“眼球成像的过程”是苏科版生物学八年级上册第16章“人体对信息的感知”中的核心知识点，隶属于《义务教育生物学课程标准（2022年版）》（以下简称《课标》）一级主题“人体生理与健康”下的重要概念。由于此阶段学生尚未在物理课中学习凸透镜成像原理，缺乏必要的前置知识，因此理解该内容存在较大困难
［1］。
值得注意的是，《课标》专门设立了“生物学与社会·跨学科实践”主题，倡导通过整合科学、技术、工程学、数学等多学科知识与方法，设计和制作解决方案，以应对真实情境中的问题，从而发展学生核心素养。这为破解上述教学难点、优化实验设计提供了明确的指导方向和理论依据
［2］。因此，基于学生的知识缺口，教学需双管齐下：一是引导学生进行针对性预习，弥补物理知识的不足；二是依据跨学科理念，对实验装置进行优化，提升现象的直观性。通过这两项措施，实验得以更贴合学情，从而为学生理解成像原理提供有力支撑。
1 教材实验的分析
在苏科版教材中，学生若熟练操作凸透镜成像实验装置，则可在光屏上观察到蜡烛火焰倒立、缩小的实像，如
图1所示。但在实际操作过程中，笔者也发现该装置存在以下可改进之处。
（1） 蜡烛火焰不稳定，易受环境影响，且使用明火存在安全隐患。
（2） 凸透镜的曲率（或焦距）固定，变化不直观，调节时需更换不同透镜，操作烦琐，无法动态模拟晶状体曲率的连续调节。
（3） 装置缺乏模拟瞳孔的结构，无法展示瞳孔大小变化对入眼光线强弱的调节作用。
（4） 既然是模拟眼球成像，就应将实验装置与眼球模型相结合，使呈现效果更加形象逼真。然而存在两点顾虑：若直接使用眼球模型，则在探究眼球前后径对视力的影响时，无法单独拉动眼球模型的视网膜；若通过人工切割分离眼球模型，则会对模型造成不可逆的破坏。为此，可自制简易眼球模型，以实现实验目的。
（5） 在前一节学习时，学生已经学习了神经系统的相关知识，对反射弧的结构功能、反射活动的形成等都有了一定的了解。所以，有必要将视觉的形成与反射活动联系起来，以此增强知识前后的联系，从而为大单元复习奠定基础。
2 教材实验的优化
2.1 实验材料
F光源（能够持续提供稳定的光源）、水透镜（通过注水与抽水来改变水透镜的凸度）、矿泉水瓶、圆形白纸、光敏电阻模块若干、LED灯光带、5 V电池电源、光控音乐播放模块（可以通过连接电脑预设所需音频，并依据环境光线，即借助有光/无光条件控制音频的播放）、铁线、热熔枪、热熔胶等。
2.2 实施方法与效果
（1） 眼球成像。
【装置优化】如
图2所示，对实验装置进行如下优化：以F光源替代蜡烛作为发光物体，以水透镜替代固体双凸透镜。首先，制作一个简易的眼球模型：将一塑料瓶横向剪开，并纵向修剪多余部分，得到前端A与后端B。在A的适宜位置固定水透镜以模拟可调节曲率的晶状体；在B的底部粘上圆形白纸以模拟视网膜；瓶盖中央的小孔则用于模拟瞳孔，其周边模拟虹膜。其次，将A、B两部分通过固定棒组装于光具座上，即构成完整的模型。
【实验演示】实验时，打开F光源并调节各部件至共轴，即可在圆形白纸（视网膜）上观察到清晰、亮度高的倒立、缩小的实像。为探究瞳孔的作用，可预备多个开有不同直径圆孔的相同瓶盖。当换上大孔径瓶盖模拟瞳孔扩大时，进入模型的光线增多，视网膜上物像的亮度显著增加；反之，换上小孔径瓶盖模拟瞳孔缩小，此时进光量减少，物像亮度则相应变暗。
（2） 近视的形成与矫正。
【探究近视成因】如
图3所示，学生通过注射器向水透镜内注水，以模拟晶状体曲率（或凸度）增大，此时可观察到白纸（视网膜）上所成的像变得模糊。同理，若将模型的后端B（模拟视网膜）向后移动，以模拟眼轴（前后径）变长，也会观察到像变模糊。即晶状体曲率过度增大（睫状肌过度调节）或眼轴过长，都可能导致远处物体的像无法聚焦于视网膜上，从而模拟近视的成因。
【模拟近视矫正】为模拟近视的矫正过程，笔者自制一个可调镜片圆盘矫正器。该矫正器由一个中心镂空的硬纸卡圆盘制成，在镂空处依次固定了-1.50 D、-2.00 D、-2.50 D的凹透镜（近视镜片），并将其组装成可旋转的“风车”状，固定于光具座上，且放置于光源与水透镜之间。
【实验与理解】在完成上述导致“近视”（像模糊）的操作后，学生旋转圆盘，依次将不同度数的镜片置于光路中。例如，当使用-2.00 D的镜片时，原本模糊的像会重新变得清晰。由于每次实验所模拟的“近视程度”（由注水量控制的晶状体曲率）不同，因此能使像恢复清晰的最佳矫正镜片度数也相应变化。通过这一探究过程，学生不仅能直观观察凹透镜对光线的发散作用，更能深刻理解只要佩戴合适度数的近视眼镜，就能将物像清晰地重新聚焦于视网膜上的原理。
（3） 视觉的形成。
【装置设计目标与改进】如
图4所示，在
图2模型基础上，进一步整合电子元件，以模拟从视网膜接收光信号到大脑形成视觉的完整神经通路。具体改进：在模拟视网膜的圆形白纸中央开孔，固定光敏电阻模块a，使其感光面正对入射光路，以此模拟视网膜上的感光细胞。将该模块与一根LED灯带a相连（部分线路隐藏于模型背面），灯带用于模拟视神经。在模型旁侧，设置一个光敏电阻模块b，其前方放置一个正立的F光源，此组合用于模拟大脑视觉皮层及其对视觉信息的整合功能。
【工作过程与原理模拟】打开倒立的F光源，光线经水透镜（晶状体）成像于白纸（视网膜）上，形成倒立、缩小的实像。此光像同时触发光敏电阻模块a，使其导通，进而驱动LED灯带a自起始端向末端依次亮起，即可动态模拟感光细胞产生的电信号（动作电位）沿视神经（传入神经）向中枢传导的过程。当光信号传导至灯带末端（模拟神经冲动抵达神经末梢），会触发光敏电阻模块b，从而点亮其前方的正立F光源。这一系列过程形象地表明：倒立的物像在视网膜上形成后，其信息经视神经传至大脑视觉皮层，经过皮层的解码与整合，最终在主观意识中形成正立的视觉感知。通过此动态、连续的模拟装置，学生能够直观而深刻地理解，视觉的形成是一个涉及角膜、瞳孔、晶状体、玻璃体、视网膜、视神经、大脑视觉皮层等多个结构协同工作的复杂生理过程。
（4） 反射活动的形成。
【装置扩展】如
图5所示，在
图4的基础上进一步扩展，以模拟完整的反射弧。在代表大脑视觉皮层的正立F光源处，接入光敏电阻模块c（部分隐藏），并连接LED灯带b。LED灯带b末端接入光敏电阻模块d，后者与一个光控音乐播放模块相连。LED灯带b模拟传出（运动）神经，光控音乐播放模块模拟效应器及其反应（发出语音）。
【完整反射模拟】开启倒立F光源，光线经折光系统在“视网膜”成像，触发后续连锁反应：光敏电阻a→LED灯带a（视神经）→光敏电阻b→正立F光源亮起（视觉皮层形成正立视觉感知）→光敏电阻c→LED灯带b（传出神经）→光敏电阻d→音乐模块播放“我看到的是大写字母F”的语音。此过程连续、自动地模拟了从感受器（视网膜感光细胞）→传入神经→神经中枢（视觉皮层）→传出神经→效应器的完整反射弧工作流程。
【分段演示教学】为帮助学生理解反射是分步完成的，可用黑布套遮住所有光敏电阻，再逐一取下，使反射过程分段、逐步发生。这种“分段式触发”演示，能让学生清晰观察兴奋在反射弧各环节上的顺序传递过程。
【结构完整性验证】随机遮住某一处光敏电阻，可模拟反射弧中任一环节（如传入神经、中枢、传出神经）受损。此时，连锁反应中断，音乐模块不再工作。通过此对照实验，学生能直观而深刻地得出“反射活动的完成必须依赖于反射弧结构的完整性”这一核心结论。
3 教学反思
（1） 价值总结：装置的优化，主要体现在跨学科知识的融合应用上：通过水透镜、F光源及自制眼球模型，将抽象的成像原理转化为直观现象；通过集成多个光敏电阻模块，清晰模拟了从视觉形成到反射完成的连续生理过程，有助于学生建构系统性的概念理解。
（2） 改进方向：在教学应用中也发现若干可进一步优化之处，以提升演示效果：第一，在“近视成因”探究中，当水透镜凸度增大导致视网膜像模糊时，若代表“大脑感知”的正立F光源也能同步呈现模糊效果（如覆盖磨砂膜），则可使学生对“近视是视觉感知模糊”这一点的理解更为透彻。第二，环境光可能干扰光敏电阻的响应，建议为装置加装遮光罩（如长纸箱），以稳定实验条件。第三，可在矫正圆盘上增设更多不同度数的近视镜片，以提供更丰富的矫正选项。这能确保学生无论模拟出何种程度的“近视”（通过注水控制），都能通过对比实验，观察到不同度数镜片的矫正效果差异，从而更深入地理解“矫正需适配不同近视度数”的原理。
（3） 教学启示：教学探索永无止境。本次实践表明，对经典实验进行跨学科、重体验的优化设计至关重要。通过建构直观、互动且贴近科技发展的教学模型，不仅能有效激发学生的探究兴趣，更能培养其科学思维与实践能力。进一步说，持续改进实验教学，使其更精准地服务于核心概念的建构，是提升课堂教学实效性的重要途径。
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