看遠看近-人體眼睛晶體彈性與視力的測量
現象說明
光線從眼睛的角膜(cornea)進入眼睛後，經過晶體(lens，也稱水晶體)的聚焦，投射到視網膜的感光細胞上，使人體可感知影像。光線進入眼睛後至視網膜上的成像路徑中，可透過晶體屈光度(見下文說明)的改變，進而調節物體影像聚焦的位置。眼睛可配合物體的遠近，調節光線的路徑使影像聚焦於視網膜上，形成清楚的影像。如此調節眼睛結構，使得影像可聚焦於視網膜，使視野清楚的調節作用，稱為眼睛的調視反應(accommodation)。
屈光度(Diopter)又稱為焦度，是用來衡量透鏡或曲面鏡「屈光能力(使光線轉折的能力)」的程度。平行光線經過透鏡或曲面鏡會形成焦距(f)，而焦距的長短就可作為屈光能力大小的指標，焦距越短，代表屈光能力越大，故屈光度(φ)常以焦距的倒數(φ= 1/f)表示。國際常用單位為D，也就是1/公尺，例如：若焦距為0.5公尺，則屈光度為2D。圖一為各種透鏡與曲面鏡的焦點與焦距示意圖，凸透鏡與凸面鏡的焦距定義為正值，故其屈光度亦為正值；凹透鏡與凹面鏡的焦距定義為負值，故其屈光度亦為負值。眼鏡上的透鏡亦具有屈光度，常使用「度數」來表示，度數為屈光度(D)的數值乘以100，例如：若近視眼鏡鏡片(凹透鏡)的屈光度為-3.0，即為近視300度的鏡片。
晶體的屈光度是由睛體周圍的睫體(ciliary body)所控制，睫體連接懸韌帶(suspensory ligament)，懸韌帶又連接著晶體。睫體中睫狀肌的收縮，可改變懸韌帶的張力，進而控制晶體的張力與形狀(圖二)。看近物時，睫體中的睫狀肌收縮，使懸韌帶放鬆，降低對晶體的拉力，使晶體突出(屈光度變大)；視遠物時，晶體扁平(屈光度變小)。這些調節機制有利於物像聚焦於視網膜上(圖三)。
- 實驗材料：
- 30公分以上的直尺
- 10公尺以上的捲尺
- 視力表
- 晶體彈性量化用的紙卡(附件一)
探究問題
- 2.1 實驗一：探討「年齡」因子對「可看清楚近物的最近距離」的效應
- 2.2 實驗二：探討「性別」因子對「可看清楚近物的最近距離」的效應
實作項目
- 3.1 實驗一：探討「年齡」因子對「可看清楚近物的最近距離」的效應
- 控制變因：測量時，一次只測量一隻眼睛(左、右眼皆測)，若有配戴眼鏡的受試者，未戴與戴上眼鏡皆進行測量，並詳細記錄左、右眼的近視(或遠視)度數與配戴的眼鏡鏡片度數，詳實記錄受試者的年齡、性別與其他可能影響實驗數據的資訊。
- 操縱變因(探討的因子)：不同的年齡。
- 應變變因(比較的效應)：可看清楚近物的最近距離，單位為公分。
- 量化方式：
- 將附件一(騎尺紙板)剪下對折後，如圖五插在刻度朝上的直尺(長度30公分以上)上。
- 將騎尺紙板上有條紋的那一面朝向自己，同時直尺上的0公分處也朝向自己。
- 將直尺頂在額頭處(圖六)，閉上一側的眼睛，只用另一側眼睛觀察騎尺紙板上的條紋，若條紋可以看得清楚，則將騎尺紙板拉靠近眼睛，若條紋看不清楚(模糊)，則將騎尺紙板拉遠離眼睛，直到找到適當的距離，可使騎尺紙板的條紋可看清楚的最近距離，將此距離(單位為公分)紀錄於表一。
- 除了測量自己雙眼的「可看清楚近物的最近距離」，也找尋家人、親戚、朋友等受試對象，儘量找不同年齡階層的受試者，並將受試者的相關資料(年齡、性別等)紀錄於表一。
- 3.2 實驗二：探討「性別」因子對「可看清楚近物的最近距離」的效應
- 控制變因：測量時，一次只測量一隻眼睛(左、右眼皆測)，若有配戴眼鏡的受試者，未戴與戴上眼鏡皆進行測量，並詳細記錄左、右眼的近視(或遠視)度數與配戴的眼鏡鏡片度數，詳實記錄受試者的年齡、性別與其他可能影響實驗數據的資訊。
- 操縱變因(探討的因子)：性別。
- 應變變因(比較的效應)：可看清楚近物的最近距離，單位為公分。
- 3.3 分析實驗結果：請將實驗數據記錄於下方紀錄表一中。
(表一) 測量人體眼睛「可看清楚近物的最近距離」的紀錄(單位為公分)。
| 編號 | 出生年(西元) | 性別 | 裸視 | 近視/遠視度數 | 戴眼鏡 | 其他備註 | ||||
| 左眼 | 右眼 | 左眼 | 右眼 | 左眼 | 右眼 | |||||
| 1 | ||||||||||
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- 請將實驗數據(表一)中不同出生年的受試者，裸視所測量之「可看清楚近物的最近距離」，於圖七中繪製成XY分布圖。
- 圖七 不同出生年的受試者，裸視所測量之「可看清楚近物的最近距離」。
- 請將實驗數據(表一)中男性與女性受試者，分別將裸視所測量之「可看清楚近物的最近距離」計算出平均，於圖八中繪製成柱狀圖。
- 圖八 男性與女性受試者，裸視所測量之「可看清楚近物的最近距離」。
分析與結論
4.1 實驗一：探討「年齡」因子對「可看清楚近物的最近距離」的效應
請用一句話，說明本實驗發現的現象。
4.2 實驗二：探討「性別」因子對「可看清楚近物的最近距離」的效應
請用一句話，說明本實驗發現的現象。
4.3 我覺得以上的各實驗設計與結果，若用來探討「年齡」與「性別」因子對「晶體彈性」的效應，我發現兩者之間有什麼關係？
教學目標與評量
5.1 能善用量化工具。
5.2 能收集數據，分析實驗結果
5.3 能依據現有證據，正確推導出適當的研究結論。
5.4 能基於所學的學理知識，對探究過程所得的資訊作正確的判讀與應用。
參考文獻
[1] 蔡任圃，2012。測量人體眼睛晶體彈性之簡易裝置。臺北市第十三屆教育專業創新與行動研究(教材教具實物展示類)。
參考說明
附件一：測量人體眼睛「可看清楚近物的最近距離」的「騎尺紙板」
