生物標(biāo)本在光學(xué)顯微鏡下的成像方向特征

滕春利

摘 要：在進(jìn)行日常的初中生物課堂教學(xué)過(guò)程中，我們發(fā)現(xiàn)初中學(xué)生特別是初一年級(jí)的學(xué)生在光學(xué)顯微鏡的使用過(guò)程中，關(guān)于光學(xué)顯微鏡的成像方向特征，不僅是教師授課過(guò)程中的難點(diǎn)，也是學(xué)生學(xué)習(xí)和使用光學(xué)顯微鏡的難點(diǎn)。光學(xué)顯微鏡的成像特征已經(jīng)成為學(xué)生掌握和使用光學(xué)顯微鏡的障礙。查找其原因主要有兩個(gè)方面，一是因?yàn)槌踔袑W(xué)生對(duì)顯微鏡成像光路圖存在“誤解”，二是初中學(xué)生在生活中觀察事物時(shí)，往往把倒像的理解僅僅只局限于豎直方向。在長(zhǎng)期的教學(xué)實(shí)踐中，通過(guò)不斷反復(fù)的嘗試，與學(xué)生進(jìn)行深層次的溝通與交流，結(jié)合他們關(guān)于光學(xué)顯微鏡成像特征的認(rèn)知程度，謹(jǐn)慎思量，尋找到他們關(guān)于光學(xué)顯微鏡成像方向特征最易理解和接受的語(yǔ)言描述，總結(jié)出了關(guān)于光學(xué)顯微鏡成像方向特征的描述：“上下顛倒，左右互換”，“‘物和‘像所處位置相反，‘物和‘像移動(dòng)方向相反”。

關(guān)鍵詞：光學(xué)顯微鏡 成像方向特征 上下顛倒左右互換 物和像所處位置相反 物和像移動(dòng)方向相反

引言

光學(xué)顯微鏡是初中生進(jìn)入初中階段學(xué)習(xí)生物知識(shí)時(shí)，觀察生物微觀結(jié)構(gòu)的首選器材，對(duì)于它的熟練使用也是初中生必須掌握的基本實(shí)驗(yàn)技能之一。在日常的生物教學(xué)過(guò)程中，我們發(fā)現(xiàn)學(xué)生對(duì)于光學(xué)顯微鏡的成像特征識(shí)記和應(yīng)用，總是存在一定的“偏差”，而且在習(xí)題的訓(xùn)練中，錯(cuò)誤也是屢屢出現(xiàn)，矯正過(guò)多次以后，還是不見(jiàn)其改正效果。所以，在初中教學(xué)階段，無(wú)論是教師關(guān)于光學(xué)顯微鏡成像方向特征的授課，還是學(xué)生關(guān)于光學(xué)顯微鏡成像方向特征的識(shí)記和應(yīng)用，就成為目前存在的教學(xué)“障礙”。細(xì)心揣摩，我們不難發(fā)現(xiàn)光學(xué)顯微鏡的基本原理是通過(guò)兩個(gè)凸透鏡二次成像后，對(duì)觀察材料的物像起到放大作用，以便于觀察者對(duì)生物材料進(jìn)行更進(jìn)一步的觀察和認(rèn)知。學(xué)生在使用光學(xué)顯微鏡的過(guò)程中，往往發(fā)現(xiàn)生物觀察材料在光學(xué)顯微鏡下的成像方向好像不是成倒像，甚至，在載物臺(tái)上對(duì)生物觀察材料進(jìn)行必要的移動(dòng)時(shí)，方向總是不能很好的掌握，而教材中卻明確指出：生物觀察材料在光學(xué)顯微鏡下成倒像。是什么原因?qū)е鲁霈F(xiàn)這些問(wèn)題呢？下面我們就來(lái)做進(jìn)一步的分析。

一、光學(xué)顯微鏡下觀察生物材料產(chǎn)生疑問(wèn)的成因

通過(guò)仔細(xì)揣摩我們不難發(fā)現(xiàn)，學(xué)生在學(xué)習(xí)使用光學(xué)顯微鏡的過(guò)程中產(chǎn)生種種疑惑無(wú)非主要是以下原因：首先初中學(xué)生對(duì)光學(xué)顯微鏡成像光路圖的有“誤解”，其次是初中學(xué)生生活中在觀察事物時(shí)，往往把倒像的理解僅僅只局限于豎直方向。

關(guān)于光學(xué)顯微鏡的成像如“圖-1”所示，光學(xué)顯微鏡的物鏡在成像過(guò)程中應(yīng)用的是凸透鏡成像原理，即觀察材料A，在物鏡一倍焦距和二倍焦距之間時(shí)，會(huì)在物鏡的另一側(cè)二倍焦距以外的地方成倒立放大的實(shí)像，如，“圖-1”中的物像B所示；而光學(xué)顯微鏡的目鏡則是起到了放大鏡的原理，物鏡所成的像位于目鏡一倍焦距以?xún)?nèi)，目鏡將物鏡放大的物像B，進(jìn)行了二次放大，而這次則是被放大物像B的同側(cè)，形成同方向放大的虛像，如“圖-1”中的物像C所示。至此，光學(xué)顯微鏡下放置的是觀察材料A，而我們?cè)谀跨R中觀察到的是物像C。從“圖-1”所示的平面來(lái)看，觀察材料A與物像C是的確呈倒立放大的關(guān)系。而生活中初中學(xué)生生活中在觀察事物時(shí)，往往把倒像的理解僅僅只局限于豎直方向，所以他們便順勢(shì)得到了一個(gè)結(jié)論：光學(xué)顯微鏡下成像特征為“倒立放大的虛像”。

其實(shí)我們觀察光學(xué)顯微鏡的視野范圍時(shí)，不難發(fā)現(xiàn)，光學(xué)顯微鏡的視野范圍是一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)的“幾何圓”，也就是說(shuō)，光學(xué)顯微鏡在成像時(shí)，不僅在豎直方向是倒像，而是在水平方向，斜45°方向，乃至以視野圓心為對(duì)稱(chēng)中心成360°全方位內(nèi)的范圍內(nèi)都是顛倒的。我們的觀察方向結(jié)果其實(shí)是如“圖-2”所示。如果，拋開(kāi)放大倍數(shù)的因素，我們將光學(xué)顯微鏡下放置的觀察材料與所成的像進(jìn)行疊加會(huì)發(fā)現(xiàn)二者是以視野中心為對(duì)稱(chēng)中心的對(duì)稱(chēng)關(guān)系。也就是說(shuō)其實(shí)觀察材料所處的位置和觀察到的物像所處的位置是相反的。所以，我們可以把光學(xué)顯微鏡下的生物觀察材料觀察成像方向特征概述為“上下顛倒，左右互換”，“‘物和‘像所處位置相反，‘物和‘像移動(dòng)方向相反”。這樣的光學(xué)顯微鏡的成像方向特征的描述，既方便于教師在日常的課堂教學(xué)過(guò)程中，向?qū)W生介紹光學(xué)顯微鏡的成像方向特征，也方便于學(xué)生對(duì)光學(xué)顯微鏡成像方向特征的識(shí)記和應(yīng)用。

二、關(guān)于“上下顛倒，左右互換”，“‘物和‘像所處位置相反，‘物和‘像移動(dòng)方向相反”在日常學(xué)習(xí)中的應(yīng)用

1.關(guān)于光學(xué)顯微鏡下成像方向的辨別問(wèn)題

如果我們?cè)诠鈱W(xué)顯微鏡下放置了小寫(xiě)的英文字母“b”，哪么我們?cè)诠鈱W(xué)顯微鏡的視野范圍內(nèi)能觀察到怎樣的字母呢？

推斷如下：

先將英文字母“b”進(jìn)行“上下顛倒”得到小寫(xiě)的英文字母“p”，再將其進(jìn)行“左右互換”得到小寫(xiě)的英文字母“q”，即完成了“b→p→q”的推斷過(guò)程。因此，我們做出推斷：如果我們?cè)诠鈱W(xué)顯微鏡下放置了小寫(xiě)的英文字母“b”時(shí)，我們則會(huì)觀察到類(lèi)似于英文小寫(xiě)字母“q”的物像。拋去放大因素，我們不難看出“b”和“q”成中心對(duì)稱(chēng)關(guān)系。

2.關(guān)于光學(xué)顯微鏡載物臺(tái)上觀察材料的移動(dòng)方向問(wèn)題

有時(shí)候，我們?cè)谑褂霉鈱W(xué)顯微鏡觀察生物材料時(shí)，發(fā)現(xiàn)物像不在視野的正中央，需要通過(guò)對(duì)載物臺(tái)上的生物材料進(jìn)行移動(dòng)，使得物像位于觀察視野正中央，便于我們進(jìn)行觀察。例如，我們?cè)诠鈱W(xué)顯微鏡觀察視野內(nèi)發(fā)現(xiàn)所要觀察的物像位于視野范圍的“左上方”，要使得物像移動(dòng)到觀察視野的正中央，該如何進(jìn)行調(diào)整呢？

推斷如下：

當(dāng)我們?cè)诠鈱W(xué)顯微鏡的觀察視野內(nèi)發(fā)現(xiàn)所要觀察的物像位于視野范圍的“左上方”時(shí)，首先來(lái)判斷觀察材料的位置，根據(jù)“‘物和‘像所處位置相反”原理，這時(shí)，觀察材料應(yīng)該位于“右下方”位置，所以，觀察材料應(yīng)該向“左上方”進(jìn)行移動(dòng)；

亦可以做出以下推斷：

物像位于視野范圍的“左上方”，移動(dòng)至視野正中央時(shí)，物像的移動(dòng)方向應(yīng)該向右下方移動(dòng)，根據(jù)“‘物和‘像移動(dòng)方向相反”原理，觀察材料應(yīng)該向“左上方”移動(dòng)。

結(jié)論

光學(xué)顯微鏡下觀察生物材料時(shí)，成像方向特征為“上下顛倒，左右互換”，“‘物和‘像所處位置相反，‘物和‘像移動(dòng)方向相反”。