國小五年級階段學童的科學觀_影子是如何形成的？

        今年（2015年）剛接一班五年級，第一次課堂我就向學生提出一個看似簡單的問題：「影子是如何形成的？」批閱完學生的筆記後，對學生的質樸概念做了些分類與整理。生活中常見的生活經驗，有時很難用科學原理解釋清楚，學生如此，大人何嘗不是如此？

        大人會如何解釋影子的形成原因呢？陳嘉成（2010）老師在國立台中教育大學99 年度發展卓越師資培育計畫-方案 2-1「師培運作革新方案」教學迷思手冊－自然與生活科技學習領域案例一書中這樣陳述：

影子的形成的原因是，光源發射光線，撞擊一不透明物體， 因光線無法穿過，且因光為直線前進的 (光的直進性)，所以光 線無法到達此物後方，這樣物體後方就形成了影子。然而，因為光的強度與物體的透光程度不同，所以，當物體透光率高時，影子顏色會較淡較模糊。

維基百科（2015）則對影陳述如下：

影（又稱影子、背影），光線被不透明物體阻擋而產生的黑暗範圍，與光源的方向相反。影的橫切面是二維輪廓、阻擋光線物體的倒轉投影。影的大小、形狀隨光線的入射角而改變。

分析上面對「影子形成原因」的陳述，大人的共識大致是「影子是光線被『不透明物體』阻擋無法通過而形成的黑暗範圍」。但，日常生活中的「透明的物體」真的不會有影子形成嗎？陳嘉成老師後半段的回答似乎又考量到物體的透光率，而我們將「透明燒杯」放在光源下一樣有影子生成卻也是事實啊。

        在九年一貫課程綱要中國民小學階段與「光」相關的內容有：

能力指標

2-2-5-1 利用折射、色散，電池、電線、燈泡、小馬達，空氣或水的流動等來設計各種玩具。在想辦法改良玩具時，研討變化的原因，獲得對物質性質的瞭解，再藉此瞭解來著手改進。

教材細目216 聲音、光與波動

光的傳播與影像 

1d.察覺光的直進傳播，若遇阻礙形成影子。 

1e.察覺光的反射有一定的方向。 

色光與顏色 

1f.知道光可用「明暗」、「顏色」等來描述。 

光的折射 

2a.察覺光經不同介質會折射，折射後在某些角度可看到彩虹(可利用製造水霧觀察彩虹)。

分析上面的指標可以瞭解，課程綱要對於「影子」的定義寫得很保守～「光遇到障礙物形成影子」，這可解決物體透明不透明的問題了，這些科教專家真是聰明。但「影子」在國民小學一、二年級觀察過後，要一直到四、五年級才會從「光的直進」再利用到影子，影子似乎成了四、五年級學生理應該知道的概念，這肯定出現問題。那五年級的『學生會如何用自己的認知對影子形成的原因提出解釋』呢？我將這班學生的筆記掃瞄後分析如下：

1、知道「光直線前進」概念，「影子形成在障礙物另一側，與光源方向相反」；將障礙物區分為「透明、不透明」，認為「透明的障礙物不會形成影子；不透明的障礙物會形成影子」。個人認知和小組討論後的論述類似，該組對此問題大致上有共識。

2、知道「光直線前進」概念，並且將障礙物區分為「透明、不透明」，認為「透明的障礙物不會形成影子；不透明的障礙物會形成影子」。認知影子是一種「平面二維」現象，但個人認知和小組討論後的論述不一致，認為「影子的形成和太陽有關」，尚未擴展到「光源」概念。

3、知道「光直線前進」概念，並且將障礙物區分為「透明、不透明」，並將光線直線前進遭遇不透明障礙物的類型區分為三種：
（1）吸收部分光線
（2）反射部分光線
（3）未被障礙物阻擋的光線繼續前進形成影子
但小組並未認同個人意見。

4、知道「光直線前進」概念，知道「光遇到物體會產生影子」，但個人認知與小組討論後的論述不一致，從「不透明物體」轉變成「物體」。

5、知道「光直線前進」概念，知道「光遇到物體會產生影子」，但個人認知與小組討論後的論述不一致，從「不透明物體」轉變成「固體」；認為「影子的形成和太陽有關」，尚未擴展到「光源」概念。

 

6、知道「光直線前進」概念，知道「光遇到物體會產生影子」，但個人認知與小組討論後的論述不一致，從「不透光物體」轉變成「物體」。

7、 知道「光直線前進」概念，知道「光遇到物體會產生影子」，但認為「光很小的時候不會產生影子」。這類型概念的學生也大都受到生活經驗的影響，認為「陰天沒有影子」。

8、知道「光直線前進」概念，但無法進一步進行科學解釋。

9、文不對題

10、知道「光直線前進」概念，知道「影子形成在障礙物另一側，與光源方向相反」；將障礙物區分為「透明、不透明」，認為「透明的障礙物不會形成影子；不透明的障礙物會形成影子」；認知影子是一種「投影」。個人認知和小組討論後的論述類似，但該組認為「光碰到半透明的物體會產生有顏色的影子」。這類型認知的學生大都受到生活經驗的影響，例如手電筒罩上有顏色的塑膠膜。

        分析學生的質樸概念，了解學生的心智模型、推論過程，有助於理解學生如何探究較艱深的科學理論，讓教師的教學設計更貼近學生的認知歷程，甚至可以根據學生的質樸概念設計接下去的課程、並且以學生的質樸概念進行評量命題…哇！這是多麼精彩、多麼有趣共學歷程啊！這套基本功，我時常分享與學校社群的夥伴、實習教師、師培課程的學生以及研習會場的老師，很期待剛接觸科學探究教學的夥伴嘗試。