王慶平

摘 要：從滬科版第四章第六節(jié)《神奇的眼睛》教材中實(shí)驗(yàn)環(huán)節(jié)設(shè)計(jì)有些不足之處入手，利用身邊隨手可得的物品特別是廢棄物品進(jìn)行實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)，得到“神奇的眼睛”自制教具，教師通過實(shí)踐教學(xué)證明該教具十分有效，并參加泉州市第十一屆青少年科技創(chuàng)新大賽獲二等獎(jiǎng)。

關(guān)鍵詞：可變焦水透鏡；廢棄物品；變廢為寶

初中物理很多知識與概念，都是要讓學(xué)生通過實(shí)驗(yàn)探究活動(dòng)來獲得的，學(xué)生在經(jīng)歷物理探究過程中體驗(yàn)學(xué)習(xí)物理的樂趣，感悟物理知識，從而形成良好的科學(xué)態(tài)度與價(jià)值觀 [1 ]。然而，當(dāng)今多數(shù)初中校尤其是農(nóng)村校的實(shí)驗(yàn)器材尚不能與教材完全匹配，我省學(xué)校實(shí)驗(yàn)室現(xiàn)有實(shí)驗(yàn)器材是按照2007年福建省教育廳頒發(fā)的《福建省初中理科教學(xué)儀器配備標(biāo)準(zhǔn)》配備的，盡管新目錄有做一些新的修訂，但是依舊滿足不了新課程背景下靈活多變探究性實(shí)驗(yàn)教學(xué)的要求。因此，倡導(dǎo)利用身邊隨手可得的物品特別是廢棄物品進(jìn)行實(shí)驗(yàn)探究 [2 ]，既可以解決或緩解實(shí)驗(yàn)器材不足的問題，又可以拉近物理和生活的距離，使學(xué)生真切地感受科學(xué)和日常生活的密切聯(lián)系，這對物理課程改革具有重要意義，也真正做到讓物理走向社會。

1 本自制教具設(shè)計(jì)的基本思路

《神奇的眼睛》是滬科版八年級物理第四章《多彩的光》第六節(jié)的教學(xué)內(nèi)容，教材在介紹視力的矯正時(shí)（P76），用一個(gè)凸透鏡來模擬眼睛的晶狀體，利用兩條平行光線通過凹透鏡（凸透鏡）與凸透鏡匯聚于光屏上，進(jìn)而說明視力矯正時(shí)使用凹、凸透鏡的原理 [3 ]。這樣的設(shè)計(jì)我覺得有以下幾個(gè)問題：

（1）演示實(shí)驗(yàn)時(shí)要得到兩條平行光線不容易，特別是農(nóng)村中學(xué)。

（2）平行光匯聚于一點(diǎn)也讓學(xué)生產(chǎn)生一個(gè)疑問，我們的視網(wǎng)膜上的像是否也是一個(gè)亮斑呢？

（3）眼睛會近視與遠(yuǎn)視的形成過程無法直觀展現(xiàn)給學(xué)生，讓學(xué)生在學(xué)習(xí)過程中還存有疑問：眼睛為什么會變成近視眼或遠(yuǎn)視眼？

（4）教師用此裝置演示有否配帶凹透鏡（凸透鏡）實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象對比時(shí)要移動(dòng)光屏讓平行光匯聚的點(diǎn)呈現(xiàn)在光屏上，會讓學(xué)生誤解我們的視網(wǎng)膜也會移動(dòng)。

為了解決以上問題，設(shè)計(jì)了本教具，利用可變焦水透鏡的針筒推拉來實(shí)現(xiàn)連續(xù)改變透鏡的焦距，介紹眼睛的近、遠(yuǎn)視的成因，并在視網(wǎng)膜上形成一個(gè)倒立、縮小的像，更形象直觀讓學(xué)生明白我們視網(wǎng)膜上的成像規(guī)律，同時(shí)改變焦距后，視網(wǎng)膜上的像也會變得模糊不清，在水透鏡前再增加一個(gè)水透鏡，利用推拉活塞實(shí)現(xiàn)在視網(wǎng)膜上得到一個(gè)清楚的像，再給學(xué)生展示這個(gè)矯正的水透鏡，非常直觀的得到實(shí)驗(yàn)結(jié)論：“近凹遠(yuǎn)凸”，同時(shí)也不用改變晶狀體與視網(wǎng)膜之間的距離，不會讓學(xué)生產(chǎn)生不必要的誤解。

2 制作材料

廢棄紙盒若干、直徑5cmPVC水管9cm、直徑11cmPVC水管3cm、避孕套3個(gè)、20ml針筒2個(gè)、50ml針筒1個(gè)、可充電手電筒一個(gè)、橡皮筋若干、電工刀1把、剪刀1把、電鉆1把、鐵鋸1把、A4紙1張、透明膠1個(gè)、直徑5cm水管金屬附架3付。

3 制作過程

3.1 成像物體制作

如圖1，用鐵鋸將直徑7.5cm羽毛球紙筒鋸一段20cm長的紙筒，在一端封上一段已貼有由紅色紙剪成5.5cm高的紅色箭頭的透明膠。再鋸一段10cm長的紙筒，一端插入可充電的手電筒，另一端套在有貼有透明膠的紙筒上。

3.2 可變焦水透鏡的制作

用鐵鋸將9cmPVC水管平均鋸成三段，并在水管邊緣處鋸兩條凹槽，用電工刀將水管口刮平，取出避孕套，用洗衣粉洗干凈后，將3cm水管裝入避孕套中，管兩邊用橡皮筋扎實(shí)，且把橡皮筋移到凹槽中固定，用剪刀將剩余的避孕套剪掉，再用電鉆在水管管壁中間鉆一個(gè)直徑0.4cm的小孔，利用金屬附架鎖好，做到金屬孔對準(zhǔn)剛鉆好的小孔。

打開自來水，往小孔灌入水，待兩邊避孕套的橡皮膜鼓起時(shí)，將已抽有水的針筒扎入小孔中，可變焦水透鏡制成了，如圖2，但要制作凹透鏡要注意，針筒抽的水要少一些。在針筒扎入時(shí)，應(yīng)用手往橡皮膜稍微壓一下，讓水透鏡中的水滿出一些即可，目的是要擠出水透鏡中的氣泡。

3.3 視網(wǎng)膜制作

用鐵鋸把直徑11cmPVC水管邊緣處鋸兩條凹槽，再將A4紙封在直徑11cmPVC水管上，用橡皮筋扎實(shí)即可。

3.4 底座制作及傳光導(dǎo)管制作

3.4.1 底座制作：取出紙盒子，用剪刀沿一邊兩個(gè)拐角剪開，為了在演示實(shí)驗(yàn)時(shí)可以攤開，防止紙皮擋住學(xué)生的視線，在一側(cè)每隔15cm粘上一個(gè)由硬紙組成的支架，用于放置成像物體。在另一側(cè)末直接安放已制作完成的視網(wǎng)膜。

3.4.2 傳光導(dǎo)管制作：取一段21cm長的羽毛球紙筒，用電工刀沿其軸內(nèi)割開，再沿軸向剪去3cm寬，使其能插入成像物體紙筒當(dāng)中；在一末端兩邊割出兩個(gè)2.2cm寬的缺口，缺口間距2cm，另一個(gè)缺口放矯正水透鏡，第二個(gè)缺口放置“眼睛”。

4 實(shí)驗(yàn)操作說明書

（1）將傳光導(dǎo)管插入成像物體中，放在底座上，在傳光導(dǎo)管末第2個(gè)缺口放入一個(gè)可變焦水透鏡（凸透鏡），打開手電筒，調(diào)整水透鏡的活塞，在視網(wǎng)膜上成一個(gè)清楚的倒立、縮小的箭頭的像，引導(dǎo)學(xué)生觀察，在我們視網(wǎng)膜上成的像是這樣的，利用直觀的物理現(xiàn)象突破抽象的物理難點(diǎn)。

（2）當(dāng)上拉或下壓水透鏡的活塞時(shí)，會導(dǎo)致視網(wǎng)膜上的箭頭的像模糊不清，可以直接給學(xué)生介紹眼睛因使用不當(dāng)而使晶狀體變化形成遠(yuǎn)視與近視。

（3）視力矯正實(shí)驗(yàn)

①當(dāng)把活塞下壓時(shí)，會觀察水透鏡變凸一些，同時(shí)視網(wǎng)膜上成的像也會變得模糊一些，再拿一個(gè)可變焦水透鏡（凹透鏡）放在傳光導(dǎo)管末端第一個(gè)缺口中，調(diào)整活塞的位置，使視網(wǎng)膜上成一個(gè)清楚的像，并向?qū)W生展示矯正視力水透鏡的形狀，不僅得出近視眼要配戴凹透鏡，同時(shí)也可以看到近視眼（水透鏡）會凸一些。

②同上，把活塞向上拉時(shí)，用可變焦水透鏡（凸透鏡）去矯正。

5 本教具的優(yōu)點(diǎn)

（1）節(jié)約：要完成本實(shí)驗(yàn)，傳統(tǒng)方法上都用點(diǎn)燃的蠟燭，而蠟燭和火柴是一次性消費(fèi)品。本教具采用可充電手電筒，可循環(huán)使用。再者本教具制作材料除了手電筒外，都是生活中的廢棄品，做到變廢為寶。

（2）減排：當(dāng)學(xué)生用傳統(tǒng)方法點(diǎn)燃蠟燭時(shí)會排放二氧化碳，增加本已傷痕累累地球的負(fù)擔(dān)，本教具采用手電筒光箭頭成像，避免溫室氣體的排放。

（3）本教具能夠輕松解決教材實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)的弊端：當(dāng)給學(xué)生演示眼睛構(gòu)造時(shí)，學(xué)生可清晰的看到一個(gè)倒立、縮小的“箭頭”的像，引導(dǎo)學(xué)生觀察并理解在我們視網(wǎng)上看到的像是倒立的、縮小的像，同時(shí)闡明我們平時(shí)看到的像是正立的，那是神經(jīng)系統(tǒng)幫的忙。在演示過程中，始終沒有移動(dòng)視網(wǎng)膜，符合學(xué)生的認(rèn)知水平。

（4）可展示眼睛近視、遠(yuǎn)視的成因：眼睛近視主要成因是因晶狀體變凸導(dǎo)致的，實(shí)驗(yàn)時(shí)可將活塞向下壓，讓學(xué)生觀察自制凸透鏡形變情況，學(xué)生可清晰觀察到自制凸透鏡變凸，理解近視成因，遠(yuǎn)視類同。教師可在教學(xué)過程教育學(xué)生注意用眼衛(wèi)生，防止眼睛近視。

（5）體現(xiàn)STS：學(xué)生看到老師用該自制教具教學(xué)的同時(shí)也會關(guān)注到本教具的制作材料都是生活中常見的生活廢棄品，引發(fā)學(xué)生自發(fā)思考，物理其實(shí)離我們不遠(yuǎn)，就在身邊，并提高學(xué)生學(xué)習(xí)的積極性，甚至?xí)ぐl(fā)部分學(xué)生自己動(dòng)手制作與研究有關(guān)他自己興趣的物理知識。

本自制教具參加2014年泉州市第十一屆青少年科技創(chuàng)新大賽榮獲二等獎(jiǎng)，同時(shí)榮獲賢鑾獎(jiǎng)。

顯而易見，利用隨手可得的日常用品，經(jīng)過少量的加工，設(shè)計(jì)出簡單易行、生動(dòng)有趣的物理教具，甚至比正規(guī)儀器更適用，利用這些選材簡單的、貼近生活的、不需花很多的時(shí)間精力去準(zhǔn)備的實(shí)驗(yàn)器材，就可以完成的隨堂實(shí)驗(yàn)，為每個(gè)學(xué)生動(dòng)手參與、實(shí)驗(yàn)探究提供了必要的物質(zhì)基礎(chǔ)，可以激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)愿望，有效地激勵(lì)學(xué)生的學(xué)習(xí)動(dòng)機(jī)，增強(qiáng)學(xué)習(xí)體驗(yàn)過程。這不但是解決儀器不足的有力措施，而且可以使學(xué)生感受到物理就在身邊，讓學(xué)習(xí)充滿樂趣。同時(shí)，這些新穎、獨(dú)特、奇妙的實(shí)驗(yàn)帶給學(xué)生的新奇感覺和新鮮刺激是無與倫比的，由此而對三維培養(yǎng)目標(biāo)產(chǎn)生的“催化”效果和促進(jìn)作用也是無可比擬的 [4 ]。對促進(jìn)學(xué)生的觀察能力、探索能力、操作能力、創(chuàng)新能力都有積極的意義。

參考文獻(xiàn)：

[1]倪閩景，劉貴興，周鴻燁.自主物理實(shí)驗(yàn)[M].上海：上海教育出版社，2007；46-47，98-100.

[2]于玉琴，劉炳升.有特色的初中物理實(shí)驗(yàn)[J].物理教學(xué)，2006（9）：31-32.

[3] 廖伯琴，張大昌.物理課程標(biāo)準(zhǔn)（實(shí)驗(yàn)）解讀[M].武漢：湖北教育出版社，2004.

[4]趙力紅.低成本，高智慧，深探究[J].中學(xué)物理教與學(xué)，2007（2）.