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文檔簡介
1、廣州大學(xué)本科生畢業(yè)論文(設(shè)計(jì))論文題目: 遠(yuǎn)、近視的實(shí)驗(yàn)?zāi)M 院 系: 物理與電子工程學(xué)院 專 業(yè): 物 理 學(xué) 指導(dǎo)教師: 學(xué)生姓名: 學(xué) 號: 2013年5月10日遠(yuǎn)、近視的實(shí)驗(yàn)?zāi)M摘要 通過與國外情況比較,本文就目前我國近視患者人數(shù)大幅增加這一現(xiàn)象展開研究。首先將生物學(xué)與物理學(xué)相結(jié)合介紹了視力變差的原因。其次,本著教育從青少年學(xué)生抓起的想法,深入與中學(xué)老師探討,利用物理教材中眼睛與光學(xué)儀器內(nèi)容,不僅把物理學(xué)知識傳授給學(xué)生,而且利用相關(guān)的知識對中學(xué)生進(jìn)行了健康教育。關(guān)鍵字 近視;眼睛;實(shí)驗(yàn);模擬;矯正 abstract by comparison with the situation ab
2、road, a study of myopia substantial increase in the number of this phenomenon. first, biology and physics combined the deterioration of eyesight. secondly, in line with the idea of education from a young student grabbed, depth and secondary school teachers, physics textbook eyes and optical instrume
3、nts, not only physics knowledge to the students, and the use of relevant knowledge on the students health education.keywords myopia; eyes; experiment; simulation; correction目 錄1.前 言52.近視和遠(yuǎn)視病理分析62.1眼睛的組成62.2什么叫近視和遠(yuǎn)視72.3眼睛成像原理72.4近視和遠(yuǎn)視的成因82.5近視的治療與預(yù)防93.中國以及世界各國的近視情況分析93.1美國近視情況分析103.2德國近視情況分析103.3新加坡近
4、視情況分析113.4日本近視情況分析113.5中國近視情況分析113.6總結(jié)114.進(jìn)行近視眼的實(shí)驗(yàn)?zāi)M124.1近視眼實(shí)驗(yàn)?zāi)M方案一124.1.1概況與構(gòu)想124.1.2實(shí)驗(yàn)?zāi)P团c實(shí)驗(yàn)方法134.1.3總結(jié)144.2近視眼實(shí)驗(yàn)?zāi)M方案二144.2.1概況與構(gòu)想144.2.2實(shí)驗(yàn)?zāi)P团c實(shí)驗(yàn)方法154.2.3總結(jié)164.3改造、自制模型,改進(jìn)實(shí)驗(yàn)方法164.3.1設(shè)計(jì)思路164.3.2實(shí)驗(yàn)器材與制造方法174.3.3實(shí)驗(yàn)步驟194.3.4實(shí)驗(yàn)總結(jié)2005.結(jié) 論21參考文獻(xiàn)22致 謝231.前 言據(jù)我國衛(wèi)生部和教育部前段時間進(jìn)行的聯(lián)合調(diào)查,目前我國青少年學(xué)生近視發(fā)生率超過60%,位居世界第一位,
5、總體近視人數(shù)和青少年近視人數(shù)也均達(dá)世界第一1。如何保護(hù)珍貴的視力,預(yù)防近視的發(fā)生,減少近視人數(shù),特別是如何降低青少年學(xué)生的近視發(fā)病率已經(jīng)成為我國教育部門和衛(wèi)生部門不得不重視的課題。恰逢粵教滬科版物理教材八年級上冊有眼睛與光學(xué)儀器一節(jié)課內(nèi)容,筆者認(rèn)為作為物理老師的我們不僅僅只要求學(xué)生能記能畫能答,達(dá)到應(yīng)考要求,還應(yīng)肩負(fù)起對青少年學(xué)生的健康教育任務(wù)。我們應(yīng)該因勢利導(dǎo)花一點(diǎn)時間深入講授這一節(jié)內(nèi)容,并最好有合適的實(shí)驗(yàn)器材即一個仿真程度高、能正確反映出人眼特征、近視時發(fā)生的變化而且操作簡易的眼球儀進(jìn)行演示實(shí)驗(yàn),上一節(jié)充滿樂趣而又讓學(xué)生獲益良多的物理課,講授近視和遠(yuǎn)視的形成原因和其矯正的方法。不但可以激發(fā)
6、學(xué)生對學(xué)習(xí)物理、學(xué)習(xí)科學(xué)技術(shù)的熱情,又能達(dá)到考試的要求,而且尤為重要的是可以幫助學(xué)生認(rèn)識眼睛,促使學(xué)生養(yǎng)成良好的用眼習(xí)慣,對降低青少年近視發(fā)生有重要的作用。鑒于本節(jié)課在中考中所占分值比例不高,因此本節(jié)課內(nèi)容往往得不到老師們的重視。傳統(tǒng)教學(xué)往往都是采用這樣的教學(xué)方法:講一講眼睛的組成和構(gòu)造,也許還說一說各部分的功能,看一看近視眼、遠(yuǎn)視眼與正常眼的光路圖,記一記矯正近視眼和遠(yuǎn)視眼所采取的方法。這種以講授為主的傳統(tǒng)教學(xué)方法,雖然可以用最少的課堂時間達(dá)到良好的應(yīng)試目的,但是學(xué)生卻沒有對眼睛健康形成正確的認(rèn)識,甚至沒有留下深刻的印象,達(dá)不到對青少年學(xué)生眼睛健康教育的目的。而且教學(xué)過程中還存在以下幾個問題
7、:一、在真正的生活中人眼到底是怎樣看清楚不同遠(yuǎn)近的景物?二、近視和遠(yuǎn)視發(fā)生原因有幾種?眼睛分別發(fā)生了什么變化?為什么近視不能看清楚遠(yuǎn)處的東西而遠(yuǎn)視無法看清近處的東西?三、當(dāng)時人們是怎么樣想到用凹透鏡來矯正近視眼和用凸透鏡來矯正遠(yuǎn)視眼?四、在人的視覺形成過程中,為什么在視網(wǎng)膜得到的是倒立縮小的像,而人的感覺卻是正立放大的像?這該如何用實(shí)驗(yàn)來模擬和證明?為了加深學(xué)生對眼睛的認(rèn)識、讓學(xué)生首先對眼睛健康重視起來以及解決上訴四個筆者認(rèn)為在本節(jié)課中尚未解決的問題,筆者采用的是采用教具進(jìn)行實(shí)驗(yàn)演示模擬的教學(xué)方法代替一般的傳統(tǒng)教學(xué)。計(jì)劃用時是一個課時,雖然要比以往的10到15分鐘的教學(xué)時間要多,但讓學(xué)生有更深
8、刻的了解,促使學(xué)生形成良好用眼習(xí)慣。在這樣一節(jié)有三重目的的特殊課堂中,最重要的環(huán)節(jié)是眼睛成像演示實(shí)驗(yàn)。要做好這個實(shí)驗(yàn),前提是具有一個仿真程度高、能正確反映出人眼特征、近視時發(fā)生的變化、操作簡易的眼球模型,其中又以晶狀體模型最為關(guān)鍵,因?yàn)榫铙w是眼球屈光系統(tǒng)最重要的組成部分,也是唯一具有調(diào)節(jié)能力的屈光間質(zhì)2??v觀國內(nèi)不少具有創(chuàng)新精神的老師已經(jīng)制造出一些其凸度可變,仿真程度非常高的晶狀體模型。配合這些“人造晶狀體”,可以在課堂上有很好的演示效果,能反映出人的視覺形成、近視眼和遠(yuǎn)視眼的變化及其矯正。但是在筆者查閱資料的過程中發(fā)現(xiàn),老師們的這些眼球模型設(shè)計(jì)風(fēng)格不一,有的設(shè)計(jì)簡單但功能不能滿足上課需要,
9、有的設(shè)計(jì)精細(xì)巧妙卻沒有總結(jié)其使用方法。因此,筆者在參考各前輩們的前提上,探討該如何改進(jìn)其人眼模型,總結(jié)其使用方法和步驟,如何能最好地上好這一節(jié)課,也可以給需要的老師們一個參考。2. 近視和遠(yuǎn)視病理分析2.1眼睛的組成一束光線射入眼睛到我們形成視覺,按先后順序分別通過了角膜(cornea)具有十分敏感的神經(jīng)末梢,當(dāng)有外來異物接觸時,眼瞼便會不由自主地合上,起保護(hù)作用3;瞳孔(pupil)類似于照相機(jī)的光圈,可以根據(jù)外部光線強(qiáng)弱自動改變其大小,控制進(jìn)光量4;晶狀體(lens)是一個雙面突起的透鏡,可以對進(jìn)入眼睛的光線進(jìn)行彎曲,使光線焦點(diǎn)剛好處于視網(wǎng)膜處,人才能看到清晰的景物,是屈光系統(tǒng)中最重要的組
10、成部分;玻璃體(vitreousbody)充滿于整個眼球,位于晶狀體和視網(wǎng)膜之間,具有固定視網(wǎng)膜和一定的屈光功能5;視網(wǎng)膜(retina)感光細(xì)胞所在的地方,當(dāng)感受到光時,感光細(xì)胞可以將光信號轉(zhuǎn)換成電信號傳遞給大腦6。當(dāng)然,人眼的組成是十分復(fù)雜的,其組成遠(yuǎn)遠(yuǎn)不止以上幾個部分,對于一般的中學(xué)生,和本文做探究的實(shí)驗(yàn)只要求知道上述幾個組成。事實(shí)上它們也是人眼中最為重要的組成。2.2什么叫近視和遠(yuǎn)視一般來說正常的眼睛在調(diào)節(jié)靜止?fàn)顟B(tài)下,距離超過5米以外的平行光線進(jìn)入眼睛,通過角膜、晶狀體、玻璃體(主要是晶狀體)的屈光后,光線焦點(diǎn)可以正常地落在視網(wǎng)膜上面,這樣人便能看到清晰的成像。具有這一種屈光本領(lǐng)的眼睛
11、我們稱為正視眼(emmetropia)。如果在沒有其他儀器的幫助下,由于各種原因5米之外的平行光線無論如何都無法聚焦在視網(wǎng)膜上而焦點(diǎn)總處于視網(wǎng)膜前方,不能形成清晰的像,這種眼鏡成為近視眼(myopia),簡稱近視7。而因?yàn)樵虻牟煌?,常見的大概有軸性近視(axial myopia )和屈光近視(refractive myopia )兩種,其中以軸性近視最為常見8。反之,若光線無法聚焦在視網(wǎng)膜上而焦點(diǎn)總處于視網(wǎng)膜后方,這樣的眼睛稱為遠(yuǎn)視眼(hyperopia),同樣遠(yuǎn)視可分為軸性遠(yuǎn)視(axial hyperopia)和屈光遠(yuǎn)視(refractive hyperopia)兩種。2.3眼睛成像原理在
12、我們?nèi)粘I钪惺褂檬謾C(jī)或者照相機(jī)的過程中就會發(fā)現(xiàn),以前的照相機(jī)只適合拍遠(yuǎn)景而不適合拍近處的物體,因?yàn)闆]有自動對焦系統(tǒng)(auto focus),光線的焦點(diǎn)無法根據(jù)景物的距離自動落在感光元件(ccd)上,所以拍近處的物體會十分模糊。事實(shí)上這就是一個“遠(yuǎn)視眼”。而如今所有的照相機(jī)和大部分的手機(jī)攝像頭基本上都有自動對焦系統(tǒng),能根據(jù)景物遠(yuǎn)近自動調(diào)節(jié)時光線焦點(diǎn)準(zhǔn)確落在感光元件上,從而使拍近景和遠(yuǎn)景都得心應(yīng)手。其實(shí)照相機(jī)對焦系統(tǒng)的發(fā)明就是模仿我們的眼睛。我們知道一個正常視力的人無論看近處的物體還是遠(yuǎn)處的景物都能看得十分清晰,但是根據(jù)光學(xué)原理知道我們眼睛不可能同時讓近物和遠(yuǎn)景發(fā)出的光線同時聚焦在視網(wǎng)膜上,那么
13、人的眼睛是如何根據(jù)我們的需要做到的呢?下面一起來分析。根據(jù)光學(xué)知識可知,焦距和屈光度是互為倒數(shù)的關(guān)系。若果我們5米為分界線,5米以外的物體叫做遠(yuǎn)景,那么5米焦距對應(yīng)的屈光度便是1/5m=0.2d。能看清楚5米處景物的眼睛便已經(jīng)是正視眼。假設(shè)如果我們看書、寫字和玩電腦時距離是0.4m,那么這個時候0.4m焦距對應(yīng)的屈光度是1/0.4m=2.5d,如果我們看書、寫字和玩電腦時距離是0.2m,那么這個時候?qū)?yīng)的屈光度是1/0.2m=5.0d,為了達(dá)到不同狀態(tài)下所需要的不同屈光度,晶狀體形狀、凸度可以改變,眼球前后距離,即眼軸(axis)也將同時改變長度以便光線焦點(diǎn)落在視網(wǎng)膜上。這樣不同距離的光線焦點(diǎn)
14、就可以準(zhǔn)確地落在視網(wǎng)膜上,經(jīng)過感光細(xì)胞的信號轉(zhuǎn)換、大腦的圖像處理,最后人們就看到了這個色彩斑斕的世界。2.4近視和遠(yuǎn)視的成因我們一般所說的近視以軸性近視最為常見,產(chǎn)生的原因很多,但除先天遺傳因素外基本上都是與用眼習(xí)慣方法不當(dāng)有關(guān)。屈光系統(tǒng)健康正常的眼睛適合于長時間看5米以外的景物和短時間看近處的東西,比如說讀書、寫字、使用電腦等等。如果用眼不當(dāng),長時間看近處的物體而不作休息看一下遠(yuǎn)景,處于發(fā)育期的青少年就極易因眼部疲勞而造成近視。具體分析其原理,上文已經(jīng)提到,當(dāng)物體距離0.4m時對應(yīng)屈光度是2.5d,為了達(dá)到這個屈光度晶狀體必須變得凸起,眼球也必須同時拉長,也就是說眼睛暫時變成了2.5d-0.
15、2d=2.3d,也就是230度近視眼。若果物體僅距離0.2m,對應(yīng)的屈光度是1/0.2m=5.0d,晶狀體必須變得更加凸起,眼球也必須同時拉得更長更長,也就是說變成480度的“大近視”。一般來說如果勞逸結(jié)合,眼軸長度、晶狀體形狀在變形之后還是可以恢復(fù)到原來形狀的,但是如果連續(xù)看近物時間過長,眼球的調(diào)節(jié)就會變得疲勞,長時間的形變很可能就無法完全恢復(fù),變成“終生形變”,也就是說變成真正的永久近視眼了。還處于“身體可塑期”的青少年,因?yàn)樯眢w各方面還沒有完全定型,眼球的長時間形變更容易發(fā)展成為永久形變。事實(shí)上大多數(shù)近視都是由于眼軸被拉長無法恢復(fù)導(dǎo)致的,這種近視就是前文所提及到的“軸性近視”,還有一部分
16、是因?yàn)榻悄?、晶狀體太凸,屈光能力太強(qiáng)無法恢復(fù)導(dǎo)致的,稱為“屈光性近視”9。這就是近視眼的成因。反之,遠(yuǎn)視眼一般是先天性眼球長度太短,光線焦點(diǎn)落在視網(wǎng)膜后方,稱為軸性遠(yuǎn)視。又或者是角膜、晶狀體凸度不夠,屈光能力過弱,光線也無法聚焦在視網(wǎng)膜上,這種稱為屈光性遠(yuǎn)視。而老年人因?yàn)檠鄄空{(diào)節(jié)能力過弱,不能自動控制晶狀體的凸度也會產(chǎn)生屈光能力過弱的現(xiàn)象,這種屈光性遠(yuǎn)視就是我們常說的“老花”。2.5近視的治療與預(yù)防由上文近視原理可知,遠(yuǎn)處平行光無法聚焦在視網(wǎng)膜上而是聚焦在視網(wǎng)膜前,所以我們就想辦法使光線焦點(diǎn)落在視網(wǎng)膜上。在不改動眼睛結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)上,最簡單的辦法是使遠(yuǎn)處過來的平行光變成稍微發(fā)散的光線,這樣的話即使
17、眼軸過長,經(jīng)過晶狀體的屈光后光線焦點(diǎn)仍能落回視網(wǎng)膜上。使平行光發(fā)射,通過八年級上冊物理的光學(xué)內(nèi)容可知最簡單的方法是使用凹透鏡。正因如此,近視眼鏡就應(yīng)運(yùn)而生,事實(shí)上我們常見的近視眼鏡就是凹度不盡相同的凹透鏡。同理,解決遠(yuǎn)視問題最簡便的方法就是佩戴遠(yuǎn)視眼鏡,也就是凸透鏡。近視的同學(xué)在看遠(yuǎn)處的景物不清晰,于是到眼鏡店配近視眼鏡。但是眼睛只時進(jìn)入眼睛的光線發(fā)生發(fā)散的變化也不可能使眼球恢復(fù)到原來的長度,也就是說眼睛依舊處于近視眼狀態(tài)。看遠(yuǎn)處的東西是變清晰了,但是假如一個3.0d(300度)近視眼佩戴了300度的近視眼鏡,如果日常用眼習(xí)慣仍不改進(jìn),那么看30cm處近物時眼睛實(shí)際上是處于3.0d+3.0d=
18、6.0d,即600度高度近視狀態(tài),仍然長期不看遠(yuǎn)處的話便會一直重復(fù)這些過程,近視還會一直加深,這就是為什么佩戴眼鏡后視力仍會繼續(xù)惡化的原因。近視眼的發(fā)生常常出現(xiàn)在人的少年時期并在青年時期(20歲以前)得到發(fā)展。眼睛的變化是眼球自身對人的用眼習(xí)慣和環(huán)境需要的一種適應(yīng)的后果,并且在發(fā)育階段形成不可逆、永久性的變化。由于眼睛內(nèi)部結(jié)構(gòu)十分復(fù)雜精細(xì),眼睛結(jié)構(gòu)包括眼軸長度在目前醫(yī)學(xué)技術(shù)來說還不太可能可以改變,做角膜屈光矯正手術(shù)事實(shí)上就是佩戴了一副“無形的眼鏡”,使進(jìn)入眼睛的光線發(fā)散,但卻傷害了角膜,所以并不是一個最好的選擇。這也說明了現(xiàn)今階段仍不能完全根治近視眼,但是既然近視眼的形成是對眼睛長期處于的光環(huán)
19、境的一種適應(yīng),那么最好的辦法便是養(yǎng)成良好的用眼習(xí)慣,讓眼睛處于一個“良好的環(huán)境中”,防止近視眼的發(fā)生和發(fā)展10。3.中國以及世界各國的近視情況分析為了研究近視群體在世界各國的分布情況,筆者經(jīng)過在互聯(lián)網(wǎng)上查閱資料,大概分析了代表西方國家的美國和德國,代表亞洲國家的中國、日本和新加坡的近視發(fā)生情況,詳細(xì)的內(nèi)容如下:3.1美國近視情況分析美國的近視率在全世界范圍里處于一個十分低的水平,其中總體近視率約為10%,而青少年近視率大概是25%11。原因不是因?yàn)槊绹鴮W(xué)生的學(xué)習(xí)壓力小所以近視發(fā)病率低,而是因?yàn)槊绹?項(xiàng)措施保護(hù)青少年兒童的視力:第一,學(xué)校教育,社會宣傳,教導(dǎo)孩子養(yǎng)成良好用眼習(xí)慣。其中主要的內(nèi)容
20、是:(1) 閱讀書本和看電腦屏幕每隔半個小時閉眼休息或看遠(yuǎn)處景物兩分鐘。(2) 在看書和看電腦屏幕是要常常眨眼睛以保持眼部濕潤。(3) 電腦顯示器與眼睛距離最小為45cm(4) 電腦顯示器中點(diǎn)應(yīng)低于雙眼15cm左右最為適合。第二,美國人一般喜歡用全光譜燈泡,也就是最普通的白熾燈,降低室內(nèi)閱讀時對眼睛的損害。第三,美國人喜歡在室外陽光過強(qiáng)時佩戴墨鏡,保護(hù)眼睛。第四,美國人一般購買防眩電腦顯示器和電視,將眼睛傷害減到最小。第五,美國家長嚴(yán)格要求孩子每天保證有8個小時的睡眠時間。3.2德國近視情況分析如果說美國的近視率已經(jīng)很低,那德國的近視人數(shù)就幾乎可以忽略。據(jù)悉,德國不論在小學(xué)還是在大學(xué)都很少人佩
21、戴眼鏡。一些不得已戴上眼鏡的學(xué)生會覺得自己成為了“異類”、“怪物”。德國的青少年近視率近年來已經(jīng)低至15%。德國近視率低的最主要原因是家長和社會對眼睛的重視程度十分高。德國還有一套十分有新意的眼保健操,不僅用手指按摩眼睛周圍的穴位,而且還配合眼球不同方向的快速轉(zhuǎn)動。做這一套操要花至少5分鐘的時間,而學(xué)校要求學(xué)生每天上午下午在學(xué)校各做一次,晚上臨睡覺之前也要再做一次。有的學(xué)校讓孩子戴上巫婆眼睛從小體現(xiàn)戴眼鏡的不便,讓孩子自覺養(yǎng)成良好的用眼習(xí)慣。有的學(xué)校定期舉行登高活動,讓孩子瞭望田野群山達(dá)到養(yǎng)眼的目的,無形中提高了孩子的視力。3.3新加坡近視情況分析據(jù)新加坡保健促進(jìn)局的統(tǒng)計(jì)顯示,新加坡青少年學(xué)生
22、近視率超過50%,而且男女近視比例懸殊較大,約58%女生患近視或其他視力問題,男生也超過了50%。新加坡有30%的幼年兒童患有近視,而這一比例在澳大利亞大概只有1.3%3.4日本近視情況分析據(jù)日本文部科學(xué)省統(tǒng)計(jì)顯示,日本近幾年來青少年近視率有所下降,但是仍然超過60%。日本一直以來是世界近視發(fā)生率最高的國家。其中2010年日本小學(xué)近視率28%,初中生近視率49%,高中生近視率64%,大學(xué)生近視率也超過64%。僅從近視率來看,日本已經(jīng)連續(xù)多年穩(wěn)坐世界第一近視大國的寶座,但近兩年來已經(jīng)逐漸被中國所超越。3.5中國近視情況分析我們從小開始就聽到耳熟能詳?shù)耐暎骸氨Wo(hù)視力,眼保健操開始,閉眼”中國從上
23、世紀(jì)70年代開始就要求學(xué)生課間要做眼保健操。但是,隨著眼保健操的推行,我國的青少年近視率不降反升。兩年前,我國的青少年近視率僅次于日本位居世界第二,而兩年后的今天我國的青少年近視發(fā)生率已經(jīng)超過60%,總體近視發(fā)生率已達(dá)33%,成功擊敗日本奪得冠軍寶座。我國的青少年近視率比美國的25%高出2.4倍,其中小學(xué)生33%、初中生60%、高中生77%、大學(xué)生80%。調(diào)查顯示中國78%高中生在校學(xué)習(xí)時間超過8個小時,還有57%高中生在家學(xué)習(xí)2個小時以上,中學(xué)生每天的學(xué)習(xí)時間是1214小時。如此高度緊張的學(xué)習(xí),在加上孩子的眼睛健康得不到社會和家長的重視,近視率遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于美國甚至成功超越日本也不足為奇了。3.6
24、總結(jié)調(diào)查研究發(fā)現(xiàn),總體來說,亞洲國家的近視發(fā)生率要比歐洲和北美要高,除了遺傳因素的影響外,社會環(huán)境和個人的用眼習(xí)慣也會造成很大的影響。在我國緊張的學(xué)習(xí)環(huán)境下,如果不注意個人的習(xí)慣,不注意勞逸結(jié)合,是極容易形成近視的。而近視一旦發(fā)生則無法根治,影響一生,所以近視應(yīng)以預(yù)防為主,習(xí)慣從娃娃抓起,加上學(xué)校老師的教育,才有可能達(dá)到降低近視發(fā)生率的目的。因此筆者認(rèn)為物理教材八年級上冊眼睛與光學(xué)儀器一節(jié)課內(nèi)容十分重要,在校老師應(yīng)當(dāng)重視并上好這節(jié)課。4.進(jìn)行近視眼的實(shí)驗(yàn)?zāi)M工欲善其事,必先利其器。要完整地模擬出人眼視覺形成的過程和近視眼、遠(yuǎn)視眼的生理特征,給學(xué)生們上一節(jié)生動有趣而又獲益良多的物理課,就必須先要
25、有一套功能齊全、操作簡便的實(shí)驗(yàn)器材。據(jù)筆者在見習(xí)中學(xué)、實(shí)習(xí)和如今工作的中學(xué),還有在網(wǎng)絡(luò)上的調(diào)查。大多數(shù)老師在這一小節(jié)的內(nèi)容上基本上是以講授和記憶為主,而即使有真正在課堂上做演示實(shí)驗(yàn)的老師大多也只是利用“凸透鏡成像規(guī)律”所使用的實(shí)驗(yàn)儀器簡單演示一下,既沒有給學(xué)生留下深刻的印象也沒有達(dá)到教育學(xué)生用眼健康的目的。因此,要獲得這樣一個設(shè)計(jì)比較嚴(yán)謹(jǐn),功能比較齊全的實(shí)驗(yàn)?zāi)P椭荒軌蜃灾屏?。在網(wǎng)上查閱資料時發(fā)現(xiàn),不少具有創(chuàng)新探索精神的物理、生物老師也在做相似的工作。有的老師也把自己設(shè)計(jì)的眼球模型展示出來供大家研究議論。筆者經(jīng)過調(diào)查總結(jié),發(fā)現(xiàn)現(xiàn)今近視、遠(yuǎn)視眼模擬實(shí)驗(yàn)主要有幾種模型及實(shí)驗(yàn)演示方法,筆者也到東莞市常
26、平中心小學(xué)探訪了小學(xué)自然老師李自強(qiáng)老師,常平中學(xué)初二物理老師肖偉彬老師兩位老師,他們都給了我十分多的建議,令我收獲良多。4.1近視眼實(shí)驗(yàn)?zāi)M方案一4.1.1概況與構(gòu)想因?yàn)槔钭詮?qiáng)老師是一名小學(xué)自然教師,面對小學(xué)生群體,很有必要增強(qiáng)實(shí)驗(yàn)的直觀性,以便于讓學(xué)生更加明白近視形成的原因。其方法如下:根據(jù)九年義務(wù)教育六年制小學(xué)教科書自然第12冊第18頁有一個“探究近視成因及其矯正方法”的探究實(shí)驗(yàn),書上用到的探究的方法是:首先找兩塊直徑相同、凸度不一樣的凸透鏡用來模擬人眼中的晶狀體,讓蠟燭的光首先通過凸度較大的凸透鏡,在屏幕上形成一個清晰的像。接著將蠟燭遠(yuǎn)離凸透鏡(即晶狀體)一些,觀察到紙屏(模擬視網(wǎng)膜)上
27、無法形成清晰的像。另外換凸度較小的凸透鏡同樣實(shí)驗(yàn)觀察。上述實(shí)驗(yàn)對于理解課本中的重點(diǎn)“近視的成因晶狀體失去調(diào)節(jié)能力”顯得較為抽象,學(xué)生只能從實(shí)驗(yàn)中初步感知:晶狀體越凸,就越能看清近的物體,晶狀體凸度小,則可以看清遠(yuǎn)處的物體。而自己實(shí)際動手操作探究“近視的成因”、理解近視眼成因的本質(zhì)卻顯得十分模糊。從實(shí)驗(yàn)教學(xué)的角度來說,用書本上的方法沒能夠完全發(fā)揮實(shí)驗(yàn)教學(xué)的嚴(yán)謹(jǐn)性、科學(xué)性,而使實(shí)驗(yàn)教學(xué)帶有模糊性、隨意性,因而不利于學(xué)生科學(xué)思想的形成及探索能力的培養(yǎng)。因此李自強(qiáng)老師萌發(fā)了改進(jìn)自然課本上的實(shí)驗(yàn)的想法。通過鉆研,研制了一個新的實(shí)驗(yàn)器材透鏡架,設(shè)計(jì)出一個同樣簡單易懂、操作方便而又比較科學(xué)嚴(yán)謹(jǐn)?shù)娜搜蹖?shí)驗(yàn)?zāi)P?/p>
28、。4.1.2實(shí)驗(yàn)?zāi)P团c實(shí)驗(yàn)方法首先該儀器的結(jié)構(gòu)主要由兩個高低不同的蠟燭(蠟燭a用于模擬近處的物體和蠟燭b用于模擬遠(yuǎn)處的物體)、透鏡架(帶有兩片不同凸度的凸透鏡,透鏡甲凸度小,透鏡乙凸度大,用于模擬兩種狀態(tài)下的晶狀體)、大紙屏(模擬視網(wǎng)膜)以及基座組成。李自強(qiáng)老師具體的操作步驟、現(xiàn)象分別是:1、步驟:(1)調(diào)節(jié)好蠟燭、透鏡架、大紙屏的中心高度和距離,使三者中心處于同一高度。(2)點(diǎn)燃蠟燭a,讓透鏡乙朝上,固定,觀察紙屏上的成像;把甲、乙透鏡旋轉(zhuǎn)互換位置,再觀察。(3)點(diǎn)燃蠟燭b,接著重復(fù)步驟同(2)。2、現(xiàn)象:(1)晶狀體的凸度變大(乙),看近景,a像清晰; 看遠(yuǎn)景,b 像模糊。(2)晶狀體的凸
29、度變?。祝唇?,a 像模糊;看遠(yuǎn)景,b 像清晰。李自強(qiáng)老師的這個實(shí)驗(yàn)遵循凸透鏡成像原理。通過實(shí)驗(yàn)讓學(xué)生理解到人的一個眼球中晶狀體只有一個,它必須可以根據(jù)景物的遠(yuǎn)近自行調(diào)節(jié)其凸度,才可以看清楚不同遠(yuǎn)近的東西,學(xué)生們也可以容易地得出:如果人的晶狀體補(bǔ)能自由改變其凸度,那么看遠(yuǎn)處物體就會模糊,學(xué)生便成功領(lǐng)悟出近視眼、遠(yuǎn)視眼的成因。4.1.3總結(jié)分析其實(shí)驗(yàn)的優(yōu)缺點(diǎn),該實(shí)驗(yàn)裝置簡單、操作方便、現(xiàn)象明顯也十分明顯。遠(yuǎn)近不同的蠟燭也能很好地模擬出各種距離的景物,凸度不同的兩個凸透鏡也能說明晶狀體在變化,紙屏上成像清晰與否說明了人能否看到清晰的物體。學(xué)生觀察方便,教學(xué)具有啟發(fā)性,促進(jìn)了學(xué)生的思維發(fā)展,能
30、較好地完成課堂目的,幫助學(xué)生認(rèn)識近視眼從而自覺預(yù)防近視。但是該實(shí)驗(yàn)裝置也有明顯的不足:第一,該實(shí)驗(yàn)中所采用的兩片凸度的同的凸透鏡雖然更換方便快捷,但是由于其凸度的變化不是連續(xù)的,所以課前蠟燭、凸透鏡、紙屏的位置必須花點(diǎn)時間調(diào)節(jié)好才能在課堂上使用,并且在實(shí)驗(yàn)中更換不同的凸透鏡對學(xué)生理解晶狀體形變也造成一定的阻礙。第二,該實(shí)驗(yàn)中紙屏的位置是固定的,只能通過紙屏上的成像清晰與否判斷人看不看得清,但是無法說明近視眼的成像是在視網(wǎng)膜前還是視網(wǎng)膜后面;第三,該實(shí)驗(yàn)中老師的總結(jié)是:人眼中的晶狀體必須可以根據(jù)景物的遠(yuǎn)近自行調(diào)節(jié)其凸度,才可以看清楚不同遠(yuǎn)近的東西,否則便成了近視眼。這所描述的近視只有占少數(shù)的“屈
31、光性近視”而不是更常見的“軸性近視”。如何說明因眼軸變長而導(dǎo)致晶狀體成像過前,該實(shí)驗(yàn)沒有提及。第三,該實(shí)驗(yàn)向?qū)W生說明了“屈光性近視”的成因,卻沒有向?qū)W生說明如何矯正近視眼。鑒于李自強(qiáng)老師面對的是小學(xué)生,光學(xué)知識不必說明也可以。但是如果要把該實(shí)驗(yàn)應(yīng)用于中學(xué)教學(xué),就必須補(bǔ)充近視眼矯正的方法。4.2近視眼實(shí)驗(yàn)?zāi)M方案二4.2.1概況與構(gòu)想因?yàn)楣P者現(xiàn)在恰好在常平中學(xué)代初二物理的課,于是便詢問了初二物理備課組中肖偉彬老師對于這節(jié)課的看法。與筆者的想法一樣,肖偉彬老師對于這節(jié)課的重要性也是十分贊同,在肖偉彬老師二十年的教學(xué)中,也曾經(jīng)自制過這一個比較特殊的模型。因而給予了我極大的幫助,以下是筆者探訪肖偉彬老
32、師過程中的收獲:肖偉彬老師為尋找制造晶狀體模型的材料、該怎么做花費(fèi)大量的心思,最后采用了裝有“開塞露”的瓶子來模擬晶狀體。主要原因是這個瓶子是一個橢圓球狀的柔軟塑料容器,其形狀與晶狀體相似,經(jīng)試驗(yàn)可以對光線進(jìn)行聚焦,并且用手一捏又可以改變其凸起程度,這就可以模擬人眼晶狀體看遠(yuǎn)景和看近物時不同的屈光能力。4.2.2實(shí)驗(yàn)?zāi)P团c實(shí)驗(yàn)方法該實(shí)驗(yàn)主要由正常視力模擬、近視和遠(yuǎn)視成因模擬、近視和遠(yuǎn)視眼的矯正模擬三個部分組成,其所用到的器材有:蠟燭燈具、光屏、開塞露、基座、合適的凸透鏡和凹透鏡各一塊。肖老師具體的操作步驟、現(xiàn)象分別是:1、正常視力的模擬:首先把光屏中心、開塞露中心、蠟燭火焰中心調(diào)節(jié)到同一高度,
33、當(dāng)火焰燃燒穩(wěn)定時調(diào)節(jié)三者的距離使火焰在光屏上形成一個倒立縮小的清晰實(shí)像。說明了正常人眼看物體的狀態(tài)。2、近視眼成像的模擬:保持蠟燭、開塞露、光屏的位置不變,輕輕擠壓開塞露使開塞露前后變得更加凸出,模擬屈光度過強(qiáng)的晶狀體。光屏上的蠟燭火焰成像變得模糊不清,并且比之前更小,說明了這時候近視眼成的像位于視網(wǎng)膜之前。3、遠(yuǎn)視眼成像的模擬:首先調(diào)節(jié)蠟燭、開塞露、光屏的位置,使蠟燭火焰在光屏上成幾乎等大倒立的實(shí)像,將該狀態(tài)假設(shè)為人看近物時眼睛的狀態(tài)。并輕輕擠壓開塞露使開塞露前后凸度變小,模擬患有遠(yuǎn)視時晶狀體調(diào)節(jié)能力過弱,凸度過小。這時候在光屏上觀察到成像模糊不清并且成散開的圓圈狀,說明了這時候遠(yuǎn)視眼成的像
34、位于視網(wǎng)膜之后。4、近視眼和遠(yuǎn)視眼的矯正模擬:在進(jìn)行實(shí)驗(yàn) 2 的時候,發(fā)現(xiàn)了近視眼成像有可能落在視網(wǎng)膜之前,說明了晶狀體屈光過強(qiáng)。在此同時詢問同學(xué)們解決的方法有哪些,然后畫龍點(diǎn)睛道出:既然晶狀體屈光過強(qiáng),平行的光線過早會聚,那就可以讓平行光先變成稍稍發(fā)散的光,這樣光線最終就可能可以落在視網(wǎng)膜上面了,然后可以繼續(xù)詢問學(xué)生們什么東西可以讓光線發(fā)散,經(jīng)過之前的學(xué)習(xí)學(xué)生們很容易就可以回答出凹透鏡出來。接著使用提前準(zhǔn)備好的凹透鏡進(jìn)行矯正實(shí)驗(yàn),原來光屏上又小又模糊的火焰成像又重新變清晰,成功說明學(xué)生們的猜想正確。同理進(jìn)行實(shí)驗(yàn) 3 的時候也趁勝追擊,讓學(xué)生們自己相出矯正遠(yuǎn)視眼的辦法。4.2.3總結(jié)筆者認(rèn)為肖
35、偉彬老師設(shè)計(jì)的這個實(shí)驗(yàn)比起李自強(qiáng)老師的有較大的進(jìn)步,其重要原因之一是面向的群體不同。肖偉彬老師面對的是中學(xué)生,其實(shí)驗(yàn)的嚴(yán)謹(jǐn)性和啟發(fā)性都要求更高。分析其優(yōu)缺點(diǎn),筆者認(rèn)為肖老師的這套模型和實(shí)驗(yàn)方法有以下幾個優(yōu)點(diǎn):第一:晶狀體的模擬取材較為創(chuàng)新。開塞露價格不高,獲取方便,變形調(diào)節(jié)方便。做這個實(shí)驗(yàn)的效果也十分理想。第二:包含了矯正實(shí)驗(yàn)?zāi)M。對比起李老師的方法,肖老師增加了一個近視、遠(yuǎn)視眼的矯正實(shí)驗(yàn)。實(shí)驗(yàn)觀察效果也十分好,讓學(xué)生深刻體會到物理學(xué)知識在日常生活中的應(yīng)用。第三:具有啟發(fā)性。當(dāng)近視和遠(yuǎn)視模擬完成之后,肖老師后會因勢導(dǎo)利要求學(xué)生尋找解決方法,而且思路明了,學(xué)生的思維得到了較好的發(fā)展。但是筆者認(rèn)為
36、其中還有兩處有可以商榷的地方,比如:第一,筆者在前文中提過,我們常說的近視大多數(shù)指的是“軸性近視”,由眼球前后距離過長引起。但經(jīng)過在互聯(lián)網(wǎng)和現(xiàn)實(shí)到學(xué)校中去調(diào)查,包括肖老師在內(nèi)幾乎所有這節(jié)課的實(shí)驗(yàn)都是圍繞晶狀體屈光度過大形成的“屈光性近視”來講授,實(shí)驗(yàn)也沒有能夠體現(xiàn)眼軸變長導(dǎo)致成像在視網(wǎng)膜前這一學(xué)生十分易懂的道理。第二,肖老師的實(shí)驗(yàn)只用了一根蠟燭,做正常視力模擬時也沒有改變蠟燭的位置以體現(xiàn)人眼看近處和遠(yuǎn)處的景物,不能夠體現(xiàn)晶狀體可以根據(jù)環(huán)境進(jìn)行自我調(diào)節(jié)。如果能夠加上改變物體遠(yuǎn)近這一個步驟,課堂演示效果會更好。4.3改造、自制模型,改進(jìn)實(shí)驗(yàn)方法4.3.1設(shè)計(jì)思路經(jīng)過兩位老師的指導(dǎo)和對各個實(shí)驗(yàn)方法的
37、思考,筆者歸納出了這個實(shí)驗(yàn)的注意事項(xiàng)及提出自己的一些想法:1、實(shí)驗(yàn)內(nèi)容必須完整,至少應(yīng)包括正常眼看遠(yuǎn)景、正常眼看近景、近視眼看遠(yuǎn)景、遠(yuǎn)視眼看近景、近視眼的矯正、遠(yuǎn)視眼的矯正六個部分,否則無法體現(xiàn)人眼所能遇到的所有環(huán)境。此外筆者還設(shè)計(jì)了一個可以演示從光線進(jìn)入眼睛開始到在人腦中形成等大正立圖像的實(shí)驗(yàn),以說明視覺的形成過程。實(shí)驗(yàn)內(nèi)容完整的演示實(shí)驗(yàn)才能體現(xiàn)客觀性12。2、關(guān)于實(shí)驗(yàn)?zāi)P椭凶铌P(guān)鍵一環(huán)晶狀體的模型該如何選材制作,筆者本來是選用肖偉彬老師的建議,使用醫(yī)用開塞露。直到筆者在中學(xué)中給學(xué)生上初二物理“液體壓強(qiáng)”這一章節(jié)時,受壓強(qiáng)計(jì)的透明橡皮膜可以受液體的壓強(qiáng)形成不同程度的形變這一現(xiàn)象的啟發(fā),利用液體
38、(水)和橡皮膜制造出一個彎曲度可變的凸透鏡。但是發(fā)現(xiàn),第一,橡皮膜的透明度不夠,經(jīng)過橡皮膜光線減弱得比較嚴(yán)重;第二,橡皮膜彈性較強(qiáng),需要施加較大的壓力,調(diào)節(jié)較為困難。因此,筆者與肖老師討論,據(jù)悉原來學(xué)校中的壓強(qiáng)計(jì)金屬盒處使用的是氣球,而現(xiàn)在因?yàn)闆]有材料于是使用了這種較厚的橡皮膜,而實(shí)驗(yàn)效果也大不如前了。這就萌發(fā)了利用氣球透明、彈性適中、能承受較大形變這些特點(diǎn)來制造晶狀體模型的想法。3、關(guān)于近景和遠(yuǎn)景的模擬,絕大多數(shù)老師使用的是蠟燭。使用蠟燭具有取材方便、廉價、方便、亮度高等好處,所以一直以來是教科書和老師們都常用的工具,但能否別出心裁,使實(shí)驗(yàn)效果更好?筆者使用燈泡來代替?zhèn)鹘y(tǒng)的火焰,因?yàn)槿嗽炀?/p>
39、體模型透明度不及一般的凸透鏡,經(jīng)發(fā)現(xiàn)燭光通過開塞露后已經(jīng)十分昏暗,觀察比較困難。于是筆者在電燈周圍蒙上塑料板,在電燈與晶狀體模型之間開一個箭頭狀小孔,代替?zhèn)鹘y(tǒng)的蠟燭模擬景物,同時也方便觀察和比較成像方向,解決了氣體流動對燭焰的影響問題。4、受到李自強(qiáng)老師制造的透鏡架的啟發(fā),筆者也把透鏡架運(yùn)用于該實(shí)驗(yàn),不同之處是透鏡架不是用于模擬不同狀態(tài)下的晶狀體,而是作用于矯正近視和遠(yuǎn)視的眼鏡。4.3.2實(shí)驗(yàn)器材與制造方法如圖1所示,實(shí)驗(yàn)器材主要有:光屏、晶狀體模型、透鏡架(含有凸透鏡和凹透鏡各一片)、40w燈泡。制作方法與說明:圖1 主要實(shí)驗(yàn)器材圖2 40w燈泡與晶狀體模型由于每個老師可以找到的材料不一,下
40、面只列出大概所需材料及做法,當(dāng)然使用其他功能相同的材料也可以。1. 晶狀體模型:如圖2所示,主要由塑料盒、橡皮膜、軟管、注射器四部分組成。把橡皮膜(筆者用氣球代替)套在一面開口的塑料盒上用強(qiáng)力膠固定,在塑料盒側(cè)面開兩小口(用于注水和排氣),利用注射器和單車氣嘴用的軟管往塑料盒注滿水,將排氣孔密封,把注射器灌滿水受再次與塑料盒連接13。2. 光屏:光屏利用的是廢舊的塑料板,固定光屏的是一個廢舊的生物課眼球模型,沒有的話也可以。3. 透鏡架:由凸透鏡和凹透鏡各一片組成,可以轉(zhuǎn)動更換鏡片來模擬不戴眼鏡、佩戴近視眼鏡和遠(yuǎn)視眼鏡。4. 燈泡:如圖2所示,筆者使用燈泡來模擬景物,燈泡獨(dú)立使用一個基座,是為
41、了方便改變到眼睛的距離。燈泡四周用塑料片包圍,只有一側(cè)開有一箭頭小孔,用于比較像與物的關(guān)系。4.3.3實(shí)驗(yàn)步驟1. 正常眼看近景:調(diào)節(jié)光屏、晶狀體模型、燈泡的高度,使三者中心處在同一高度,將透鏡架調(diào)至不戴眼鏡的狀態(tài)。使燈泡距離眼球模型較近,調(diào)節(jié)晶狀體凸度,觀察到在光屏上有清晰成像。說明正常眼可以調(diào)節(jié)晶狀體看清近處的物體。2. 正常眼看遠(yuǎn)景:將燈泡往眼球相反方向移動,使晶狀體凸度變小,直到觀察到在光屏上有清晰成像。說明正常眼可以調(diào)節(jié)晶狀體看清遠(yuǎn)處的物體。3. 軸性近視眼看遠(yuǎn)景:保持燈泡距離不變(較遠(yuǎn)),將光屏往后移動模擬眼軸過長,發(fā)現(xiàn)光屏上清晰的成像又變模糊,說明軸性近視成因是眼睛前后距離過長無
42、法復(fù)原。4. 屈光性近視眼看遠(yuǎn)景:將光屏復(fù)原,使晶狀體凸度變大,發(fā)現(xiàn)光屏上清晰的成像又變模糊,說明屈光性近視成因是由于晶狀體凸度無法調(diào)節(jié),將光屏向前移動,發(fā)現(xiàn)成像清晰,說明近視眼光線焦點(diǎn)落在視網(wǎng)膜前。5. 近視眼矯正:在 4 的基礎(chǔ)上將透鏡架撥至凹透鏡位置,模擬佩戴近視眼鏡,發(fā)現(xiàn)光屏成像變清晰。6. 軸性遠(yuǎn)視眼看近景:將儀器恢復(fù)到 1 的狀態(tài),將燈泡往眼球方向移動(近物),調(diào)節(jié)晶狀體使成像清晰,將光屏往前移動模擬眼軸過短,觀察到在光屏上成像變模糊,說明軸性遠(yuǎn)視成因是眼睛前后距離過短。7. 屈光性遠(yuǎn)視眼看近景:保持燈泡距離不變(較近),將光屏復(fù)原,使晶狀體凸度變小,發(fā)現(xiàn)光屏上清晰的成像又變模糊,
43、說明屈光性近視成因是由于晶狀體凸度過小無法調(diào)節(jié),將光屏向后移動,發(fā)現(xiàn)成像清晰,說明近視眼光線焦點(diǎn)落在視網(wǎng)膜后方。8. 遠(yuǎn)視眼矯正:在 7 的基礎(chǔ)上將透鏡架撥至凸透鏡位置,模擬佩戴遠(yuǎn)視眼鏡,發(fā)現(xiàn)光屏成像變清晰。9. 視覺形成過程模擬(選做):實(shí)驗(yàn)器材新增電腦攝像頭一個、筆記本電腦一臺。將實(shí)驗(yàn)裝置恢復(fù)到 1 或 2 的狀態(tài),將電腦攝像頭連接電腦并置于光屏后方對準(zhǔn)光屏,在電腦中打開攝像頭,將畫面保存下來,使用軟件將倒立縮小的像調(diào)整為正立等大的像,模擬視網(wǎng)膜上的成像在大腦中的處理,形成視覺。4.3.4實(shí)驗(yàn)總結(jié)該實(shí)驗(yàn)自制教具取材比較便利、制作簡單、便于操作,如果可以利用廢舊的生物課上的眼球模型就更加美觀
44、形象。其中關(guān)鍵的器材晶狀體模型可以多次利用,即使氣球破了只要更換新的氣球即可,繼續(xù)挖掘的話,在以后的教學(xué)中還可以用它來做平行光聚焦實(shí)驗(yàn)測定凸透鏡的焦距。但是筆者發(fā)現(xiàn)該模型和實(shí)驗(yàn)步驟也有許多不足或者要注意的地方:1. 晶狀體模型需要有良好的密封性,否則容易漏水。2. 燈泡的溫度很高,如果連續(xù)使用時間過長,包圍在燈泡的塑料片容易熔化,因此建議讀者使用硬卡紙代替。3. 實(shí)驗(yàn)步驟過多,如果在課堂上做時間需要把握準(zhǔn)確,加上理論知識講授課堂容量過大,學(xué)生也不容易理解。5.結(jié) 論鑒于我們青少年近視情況不斷加劇,最終會影響到全國人民的整體身體素質(zhì),而近視又是其他眼睛疾病一個重要的誘導(dǎo)因素14,因此青少年眼睛健康問題是家長、學(xué)校以及全社會一個不得不直視的問題。在課堂上演示近視、遠(yuǎn)視模擬實(shí)驗(yàn),不僅讓學(xué)生學(xué)到科學(xué)知識、增加學(xué)生探究科學(xué)的興趣,而且還對學(xué)生自覺養(yǎng)成良好的用眼習(xí)慣有明顯的作用。為了降低青少年的近視發(fā)生率,上完這節(jié)課后我們還要提醒學(xué)生平時的學(xué)習(xí)生活一定要做到勞逸結(jié)合,勞逸結(jié)合是保護(hù)視力最簡單的方法。比如可以倡導(dǎo)“兩要兩不要”15:讀書寫字姿勢要正確,書本距離眼睛保持至少30cm;連續(xù)看書寫字半小時要休息或遠(yuǎn)眺兩分鐘;不要在光線昏暗或者在強(qiáng)光直射的地方看書寫字;不要躺在床上、走路和坐車時看書。以上是筆者對近視成因探討、
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