌性，聯(lián)想到其具有保護(hù)作用。從結(jié)構(gòu)拓展到功能，自然過(guò)渡易于理解。

圖3 刮開(kāi)角膜和鞏膜

1.4 剝離晶狀體、玻璃體和睫狀體 用手輕輕擠壓眼球，并用清水沖洗擠出的結(jié)構(gòu)（圖4）。辨認(rèn)各部分的結(jié)構(gòu)，并說(shuō)出辨認(rèn)的理由。用手捏一捏“最小的球”和“周?chē)z狀物體”，說(shuō)一說(shuō)感受。圖片的疑惑終于解開(kāi)，如此漂亮結(jié)構(gòu)，將課堂氣氛推向高潮，請(qǐng)學(xué)生對(duì)照教材識(shí)別各部分結(jié)構(gòu)，讓學(xué)生捏一捏“最小的球”和“周?chē)z狀物體”。設(shè)置問(wèn)題：1）睫狀體具有什么作用？2）玻璃體具有什么作用？學(xué)生可觀察到“晶狀體周?chē)墙逘铙w”，為講解“睫狀體能夠調(diào)節(jié)晶狀體的曲度”作好鋪墊。學(xué)生也容易觀察到玻璃體體積非常大，而且是透明的膠狀物，容易遷移至玻璃體，具有支撐眼球和透光的作用。在此基礎(chǔ)上，可適當(dāng)拓展，例如，晶狀體渾濁會(huì)導(dǎo)致白內(nèi)障、玻璃體渾濁會(huì)導(dǎo)致飛蚊癥，聯(lián)系生活實(shí)際，提高學(xué)生的社會(huì)責(zé)任感。

圖4 晶狀體、睫狀體和玻璃體

1.5 晶狀體折射 用解剖針穿起晶狀體，放在激光筆線光源前，觀察光線變化，說(shuō)一說(shuō)發(fā)生了什么變化（圖5）？

圖5 晶狀體折射

運(yùn)用物理學(xué)的線光源，進(jìn)行晶狀體對(duì)光的折射實(shí)驗(yàn)，使難理解的“晶狀體對(duì)光具有折射作用”變得生動(dòng)直觀。

1.6 觀察角膜 用解剖針挑起角膜，觀察角膜特點(diǎn)，并且說(shuō)一說(shuō)觀察到的現(xiàn)象（圖6）。

圖6 角膜

學(xué)生很容易觀察到“角膜透明，彎曲如球面”。

1.7 翻折找視網(wǎng)膜和視神經(jīng) 將眼球從切口處翻開(kāi)，你能找到什么結(jié)構(gòu)？具有什么特點(diǎn)？用解剖針穿透“凹點(diǎn)”，從什么位置穿透（圖7、圖8）？

圖7 視網(wǎng)膜和脈絡(luò)膜

圖8 視神經(jīng)

本環(huán)節(jié)的操作，學(xué)生需要理解“內(nèi)層的視網(wǎng)膜翻折后到了外面”，可借助希沃軟件（手機(jī)應(yīng)用APP 希沃授課助手）呈現(xiàn)較好的學(xué)生作品[3]。視網(wǎng)膜結(jié)構(gòu)比較明顯，特別是可觀察到“視網(wǎng)膜中感光細(xì)胞中的感光色素”，這樣學(xué)生就容易理解“視網(wǎng)膜具有感光作用”。用解剖針沿著“凹點(diǎn)”刺穿，正好可穿透至視神經(jīng)。

經(jīng)以上實(shí)驗(yàn)操作，學(xué)生很容易構(gòu)建“外界光線透過(guò)角膜，由瞳孔進(jìn)入眼球內(nèi)部，經(jīng)過(guò)晶狀體折射和透過(guò)玻璃體，到達(dá)視網(wǎng)膜”的概念。有助于理解“視網(wǎng)膜上的感光細(xì)胞受光的刺激而產(chǎn)生神經(jīng)沖動(dòng)，神經(jīng)沖動(dòng)沿著視神經(jīng)傳導(dǎo)”的概念。

1.8 近視的成因及矯正

步驟1：將晶狀體取出，小心地將其固定在燒瓶夾上，將含有晶狀體的燒瓶夾固定在滑座上，置于光具座標(biāo)尺70 cm 處；將光屏置于73 cm 處；將F 光源置于64 cm 處。觀察光屏上所成的像，說(shuō)一說(shuō)像的特點(diǎn)（圖9）。

圖9 晶狀體正常成像

步驟2：將燒瓶夾的螺絲收緊3 圈，使晶狀體的凸度變大。觀察光屏上所成的像，說(shuō)一說(shuō)像的特點(diǎn)（圖10）。

圖10 晶狀體凸度變大

步驟3：在光屏上靠近晶狀體一側(cè)，粘貼25 張A4 紙（約2.5 mm）。觀察光屏上所成的像，說(shuō)一說(shuō)像的特點(diǎn)（圖11）。

圖11 光屏前接收成像

步驟4：取下A4 紙（或旋轉(zhuǎn)光屏到無(wú)A4 紙的一面），在光具座67 cm 處放置一個(gè)焦距為5 cm 的凹透鏡。觀察光屏上所呈的像，說(shuō)一說(shuō)像的特點(diǎn)（圖12）。

圖12 凹透鏡糾正

說(shuō)明：取出晶狀體時(shí)，要連著睫狀體，否則晶狀體容易松散；晶狀體夾在燒瓶夾上，燒瓶夾附著在滑座上，晶狀體在滑座刻度的右側(cè)約1 cm處，即晶狀體的焦距約2 cm；圖9～圖12 中含有晶狀體的燒瓶夾均置于70 cm 處、F 光源均置于64 cm 處、光屏都均置于73 cm 處，由于拍照角度問(wèn)題，視覺(jué)上有點(diǎn)偏差。

通過(guò)步驟1，學(xué)生可在光屏上明顯地觀察到清晰的“倒F”圖像，理解“晶狀體相當(dāng)于凸透鏡，對(duì)光線具有會(huì)聚作用”；通過(guò)步驟2，可觀察到光屏上的“倒F”圖像變得模糊，了解“當(dāng)晶狀體曲度過(guò)大時(shí)，即近視時(shí)，視線會(huì)變得模糊”；通過(guò)步驟3，可觀察到光屏上的“倒F”圖像再次清晰，明白“當(dāng)晶狀體曲度過(guò)大時(shí)，圖像呈在視網(wǎng)膜的前方”；通過(guò)步驟4，可觀察到光屏上的“倒F”圖像再次清晰，掌握“近視眼需要佩戴凹透鏡進(jìn)行矯正”。

通過(guò)以上4 個(gè)實(shí)驗(yàn)步驟，學(xué)生親身體驗(yàn)了“眼球的的成像”，驗(yàn)證了當(dāng)“晶狀體凸度過(guò)大”成像在“視網(wǎng)膜”的前方而導(dǎo)致的近視，需要佩戴凹透鏡進(jìn)行矯正。對(duì)于眼球前、后徑過(guò)長(zhǎng)造成的真性近視，可讓學(xué)生進(jìn)行自主探究，即將光屏向后移動(dòng)，圖像變得模糊。

1.9 整理和總結(jié) 實(shí)驗(yàn)操作結(jié)束，要求學(xué)生整理好器材，為這只牛眼默哀10 s。告知值日生下課后，將解剖后的牛眼收集在一起，教師會(huì)將其處理。請(qǐng)學(xué)生總結(jié)本次實(shí)驗(yàn)的收獲，特別是要分清楚眼球結(jié)構(gòu)的層次。培養(yǎng)學(xué)生熱愛(ài)生命的意識(shí)，同時(shí)消除部分學(xué)生解剖過(guò)程的恐懼和愧疚感。學(xué)生梳理本次實(shí)驗(yàn)的收獲，整合零碎知識(shí)，構(gòu)建眼球結(jié)構(gòu)和視覺(jué)形成的概念。

2 總結(jié)

《義務(wù)教育生物學(xué)課程標(biāo)準(zhǔn)（2011 年版）》的實(shí)施建議中提出：生物學(xué)教師可采用生物材料設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)，創(chuàng)造條件，就地取材，開(kāi)設(shè)好生物學(xué)實(shí)驗(yàn)[4]。本節(jié)課的實(shí)驗(yàn)創(chuàng)新設(shè)計(jì)，改變了傳統(tǒng)的枯燥講解，變“教教材”為“用教材”，取材于身邊的生物材料，以實(shí)驗(yàn)探究的形式，逐步剖析眼球的結(jié)構(gòu)，模擬近視的成因及矯正，實(shí)現(xiàn)概念的螺旋式發(fā)展。

在知識(shí)層面：學(xué)生親身觀察了“角膜、鞏膜、虹膜、晶狀體、睫狀體、玻璃體、視網(wǎng)膜和視神經(jīng)”等結(jié)構(gòu)，明確分清了“角膜和鞏膜在外層；虹膜和睫狀體在中層；視網(wǎng)膜在內(nèi)層”；深入理解了“鞏膜堅(jiān)韌，具有保護(hù)作用；睫狀體在晶狀體周?chē){(diào)節(jié)晶狀體；晶狀體透明，富有彈性，具有折射光線作用；玻璃體支撐眼球，對(duì)光線具有透過(guò)作用；角膜透明，彎曲如球面；視網(wǎng)膜感光細(xì)胞具有感光色素，具有感光作用”；晶狀體相當(dāng)于凸透鏡，對(duì)光具有會(huì)聚作用；晶狀體曲度過(guò)大，成像在視網(wǎng)膜的前方，會(huì)導(dǎo)致近視，需要佩戴凹透鏡進(jìn)行矯正。

在能力層面：通過(guò)牛眼解剖和模擬近視實(shí)驗(yàn)，提高觀察、操作，以及歸納和總結(jié)的能力。

在情感、態(tài)度和價(jià)值觀層面：通過(guò)牛眼解剖和模擬近視實(shí)驗(yàn)，形成實(shí)事求是的科學(xué)態(tài)度和關(guān)愛(ài)眼睛尊重生命的意識(shí)。同時(shí)，通過(guò)牛眼解剖的探究實(shí)驗(yàn)，提高了學(xué)生的生物學(xué)學(xué)科核心素養(yǎng)：運(yùn)用眼的結(jié)構(gòu)和功能，解釋一定情境中的生命現(xiàn)象，屬于生命觀念的提升；通過(guò)解剖的過(guò)程，理解眼的結(jié)構(gòu)層次和部分結(jié)構(gòu)所具有的功能，屬于科學(xué)思維的提升；正確完成牛眼解剖和模擬近視實(shí)驗(yàn)，并作好討論與交流，屬于科學(xué)探究的提升；解剖牛眼，體會(huì)眼的脆弱，形成保護(hù)眼的觀念，正確處理解剖完的牛眼，尊重生命，屬于社會(huì)責(zé)任的提升。

綜上所述，本次創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)，巧妙地完成了教學(xué)目標(biāo)，提高了學(xué)生生物學(xué)學(xué)科核心素養(yǎng)。