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2021年9月24日 星期五

如何讓學生開始學習做論述式的科學筆記

#學習共同體 
#讓學生做論述式科學筆記的第一步 
#不用抄我只想看見你的思考 
#與學生的心對話 
#往書報討論式科學閱讀邁進

五年級,如何讓學生開始學習做論述式的科學筆記?
每節課,黑板上都會有一個slogan「今日目標:________」。學生可以為他自己定下這一節課他想要達成的小小目標,例如「和組員說一句話」、「聽懂同學的發言」、「在課本上找到線索」、「給同學一個微笑」,收回筆記批閱時,我最喜歡問學生「你,成功了嗎?」
在課堂裡,師生努力聆聽著、探索著、尋求著可以佐證自己論點的地方;師生努力的像個書僮,將同學腦袋裡的想法用「可視化」的方式留在黑板上;每個人的發言都很重要,每個人的思考都有可能是破解之道。所以,黑板上的內容從來都不需要抄,老師會放在classroom給大家,你只需要。
  1. 寫出「我今天在課堂中學到什麼?」
  2. 寫出「我今天哪裡還不會?」
  3. 寫出「我針對不會,做了哪些學習?資料從哪裡來的?」
  4. 寫出「經過課後努力的我,現在學會什麼?」
  5. 寫出「今天自己定下的目標達成了嗎?」
接下來,與學生對話並等待孩子熟成。
開學至今上完5次課,可以從學生的筆記看到成長、看得到學生的另有概念,以及在解決主要問題下源源不絕的下一堂課討論主題。











2015年9月9日 星期三

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

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。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。

2014年3月23日 星期日

國小五年級階段學童的科學觀_談「天狼星在黎明東方天空出現」與「埃及尼羅河的氾濫」間的串連

        在古老的埃及,天狼星被稱為尼羅河之星,而且「每當天狼星出現在黎明的東方天空時,尼羅河就要氾濫」。那五年級的學生能不能藉由上述條件,外加星座盤,找出「古老埃及尼羅河氾濫的季節」呢?這是需要尋找證據並加以論述的題目,分析學生的質樸概念與推論過程其實是很吸引人的。


     
        這一類學生很明顯的沒有擷取到題目中的重要訊息(天狼星出現在黎明的東方天空),因此只要星座盤上出現天狼星,就直接將它出現的月份及方位記錄下來。換句話說,學生可能無法理解「天狼星出現在黎明的東方天空」的意義(問題解決策略中的確定問題)。這意義包含了:
1、天狼星要在東方天空出現。(方位)
2、天狼星要在太陽出來前出現。(時間)

        其次是學生對於自己記錄的資訊沒有「觀察」能力。「觀察是理論的蘊含」,這類學生將「觀察」視為一項單純的紀錄,看到什麼記錄什麼,完全無法警覺自己的紀錄(天狼星在西南西方出現)與題目限定的條件(天狼星出現在黎明的東方天空)不符。最後是答非所問,這是目前學生的通病,值得身為老師的我們好好努力。


        這一類學生很明顯並沒有將問題解決策略熟悉,因此在「確定問題」與「形成策略」階段選擇了不重要的訊息~天狼星是北半球冬季最亮的亮星(我的提示),並且把這不重要的訊息當作問題解決的唯一策略。

        其次,也是學生對於自己記錄的資訊沒有「觀察」能力。完全無法警覺自己的紀錄(天狼星在冬季出現時的時間方位)與題目限定的條件(天狼星出現在黎明的東方天空的時間方位)不符。


        這類學生幾乎已經推論出正確的答案,但因為「沒有巨觀的地球空間與埃及、台灣相對位置概念」而寫出「埃及和台灣會同時看到天狼星」的結論。從論述的證據中可以看出,學生確實指出天狼星在何種時間與方位可以符合題目限定的條件(天狼星出現在黎明的東方天空),可惜沒有進一步的指出天狼星符合限定條件的時間範圍。


        這類學生有查閱網路資料,因為我所給的文本僅限於教科書與提示,但很明顯看出「四五月間」和「秋季」之間的關連並沒有建立起連結。學生僅是將網路上的資料抄寫下來,沒有理解其中的意義,這也是目前學生的常見的問題,值得身為老師的我們好好努力。

2012年3月5日 星期一

國小五年級階段學童的科學觀_星空與包覆紅色玻璃紙的手電筒

        我們看一下台北天文館於2011年12月28日新聞稿的其中一段:1月4日凌晨,觀看象限儀座流星雨的好時機(2012年3月5日摘錄自http://familystar.org.tw/component/option,com_smf/Itemid,35/topic,15103.0)

        由於適逢冬季,氣溫寒冷,外出觀賞流星雨時一定要注意保暖;高山路面易結冰,行車要小心。
        手電筒請以紅色玻璃紙包覆,以免產生光害........

為什麼觀察星空,會建議使用「紅色玻璃紙包覆手電筒呢」?有時候學生的想法會超乎大人的想像。


這裡所講的「暗星」,應該是指「星等較大」,較暗的星星。換句話說,學生已經有「手電筒的亮光會影響較暗星星的觀察」的概念,只是沒有將「光害」兩字說出來而已。


這組學生已經考量到「光線對眼睛的影響」,雖然沒有用「光害」、「瞳孔」、「眼睛不適」等字眼,但已能用生活經驗(光線突然關掉會看不見)來解釋科學問題。


這組學生也從「光線對眼睛的影響」來解釋科學問題,但更進一步以上學期「眼鏡」單元中所學過的理論來陳述自己的看法(亮光瞳孔縮小;觀星瞳孔放大)。


這組學生能先提列出結論,再以「光線對眼睛的影響」來解釋科學問題,是相當有程度的作法。但可惜的是,論述過程出錯(關掉手電筒時,瞳孔會由大變小),老師必須確認學生是做綜合整理時的筆誤,還是真的有錯誤概念。


為何用紅色玻璃紙而不用其他顏色呢?這組學生的解釋是:紅色能將光『減低』,這裡說的應該是「紅色玻璃紙能將光的能量減低」,很有趣的看法。


這組以很質樸的想法來解釋科學問題。晚上很暗,所以紫色、綠色、藍色、靛色光太暗;黃色太亮;橘色「看不清楚」......只有紅色剛剛好。


這組能用「能量」來解釋選用紅色玻璃紙的理由,但顯然無法理解「紅色光」與「紅外線」的區別。


這組的論述前段還蠻精彩的,但是後面突然接了一句,意猶未盡。學生若是真的明瞭「波長」與「折射程度」間的意涵,加以補充,會是有趣的看法。

2011年12月1日 星期四

國小五年級階段學童的科學觀_圭表

        圭表與日晷(太陽鐘)是竿影實驗的變形應用,通常老師著墨的不多,會很快的將課程帶過。底下紀錄的是我在這個單元活動進行的關鍵問句及學生小組討論過後的回覆。我向來喜歡蒐集學生的回應,因為從學生的回覆中,可以看出很多學生的科學認知架構屬於迷思概念、另有概念或質樸概念以及科學概念;當然也是一種評量方式,讓我能以更快的速度調整教學目標、改變教學法。

底下是我在課堂中出的問題:

 

想一想,請問:

  1. 古代的「圭表」,為什麼「圭」是一條線,而不是一整個面?
  2. 上圖的圭表,請注意圈起來的紅色區域。為何要在圭尾部要豎起一根量尺呢?

 學生的回應大致可以區分成這幾類:


這類學生知道圭表主要在量測「日中天」時刻的影子長度但理由卻無法交代清楚;曉得圭表要朝南北方向,理由也能掌握。


這類學生知道圭表主要在量測「日中天」時刻的影子長度,也知道當影子兩次重疊在同一處時代表的意義,更以「圭表是用來觀測一年有幾天,而非紀錄一天的影子位置」的概念來解釋圭為何是一條線。但是對於「春分、秋分影子兩次重疊在同一處代表的意義」與「夏至、冬至影子兩次重疊在同一處代表的意義」不同,並不明瞭。


這類學生也知道圭表主要在量測「日中天」時刻的影子長度,但卻無法清楚交代「太陽」、「表」、「表影」形成一條線與「圭是線或面問題」的關連;另外,曉得圭表要朝南北方向,理由也能掌握。

至於第二題「為何要在圭尾豎起一根量尺?」同學的回答普遍是:


這類學生似乎沒有針對題目來回答,他所提到的是以圭表計算回歸年的方式。


這類學生相當多,他們普遍瞭解「若圭尾折起來,可以讓表影不要超出圭的長度」,但是卻以「測量日出、日落」來自圓其說則顯有不適了。


這類學生很明顯瞭解「主要在量測『日中天』時刻的影子長度」,也瞭解「若圭尾折起來,可以讓表影不要超出圭的長度」,相當不錯喔!

2011年11月30日 星期三

國小五年級階段學童的科學觀_太陽四季代表日視運動的軌跡

        邀請學生在課堂上發表,或將想法寫在筆記上,常常可以替老師蒐集一些實用的教學訊息。隨著時間的流逝,學生的學習風格與你的教學風格越來越同步時,字裡行間與上課的回應狀況都可以發現教學的成效。底下是我在課堂中出的問題:

        下面是一張「天球上太陽於四季代表日視運動的軌跡圖」,軌跡記錄的地點是嘉義市。從圖中可以看出,嘉義市的太陽於四季代表日視運動軌跡有往南傾斜的趨勢。 如果老師將四季代表日的軌跡以三條白線畫出來,配合上「穿越方位底板中心的白色箭頭」,大致可以看出「穿越方位底板中心的白色箭頭」指向天球上的某個位置。


想一想,請問:「穿越底板中心的白色箭頭」,到底是指向天空中的那個位置呢?你的證據是什麼?(老師想看證據喔)」

提示:方位底板中心是觀察者的位置,也就是同學站立的位置

對五年級的學生來說,這算是蠻難的題目。面對這個新接班我也是拖到11月底才開始在課堂中出這個題目,透過運作還不是很成熟的小組討論,學生回家後寫出來的答案呈現一些訊息。底下是一些學生的回答,挺有意思的:


這位同學將「北極」、「北方」、「北極星」做了某個程度的連結,但目前因為還沒有「極軸」的概念,所以論述上並不正確。


這位同學瞭解地球的自轉軸指向北極星,但對於北極星、自轉軸在天球上的意義還不瞭解,所以才有「北極星是天上的中心點」、「北極星是最亮的一顆」這種認知。最令我憂心的是:「很多學生甚至大人都有『北極星是最亮的一顆』這種錯誤的迷思概念」,這和「接觸越來越多天文相關的影音媒體及相關科普書籍,但卻沒有實際仰望星空看看北極星有很大的關連」。

        當都市裡的天文課越來越難在星空下實施時,各位老師、各位家長,我們一定要帶孩子出來看看星空喔!

2011年9月23日 星期五

國小五年級階段學童的科學觀_竿影與太陽視運動的再探討

        2008年曾記錄過當年五年級學生在「竿影長短、方位變化」上的另有概念類型(請參見
國小五年級階段學童的科學觀_竿影與太陽視運動),今年(2011年)又剛接一班五年級,很想看看他們與3年前的學生在「竿影長短、方位變化」上的另有概念類型是否一致而且也想試著分享個人如何利用一個小問題檢測新接班上學生的程度,順便擬定未來該班的教學目標,所以特別在還沒進行竿影實驗前問了一個關鍵問題:

陽光下,一天當中影子會有什麼變化?你從哪些證據判斷出來的?

底下是一些學生的回答,挺有意思的:



老師應當警覺到:
1、這位同學知道地球是行星,但需要再個別確認這位學生所言「地球是太陽的行星」的原意。
2、「陽光越中間」的回答,表示學生是以直觀的角度(眼見)闡述他的觀察,因此「太陽視運動軌跡高度角」的概念尚待建立。


老師應當警覺到:
1、這位同學知道一天中影子會有方位的變化,也知道有長短的變化,但對於形成影子長短的原因不僅無法用科學上的語言來論述(太陽直射物品而沒有陰影,所以它的影子比較短;太陽斜射物品因為「照到的光比較少」所以影子比較長)在概念上也有迷思。


老師應當警覺到:
1、這位同學知道一天中影子會有方位的變化,也知道有長短的變化,但語句卻不精準(光源與物體的夾角愈大,影子愈短),必須再次個別確認學生這句話的原意。


老師應當警覺到:
1、這位同學知道一天中影子會有方位的變化,也知道有長短的變化。在地動與天動轉換上也沒有問題。
2、「如果太陽在上面的話,物體影子會比較短」表示學生也是以直觀的角度(眼見)闡述他的觀察,但物體影子比較短的原因學生以「擋住的地方比較少」來闡述,則必須再度個別確認「那個東西、哪的部分擋住,以及為何擋住較少」,才能給這位學生建議。


老師應當警覺到:
1、這位同學方位角與高度角可能在運用上有所混淆,而且「太陽視運動軌跡高度角」的概念尚待建立。

        綜合論述,和2008年相比較,這批剛帶不到20天的五年級學生,目前沒有出現「一天之中的溫度變化是太陽距離地球遠近所造成的」、「太陽接近中午時,太陽高度較低」的概念出現。單就論述能力而言都不錯,但致命的問題是:「無法針對題目給予答案」。我的問題是「你從哪些證據判斷出來的?」,從上面學生的答案呈現大部分學生無法提出證據的窘境。這正是我兩年內~在他們畢業前~必須培養出來的能力,因此我找到除了課本知識內容外的教學目標。

2008年2月24日 星期日

國小五年級階段學童的科學觀_竿影與太陽視運動

        個人對「國小階段學童的科學觀」有著強烈的興趣。雖然世界各先進國家對於兒童科學觀(或者說迷思概念、另有架構、另有概念)的研究已經相當的多,但我仍然覺得,身為基層科學教育者,應當蒐集屬於自己教學環境中學童的科學觀點,並且熟悉這些觀點,這樣方能在教學過程中,給予學生應有的鷹架;另一方面,也可以避免因為自己的不小心,造成學生迷思概念的生成。所以,就在我擔任實習輔導老師的時候,我都會要求實習老師盡可能的利用實習的時間,蒐集學童在不同單元的迷思概念,藉以瞭解學童的科學觀。然而,這幾年下來成效不彰。反思原因,除了實習老師沒有受過科學教育研究的相關訓練外,對於此項議題的重要性的不甚了解,我想才是主因。

        記得一些文獻中有過這樣的敘述:「在學校裡,學童通常是以『個人的想法』來解釋他們日常生活及自然界所遭遇的經驗」。基於當代主流的建構理論而言,若學習的過程真的是學習者主動建構的過程,那麼,學童的「個人想法」當會形成其建構知識的主要力量。這股力量將會比教育的力量還大,而且也會讓老師、家長花更多的時間和精力來「改變」其先前所建立的概念,而且不一定會成功。
   
        身為基礎教育工作者,真的應該花一點時間,利用課堂發表、形成性評量、檔案評量等方式,去發現國小階段的學童是如何看待這個世界,是如何去解釋你所希望授與的經驗與概念。然後,將這些學童的科學觀列在橫向的指標上,提供一個適當的情境作為縱座標,讓學童能夠在這一個象限內自由發展自己得概念。
   
        底下是96學年度第1學期,學生在「太陽與四季」單元分組發表時所陳述的科學觀點,我特別記錄下來,作為未來蒐集國小學童科學觀的始點。

一、一天之中,竿影會有長有短的原因~ 國小五年級學童的回答是:

        1、因為太陽的距離不同,造成竿影長短不同。

        2、地球離太陽越遠,竿影越長;地球離太陽越近,竿影越短。

        3、太陽距離地球遠,仰角就較小,竿影較長;太陽距離地球近,仰角就較高,竿影較短。

        4、太陽接近中午時,高度較低,所以竿影較短。

        5、因為地球會繞著太陽轉,所以中午竿影較短。

二、一天之中,竿影會有方位不同的原因~ 國小五年級學童的回答是:

        1、太陽的高度不同,造成竿影方位不同。

分析本校五年級學童的回答可以發現:

「學生是以一個微觀的、日常生活經驗的角度,結合巨觀的、科學理論的概念來解釋現象。因為這種微觀與巨觀的差距,造成學生在運用科學理論來解釋現象的時候,常常會形成無法轉化的情況,因此,常常會形成一個非現今認知的另有概念」。

換句話說,學生知道的是:

1、仰角就較小,竿影較長;仰角較高,竿影較短。(這是微觀的日常生活經驗,但也符合科學教學的概念)

2、太陽接近中午時,竿影較短;太陽遠離中午時,竿影較長。(這是微觀的日常生活經驗,但也符合科學教學的概念)

3、地球會繞著太陽轉。(這是巨觀的科學理論,學生無法『看到』地球在繞著太陽轉動)

4、太陽距離地球很遠,但有時也會近一點。(這是巨觀的科學理論,學生無法『看到』地球距太陽的距離,也感受不出這個距離的實際概念;另外,學生也無法瞭解地球與太陽距離對地球的差別)

5、中午比較熱,清晨、傍晚比較涼快。(這是微觀的日常生活經驗,雖然沒有出現在上述的語句中,但可以從學生的回答中看出學生的回答隱含這這種概念)

現在,我們可以進行交叉分析~

第一種類型:

學生以為太陽距離地球遠的時候,會比較冷;太陽距離地球近的時候,會比較熱。
學生以為一天之中的溫度變化是太陽距離地球遠近所造成的。
學生知道中午比較熱、竿影較短,所以便以為太陽距離地球比較近的時候,竿影會比較短。

第二種類型:

學生以為太陽距離地球遠,仰角就較小;太陽距離地球近,仰角就較大。
學生以為一天之中太陽距離地球遠近有相當大的變化。
學生知道仰角較小,竿影較長;仰角較高,竿影較短。所以就以為太陽距離地球近時,竿影較短。

第三種類型:

太陽接近中午時,太陽高度較低;換句話說,距離地球比較近。
學生以為太陽距離地球遠的時候,會比較冷;太陽距離地球近的時候,會比較熱。
學生知道接近中午的時候,竿影比較短;也知道接近中午的時候,溫度比較高,所以就認為太陽高度低的時候,竿影比較短。

第四種類型:(還搞不懂這類型學生的另有架構)

因為地球會繞著太陽轉......所以中午竿影較短?