第2课怎样放得更大课例研究

第2课怎样放得更大课例研究

（一）背景和教学目标

在使用放大镜的过程中，学生都希望放大镜能把物体的图像放大更多倍数，以便

把物体看得更清楚，甚至看到肉眼都不可见的微小物体，这也是在显微镜发明之前人

们一直努力追求的目标。在17世纪以前，即便磨制镜片的技术已达到一定的高度，但

是因为标准焦距的限制，单片放大镜做到放大30倍已是近乎极限，所以人们一直无法

使观察的视角进入到一个更小的领域。直到17世纪，人们发现用两个透镜组合起来可

以有效地提高放大倍数，从而发明了显微镜，至此，这个目标才得以实现。

怎样放得更大？用两个凸透镜组合在一起观察物体，这是学生能想到的方法，也

符合学生的认知特点。本课将指导学生用两个放大镜组合来制作组合凸透镜（简易显

微镜），旨在让学生体验显微镜发明的历程，并尝试用自制的显微镜进行观察，感受技

术的进步对科学发展的促进作用。

科学概念目标

•两个凸透镜平行组合可以使物体的图像放得更大。

•两个凸透镜平行组合之间的距离会影响图像的放大倍数和清晰度。

•显微镜是人类认识微小世界的重要观察工具，它的发明拓宽了观察领域。

科学探究目标

•能利用两个凸透镜制作一个简易显微镜。

•在观察过程中，能通过调节两个凸透镜之间的距离找到大而清晰的图像。

科学态度目标

•乐于参与自制显微镜的活动。

•体会科学家对科学执着的追求和不懈的探索精神。

科学、技术、社会与环境目标

•认识到人类发明显微镜是一个了不起的进步。

•认识到科学的不断发展会促进技术的不断改进，而技术的改进又会促进科学研究的发展。

（二）教学准备

为学生准备：两个倍数不同的放大镜、卡纸一张（或者纵切出一条缝的塑料管一

段）、剪刀、透明胶、供自制组合凸透镜下观察的物体（如头发、花蕊、纸纤维、棉

线、昆虫标本等）。

教师准备：光学显微镜、教学课件等。

（三）教科书解读

1.聚焦

放大镜是指不带有调节焦距装置的光学放大工具，这是放大镜与显微镜的主要不

同，我们不要误认为两者的区别仅在于放大倍数的大小。不同的放大镜，：凸度越大、焦距越小则放大倍数越大，焦距越大则放大倍数越小。放大镜视野也与倍数成一定比

例，倍数越大的放大镜视野越小，而倍数越小的放大镜视野越大。在磨制放大镜的过

程中，人们发现要制作放大倍数越大的透镜，其焦距就要越小，而由于标准焦距的限

制，使得人们无法磨制出具有更大放大倍数的镜片。

在观察和认识世界的过程中，人们总想向更多未知的领域去拓宽视野。学生在使

用一个放大镜观察物体的过程中，也会发现放大镜的放大倍数是有限的。教科书引导

学生去思考：怎样才能把物体的图像放得更大呢？这是一个开放性的、能引发学生深

思的问题，可以指向我们是否可以制作出一个放大倍数更大的放大镜，也可以指向将

两个放大镜组合起来是不是可以把图像放得更大，还可以指向能不能使用另外的放大

工具来代替放大镜，……

教科书呈现了

“显微镜下的人体皮肤”图，意在告诉学生我们熟悉的皮肤经过显

微镜的放大能观察到更多的细微结构，以此激发学生去探索更多起放大作用的新工具。

2.探索

本课的探索活动是引导学生经历显

微镜的发明过程，利用两个凸透镜制作

一个组合凸透镜（自制显微镜），然后

用自制显微镜观察周围的微小物体，最

后认识光学显微镜。

活动1：利用两个凸透镜制作一个

组合凸透镜。

第1步，用一个放大镜观察书本上

较小的文字，在图像清晰的前提下，看

看能放多大。这一步的关键是“图像

清晰前提下的最大”，也就是说，并不

是一味地追求大，大而不清晰的图像是

没有意义的。在操作过程中，学生会发

现当放大镜离书本较近时，图像清晰但

放大的倍数较小；当放大镜离书本较远

时，图像模糊但放大的倍数较大；必须

找到一个合适的位置，这个位置上的图

像是清晰的，放大倍数也相对较大，此

时应保持这个放大镜的位置不动。

第2步，在第一个放大镜下增加一个放大镜，并和第一个放大镜相互平行，上下

移动第二个放大镜，看看能不能使书本上的文字放得更大。在操作过程中，要注意三

点：一是增加的这个放大镜要从第一个放大镜的下方移入；二是两个放大镜之间要保

持相互平行；三是移入的这个放大镜的放大倍数应大于第一个放大镜的放大倍数。在操作过程中，学生会发现两个放大镜平行组合后的放大倍数要大于一个放大镜的放大

倍数，而改变两个放大镜之间的距离，放大的倍数和清晰度也会发生改变。

第3步，当移动下面的放大镜，使观察到的图像清晰而最大时，保持两个放大镜

之间的距离不变，反复移进和移出第二个放大镜，比较所观察的图像，并测量两个凸

透镜之间的距离。这一步的关键点和第1步类似，也是“图像清晰前提下的最大”。在反复移进和移出的过程中，产生对比，学生能直观地发现两个放大镜组合的放大倍数

大于单个放大镜的放大倍数。这一步的难点在于测量两个放大镜之间的距离：一个学

生拿住两个放大镜不动，另一个学生用直尺测量放大镜之间的距离（学生要配合好）。

测量时，要注意镜框有一定的厚度，既可以测量两个镜框的中心点之间的距离，也可

以测量两个镜框上边缘与上边缘或下边缘与下边缘之间的距离。

第4步，用纸筒把两个放大镜固定，成为一个组合凸透镜。纸筒可以由教师课前

提供，也可以由学生在课堂上自行制作完成。由于凸透镜都有镜柄，可以先把卡纸卷

起来围住两个放大镜，中间留出一条纵缝，缝的宽度应和镜柄的粗细相当，然后用透

明胶对纸筒进行固定。

为什么两个凸透镜组合起来能把物体图像放得更大呢？可以用凸透镜成像的规律

来分析。两个凸透镜的焦距不同，对着物体的凸透镜焦距较小，叫物镜。对着人眼的凸透镜叫目镜，焦距较大。把观察物体放在物镜的焦点附近，使物距稍大于焦距，所

成的像就会在物镜的1倍焦距到2倍焦距之间，这恰好在目镜的焦距内生成一个放大

倒立的实像。这个放大的像通过目镜的折射后进入人眼，人们就会在目镜中看到一个

放得更大的正立的虚像，也就是目镜把物镜得到的放大的实像进一步放大了。本课让

学生用两个凸透镜调整它们的距离来观察物体，从中发现这样的组合能把物体放得更

大，这是引导学生经历前人发明的过程。

当两个度数不同的凸透镜重叠在一起，两个镜片的间距又很小时，相当于一个度

数更高的凸透镜；当两个镜片度数前小后大时，间距拉大到适当位置，可以产生望远

镜的效果；当两个镜片度数前大后小时，调节间距到适当位置，又产生了显微镜的效

果。本课不要求学生去发现这个规律，只要求发现显微镜效果的现象。

活动2：用组合凸透镜观察周围的微小物体。

这个活动是利用自制的组合凸透镜观察周围物体的图像是不是被放得更大了，以

及是不是又会发现一些用肉眼和用单个放大镜不能看到的细节。教科书中的观察对象

是蚂虫，肉眼看到的蚂虫密密麻麻，也看不清细节，而在组合凸透镜下能较为清楚地

看到蚂虫的肢体。通过对比，凸显了组合凸透镜的放大优势，这对学生来说是一份震

撼和惊喜。如果螃虫不易寻找，也可以选择头发、花蕊、纸纤维、棉线、昆虫标本等

物品来观察。

活动3：认识实验室常用光学显微镜的基本结构。光学显微镜的基本结构包括目

镜、物镜、调节旋钮（粗准焦螺旋和细准焦螺旋）、载物台和反光镜等。学生通过比较

组合凸透镜和实验室中的光学显微镜的异同，来认识各部分名称及作用，在比较中体

会到技术的改进为观察带来的便利。注意，本课只要求学生认识光学显微镜的结构，不涉及使用和操作。

3.研讨

研讨部分有三个问题。第1个问题是“怎样组合凸透镜，才能使图像放得更

大？

”，这个问题要从两个角度来思考：第一个角度是凸透镜“组合的方式”是怎样的，上下还是左右？平行、垂直或是倾斜？通过前面的探索活动，学生不难发现组合的方式应该是镜片平行。第二个角度是凸透镜“组合的距离”为多少？学生在活动中

会发现两个凸透镜之间的距离会影响图像的放大倍数和清晰度，所以需要找到一个恰

当的位置，这个位置能观察到清晰而放大的图像。

研讨部分第2个问题和第3个问题意在让学生通过观察比较组合凸透镜和实验室

显微镜的异同，来认识实验室显微镜各部分的名称和作用，.了解观察工具的逐步演变

过程。第2个问题是“观察学校实验室用的显微镜由哪些部分组成，各部分的作用是

什么？

”，这就要求学生对于实验室显

微镜基本结构的认识，不能只停留在简r~

.:

单的名称记忆上，更要了解名称和作用

之间的联系。例如，显微镜顶部的凸透

镜是人眼直接观察的透镜，故称其为

“目镜”；而位于镜筒下方的凸透镜靠近

被观察的物体，则称其为“物镜”。“调

节旋钮”是调节镜筒上下位置的旋钮,“载物台”是承载被观察物体的操作台,“反光镜”是反射光线到镜筒中的镜子。

对于第3个问题“我们的组合凸透镜,相当于显微镜中的哪个部分？

”，在自

制显微镜的活动中，学生已发现它主要

由两个凸透镜组成，其中位于上方靠近

眼睛的凸透镜相当于实验室显微镜中的目镜，位于下方靠近观察物体的凸透镜

则相当于实验室显微镜中的物镜。

教科书还出示了本课相关的两个科

学词汇：光学显微镜和电子显微镜。显

微镜的不断改造升级，彰显着科学技术的不断进步，技术的进步又拓宽了人类的视野，两者总是相辅相成的。

4.拓展

科普阅读是学生科学学习的重要手段之一，拓展部分简单介绍了显微镜的发展历

史。教科书中配的两张图片，上面这张是SARS患者肺部组织切片在光学显微镜下的照片。在光学显微镜下，我们看不清病毒的形态。下面这张是电子显微镜下的大肠杆

菌照片，清晰可见。

17世纪，.人们把两块凸透镜组合起来制成的装置只是显微镜的前身。1590年，荷

兰的眼镜制造商詹森父子经过反复试验和调试组装，制作出了世界上第一台真正的显

微镜。这台显微镜由一个凸透镜和一个凹透镜组成，它是光学显微镜。尽管这个显微

镜的最大放大倍数不足10倍，但却具有划时代的意义。后来，光学显微镜经过不断改

进，最大放大倍数可达1500倍左右。1932年，德国科学家制成了世界上第一台电子

显微镜。电子显微镜是以电子束代替光束，用磁场代替透镜，一下子把放大倍数提高

到一万倍。到20世纪90年代，人们已经成功研制出放大率为200万倍的电子显微镜，人们利用它可以看到物质内部的精细结构，看见了所有物质都是由一些肉眼看不见的极小极小的微粒组成的。

1983年，科学家又发明了扫描隧道显微镜。扫描隧道显微镜具有很高的空间分辨

率，横向可达0.1纳米，纵向可优于0.01纳米。它主要用来描绘三维的原子结构图，在纳米尺度上研究物质的特性。利用扫描隧道显微镜还可以实现对表面的纳米加工，如直接操纵原子或分子，完成对表面的剥蚀、修饰以及直接书写等。生物学家们研究

单个的蛋白质分子或DNA分子，材料学家们考察晶体中原子尺度上的缺陷，微电子器

件工程师们设计厚度仅为几十个原子的电路图等，都可利用扫描隧道显微镜。

显微镜的发展史表明，科学的不断发展促使技术不断地改进，而技术的发展又促

.进了科学研究的发展，电子显微镜的发明就是典型的例子。光学显微镜的放大率为什

么一直难以提高？开始人们一直找不到原因，千方百计改进透镜质量和仪器本身的设

计，始终没有多大进展，直到人们发现量子理论后，才逐渐认识到由于人眼可见光频

率范围的限制，我们无法观察到线度比可见光波波长更小的物体。20世纪20年代，科

学家发现电子射线具有波动性，它的波长可以是可见光波长的十万分之一。当电子射线

照射物体时，就能使更小的物体留下影像，在这样的基础上才发明了电子显微镜。由于

电子显微镜的发明，人们才看到了组成物质的极小微粒——原子，以及病毒的样子。

一部显微镜的发展史充分反映了人类永远不满足现状、不断探索和精益求精的精神。

（四）教学建议

1.聚焦

教师提供很小的文字或图片，学生用放大镜观察发现仍然看不清，从而提出问题:

:微小世界

“我们怎样才能把物体的图像放得更大呢？

”针对这个问题，让学生提出自己的想法，大家来讨论。学生会有许多不同的想法，此时教师适时引导学生思考：“两个放大镜组

合在一起，能不能增加放大倍数？

”

2.探索

当学生提出“把两个放大镜组合起来，看看是否能把物体图像放得更大”时，教

师可以顺水推舟，为学生提供两个倍数不同的放大镜。分组，使学生两人亠组，尝试

用自己的方法来组合放大镜进行观察，看看能否把物体图像放得更大。在尝试过程中，学生会发现要得到清晰而大的图像其实并不容易，跟两个放大镜之间的距离有很大的关系。初次尝试的目的是让学生初步感知两个放大镜组合起来能增加放大倍数，要看

到清晰且放大的图像，关键是调节好两个凸透镜之间的距离。

在初次尝试观察的基础上，师生一起梳理出调节凸透镜之间最佳距离的方法：

①找到一个放大镜下清晰且较大的图像；②下方移入第二个放大镜并上下移动；③找

到清晰且更大的图像，并反复移进移出第二个放大镜进行观察和比较；④测量好两个

放大镜之间的距离，并用纸筒进行固定。在加工纸筒时，纸筒和放大镜的镜片直径要

相当，在纸筒一侧纵切一条缝，缝的宽窄和放大镜镜柄的粗细差不多；然后把放大镜

从纸筒的一端放入，柄从缝中伸出；放好放大镜之后，用透明胶固定，否则纸筒就起

不到卡住放大镜片的作用。纸筒的长度最好根据放大镜的焦距来粗略地估算一下。学

生用的放大镜一般放大倍数较低，而焦距相对较长，可能在几厘米左右，那么纸筒要

有3

~

4倍焦距的长度。观察时要注意提醒学生把观察对象放在光线比较好的地方。

如有条件，可以使用直径和放大镜直径相同的塑料筒（PVC管或者透明亚克力管）等

材料来代替纸筒。因为纸筒相对较软，不能有效卡住放大镜。用硬质材料的圆筒效果

会好很多，但前提是需要在课前用切割机切出和镜柄粗细相当的纵缝，此过程相对麻

烦。透明亚克力管的效果最佳，其透光的效果使得观察时镜筒中的光线更无足。如果

有教具公司生产的装置，则效果会更好，学生操作难度会降低。

用组合凸透镜观察周围物体时，不要局限于教科书中提到的物体和较小的图片和

文字。不同地区的学生，可以因地制宜选用合适的观察材料，最好是周围容易找到的、但是肉眼无法看清楚的新奇物，如头发、花蕊、纸纤维、棉线、昆虫标本等，观察到的图像要及时和单个放大镜观察到的图像进行比较。

3.研讨

学生体验自制组合凸透镜，用它观察微小物体后，组织学生研讨第1个问题：“怎

样组合凸透镜，才能使图像放得更大？

”引导学生发现两个放大镜需要平行放置，放

大镜之间的距离会影响图像的清晰度和放大倍数，要观察到较大且清晰的图像需要找

到两个放大镜之间的最佳距离。

第2个问题和第3个问题可以整合在一起，在出示学校实验室显微镜的实物或图

片后提出。实验室显微镜应该选用光学显微镜，图片上最好标注显微镜基本结构名称，建议给每个小组准备一份实物和图片进行观察和比较。学生可以根据图示，结合实物

来辨识光学显微镜的各部分名称，再根据自制组合凸透镜来推测各部分的作用。引导

学生认识组合凸透镜和光学显微镜都有两个镜片和一个镜筒，而调节旋钮、载物台和

反光镜等是为了人们观察和使用方便而为光学显微镜增加的一些结构，为后续学习使

用显微镜做好铺垫。

4.拓展

“

这个环节最好通过多媒体课件或视频资料进行介绍，师生共同梳理出显微镜发展的历史脉络。告诉学生我们制作的简易显微镜是用透镜制成的，它是利用透镜对光折

射而产生物像的，像这样的显微镜叫作光学显微镜。因为人眼所见到的光有一定的波

长范围，所以光学显微镜的放大倍数和空间分辨率是有一定限度的，有许多更小的物

体，如病毒都无法被看清。由于学生的理解水平有限，关于折射以及电子显微镜和扫

描隧道显微镜的原理，不必讲解。但要让学生明白，显微镜技术的发展为我们研究微

观世界提供了可靠有力的工具，它是人类最敏锐的“眼睛”，进而让学生理解技术的革

新会促进科学研究的发展。

（五）学生活动手册说明

弗聲希刿的建柴

I

我的课成活訪记录

日期：

用组合凸达愤祝蔡4边的物体并记录卜,来、学生活动手册要求学生用组合凸透

镜观察周围常见物体并记录它们的特点，建议学生用图文结合的形式来记录。

观察的第一样物体为餐巾纸，值得

注意的是观察的并非整张餐巾纸，而是

从餐巾纸上撕下的一个小角；观察的第二样物体可以是头发、花蕊、棉线、昆

虫的局部等一些肉眼观察不清楚的微小物体。一定要提醒学生先用肉眼进行观察、记

录，再用组合凸透镜观察、记录，以便对比两者的观察结果。