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1设计背景
江苏科学技术出版社八年级物理教材第四章第四节中，眼球的成像原理和调节方式以图片和知识链接的形式呈现，教师往往采用图片或多媒体演示的手段进行教学，学生缺乏直观体验.视力的缺陷和矫正这一知识点，教材中设计了一个探究活动——模拟探究近视眼的缺陷，在此项活动中教材采用焦距固定的普通凸透镜来演示，说明近视的成因和视力矫正的方法，尚不能很好地模拟晶状体调节焦距的过程，实验效果不够理想.教材中先戴上眼镜成清晰的像，再移去眼镜找像的位置，这样由逆向思维得出正确结论的方式，对学生而言有一定的思维难度.
2设计思路
教材编写思路和传统教学的方式受到实验可用器材的限制，因此设计简便易行、效果明显的变焦透镜的制作方法是解决这一问题的突破口.通过注水、抽水等方式来改变水透镜的焦距从而模拟睫状肌对晶状体弯曲度的调节，改进了通常多次更换定焦透镜实验等方法，具有很好的演示效果，完全满足实验的全部演示要求.
3变焦水透镜的制作
适合学生分组探究活动的水透镜要求成像清晰、制作简单、成本低廉、能够和常用的光具座之间直接组合.
3.1透镜外框的选择
为了能够简便地和通用J2507型光具座直接组合，笔者选用Φ50有柄透镜外框（图1），这种透镜是最常见的光具座配套元件，其塑料框的内箍可以取下，取走原来的透镜，金属柄可以直接插在光具座的孔内.
3.2透镜体的制作
如图2所示，透镜体采用橡胶圈制作，为了能够嵌入外框中，橡胶圈的尺寸设计为外径×内径×厚度=50 mm×40 mm×4 mm，在橡胶圈的一侧用502胶水固定一片直径为50 mm的亚克力透明圆片，这样有利于橡胶圈的定型，增加水透镜的强度.以上两种材料均可在淘宝等网上商城联系定制，价格约为1元一件.橡胶圈的另一侧则用502胶水封闭一片薄透明橡胶膜，在粘贴橡胶膜时应当特别注意，橡胶膜应当在自然不受力的状态下粘贴，切不可用力拉伸，因为绷紧粘贴极有可能造成各方向拉伸程度不同，在注水变焦时形成柱面形变，无论怎么调节都无法成清晰的像.
3.3注水件的选择
该透镜使用医用一次性注射器通过静脉滴注管对透镜进行注水抽水，改变透镜焦距.为了能够在探究活动中让学生体验晶状体调节能力的缺陷，本实验特地采用容量为1 mL的一次性医用注射器.静脉滴注管只取用最下端（缓冲管到针头部分）.
3.4水透镜的组装
在透镜外框合适的位置锯出一段小豁口，将做好的透镜体放入透镜外框中.通过小豁口插入滴注管的针头，注意针头不能露出过多，以免碰到橡胶膜将其刺破，同时应当避免二次插拔针头，否则原来的针头插孔处会漏水.滴注管的另一头和注射器相连.通过注射器对水透镜注水，注水时要适当翻转水透镜，及时排出里面的空气.将注好水的透镜安装在光具座上，即可进行实验.
4模拟人眼及视力矫正实验的创新设计
4.1情景创设形式的创新
演示人眼在看远近不同物体的调节方式时，使用定焦透镜只能移动光源到2～3个远近不同的固定位置，同时换用几个焦距不同的凸透镜，使之分别成清晰的像.这样的做法采样点很少，以点带面的方式抽象了规律的构建.
将代表视网膜的光屏固定在光具座的最远端（90 cm刻度处），水透镜固定在75 cm刻度处，在48 cm、58 cm刻度处分别放置一红一绿两个不同颜色的LED光源.此时通过调节使其中一个光源成清晰的像，另一个光源成像明显模糊.这样的情景创设更接近真实生活.当需要看清另一个物体时，教师通过引导使学生发现，眼球不能调节视网膜的位置（即像距），只能通过给水透镜注水或抽水，改变晶状体的弯曲程度来看清不同远近的物体.同时学生观察到原先清晰的物体变得模糊了.经过创新后的实验，不仅模拟了眼球的结构，更能够让学生在探究过程中通过亲手实验，感知眼球调节过程，了解调节方法.
4.2问题构建模式的创新
教材对近视成因的设计是先让定焦透镜“戴”上凹透镜，再取下眼镜，观察像的位置.而利用水透镜可以通过一个任务式的设计，模拟视力的缺陷，让学生在活动中自主发现问题：在光具座上只保留一个光源，让学生设计只用一个光源演示眼睛调节功能的实验.学生在逐渐向远处移动光源时，不断地抽水使水透镜焦距变长，但是教师事先精确控制了注射器中的水量，使学生将光源移动到一定程度时，注射器已经拉到最长位置无法再抽水，以此引导学生思考此时发生的现象（看不清远处的物体）、操作中出现的困难（无法继续抽水调节）、生活中类似的现象（近视眼看不清远处的物体）、解决问题的方法（佩戴合适的透镜）.通过一系列的活动，学生很自然地理解近视眼的成因和矫正方法，思维活跃度达到了顶点，发现问题、分析处理能力的科学素养得以提升.
4.3迁移能力培养的创新
探究过程中学生通过对近视现象的发现过程和矫正方法的思考，较容易地迁移到远视现象的分析，此时学生已经可以自己设计远视眼的模拟实验和矫正方法，这是传统定焦透镜实验不易做到的.
变焦水透镜解决了物理和生物课程中演示人眼成像原理时无法实现的变焦功能的缺陷，模拟了晶状体的调节和成像.使得教学过程更形象、直观.水透镜制作简单，成本在4元左右，非常低廉，适于制作学生分组活动器材.基于水透镜的创新型的学生探究活动，培养了学生的思维能力、动手能力和创新能力，增强了主动保护眼睛的意识，落实了新课程的教学理念.
江苏科学技术出版社八年级物理教材第四章第四节中，眼球的成像原理和调节方式以图片和知识链接的形式呈现，教师往往采用图片或多媒体演示的手段进行教学，学生缺乏直观体验.视力的缺陷和矫正这一知识点，教材中设计了一个探究活动——模拟探究近视眼的缺陷，在此项活动中教材采用焦距固定的普通凸透镜来演示，说明近视的成因和视力矫正的方法，尚不能很好地模拟晶状体调节焦距的过程，实验效果不够理想.教材中先戴上眼镜成清晰的像，再移去眼镜找像的位置，这样由逆向思维得出正确结论的方式，对学生而言有一定的思维难度.
2设计思路
教材编写思路和传统教学的方式受到实验可用器材的限制，因此设计简便易行、效果明显的变焦透镜的制作方法是解决这一问题的突破口.通过注水、抽水等方式来改变水透镜的焦距从而模拟睫状肌对晶状体弯曲度的调节，改进了通常多次更换定焦透镜实验等方法，具有很好的演示效果，完全满足实验的全部演示要求.
3变焦水透镜的制作
适合学生分组探究活动的水透镜要求成像清晰、制作简单、成本低廉、能够和常用的光具座之间直接组合.
3.1透镜外框的选择
为了能够简便地和通用J2507型光具座直接组合，笔者选用Φ50有柄透镜外框（图1），这种透镜是最常见的光具座配套元件，其塑料框的内箍可以取下，取走原来的透镜，金属柄可以直接插在光具座的孔内.
3.2透镜体的制作
如图2所示，透镜体采用橡胶圈制作，为了能够嵌入外框中，橡胶圈的尺寸设计为外径×内径×厚度=50 mm×40 mm×4 mm，在橡胶圈的一侧用502胶水固定一片直径为50 mm的亚克力透明圆片，这样有利于橡胶圈的定型，增加水透镜的强度.以上两种材料均可在淘宝等网上商城联系定制，价格约为1元一件.橡胶圈的另一侧则用502胶水封闭一片薄透明橡胶膜，在粘贴橡胶膜时应当特别注意，橡胶膜应当在自然不受力的状态下粘贴，切不可用力拉伸，因为绷紧粘贴极有可能造成各方向拉伸程度不同，在注水变焦时形成柱面形变，无论怎么调节都无法成清晰的像.
3.3注水件的选择
该透镜使用医用一次性注射器通过静脉滴注管对透镜进行注水抽水，改变透镜焦距.为了能够在探究活动中让学生体验晶状体调节能力的缺陷，本实验特地采用容量为1 mL的一次性医用注射器.静脉滴注管只取用最下端（缓冲管到针头部分）.
3.4水透镜的组装
在透镜外框合适的位置锯出一段小豁口，将做好的透镜体放入透镜外框中.通过小豁口插入滴注管的针头，注意针头不能露出过多，以免碰到橡胶膜将其刺破，同时应当避免二次插拔针头，否则原来的针头插孔处会漏水.滴注管的另一头和注射器相连.通过注射器对水透镜注水，注水时要适当翻转水透镜，及时排出里面的空气.将注好水的透镜安装在光具座上，即可进行实验.
4模拟人眼及视力矫正实验的创新设计
4.1情景创设形式的创新
演示人眼在看远近不同物体的调节方式时，使用定焦透镜只能移动光源到2～3个远近不同的固定位置，同时换用几个焦距不同的凸透镜，使之分别成清晰的像.这样的做法采样点很少，以点带面的方式抽象了规律的构建.
将代表视网膜的光屏固定在光具座的最远端（90 cm刻度处），水透镜固定在75 cm刻度处，在48 cm、58 cm刻度处分别放置一红一绿两个不同颜色的LED光源.此时通过调节使其中一个光源成清晰的像，另一个光源成像明显模糊.这样的情景创设更接近真实生活.当需要看清另一个物体时，教师通过引导使学生发现，眼球不能调节视网膜的位置（即像距），只能通过给水透镜注水或抽水，改变晶状体的弯曲程度来看清不同远近的物体.同时学生观察到原先清晰的物体变得模糊了.经过创新后的实验，不仅模拟了眼球的结构，更能够让学生在探究过程中通过亲手实验，感知眼球调节过程，了解调节方法.
4.2问题构建模式的创新
教材对近视成因的设计是先让定焦透镜“戴”上凹透镜，再取下眼镜，观察像的位置.而利用水透镜可以通过一个任务式的设计，模拟视力的缺陷，让学生在活动中自主发现问题：在光具座上只保留一个光源，让学生设计只用一个光源演示眼睛调节功能的实验.学生在逐渐向远处移动光源时，不断地抽水使水透镜焦距变长，但是教师事先精确控制了注射器中的水量，使学生将光源移动到一定程度时，注射器已经拉到最长位置无法再抽水，以此引导学生思考此时发生的现象（看不清远处的物体）、操作中出现的困难（无法继续抽水调节）、生活中类似的现象（近视眼看不清远处的物体）、解决问题的方法（佩戴合适的透镜）.通过一系列的活动，学生很自然地理解近视眼的成因和矫正方法，思维活跃度达到了顶点，发现问题、分析处理能力的科学素养得以提升.
4.3迁移能力培养的创新
探究过程中学生通过对近视现象的发现过程和矫正方法的思考，较容易地迁移到远视现象的分析，此时学生已经可以自己设计远视眼的模拟实验和矫正方法，这是传统定焦透镜实验不易做到的.
变焦水透镜解决了物理和生物课程中演示人眼成像原理时无法实现的变焦功能的缺陷，模拟了晶状体的调节和成像.使得教学过程更形象、直观.水透镜制作简单，成本在4元左右，非常低廉，适于制作学生分组活动器材.基于水透镜的创新型的学生探究活动，培养了学生的思维能力、动手能力和创新能力，增强了主动保护眼睛的意识，落实了新课程的教学理念.