神奇的眼睛教学方案
一、本节三维目标要求
1.知识与技能
了解照相机的原理，知道眼睛看见物体的过程。
了解近视眼的成因，知道眼镜是怎样矫正视力的。
2.过程与方法
动手自制照相机，认识照相机的原理。
通过照相机与眼睛的结构对比，了解眼睛看物体的机理。
3.情感、态度与价值观
.能自觉保护视力，注意用眼卫生。
二、重点与难点
本节教学的重点是眼睛成像的机理，认识近视眼是教学的难点。
三、教学实施建议
（一）教学过程设计
本节分为两个教学板块：（1）认识眼睛的结构和成像机理。（2）探究近视眼的成因，知道眼镜的作用。
眼睛成像是透镜成像规律的重要应用。照相机与眼睛有相似的结构，自制照相机，能使学生对利用凸透镜成缩小的实像有较直观、深刻的印象。因此，对眼睛成像的认识，可以从自制照相机开始。通过生理学中的眼模型或课件，将生理眼抽象成简化眼模型。将自制照相机与简化眼对比，使学生认识到眼睛可以看成是精巧的照相机，眼球中的角膜和晶状体的共同作用，相当于一个“凸透镜”，视网膜相当于照相机的底片。从物体发出的光线经过人眼的凸透镜在视网膜上形成倒立、缩小的实像，分布在视网膜上的视神经细胞受到光的刺激，把这个信号传输给大脑，人就可以看到这个物体了。这就是眼睛成像的基本原理。
在这部分内容中，角膜与晶状体的共同作用形成了一个凸透镜，涉及到了透镜组的问题，学生可能产生疑问；因在前一节中已经学习了关于凸透镜成像的规律，故教师可以向学生说明“等效”的物理思想，把这个问题留给学生思考，不必做过多纠缠。
有的学生可能会问：眼睛在视网膜上成的像是一个倒立的实像，但是人的感觉却是正立的，这是为什么?这个问题不能用光学成像原理来解释。这是人类神经中枢作用的结果，人们的感觉永远是正立的实像。
研究照相机可以使我们认识眼睛是怎样成像的。反过来，科技工作者们对眼睛结构的进一步研究，又促进了照相机的不断发展，特别是变焦照相机的出现，是仿生学的一个重要典范。
眼睛与传统照相机的比较：
眼睛照相机
结构角膜和晶状体（相当于一个凸透镜）镜头（相当于一个凸透镜）
瞳孔光圈
视网膜（有感光细胞）底片（有感光材料）
成像缩小、倒立、实像缩小、倒立、实像
调节作用像距不变，当物距减小（或增大）时，增大（或减小）晶状体的曲率以减小（或增大）焦距，使物体在视网膜上成清晰的像焦距不变，当物距增大（或减小）时，减小（或增大）镜头到底片间的距离，使物体在底片上成清晰的像
对近视眼成因的探究，是这节内容的难点。实验探究中，应突出以下思维过程：
①近视镜与凸透镜组合，确定近视眼视网膜的位置；
②拿开眼镜，光屏像变模糊，表示是近视眼看物体的情形；
③向透镜移动光屏，再次成清晰的像，是近视眼实际成像的位置；
④从物体发出的光线经过近视眼的凸透镜后会聚在视网膜的前面；
⑤利用凹透镜能使光线发散的特点，在眼睛前放一个凹透镜，能使从物体发出的光线会聚在视网膜上。
此探究过程还可以再作展开，增加一些环节，如可以在②与③之间，保持光屏与透镜位置不动，移动蜡烛，使之在光屏上成清晰的像，此时的蜡烛位置表示拿开眼镜的近视眼能够看清楚物体的位置。
明白了近视眼的成因，应向学生介绍一些眼保健知识（如眼睛保健操等），还应在课下走向社会，进行一些近视眼方面的调查，使学生认识对眼保健的重要性。
对于远视眼的介绍可以采用与近视眼成因类比的方式，并让学生知道为什么远视眼需要佩戴凸透镜。
图4-6-1J3303型眼球仪
图4-6-2在光具座上探究近视眼成因
（二）材料准备与实验设计
1.实验材料准备
本节教学需要准备的材料如下：近视眼镜、蜡烛、凸透镜、光屏、自制相机等。
2.实验设计
（1）眼球仪（J3303型）中装有变曲率透镜，由成人眼球、光源、校正镜片，活动成像显示屏及底座组成。可以用来讲解眼球结构，并能演示视觉的形成，近、远视的原理及纠正的方法，也可以讲解光路成像。
（2）对近视眼成因的探究，可以在学具的光具座（图4-6-2）上进行，这样有利于读数。
四、发展空间
（一）“自我评价”参考答案：
1.近视眼的明视距离小于正常眼。
2.照相机的基本使用参数见“参考资料”中的相关内容。
（二）“物理在线”指导
立体视觉是由两眼观物的不同视角而产生的视觉效果。在“参考资料”中有关于立体电影的内容，教师可以结合这些内容对学生进行辅导。
（三）“走向社会”指导
关于当前近视眼比例的一些数据，可以参照“参考资料”中的相关内容。如果安排学生进行关于近视眼发病率的调查，如统计本班近视眼发病情况，需向学生说明作社会调查的一些要领。因为近视眼问题已经涉及个人隐私，故作相关调查过程中必须保持良好的态度以及坚持被调查者自愿的原则，切勿因为此调查而出现班级的不和谐因素。
关于近视眼镜的质量调查，在报刊、网络等媒体中都出现过相关报道，可以引导学生进行相关资料的收集，形成调查报告形式并向同学作汇报。
五、教学资源
（一）课件：
1.眼睛成像（见“教师备课系统”光盘）
（二）参考资料
1.我国青少年的近视眼状况
近年来，我国经济的迅速增长为预防医学的深入研究提供了条件，学校体育卫生工作亦取得了显著的成绩，沙眼等许多学生常见疾病相继得到控制。然而，近视眼防治形势依然严峻，近视眼已经成为威胁我国青少年健康的头号敌人。
1980、1985、1995、2000年我国分别进行了四次全国学生近视眼调查。据第四次调查结果显示，我国学生的近视率为：小学生20.23%，初中生48.18%，高中生71.29%，大学生73.01%。大城市、重点学校、医科学生近视眼发生率还要高。2002年统计，山东省初中生近视率为65.81%，高中生为84.88%，大学生为89.75%。2002年广东省高考体检显示学生九成近视。结果表明，我国学生近视眼发生率居高不下甚至持续升高。近视眼给学生的学习和生活带来很多不便，高度近视眼还可引起一系列严重的眼部并发症，至今无理想的治疗措施，是主要的致盲原因之一。因此，近视眼成为影响学生健康的最突出问题。
自20世纪70年代末开始的近视眼实验与流行病学研究二十多年来取得了重大成就。研究表明，虽然有重要的遗传因素，但对于占学生近视眼绝大多数的单纯性近视眼患者来讲，环境因素起主要作用；即便是少数病理性近视眼，环境因素亦起重要作用，亦即近视眼是可以预防的。
我国与日本、新加坡等国皆为近视眼的高发区。课业负担过重，近距离用眼时间过长是学生近视眼的主要原因。随着信息业的发展，长时间看电视、上网与玩游戏也是导致学生近视眼的重要因素。全面推进素质教育，切实减轻学生课业负担是防近的必要条件，需要教育与卫生防疫等部门共同努力。
2.立体电影
人以左右眼看同样的对象，两眼所见角度不同，在视网膜上形成的像并不完全相同，这两个像经过大脑综合以后就能区分物体的前后、远近，从而产生立体视觉。立体电影的原理即为以两台摄影机仿照人眼睛的视角同时拍摄，在放映时亦以两台投影机同步放映至同一面银幕上，以供左右眼观看，从而产生立体效果。
拍摄立体电影时需将两台摄影机架在一具可调角度的特制云台上，并以特定的夹角来拍摄。两台摄影机的同步性非常重要，因为哪怕是几十分之一秒的误差都会让左右眼觉得不协调;所以拍片时必须打板，这样在剪辑时才能找得到同步点。
放映立体电影时，两台投影机以一定方式放置，并将两个画面点对点完全一致地、同步地投射在同一个银幕内。在每台投影机的镜头前都必须加一片偏光镜，一台是横向偏振片，一台是纵向偏振片(或斜角交叉)，这样银幕就将不同的偏振光反射到观众的眼睛里。观众观看电影时亦要戴上偏振光眼镜，左右镜片的偏振方向必须与投影机搭配，如此左右眼就可以各自过滤掉不合偏振方向的画面，只看到相应的偏振光图象，即左眼只能看到左机放映的画面，右眼只能看到右机放映的画面。这些画面经过大脑综合后，就产生了立体视觉。
3.简化眼模型
生物的眼睛是一个十分复杂的天然光学仪器。
就人眼而言，光线入射至视网膜之前，必须先经过巩膜、角膜（折射率1.367）、水样液（折射率与水相近）、虹膜、晶状体和玻璃体（折射率1.336）等介质。从几何光学的角度而言，人眼是一个复杂的多界面共轴光学系统，光线在各个界面上都发生了折射与反射，因此对眼睛的精确计算是比较困难的，实际计算中常采用简化眼模型进行近似处理。其中一种常用的眼睛光学模型是高尔斯特兰（A.Gullstrand）简化眼。简化眼模型如图所示，将眼睛看成是单球面折射系统，认为眼睛只由一种介质组成，其折射率为1.33，(正常眼)折射面的曲率半径r为5.7mm，并可算出前焦距f=-17.1mm，后焦距f′=22.8mm，前后焦距不相等，是由于物方（眼睛外部）与像方折射率不相等所致。
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