滕春利

（甘肃省白银市第十一中学 甘肃白银 730900）

生物标本在光学显微镜下的成像方向特征

滕春利

（甘肃省白银市第十一中学 甘肃白银 730900）

在进行日常的初中生物课堂教学过程中，我们发现初中学生特别是初一年级的学生在光学显微镜的使用过程中，关于光学显微镜的成像方向特征，不仅是教师授课过程中的难点，也是学生学习和使用光学显微镜的难点。光学显微镜的成像特征已经成为学生掌握和使用光学显微镜的障碍。查找其原因主要有两个方面，一是因为初中学生对显微镜成像光路图存在“误解”，二是初中学生在生活中观察事物时，往往把倒像的理解仅仅只局限于竖直方向。在长期的教学实践中，通过不断反复的尝试，与学生进行深层次的沟通与交流，结合他们关于光学显微镜成像特征的认知程度，谨慎思量，寻找到他们关于光学显微镜成像方向特征最易理解和接受的语言描述，总结出了关于光学显微镜成像方向特征的描述：“上下颠倒，左右互换”，“‘物’和‘像’所处位置相反，‘物’和‘像’移动方向相反”。

光学显微镜 成像方向特征 上下颠倒左右互换 物和像所处位置相反 物和像移动方向相反

引言

光学显微镜是初中生进入初中阶段学习生物知识时，观察生物微观结构的首选器材，对于它的熟练使用也是初中生必须掌握的基本实验技能之一。在日常的生物教学过程中，我们发现学生对于光学显微镜的成像特征识记和应用，总是存在一定的“偏差”，而且在习题的训练中，错误也是屡屡出现，矫正过多次以后，还是不见其改正效果。所以，在初中教学阶段，无论是教师关于光学显微镜成像方向特征的授课，还是学生关于光学显微镜成像方向特征的识记和应用，就成为目前存在的教学“障碍”。细心揣摩，我们不难发现光学显微镜的基本原理是通过两个凸透镜二次成像后，对观察材料的物像起到放大作用，以便于观察者对生物材料进行更进一步的观察和认知。学生在使用光学显微镜的过程中，往往发现生物观察材料在光学显微镜下的成像方向好像不是成倒像，甚至，在载物台上对生物观察材料进行必要的移动时，方向总是不能很好的掌握，而教材中却明确指出：生物观察材料在光学显微镜下成倒像。是什么原因导致出现这些问题呢？下面我们就来做进一步的分析。

一、光学显微镜下观察生物材料产生疑问的成因

通过仔细揣摩我们不难发现，学生在学习使用光学显微镜的过程中产生种种疑惑无非主要是以下原因：首先初中学生对光学显微镜成像光路图的有“误解”，其次是初中学生生活中在观察事物时，往往把倒像的理解仅仅只局限于竖直方向。

关于光学显微镜的成像如“图-1”所示，光学显微镜的物镜在成像过程中应用的是凸透镜成像原理，即观察材料A，在物镜一倍焦距和二倍焦距之间时，会在物镜的另一侧二倍焦距以外的地方成倒立放大的实像，如，“图-1”中的物像B所示；而光学显微镜的目镜则是起到了放大镜的原理，物镜所成的像位于目镜一倍焦距以内，目镜将物镜放大的物像B，进行了二次放大，而这次则是被放大物像B的同侧，形成同方向放大的虚像，如“图-1”中的物像C所示。至此，光学显微镜下放置的是观察材料A，而我们在目镜中观察到的是物像C。从“图-1”所示的平面来看，观察材料A与物像C是的确呈倒立放大的关系。而生活中初中学生生活中在观察事物时，往往把倒像的理解仅仅只局限于竖直方向，所以他们便顺势得到了一个结论：光学显微镜下成像特征为“倒立放大的虚像”。

其实我们观察光学显微镜的视野范围时，不难发现，光学显微镜的视野范围是一个标准的“几何圆”，也就是说，光学显微镜在成像时，不仅在竖直方向是倒像，而是在水平方向，斜45°方向，乃至以视野圆心为对称中心成360°全方位内的范围内都是颠倒的。我们的观察方向结果其实是如“图-2”所示。如果，抛开放大倍数的因素，我们将光学显微镜下放置的观察材料与所成的像进行叠加会发现二者是以视野中心为对称中心的对称关系。也就是说其实观察材料所处的位置和观察到的物像所处的位置是相反的。所以，我们可以把光学显微镜下的生物观察材料观察成像方向特征概述为“上下颠倒，左右互换”，“‘物’和‘像’所处位置相反，‘物’和‘像’移动方向相反”。这样的光学显微镜的成像方向特征的描述，既方便于教师在日常的课堂教学过程中，向学生介绍光学显微镜的成像方向特征，也方便于学生对光学显微镜成像方向特征的识记和应用。

图1 光学显微镜成像原理

图2 观察材料与物像的方向对比

二、关于“上下颠倒，左右互换”，“‘物’和‘像’所处位置相反，‘物’和‘像’移动方向相反”在日常学习中的应用

1.关于光学显微镜下成像方向的辨别问题

如果我们在光学显微镜下放置了小写的英文字母“b”，哪么我们在光学显微镜的视野范围内能观察到怎样的字母呢？

推断如下：

先将英文字母“b”进行“上下颠倒”得到小写的英文字母“p”，再将其进行“左右互换”得到小写的英文字母“q”，即完成了“b→p→q”的推断过程。因此，我们做出推断：如果我们在光学显微镜下放置了小写的英文字母“b”时，我们则会观察到类似于英文小写字母“q”的物像。抛去放大因素，我们不难看出“b”和“q”成中心对称关系。

2.关于光学显微镜载物台上观察材料的移动方向问题

有时候，我们在使用光学显微镜观察生物材料时，发现物像不在视野的正中央，需要通过对载物台上的生物材料进行移动，使得物像位于观察视野正中央，便于我们进行观察。例如，我们在光学显微镜观察视野内发现所要观察的物像位于视野范围的“左上方”，要使得物像移动到观察视野的正中央，该如何进行调整呢？

推断如下：

当我们在光学显微镜的观察视野内发现所要观察的物像位于视野范围的“左上方”时，首先来判断观察材料的位置，根据“‘物’和‘像’所处位置相反”原理，这时，观察材料应该位于“右下方”位置，所以，观察材料应该向“左上方”进行移动；

亦可以做出以下推断：

物像位于视野范围的“左上方”，移动至视野正中央时，物像的移动方向应该向右下方移动，根据“‘物’和‘像’移动方向相反”原理，观察材料应该向“左上方”移动。

结论

光学显微镜下观察生物材料时，成像方向特征为“上下颠倒，左右互换”，“‘物’和‘像’所处位置相反，‘物’和‘像’移动方向相反”。