沈方圓

摘要 針對(duì)“眼與視覺(jué)”一課教學(xué)過(guò)程中發(fā)現(xiàn)的問(wèn)題，結(jié)合教學(xué)目標(biāo)，設(shè)計(jì)并制作了一種視覺(jué)形成模擬發(fā)生器，可以動(dòng)態(tài)、直觀、整體地進(jìn)行相關(guān)演示，幫助學(xué)生理解視覺(jué)形成的過(guò)程及近視的成因，培養(yǎng)學(xué)生的生物學(xué)核心素養(yǎng)。

關(guān)鍵詞? 視覺(jué)形成模擬發(fā)生器眼球視覺(jué)形成近視成因

中圖分類號(hào) G633.91??????????? 文獻(xiàn)標(biāo)志碼 B

文件編號(hào)：1003-7586（2023）03-0066-02

“眼與視覺(jué)”是蘇科版生物學(xué)教材八年級(jí)上冊(cè)第六單元第十六章第二節(jié)“人體對(duì)信息的感知”中的重點(diǎn)內(nèi)容。教學(xué)中，教師可借助可拆裝眼球模型、雙凸透鏡成像實(shí)驗(yàn)、視覺(jué)形成示意圖等學(xué)習(xí)支架幫助學(xué)生了解眼球的結(jié)構(gòu)、視覺(jué)的形成過(guò)程以及近視成因。在實(shí)際教學(xué)中，教師發(fā)現(xiàn)，學(xué)生在理解上存在誤區(qū)，進(jìn)而產(chǎn)生了一些錯(cuò)誤概念，如光線由虹膜進(jìn)入眼球內(nèi)部、視覺(jué)形成于視網(wǎng)膜等。這些錯(cuò)誤概念是由眼球模型只具備靜態(tài)展示功能而不具備動(dòng)態(tài)調(diào)節(jié)功能，且學(xué)習(xí)支架之間彼此獨(dú)立，尚未構(gòu)成整體造成的。教師結(jié)合學(xué)生學(xué)習(xí)過(guò)程中出現(xiàn)的問(wèn)題，設(shè)計(jì)制作了一種視覺(jué)形成模擬發(fā)生器（以下簡(jiǎn)稱擬發(fā)器），幫助學(xué)生正確理解眼球各部分結(jié)構(gòu)的功能以及視覺(jué)形成的過(guò)程。

1 視覺(jué)形成模擬發(fā)生器的設(shè)計(jì)

在設(shè)計(jì)過(guò)程中，教師首先分析了借助于擬發(fā)器所需解決的教學(xué)問(wèn)題：①眼球成像模型可調(diào)節(jié)化。②視覺(jué)形成過(guò)程整體化。③近視成因直觀化。接著，教師再結(jié)合具體的問(wèn)題，對(duì)擬發(fā)器進(jìn)行設(shè)計(jì)優(yōu)化。該擬發(fā)器由三部分組成，包括眼球成像、視神經(jīng)傳導(dǎo)及視覺(jué)形成（圖1）。

1.1眼球成像

眼球結(jié)構(gòu)復(fù)雜，為了便于學(xué)生能夠整體感知眼球的立體形狀與內(nèi)部結(jié)構(gòu)，教師對(duì)現(xiàn)有的眼球儀進(jìn)行了簡(jiǎn)單優(yōu)化，使其具備動(dòng)態(tài)調(diào)節(jié)功能。教師的具體操作如下：①將眼球儀中的虹膜置換成可調(diào)節(jié)光圈，用以模擬人眼瞳孔大小的調(diào)節(jié)。②將眼球儀中的晶狀體置換成注水透鏡，用以模擬人眼在看遠(yuǎn)近物體時(shí)晶狀體曲度的調(diào)節(jié)。③在眼球儀視網(wǎng)膜上粘貼一張白色硬紙片，讓學(xué)生能夠清晰地觀察到成像結(jié)果。在教學(xué)過(guò)程中，教師用“F”光源代替蠟燭置于眼球儀前方，并將眼球儀的部分眼球壁打開(kāi)，調(diào)節(jié)注水透鏡中的水量，從而使學(xué)生可清晰地觀察到“視網(wǎng)膜”上所形成的倒立縮小物象“?”。

1.2視神經(jīng)傳導(dǎo)

教材中關(guān)于視神經(jīng)的描述較少：物象刺激了視網(wǎng)膜上的感光細(xì)胞，使感光細(xì)胞產(chǎn)生與視覺(jué)有關(guān)的信息，這些信息經(jīng)過(guò)視神經(jīng)傳導(dǎo)到大腦皮質(zhì)的視覺(jué)中樞，就形成了視覺(jué)。通過(guò)簡(jiǎn)單的描述以及靜態(tài)圖片的展示，學(xué)生無(wú)從知曉感光細(xì)胞是如何產(chǎn)生視覺(jué)相關(guān)信息的，更無(wú)從知曉視神經(jīng)的傳導(dǎo)過(guò)程。教師使用光敏傳感器模擬感光細(xì)胞，LED燈帶模擬視神經(jīng)，將5V光控繼電器開(kāi)關(guān)（含光敏傳感器）、5V LED燈帶、電源串聯(lián)在電路中。當(dāng)“F”光源打開(kāi)時(shí)，眼球儀成像，置于“視網(wǎng)膜”前的光敏傳感器會(huì)感受到光，使電路導(dǎo)通，燈帶亮起，從而模擬展示了視覺(jué)信息的產(chǎn)生及視神經(jīng)的傳導(dǎo)過(guò)程。

1.3 視覺(jué)形成

視覺(jué)形成于大腦皮質(zhì)的視覺(jué)中樞。學(xué)生因?yàn)闊o(wú)法直觀地感知視覺(jué)的形成過(guò)程而產(chǎn)生了一些錯(cuò)誤概念，如視覺(jué)形成于視網(wǎng)膜。為幫助學(xué)生正確構(gòu)建視覺(jué)形成的概念，教師在模擬視神經(jīng)的LED 燈帶后連接大腦的結(jié)構(gòu)示意圖，并在大腦示意圖后方視覺(jué)中樞的位置用LED 燈帶黏貼形成“F”字樣，電焊連通，使其串聯(lián)在電路中，隨電路的導(dǎo)通共同亮起，從而模擬視覺(jué)中樞形成視覺(jué)的過(guò)程。

2 視覺(jué)形成模擬發(fā)生器的制作

教師以眼球儀、可調(diào)節(jié)光圈、注水透鏡、白色紙片、F 光源、5V 光控繼電器開(kāi)關(guān)、5V LED 燈帶、電源、硬紙板、大腦結(jié)構(gòu)示意圖、電烙鐵工具包、膠槍等為材料，進(jìn)行擬發(fā)器的組裝，并探究其使用方法。

2.1? 擬發(fā)器的組裝

在組裝擬發(fā)器時(shí)，教師首先將眼球儀中的晶狀體與虹膜分別置換成注水透鏡和可調(diào)節(jié)光圈，用膠槍固定，并在眼球儀視網(wǎng)膜的位置粘貼一張白色硬紙片。接著，教師使用電烙鐵將 LED 燈帶連接成“F”型，將5V 光控繼電器開(kāi)關(guān)、5V LED 燈帶、“F”型 LED 燈帶、電源串聯(lián)在電路中。最后，教師將“F”光源置于眼球儀前方，眼球儀居中，并在其后方放置粘貼于硬紙板上的LED 燈帶，燈帶末端連接粘貼有“F”型LED 燈帶的大腦結(jié)構(gòu)模式圖，最終形成一個(gè)完整的擬發(fā)器。

2.2 使用方法

2.2.1? 眼球儀的調(diào)節(jié)

教師通過(guò)調(diào)節(jié)注水透鏡中的水量，以及“F”光源的遠(yuǎn)近，來(lái)模擬眼球在觀看遠(yuǎn)近物體時(shí)晶狀體的曲度變化?！癋”光源越遠(yuǎn)，注水透鏡中所需注水量越少，晶狀體的曲度越??；“F”光源越近，注水透鏡中所需注水量越多，晶狀體的曲度越大。

瞳孔的放大縮小可通過(guò)調(diào)節(jié)光圈的大小來(lái)模擬?？烧{(diào)節(jié)光圈越大，“F”光源在“視網(wǎng)膜”（白色硬紙片）上所成的像越亮；可調(diào)節(jié)光圈越小，“F”光源在“視網(wǎng)膜”上所成的像越暗（圖2）。

2.2.2 視覺(jué)形成

教師在注水透鏡中加入30 mL 水量，將可調(diào)光圈調(diào)至最大，打開(kāi)“F”光源，調(diào)整位置，使眼球儀的“視網(wǎng)膜”上呈現(xiàn)一個(gè)清晰的倒立縮小的像“?”。接著，教師進(jìn)一步將5V 光控繼電器開(kāi)關(guān)中的光敏傳感器靠近倒立的像“?”，串聯(lián)電路導(dǎo)通時(shí)，5V LED 燈帶亮起，大腦結(jié)構(gòu)示意圖視覺(jué)中樞中的“F”型 LED 燈帶同時(shí)亮起，完整的視覺(jué)形成過(guò)程得以展現(xiàn)（圖3）。

2.2.3 近視的成因

教師在注水透鏡中加入30 mL 水量，將可調(diào)光圈調(diào)至最大，打開(kāi)“F”光源，調(diào)整位置，使眼球儀的視網(wǎng)膜上呈現(xiàn)一個(gè)清晰倒立的像“?”。接著，教師在注水透鏡中再加入10 mL 清水，凸透鏡曲度變大，視網(wǎng)膜上倒立縮小的像“?”變得模糊，當(dāng)教師將眼球儀中的“視網(wǎng)膜”前移時(shí)，則所成的像又變得清晰（圖4）。

3 視覺(jué)形成模擬發(fā)生器的優(yōu)勢(shì)

（1）可調(diào)節(jié)化：在擬發(fā)器中，原本眼球儀中靜態(tài)的晶狀體、虹膜結(jié)構(gòu)被置換成注水透鏡和可調(diào)節(jié)光圈，使構(gòu)成眼球的部分結(jié)構(gòu)具有了動(dòng)態(tài)調(diào)節(jié)的功能，有利于展示眼球成像的過(guò)程。

（2）整體化：區(qū)別于教材中分階段展示視覺(jué)形成的過(guò)程，該擬發(fā)器將視覺(jué)的形成過(guò)程整體化，使視覺(jué)的形成過(guò)程完整地展現(xiàn)在學(xué)生眼前，降低了學(xué)生學(xué)習(xí)的難度，便于學(xué)生理解和正確掌握相關(guān)概念。

（3）直觀化：擬發(fā)器將視覺(jué)的形成過(guò)程與近視的成因可視化，原本抽象的生物學(xué)概念借助擬發(fā)器得以直觀化，一目了然地展現(xiàn)在學(xué)生的眼前，學(xué)生可反復(fù)使用擬發(fā)器加深對(duì)相關(guān)內(nèi)容的理解。

參考文獻(xiàn)：

萬(wàn)小榮，王芳芳.一種視覺(jué)形成模擬器的研發(fā)[J].中學(xué)生物教學(xué)，2021，348（7）：50-51.