基于近视患者的凸透镜成像教具优化设计分析

陈淑丹

摘要：随着我国越来越重视教育领域人才培养的同时，同学们的学习意识不断增强，许多人在学习过程中，由于不注重眼睛的保护，致使眼睛长期处于疲劳状态，进而引发近视。为此，在学习生活过程中对近视的预防极为重要。本文便对近视眼的定义及成因进行阐述，明确了凸透镜成像原理在近视预防中的重要作用，并基于近视患者对凸透镜成像教具的优化设计进行了深入的分析。

关键词：近视患者 凸透镜 成像教具 优化设计

一、近视眼的定义与成因

（一）近视眼的定义

近视眼是指近视患者在自身的视觉调节过程中，视网膜难以对远处的物体进行清晰成像，从而使近视患者只能看清距离较近的物体，而难以看清距离较远的物体。人体的眼部处于两种状态，一种是放松状态，即不调节状态，用以观看远距离的物体。另一种是调节状态，用于观看近距离的物体。而当眼睛始终处于调节状态时或调节功能异常时，近视患者便难以看清远距离的物体，这种也被称为近视眼。

（二）近视眼的成因

近视眼的成因有多种因素，可能是外伤或遗传所致，也有可能是长期的眼疲劳而造成睫状肌无法自行调节所致，但其根本的产生原因主要有三个方面，一方面是眼球中的晶状体或角膜在焦度太大而造成光线进入眼部中发生偏折，偏折角度要比正常眼球的偏折角度更大。另一方面是眼球的眼轴变长。最后一方面是两者同时存在而引起的近视。

二、凸透镜在近视防治中的重要作用

人体的眼部属于一种凸透镜成像系统，当远处物体的反射光与折射光进入到近视患者的眼部时，由于近视患者的焦度过大或眼轴过长，致使物体的影像只能成像在视网膜的前部，而无法在视网膜上进行成像，从而造成近视患者无法看清远处物体。而正常人的眼球则能够利用晶状体将远处物体的影像与远方的平行光折射到视网膜当中，使视网膜成像，进而使正常人能够看清远处的物体，而晶状体便相当于凸透镜。在低度近视患者中，则可以通过凸透镜的作用，来进行近视的防治工作，通过对眼部的屈光学与光学角度进行分析，当人们在观看远距离物体时，睫状肌是不收缩的，而当观看近距离物体时，睫状肌则会处于收缩状态，这时眼部的晶状体就会变突，如果睫状肌长时间处于收缩状态，便极易引发睫状肌痉挛，从而引发假性近视。而通过佩戴凸透镜，则不会引起睫状肌的调节痉挛，从而起到防治近视的作用。

三、基于近视患者的凸透镜成像教具优化设计

由于我们在学习“眼和视觉”知识过程中，尚未接触到光学知识，这使我们在探讨近视患者的近视原因时难以进行理解，因此有必要通过教具的优化设计来对该难点进行更加有效的学习。以下便对凸透镜成像教具的优化设计思路进行探讨，以此找出近视的形成原因。

（一）材料

从上文我们可以知道，人的眼睛就相当于凸透镜成像系统，因此我们在对教具进行优化设计时，可以通过对眼球成像的过程进行模拟，来探究凸透镜成像的特点与规律，并找出近视患者的形成原因。在教具设计中，我们需要用到带光屏的光具座、蜡烛、铁架台、玻璃管、橡胶管、橡胶塞、一次性注射器及薄塑料袋，这些材料中，带光屏的光具座在物理实验室获得，铁架台中要确保有铁夹，橡胶塞、玻璃管和橡胶管等可以在化学实验室中获得，一次性注射器则可以去社区医院购买。

（二）教具设计及实验过程

在进行教具制作时，我们可以将光具座放到桌子上，并在光具座的上部放置带铁夹的铁架台，然后将薄塑料袋中注入大量的水，然后用铁夹将薄塑料袋吊起来，这样就形成了类似于眼睛中的晶状体。通过对凸透镜成像的规律进行分析，我们可以了解到，凸透镜在近距离时，物体的影像是以正立放大的虚像呈现出来的，而当凸透镜与物体的距离稍远时，物体的影像是以倒立放大的实像呈现出来的，当凸透镜与物体很远时，物体的影像则是以缩小倒立的实像呈现出来的。这时，我们便可以通过三个阶段的实验来进行探究。首先，我们将蜡烛点燃，并放在自制出来的“晶状体”教具的前方，然后通过调整蜡烛与晶状体之间的距离，同时观看光具座的光屏影像，并记录光屏影像处于缩小倒立实像阶段、图像呈正立放大虚像阶段及图像呈倒立放大实像阶段的蜡烛与晶状体的间距，这样能够使我们在学习过程中，避免陷入盲目当中，从而节省了学习的时间。我们在学习眼球构造以后，通过设计此教具来分别对光屏中的蜡烛影像状态进行观察，并分别记录蜡烛与晶状体之间的距离，以此形成相应的模拟制作表。

（三）结果分析

通过对光屏中蜡烛影响呈正立放大虚像阶段时的蜡烛与晶状体之间的距离进行记录，我们可以知道当光屏中的蜡烛图像不能清晰呈像时，晶状体与蜡烛之间的距离很远，这就使我们得出眼球的前后径变长，即眼轴过长形成了近视。当我们在确保蜡烛在光屏中的影像能够清晰呈现的基础上，距离保持不变，通过一次性注射器往薄塑料袋中进行注水，我们可以发现蜡烛在光屏中的影像变模糊了，进而得出形成近视的第二个原因，即薄塑料袋水分的增多使晶状体的凸度变大了，从而形成了近视眼。这时，我们再将第二个光屏放到第一个光屏的前方，并挪动第二个光屏的位置，使蜡烛在第二个光屏的影像变得清晰为止，然后记录第二个光屏与晶状体之间的距离及此时蜡烛与晶状体之间的距离。这时，我们通过将之前的物距与现有的物距进行对比，使我们明白当晶状体的凸度变大时，蜡烛的影像会呈現在第一个光屏的前方，从而探索出近视患者的近视形成原因。

参考文献：

[1]李世哲.自制教具在初中物理教学中的作用分析[J].才智，2017，（05）.

[2]贾建刚.注重自制实验教具 提高实验教学效果[J].科学大众（科学教育），2017，（03）.

（作者单位：郑州中学）endprint