邵鋒星

摘要：本研究采用團(tuán)體測查與個案訪談相結(jié)合的方法，對2378名正式學(xué)習(xí)“光”課程之前的小學(xué)生進(jìn)行了前概念的探查。研究結(jié)果表明，小學(xué)生對于光的傳播路徑概念、光與陰影概念、平面鏡反射光線概念、凸透鏡折射光線概念、光和熱的關(guān)系概念方面存在多種類型的前概念。在調(diào)查的基礎(chǔ)上，本研究還提出了促進(jìn)五年級學(xué)生“光”的前概念轉(zhuǎn)變的相關(guān)策略，主要有“科學(xué)游戲”策略、“架橋”策略、對比實驗策略。

關(guān)鍵詞：小學(xué)生;光;前概念;概念轉(zhuǎn)變;教學(xué)策略

中圖分類號：G622.41 ? ? 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A ? ? 文章編號：1674-9324（2015）43-0279-04

一、引言

20世紀(jì)70年代以來，教育者們在科學(xué)教學(xué)的研究中發(fā)現(xiàn)，兒童在學(xué)習(xí)科學(xué)課程之前，頭腦里并不是一片空白。前科學(xué)概念（pre-science conception）或前概念（preconception）是指學(xué)生在接受正規(guī)的科學(xué)學(xué)習(xí)之前，通過自身的實踐和日常生活的各種渠道，對客觀世界中的各種事物已經(jīng)形成了自己的看法，并在無形中養(yǎng)成他們獨(dú)特的思維方式。也有學(xué)者將這些想法稱為另類概念（alternative conceptions）。這些概念一旦形成，學(xué)生就會堅信其是正確和合理的，即使學(xué)生發(fā)現(xiàn)科學(xué)教科書或是教師講授的科學(xué)知識與其想法相悖，學(xué)生依然會認(rèn)為自己的想法才是正確的。因此，學(xué)生的前概念通常根深蒂固，不容易改變，如果不采用有效的教學(xué)設(shè)計，學(xué)生不會輕易改變他們的前概念而接受正確的科學(xué)概念（Duit & Treagust，1995）。

由于學(xué)生的前概念會影響科學(xué)概念的學(xué)習(xí)，因此，科學(xué)教育學(xué)者投入了大量的時間、人力，探究學(xué)生的前概念。迄今為止，已有3000多種相關(guān)論文和專著發(fā)表，主要集中在探究物質(zhì)科學(xué)的前概念，但對于小學(xué)生“光”的前概念的研究較少，缺少廣度和深度，所以需要做全面性、系統(tǒng)性的探究。為此，本研究的目的就在于發(fā)展檢測小學(xué)生“光”的前概念的方法，以期有效的檢測學(xué)生的前概念，進(jìn)而作為科學(xué)教師采用概念教學(xué)策略促進(jìn)學(xué)生概念轉(zhuǎn)變學(xué)習(xí)的依據(jù)。

二、小學(xué)生光學(xué)前概念的探查

（一）研究方法

本項研究采用教師自己編寫的“小學(xué)生‘光學(xué)習(xí)前個人調(diào)查問卷”。本調(diào)查卷針對我國小學(xué)生的特點(diǎn)以及國內(nèi)小學(xué)光學(xué)教學(xué)內(nèi)容的實際情況而制訂的。以《科學(xué)（3-6年級）課程標(biāo)準(zhǔn)（實驗稿）》中“內(nèi)容標(biāo)準(zhǔn)”和教科版五上“光”單元內(nèi)容為依據(jù)，在20道測試題目中，有關(guān)光和熱的關(guān)系概念、凸透鏡折射光線概念、反射光線概念、光與陰影概念、光的傳播路徑概念各四題。在個別訪談方面，適當(dāng)加入學(xué)生對題目的理解與分析。

本研究以浙江省15所小學(xué)五年級初入學(xué)時的2378名學(xué)生為研究樣本，進(jìn)行問卷調(diào)查。其中杭州江南實驗學(xué)校等城區(qū)小學(xué)3所，占總?cè)藬?shù)的27箛，建德市明珠小學(xué)等城鎮(zhèn)小學(xué)7所，占總?cè)藬?shù)的43.8箛，淳安縣青溪小學(xué)等農(nóng)村小學(xué)5所，占總?cè)藬?shù)的29.2箛。測查共收回有效問卷2356份，對全部的有效問卷進(jìn)行數(shù)據(jù)統(tǒng)計。在學(xué)生問卷測試完后，根據(jù)答案內(nèi)容，對有典型意義問題進(jìn)行個別訪談。

（二）調(diào)查結(jié)果與分析

1.光的傳播路徑概念。《科學(xué)（3-6年級）課程標(biāo)準(zhǔn)（實驗稿）》指出：小學(xué)生應(yīng)建立的光傳播的科學(xué)概念為：在空氣或水中，光沿直線傳播。我們通過對有關(guān)光的傳播路徑概念4道題的學(xué)生回答情況進(jìn)行統(tǒng)計分析，結(jié)果反映出學(xué)生具有以下一些較為普遍的前概念：其中能夠較為準(zhǔn)確地描述出光的直線傳播路徑的學(xué)生占14.6%;對光的傳播路徑存在錯誤認(rèn)識，如光向四面八方傳播等的學(xué)生占45.6%;其他39.8%的學(xué)生對于光沿直線傳播理解上有分歧，認(rèn)識比較模糊。他們常常覺得直線是水平方向的線、橫向方向的線，而不是和“曲線”相反的“直線”概念。所以，這類學(xué)生對光的直線傳播路徑?jīng)]有正確理解。

2.光與陰影概念。課程標(biāo)準(zhǔn)指出，小學(xué)生需要理解和明白的光與陰影的科學(xué)概念是：不透明物體和光是產(chǎn)生陰影的兩個條件。陰影部分是光沿直線傳播時，不能穿過不透明物體而形成的比較暗的區(qū)域。我們通過對有關(guān)光與陰影概念4道題的學(xué)生回答情況進(jìn)行統(tǒng)計分析，結(jié)果反映出學(xué)生具有以下一些較為普遍的前概念：15.4%的學(xué)生認(rèn)為沒有光物體仍能夠產(chǎn)生陰影。其他84.6%的學(xué)生學(xué)生認(rèn)識到影子的產(chǎn)生需要光，他們認(rèn)為光與影之間存在一定的關(guān)系，但還不能正確理解、解釋這種關(guān)系。有8.9%的小學(xué)生能明確表達(dá)陰影是由于光照不到形成的。有5%的學(xué)生認(rèn)為陰影是某種光，是一種比較暗的光。有1.7%的小學(xué)生覺得陰影是物體本身的一部分。有3.9%的小學(xué)生以為陰影是某種確實存在的與物體本身有聯(lián)系的物質(zhì)，它能被推動或者運(yùn)動，可以變形或有一定的形狀。還有8名兒童認(rèn)為人的影子是人的靈魂等。

總而言之，小學(xué)生對陰影既熟悉有難以理解。雖然有的學(xué)生會用光線不能通過不透明物體來解釋陰影，理解明白了是因為不透明物體導(dǎo)致光的消失，兩者之間有一定的因果關(guān)系，但對陰影的形成原因仍然很難理解。

3.反射光線概念?！犊茖W(xué)（3-6年級）課程標(biāo)準(zhǔn)（實驗稿）》指出，小學(xué)生應(yīng)建立的反射光線的科學(xué)概念為：當(dāng)光遇到物體時，傳播方向會發(fā)生改變，這就是光的反射。反射分漫反射和鏡面反射。我們通過對有關(guān)反射光線概念4道題的學(xué)生回答情況進(jìn)行統(tǒng)計分析，結(jié)果反映出學(xué)生具有以下一些較為普遍的前概念：有65%的學(xué)生認(rèn)為人能夠看到物體，是因為人有眼睛的緣故，近一半的學(xué)生認(rèn)為眼睛是能發(fā)出光的。不能認(rèn)識到光的漫反射現(xiàn)象。有82.7%的學(xué)生認(rèn)為光線經(jīng)鏡面反射可以改變方向?？梢?，由于生活經(jīng)驗，小學(xué)生對鏡面反射有比較普遍的認(rèn)識，而對漫反射現(xiàn)象卻難以理解。

4.凸透鏡折射光線概念。課程標(biāo)準(zhǔn)指出，小學(xué)生需要理解明白的凸透鏡折射光線的科學(xué)概念是：凸透鏡可以會聚光線，它能改變光的傳播方向。我們通過對有關(guān)凸透鏡折射光線概念4道題的學(xué)生回答情況進(jìn)行統(tǒng)計分析，結(jié)果反映出學(xué)生具有以下一些較為普遍的前概念：凸透鏡下光線會形成小光點(diǎn)，有1.7%的學(xué)生認(rèn)為凸透鏡把陽光放大;有5.1%的學(xué)生認(rèn)為是凸透鏡反射了陽光;有10.3%的學(xué)生認(rèn)為是凸透鏡把陽光縮小;有18.6%的學(xué)生認(rèn)為光線透過凸透鏡后減少了;有48%的學(xué)生認(rèn)為是凸透鏡聚集了陽光;有16.3%的學(xué)生不能做出有意義的解釋。

5.光與熱的關(guān)系概念。課程標(biāo)準(zhǔn)指出，小學(xué)生應(yīng)建立的光和熱的關(guān)系科學(xué)概念為：物體吸熱的程度和陽光的照射角度、物體表面的粗糙程度以及物體的顏色都有關(guān)系。我們通過對有關(guān)光和熱的關(guān)系概念4道題的學(xué)生回答情況進(jìn)行統(tǒng)計分析，結(jié)果反映出學(xué)生具有以下一些較為普遍的前概念：有13.6%的學(xué)生對物體吸熱的本領(lǐng)與物體的顏色的關(guān)系有模糊認(rèn)識，但不能做出具體解釋;只有3.8%的學(xué)生認(rèn)為物體吸熱的本領(lǐng)與表面粗糙程度以及陽光的照射角度有關(guān);學(xué)生更多認(rèn)為，物體冷熱程度由距離太陽的遠(yuǎn)近決定。

綜上所述，對于小學(xué)生來說，光學(xué)概念是難以理解的概念，但是又離不開生活的點(diǎn)點(diǎn)滴滴，小學(xué)生很多光學(xué)方面的概念和用語，都來源于其他課外讀物或日常生活，造成一知半解，似懂非懂。

三、促進(jìn)小學(xué)生“光”概念轉(zhuǎn)變的教學(xué)策略

（一）“科學(xué)游戲”策略

“科學(xué)游戲”策略指的是在轉(zhuǎn)變概念的過程中，聯(lián)系生活中的實際實例，創(chuàng)建游戲情景，使學(xué)生通過游戲過程發(fā)現(xiàn)問題。然后在之前的知識經(jīng)驗基礎(chǔ)上，讓學(xué)生進(jìn)行討論和思考，進(jìn)而做出假設(shè)，并且在教師的幫助指導(dǎo)下完成探究方案設(shè)計，通過分組實驗觀察現(xiàn)象，得出結(jié)論，轉(zhuǎn)變概念。

“科學(xué)游戲”策略可以用于學(xué)生對陰影認(rèn)識的轉(zhuǎn)變上。由于陰影在生活中隨時隨處可見，顯得太不起眼、太過平凡，許多學(xué)生都沒有認(rèn)真仔細(xì)觀察過。而且，日常生活中太多的光源及其反射光，造成了人們對陰影認(rèn)識的偏差。采用“科學(xué)游戲”策略開展陰影概念教學(xué)活動過程如圖1所示。

第一活動：手影游戲

手影游戲的活動是針對陰影概念的應(yīng)用。

首先是通過觀看手影表演視頻，這樣可以激發(fā)學(xué)生的興趣。然后要求學(xué)生自由組合，自己選擇合伙人，也可自己練習(xí)表演手影。為達(dá)到想要的效果，在表演手影的過程中，學(xué)生會不斷微調(diào)手與光的角度和距離。并且通過調(diào)整這一過程，增加了對陰影的認(rèn)識。

第二活動：路燈下的陰影

路燈下的陰影是一個延伸到課后的探究活動，為保證活動效果，在活動前，老師要發(fā)通知給學(xué)生家長，獲得家長的支持，并交代好注意事項。

本次活動要求學(xué)生在離路燈較遠(yuǎn)的位置出發(fā)，走到路燈下，盡量接近路燈正下方，之后再遠(yuǎn)離路燈。行走過程中要盡量緩慢，仔細(xì)觀察自己影子的方向變化、長短變化以及與自己和路燈位置的關(guān)系，并嘗試使自己的影子消失?？梢詮牟煌较蚨嘧邘状?。并記錄下自己觀察到的現(xiàn)象，拿到班級里與老師和同學(xué)一起討論交流。

在這個活動中，學(xué)生可以進(jìn)一步認(rèn)識到：（1）路燈（物體）、自己（物體）和陰影總是在同一條直線上。（2）當(dāng)自己（物體）處在路燈（光源）正下方時，陰影幾乎消失。（3）陰影的長短變化與路燈（光源）和自己（物體）的位置有關(guān)。自己（物體）離路燈（光源）近，陰影就短;自己（物體）離路燈（光源）遠(yuǎn)，陰影就長。

第三活動：踩影子游戲

踩影子游戲是學(xué)生們都非常喜歡的游戲。兩個兩個一組進(jìn)行比賽，分兩輪進(jìn)行比賽。第一輪比賽，兩人之間間隔3米，背對陽光并排站好，攻守互易;第二輪比賽，兩人之間仍間隔3米，面對陽光并排站好，一攻一守。賽后，讓學(xué)生談?wù)勈』騽倮脑?，老師在與學(xué)生的對話交談的過程中，隨機(jī)點(diǎn)撥，從中總結(jié)出一些對陰影的認(rèn)識。

在踩影子游戲活動中，學(xué)生可以認(rèn)識到：（1）陰影是黑色的。（2）陰影總是在自己身體相對于太陽的另一面。（3）陰影會隨著自己移動而移動。（4）要想陰影消失，就必須躲進(jìn)其他更大的陰影里，不讓太陽照到自己。（5）在陽光照射下，總是會有陰影。

（二）“架橋”策略

學(xué)生的某些前概念和科學(xué)概念并不沖突，只是并不完整、與科學(xué)概念相割裂而已。克萊門特等（Clement et al，1987）提出的“架橋”策略，以學(xué)生的前概念為基礎(chǔ)，利用比喻、類比的方法將其擴(kuò)展到新的領(lǐng)域，將外在信息歸入前概念，使其內(nèi)容加強(qiáng)和豐富，進(jìn)而轉(zhuǎn)變?yōu)榭茖W(xué)概念。此類前概念轉(zhuǎn)化策略的實質(zhì)就是新舊經(jīng)驗的同化。

“架橋”策略一般包括以下步驟：（1）創(chuàng)設(shè)一個靶子問題，暴露學(xué)生與討論主題相關(guān)的前概念;（2）教師舉出一個符合學(xué)生直覺的例子——“錨例”;（3）建立類比。教師要求學(xué)生在錨例和目標(biāo)事件（靶例）之間做出明確的對比，并試圖建立類比關(guān)系。（4）提供“架橋”。如果學(xué)生沒有接受這種類比，教師再試圖找到一種類比以在靶例與錨例之間“架橋”（或者提供一系列“架橋”類比）。在轉(zhuǎn)變學(xué)生對平面鏡反射光線的認(rèn)識時，可以采用“架橋”。采用“架橋”策略建構(gòu)光的反射概念教學(xué)過程如圖2所示。

1.創(chuàng)設(shè)一個靶子問題，暴露學(xué)生與學(xué)習(xí)主題相關(guān)的前概念。教師提出問題：眼睛為什么能從鏡子中看到身體側(cè)后方的蠟燭？通過調(diào)查、訪談，我們發(fā)現(xiàn)：有93.2%的學(xué)生認(rèn)為有平面鏡反射光線的直觀認(rèn)識;有22.7%的學(xué)生認(rèn)為蠟燭光經(jīng)鏡面反射進(jìn)入眼睛;有4.5%的學(xué)生認(rèn)為蠟燭光和眼睛發(fā)出的光在鏡面交匯往返;有22.8%的學(xué)生認(rèn)為蠟燭光和眼睛發(fā)出的光在鏡面交匯;有50%的學(xué)生認(rèn)為眼睛發(fā)出光經(jīng)鏡面反射到蠟燭上。

由此可見，大部分學(xué)生都認(rèn)為光線的傳播方向是會發(fā)生改變的，但是對于光的反射的方向、角度等問題，只是有一些模糊的認(rèn)識，并未真正正確理解。

2.教師舉出一個符合學(xué)生直覺的例子——“錨例”。由兩名同學(xué)在講臺前打乒乓球，演示給全班學(xué)生看。

3.建立類比。要求學(xué)生在“乒乓球的運(yùn)動”和“光的反射”之間做出明確的對比，

4.提供“架橋”。架起建構(gòu)科學(xué)概念的橋梁，并通過畫圖、演示等形式嘗試解釋光的反射概念。

（三）對比實驗策略

實驗是小學(xué)生了解“未知世界”、進(jìn)行科學(xué)探究的主要方法，也是人類探索未知世界的有效手段之一。按實驗在科學(xué)認(rèn)識中的作用，科學(xué)實驗可以分為模擬實驗、對比實驗、析因?qū)嶒灥?。對比實驗是指為了探索研究對象某種性質(zhì)是否存在或預(yù)測某一事物的發(fā)展變化，設(shè)制實驗者（組）和一個或多個對照者（組），并做到兩者除要研究內(nèi)容外的其他條件一致或相仿，最后通過對產(chǎn)生的不同結(jié)果的分析得出相關(guān)結(jié)論，又稱為公平實驗、變量控制法等。在轉(zhuǎn)變學(xué)生對光和熱的關(guān)系的認(rèn)識時，可以采用對比實驗策略。采用對比實驗策略轉(zhuǎn)變光和熱的關(guān)系概念教學(xué)過程如圖3所示：

對比實驗一對比實驗二對比實驗三形成正確的光和熱關(guān)系概念

對比實驗一對比實驗二對比實驗三形成正確的光和熱關(guān)系概念

對比實驗一：探究物體的顏色與吸熱有關(guān)系嗎？

要求學(xué)生把不同顏色的材料對折做成紙袋，分別插上溫度計平放到陽光下，比較它們的升溫情況。實驗器材是白色紙、粉色紙、黑色紙、紅色紙。要求除了紙的顏色外，其他條件如擺放的時間、方式、地點(diǎn)等盡量保持一致。通過對比實驗，學(xué)生會發(fā)現(xiàn)物體吸熱的能力與物體的顏色有關(guān)系，深色物體比淺色物體吸熱快。

對比實驗二：探究物體的表面粗糙程度與吸熱有關(guān)系嗎？

要求學(xué)生把相同顏色、表面粗糙程度不同的黑色紙、黑色蠟光紙，黃色紙、黃色毛邊紙對折做成紙袋，分別插上溫度計平放到陽光下，比較它們的升溫情況。要求擺放的地點(diǎn)、方式、時間等盡量保持一致。通過對比實驗，學(xué)生會發(fā)現(xiàn)物體的表面粗糙程度與吸熱的本領(lǐng)有關(guān)系，表面粗糙的吸熱更快。

對比實驗三：物體受陽光照射角度與吸熱有怎樣的關(guān)系？

要求學(xué)生把相同的黑色紙、對折做成3個紙袋，分別插上溫度計放到陽光下。除了擺放時分別按水平、和地面垂直、與太陽光垂直的角度不同外，其他條件要盡量保持一致。這個實驗的結(jié)果告訴學(xué)生：與太陽光成垂直角度擺放的紙袋升溫快。

上述活動都要求學(xué)生按要求把實驗數(shù)據(jù)逐個填寫在表格中。其中第一個實驗，還要求學(xué)生將其觀察的結(jié)果繪制成折線圖，因為折線圖更能反映不同材料的升溫趨勢。作為實驗中獲得的證據(jù)，數(shù)據(jù)和圖表有利于學(xué)生的觀察、描述、表達(dá)與交流，以形成科學(xué)概念。

四、結(jié)論

綜上所述，此項針對小學(xué)生“光”的前科學(xué)概念的測查研究形成以下基本認(rèn)識：首先，小學(xué)生正式學(xué)習(xí)科學(xué)課之前，對于一些核心或常用的光學(xué)概念如光的傳播路徑概念、光與陰影概念、平面鏡反射光線概念、凸透鏡折射光線概念、光和熱的關(guān)系概念方面存在多種類型的前概念。研究啟示我們，為了促進(jìn)學(xué)生的概念轉(zhuǎn)變，小學(xué)科學(xué)教學(xué)中應(yīng)該采取有針對性和多樣化的概念轉(zhuǎn)變教學(xué)策略和模式。概念轉(zhuǎn)變教學(xué)策略應(yīng)當(dāng)基于對學(xué)生前概念的正確分析，因此，需要科學(xué)教師了解國內(nèi)外概念轉(zhuǎn)變教學(xué)已有的相關(guān)理論和研究成果，加強(qiáng)關(guān)于小學(xué)生對光學(xué)及其他科學(xué)知識的個人認(rèn)識或前概念的實證研究。

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