2010年8月25日

製作水晶體模型

眼睛裡的水晶體是一種很妙的東西,不管生物或理化都會講到它。可是這個東西因為太奇妙了,所以很難找到合適的教具來表現它。


之前解剖某些生物的時候,都特別去注意過他們的水晶體

像是鯊魚眼睛




丁香魚的眼睛


雞的眼睛




前幾天去參加2010物理教學及示範研討會,第2天的時候,林宣安老師分享了他用保險套和底片筒模擬的水晶體,然後只要用針筒注水進去,就能讓水晶體改變形狀,進而改變焦距,達到演示的目的。

林老師的作法我簡單敘述一下,如果看不懂,請洽林宣安老師。他是將一個底片筒橫切成一個環狀結構,然後拿保險套剪成兩片,用止水膠帶纏繞在環狀結構的兩側,然後在環狀結構用針筒注水,只要水多一些,保險套的皮就會往外凸,焦距就會比較短,相反地,把水抽出來一點,就可以有比較長的焦距。
(ps.我剛剛查google的時候,發現林宣安老師常常跟保險套連在一起啊)

然後注水造成的改變其實和真實水晶體的變形還是有段差距,因為水晶體的變形是藉著外力而改變的。
睫狀體的肌肉收縮時,水晶體旁的懸韌帶會鬆弛,然後水晶體就會因為自身的彈性而增厚,讓焦距變短,這樣就能看清楚近物了。像上面這樣的敘述,其實很多人都搞不懂之間的關係,所以這時候就需要具像化的教具來演示這個過程。


我在岩手縣綜合教育中心的資料中,找到了水晶體、懸韌帶與睫狀體之間關係的DIY教具。

連結如下
高等学校生物Ⅰ「環境と生物の反応」において眼の構造とはたらきの理解を深める学習展開に関する研究−
遠近調節に関するモデル教材の開発をとおして


在跟著做上面文件這個教具的時候,遇到最大的問題就是找不到做水晶體的材料。原始的設計用的是一種稱為「水之素」的材料,是用來做建築模型時,表現海洋、河流的材料。但是我問了好幾個美術用品社,都沒有找到這個東西,所以一直都沒有把這項教具做出來。

後來有一次逛化工行的時候,看到果凍蠟之後,才開始了這項教具的製作。現在想想,也許當初那位日本老師用的「水之素」,說不定就是果凍蠟?

果凍蠟使用前要先撕碎加熱,等到變成液狀之後就可以倒入模具裡頭。要注意,不能熱到沸騰冒泡泡,如果有泡泡,做出來的水晶體就會霧霧的。在製作過程中如果看見液體中有泡泡,可以敲擊邊緣,讓泡泡浮到表面就可以了。



這就是我做出來的水晶體,真的有放大功能喔


直徑約4公分,厚度約2公分


放在光線之下,還可以聚焦,更酷的是,把它擠到胖胖的,或是壓的扁扁的,焦距都會改變。


那模具呢?其實就是用鋁罐底部的凹槽啦,只要把果凍蠟的液體倒入凹槽裡,就可以做成一個平凸透鏡。如果要做雙凸透鏡就需要做出兩個平凸透鏡,然後把兩個黏在一起就可以了,用什麼黏呢?不用任何東西,果凍蠟是個很特別的東西,兩片果凍蠟壓在一起就可以黏在一起啦。

如果要做更大的凸透鏡,就需要更大的模子,例如鍋杓。


做出來的水晶體就可以這麼大一個



用鍋杓做出來的水晶體,從側面看加上昏黃的燈光,根本就是肉圓的樣子嘛!(這個因為做的時候氣泡太多,所以看起來就霧霧的)


水晶體外面要加上懸韌帶,所以得在水晶體倒模的時候就在外面先加上一圈帶子。
下圖是用鋁罐底部做的時候,在外圍加上一圈緞帶。(原設計者,是加上塑膠繩)


我們的懸韌帶是用2mm的魚線作的


睫狀體是用水管加上通管條做的(原作的設計是用彈簧加上水管通條)



把通管條塞入水管中繞三圈(我買15尺的通條管,實際只有用到約1/3),這樣在拉通管條的時候,水管圈成的圓形就會縮小,這時候在水晶體和水管之間再綁上2mm的魚線。
所以當通管條拉緊時,代表睫狀體的水管就會收縮,水晶體就會變厚;當通管條拉長時,代表睫狀體的水管會舒張變大,水晶體會被代表懸韌帶的魚線拉扁。

(真的很像肉圓)

這項教具其實還有些問題
  1. 魚線拉水晶體的時候,拉得太大力時,外圈的緞帶會和水晶體分離。不知怎解?
  2. 睫狀體內肌肉的收縮模式其實和這項教具不太一樣。

後記:前幾天跟一個理化老師講到要做這個教具,結果她說為什麼要做那麼多條懸韌帶,不是上下做兩條就可以了。追問之下,才知道她誤會了示意圖,我想這也是很多學生會產生的迷思概念吧。

圖片來源:http://www.cgmh.org.tw/intr/intr5/c63400/index.htm

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