北京師範大學實驗小學徐巨集江
2009-7
《光》是小學科學課程三大部分之一《物質世界》的《能量的表現形式》分支的乙個單元，因為受到奇妙的光現象的吸引，本單元一直是受學生們關注的教學內容。
對物理學家而言，光是一種從光源出發的、在空間傳播的物質實體。在其傳播的過程中，與遇到的物質發生作用，產生各種可觀察到的現象。光有一些特性：
光在均勻的介質中，沿著直線傳播，光的傳播速度是一定的，當光穿過某種物質媒介時，它會部分或完全「消失」，但是只要它沒有碰到吸收介質，它就一直傳播下去。
兒童對光的認識究竟是什麼呢？我們將通過兒童們對光的認識，對一些光現象的解釋，來評價北京地區小學生對光的認識。
我們把小學階段不同版本科學課教材中所涉及的科學知識進行了梳理，得出：「光的直線傳播」是本單元的核心概念，「光的反射」和「光的折射」是第二層級的概念，「光的散射和成像原理等」是第三層級的概念，其他內容則是運用概念解釋一些光現象或者運用概念的一些小製作。
我們設計的調查問卷著重調查學生有關於對「光」、「光的傳播」、「光的反射」、「光的折射」、「光源」等的認識情況。
我們選用了二年級1個班，三年級1個班，五年級乙個班（學習過本單元部分內容），六年級2個班（6班學習過光單元的部分內容，5班沒有系統學習本單元）進行調查，班級學生的數量均在40-45名之間，遺憾的是沒有採集到四年級的資料。
本章報告的結果是對整個班級進行集體問卷調查或者對少數學生採取個別訪談，除了六年級乙個班外，他們都沒有系統地學習過光學知識，即使是六（6）班也只是學習了有關光的部分內容，但是他們都能試著來解釋一些光學現象。
調查分析結果如下：
一、 光在**？
這個問題調查學生對「光是一種從光源出發的、在空間傳播的物質實體」的認識，是否有這種空間概念，這是指導學習「光的傳播」概念的基礎。
有些學生的回答是各種各樣的發光物體，比如太陽、燈、手電；有些學生不但提到這些發光物體，還特別提到這些發光物發射出光，光到達某處或者在某一範圍，有些學生還明確指出「光，無處不在」。
和中低年級的學生相比，高年級的學生通過多年的直觀感受，大部分已經認識到光是一種從光源出發的、在空間傳播的物質實體，為深入認識光的傳播奠定了基礎，《光》安排在高年級教學是符合學生的認知規律的。
還要說明的是，中低年級學生提到的光源的種類顯著少於高年級學生。
二、 什麼是影子（文字表達）？畫圖表示影子是怎麼形成的。
這個問題調查學生是否明確「光被遮擋或者被部分遮擋」是形成影子的關鍵。能準確表達影子出現的方位說明學生用到了「光沿直線傳播的原理」，不過有些學生是無意識的。形成影子還需要「屏」，這個條件在地球上幾乎無處不在，反而會被學生忽略。
學生們很輕易的就畫圖表達出影子，但是當老師要求他們用語言文字表達時，多種多樣的想法就出現了，也有部分學生無法確定影子到底是什麼。
隨著年級的公升高，更多的學生認識到是物體遮擋了光才形成了這個物體的影子。在中高年級，一半以上的學生明確這個現象的成因。而對影子大致的形成的方位，即使對低年級的學生也不是難題。
（調查教師沒有要求六年級5班學生畫圖表達影子出現的方位,因此只有9名學生畫圖表達了影子出現的方位，並且都是準確的）
光、遮擋物和屏是形成影子的三個條件，但是所有年級的學生都不關注屏。
學生對「影子是什麼」錯誤理解在低年級往往是表達不清楚，沒有抓住關鍵「光被遮擋」，比如以下幾種認識：
有些學生則認為影子是虛體、背影、倒影……，高年級學生還有一些學生提用到反射、折射等詞來解釋影子的形成。
這部分內容的學習可以安排在各年級段，如果是中低年級，只要求他們對影子現象的認識，積累感性的知識，如果是在高年級，則應該在充分活動的基礎上進行理性的分析。比如明確影子形成條件，影子的變化規律，它可以用光沿著直線傳播來解釋，同時因為影子現象是學生們十分熟悉的現象，它也可以用來印證「光沿著直線傳播」。
高年級學生有意識運用光沿著直線傳播的原理，而低年級學生畫出影子出現方位時方向大致正確，細節則很隨意。
三、 光是怎樣到達房間的各個角落的？會到桌子底下嗎？
光沿著直線傳播，這是整個幾何光學的最基本概念，是解釋許多光學現象的基礎。在進行宇宙方面知識的教學中，「光沿著直線傳播」依然是解釋許多自然現象的基礎，比如晝夜、月相等等。
一般來說，學生對光是怎樣傳播的主要有四種猜測：沿著直線傳播；沿著波浪線傳播；一圈圈向外擴散；有時候會拐彎。
隨著年級的提高，學生更傾向於用直線或者比較直的線條或者虛線表示光線的傳播，而低年級學生傾向於用隨意的線條或者圖形表達光的傳播。二年級學生用隨意的線條表達的人數看起來低於三年級學生，並不是他們的認識優於三年級學生，只不過是因為不少二年級的學生放棄回答這個問題，說明他們不理解「光的傳播」的含義。
學生很少能認識到，光會被牆壁反射到桌底的部分區域，事實上許多學生都沒有注意到開啟燈後，桌子底下也會亮一些這種現象，更不用說要用光的反射來解釋這種現象。小學生對鏡子等光亮的東西能反光認可度高，但是即使高年級也不易理解其實大部分東西都能反光。
訪談中發現:當教師指導學生觀察對比開燈前後的桌子底下，中低年級學生大部分學生立刻同意光會拐彎，但是高年學生則感到迷惑，一部分也同意「光在某些情況下會拐彎」的觀點。
對於燈光和燭光，中低年級的學生更傾向於它們是不同的光，傳播的方式不一樣，在高年級也有學生認為燭光的傳播是一圈圈的光暈式的。在各年級都有學生表達出光像某種「東西」充斥於空間的認識，沒有系統學習過光的單元的六年級5班的學生突出的表現出這一特點。
用線條表示光是一種抽象的表達，學生並不容易立即就接受。
學生們對「光是怎樣傳播的」的初始概念是多樣的、相互矛盾的，並且他們的立場是不大確定的，甚至隨時可以改變。
學生的初始概念和科學概念之間存在著不一致、不協調因素，如果不及時澄清認識，建構科學正確概念必將使他們在後續的學習帶來認知上的困難。
教師應該引導學生關注他們之間認識上的差異，指導學生設計實驗，尋求實證，認同事實，形成相關概念。
在科學**過程中，學生經過引發興趣、提出猜想、設計實驗並**結果、達成初步共識、質疑、補充實驗、再質疑、改進實驗，最後建構「一般情況下，光是沿著直線傳播的」這個基本概念。學生思維活動經過不斷地肯定、否定、否定之否定，依靠實證來不斷逼近自然界客觀存在的真理。
教師應該指導學生觀察有結構的材料，這樣才能幫助學生建構大部分物體都能反射光的概念。比如鏡子的反光現象非常直觀，但是它還不足以向幫助學生建構概念。
我們訪談六年級的一位學生，問為什麼在鏡子中能照到自己，在牆上不能。她立即回答如果想在牆上照出自己，除非那人是「巫師」。
因為鏡子和牆在反射光的作用時，有很大的差異，需要補充一系列過渡地帶的材料才能幫助學生建立漸進的變化趨勢。
比如，鏡子和玻璃、燈和正在發光的燈、亮的房間和暗的房間、白紙和黒紙、光亮的地板和牆、光亮的和粗糙的金屬表面、攪動的和平靜的水面等等，教師一定要讓學生充分感知和觀察對比，否則他們難以理解大部分物體都能反射光。
四、 你對太陽光、月光、燈光、手電筒的光和螢火蟲的光有什麼了解？
這個問題涉及到光源的定義以及光源的分類等方面。
中低年級的學生大部分注意到都發光，但是光的強弱不同。隨著年級的增高，指出月光是反光現象，高年級學生還會給與分類。但是學生不太關注燈等光源是否正在發光。
學生對光源的認識沒有什麼難度，可以由學生自行分析和總結。
五、 為什麼在太陽光下，放大鏡可以用來引燃紙等易燃物？
放大鏡聚光是因為光在經過放大鏡時產生了光的折射現象，放大鏡的特殊的結構時光在折射後匯聚到一點，即這個放大鏡的焦點。
放大鏡是小學科學教學中最常用的學具，小學生手中往往有不止乙個塑料材料的放大鏡，大部分男生做過這個小實驗，他們十分熟悉這種聚光現象。
隨著年級的公升高，更多的學生明確地用文字表達「放大鏡能使光匯聚」，低年級的學生則多用畫圖表達，但是中低年級的學生表達不太明確，大部分學生無法用畫圖表達光匯聚這個現象。高年級學生熟練地用文字或者畫圖表達自己的想法，但是無論在低年級和高年級，只有少部分學生能畫出基本準確的光路圖。
六年級5班調查時教師不強調可以畫圖，因此絕大部分學生是用文字表達。六年級6班的大部分學生畫出了詳細的光路圖，反而暴露了較多的問題， 使準確人數大大下降。
五年級的學生畫圖重點表達光經過放大鏡後匯聚的現象，多數人沒有畫出太陽光射到放大鏡之前的光路。但是有比較多六年級學生畫出此部分光路，顯示他們中不少人認為光在到達放大鏡之前就被「匯聚」了。 另外，部分學生認為光經過放大鏡就立即匯聚成乙個點，這說明他們沒有理解「光的折射」的含義。
中低年級學生中有少數學生能畫圖表示光匯聚的光路圖，但是一般都不理解光的折射是什麼含義。有不少低年級學生即使畫圖也沒有表達光被「匯聚」這一現象，他們畫圖重點表達「著火」這個現象。
三年級有5名學生、五年級有3名學生、六年級5班有1名學生認為是光被放大鏡「放大」了。也有有一些學生認為透過放大鏡，光就產生了「熱」，還有學生認為放大鏡有「吸收」光的作用，甚至還有學生認為這個過程中發生了「某種反應」，產生了「熱」。
光現象十分有趣，能吸引各年齡段的學生，但是低年級的學生處於「看熱鬧」的水平，他們只關注到大的方面，不注意細節和本質。
因此教師在低年級可以創設學習情境，但是更要指導學生觀察。比如這個活動，就要指導學生關注光聚到乙個點，並指導學生關注光聚到乙個點的過程，這時放大鏡和紙片之間的距離是什麼樣的等現象。
用線條表示光是乙個抽象的過程，如果還沒有指導學生學習「光沿著直線傳播」這個概念，就不要隨意要求學生畫出光路圖。
小學生不容易理解光的折射現象，雖然生活中有許多光的折射現象的例子。可是放在透明水杯子裡的筷子看起來彎折的現象並不能有效地幫助學生建構概念，因為他們中大多數不理解，筷子在反射「光」。最好用「雷射筆」發出的光作為第一級實驗材料（石景山教師的嘗試），再開展放大鏡聚光活動，然後再觀察放在透明水杯子裡的筷子看起來彎折的現象。
經過這一系列活動才能有效地幫助學生建構起來光的折射概念，這對學習放大鏡的成像原理也有相當重要的鋪墊作用。
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