金蟬脫殼

曾寶俊

摘要“金蟬脫殼”出自《三十六計》，比喻留下表面現象，實際上脫身逃走。科學概念包括科學的觀念和對科學的看法，小學科學教育的目的是使學生具有科學概念。很多學生在學習科學概念前已經具有科學前概念，那么在教學中教師如何促使學生科學概念的轉變呢？實施“金蟬脫殼”策略，設置具體的問題情境，使學生親歷構建科學概念的過程，能幫助學生有效建構科學概念。

關鍵詞 金蟬脫殼 科學概念 問題情境

中圖分類號：G424文獻標識碼：ADOI：10.16400/j.cnki.kjdk.2021.24.033

Do a Quick Change

——Changing students’ concepts by using contradictory situations

ZENG Baojun

（Soochow University Experimental School， Suzhou， Jiangsu 215133）

Abstract： "The golden cicada comes out of the shell" comes from the thirty six strategies. It is a metaphor for leaving a superficial phenomenon and actually escaping. Scientific concepts include scientific concepts and views on science. The purpose of primary school science education is to make students have scientific concepts. Many students have pre scientific concepts before learning scientific concepts. How can teachers promote the transformation of students’ scientific concepts in teaching？ The implementation of the "golden cicada shelling" strategy and the setting of specific problem situations enable students to experience the process of constructing scientific concepts， which can help students construct scientific concepts effectively.

Keywords： golden cicada shelling； scientific concept； problem situation

“金蟬脫殼”是《三十六計·混戰計》中的一計，原文為：“存其形，完其勢；友不疑，敵不動。巽而止蠱。”原意指金蟬變為成蟲時，要脫去幼蟲的殼，比喻留下表面現象，實際上脫身逃走。軍事上指留下虛假的表象來穩住敵人，自己暗中脫身而去，離開險境。由此計筆者聯想到學生科學概念轉變時表現出來的頑固性：學生很多時候看起來掌握了科學概念，考試也能正確答題，但在生活實際運用中，深藏在學生頭腦深處的原生概念或理論就會主宰他們的觀念，進而指揮他們的行動。在教學中教師如何促使學生科學概念的轉變，實現金蟬脫殼、化蛹成蝶？

一

我們先看一則寓言——《小魚與青蛙》。

從前，在一條清澈的河流中住著一個小蝌蚪和一條小魚，它們彼此照顧，相互依賴，成為要好的朋友。

時間一天天過去，蝌蚪漸漸長大了，變成青蛙，離開小河，來到陸地上，它分別看到了人、老虎和鳥等其他動物。

當青蛙回到河里，魚問它：“你去了陸地上，都結交了哪些好朋友呢？”

青蛙自豪地說：“我認識了很多不同類的魚，有長著兩條腿的魚，有張著血盆大嘴的魚，有長著翅膀飛翔的魚。”

可見，青蛙是按照已有的認知去認識新事物。

在教學中，教師必須了解學生已有的知識結構，幫助他們用已有的知識認知陌生的內容。學生原有的知識結構可以看作是從土壤里爬出地面的蟬的殼，他們學習科學概念必須脫去原有的那層殼。

筆者還看過這樣一個案例：

在美國哈佛大學的畢業典禮上，有幾位科學家分別給幾位博士生一粒種子和一段木料。他們問了一個問題：種子這么輕，它們能長成一棵大樹，這棵大樹的重量比原來的種子多了很多，這個重量從何而來？這些博士生的回答大都是水、土壤。幾位科學家又來到小學科學課堂上，在上《葉的光合作用》一課前，對一位學生進行同樣的調查，他的回答和那幾位博士生基本上沒什么區別；在上了《葉的光合作用》一課后，科學家又問了那個學生同樣的問題，那個學生給出的答案是樹木增長的重量來自4種物質：水、土壤、空氣、光。他還解釋：水占75%，土壤占25%，空氣和光為0。為什么？因為他認為光和空氣是沒有重量的。他的科學教師看到這些感慨地說：我原以為我已經教會他了！

很多教師曾經給學生上過同樣的課，引導他們認識光合作用，做了葉綠素的分解實驗。可是，他們學會了嗎？我們都知道葉的葉綠素在光照的條件下，能將水分和二氧化碳合成植物生長所需的有機物，并釋放出氧氣。有機物的主要成分是碳，這個碳不可能來自水，也不可能來自土壤，它來自空氣中的二氧化碳。可是，學生學過這節課之后，為什么還認為植物的重量來自水和土壤呢？那幾位博士生為什么也會犯這樣的錯誤？究其原因，他們大都認為空氣是沒有重量的——這是學生和博士生在科學課學習之前就已有的前概念，科學課教學并沒有改變他們的觀點。

科學概念包括科學的觀念和對科學的看法。概念是有組織的、有不同覆蓋程度的、用抽象語言表達的、超越主題和事實的一些觀念和思想。概念是一種組織性的觀念，是一種心理圖示，具有永恒性、普遍性、抽象性和概念性。發展學生正確的科學觀念，比讓他們掌握大量事實性的信息更重要。

小學科學教育的重要目的是使學生在接受正式科學教育之初就能夠發展起對自然以及對周圍世界的理解，建立自己的觀點和想法。如果學生在探索世界的過程中沒有被科學地加以引導，那么他們形成的觀念就有可能是非科學的，可能妨礙他們以后的學習。學生在學習科學概念之前，他們對這些概念大都有了一定的認識和了解，即已經具有科學前概念。新概念的形成建立在前概念基礎之上，因此學生在某些概念的理解上會自然而然地流露出一些不正確的觀念。例如，他們會認為：地球是平的，重的物體先于輕的物體落下。當科學概念和前概念比較一致時，學生就容易理解；反之，他們就會覺得很難。在教學實踐中，我們發現學生有些錯誤概念難以改變，例如一個兒童認為“地球是平的”，如果教師告訴他“地球是圓的”，他可能會認為“地球像碟子一樣”，中間平坦，四周是圓形的。

怎樣實施“金蟬脫殼”策略，轉變學生錯誤的前概念呢？

二

金蟬脫殼的過程是怎樣的？

皎潔明亮的月亮掛在黑色的天幕，金黃色的蟬蛹陸續從土里鉆出來，迅速離開地面，爬向高處的樹干枝葉，牢牢抓住后等待脫殼羽化。

一開始，蟬蛹背部裂開一道口子，金蟬用盡全力開始脫殼，完全出殼大約一個半小時。蟬出來后，抓住蛹殼開始羽化，軟軟的翅膀慢慢展開。這時的蟬全身軟綿綿的，渾身淡綠色。隨著時間的推移，蟬身體慢慢變硬，翅膀變白變硬，而且越爬越高，天亮后就可以飛了。

蟬的成蟲期短，初夏的傍晚，它們高居樹梢，雄蟬拼命歌唱，以博得雌蟬的青睞。它們交尾、產卵，大約10天（最長60天），蟬的生命走到了盡頭，蟬聲漸漸平息，山林再次恢復寧靜。

一蟬隕而知秋至。金蟬脫殼的本意是：寒蟬在蛻變時，本體離殼而走，只留下蟬蛻還掛在枝頭。金蟬脫殼的生物學意義和蝴蝶化蛹成蝶一樣，只有蛻皮之后，方能獲得新生。

下面談談“聲音”單元如何讓學生“金蟬脫殼”，建立“振動”概念。

學生依據生活經驗，往往認為“聲音是由于物體之間拍打、摩擦、敲擊等方式而產生的”，這是學生的“金蟬之殼”。“振動”這個概念很少會出現在學生的頭腦中，雖然他們在實驗中也會觀察到一些振動現象，但他們認為振動是拍打、摩擦、敲擊等諸多方式中的一種，這就是學生的實際認識水平，而且此“殼”非常堅硬。

要脫去此“殼”，建立科學概念，必須在“殼”上開一條“縫”——在學生已有生活經驗的基礎上，教師引導他們對原有概念進行重新組合、提升。“振動”概念的建立，必須從學生的已有認知水平出發，從他們認為振動是拍打、摩擦、敲擊等產生聲音的方式中的一種入手。

首先，教師讓學生選擇一種物體，向大家介紹該物體發出聲音的過程。在這個過程中，學生通常會將現象當成原理來闡述。例如，用拍打或摩擦的方式讓物體發出了聲音，所以，物體發出聲音的原因是拍打或摩擦。因為物體發出聲音的方式是多種多樣的，所以，這個環節是一個開放的環節，學生對物體發聲現象會有比較豐富的認識。學生都可以根據自己的實際操作得出結論，但觀察方式、認識水平不同，認識往往是片面的。比如，有的學生認為聲音是由于擠壓產生的，并向大家演示擠壓塑料瓶發出聲音的實驗；有的學生認為紙張靠摩擦發出聲音；還有學生提出撥動直尺既不是摩擦發出的聲音，也不是擠壓發出的聲音……此時，教師如何引導學生由盲目自信走向理性分析，由個體研究走向集體研討就比較關鍵了。教師應當引導學生相互質疑、辯論，形成共識：物體發出聲音的方式不是唯一的。

這個過程實際上是一個“金蟬掙扎出殼”的過程，面對他人的研究結果，學生會產生驗證的需求。教師順勢向學生提出一個需要進一步探究的問題：這些不同的發聲現象和方式有什么共同之處嗎？促使學生研究他人使物體發出聲音的方式，觀察比較各種不同的發聲方式有什么共同之處，學會從眾多的現象中抽象出共同特征，這也是比較、概括能力的一次提升。在這個過程中，學生思維逐漸向“振動”概念靠攏，探究“振動是產生聲音的真正原因”的活動隨即開展。

“振動”概念的提升過程綜合了觀察、實驗、比較、辨別、歸納等活動，教師指導學生歸納共性時，要引導他們注意觀察物體發聲時，本身有什么變化？這既是對學生精細觀察能力的培養，也為他們搜集現象、歸納所有發聲現象的共同特點進行了方向性指導，學生就會由表面的理解進入概念的提升：所有物體發出聲音時會有振動產生→物體振動了就會有聲音產生→物體的振動產生聲音。

運用“金蟬脫殼”之計，關鍵在“脫”。面對學生頑固的前概念，“脫”的方法也不相同。軍事上的“脫”一般指擺脫、逃脫、甩脫、掙脫、開脫，科學課堂里的“脫”則是指科學觀察、呈現經驗、運用矛盾、重建理論等。

運用此計一定要選好時機，“脫殼”不能過早，如果沒有消除學生的錯誤概念，就應繼續下去，直至“脫殼”；“脫殼”也不能過遲，應該立刻進行鞏固，否則新的無關現象就會重新成為干擾之“殼”。

三

美國學者納斯伯姆和諾威克曾提出過“矛盾事件”的方法：通過一定的方法暴露學生的前概念；使學生明確意識到他們和別的學生想法不同；讓學生嘗試解釋一個矛盾事件，引起概念沖突；鼓勵和引導他們進行認知調整，建立與科學概念相一致的新的概念模型。這種方法也可以看作是應用了“金蟬脫殼”之計。

1.在充分的感性認識中消除錯誤前概念

由于學生的前概念有著很強的頑固性，如果只是通過知識傳遞的方式，很難讓學生形成科學概念。感性認識是進行思維加工以形成科學概念的基本材料，能夠激發學生的學習動機和興趣。要使學生更好地掌握科學概念，必須創造一個適應教學要求的學習環境，引導學生挖掘問題、思考問題、探索事物的共同特征和本質屬性，獲得必要的、充分的感性認識。

觀察和實驗是獲得感性認識的重要途徑，可以使學生獲得更典型、更生動、更深刻、更能反映事物本質屬性和共同特征的感性認識。

如《熱脹冷縮》一課，教師在引導學生建立“液體受熱體積會膨脹、受冷會收縮”的概念時，可以讓他們做對比實驗，觀察水、果汁、醬油、酒精等液體受冷受熱時的變化，并把實驗結果記錄下來。又如《食鹽在水里溶解了》一課，教師可以引導學生觀察食鹽在水中的變化、高錳酸鉀在水中的溶解過程，做過濾食鹽水等實驗，使他們逐步建立“溶解”概念。

2.在教學中故意“犯錯”

例如，執教“過濾”這一內容時，為了讓學生能夠掌握正確的過濾方法，教師在演示實驗時選用了一杯面粉和水的混合物。操作過程中，教師故意將引流用的玻璃棒靠在濾紙上部的漏斗壁上，倒的時候故意將面粉和水的混合物漫過濾紙。實驗結束，教師裝作若無其事的樣子，一言不發。頃刻，有一位學生舉起手，站起來疑惑地說：“老師，漏斗下面的燒杯里怎么會有面粉呢？難道是濾紙破了嗎？”“是呀！真的有面粉哩！”其他學生也大叫起來。“有面粉？不可能吧！難道面粉也能被水溶解？這究竟是怎么回事呢？”學生嘰嘰喳喳地議論起來。經過大家的有效討論以及教師的點撥，學生較好地掌握了液體過濾的正確方法。

再如，執教《種子發芽實驗》一課時，我把它分解成“設計種子發芽的實驗”“種子發芽的實驗”“從實驗中獲得信息”三個課時，幫助學生掌握種子發芽必不可少的條件。學生根據已有的前概念，認為種子發芽需要水分、空氣、陽光、土壤（肥料）和適宜的溫度。通過一系列實驗，學生證實了種子發芽只需要適宜的溫度、水分和充足的空氣，只有植物生長時才需要水分、空氣、陽光、土壤（肥料）和適宜的溫度。

學生轉變了認識后，我又問學生：如果在屋前和屋后同時播下一粒相同的種子，哪一粒會先發芽呢？學生異口同聲地回答是屋前，因為他們都認為屋前陽光充足。可是，等實驗結束后，所有學生都發現自己錯了。因為屋前的種子在陽光強烈照射下，水分揮發得很快，缺乏充足的水分，發芽的速度比屋后的慢了許多。

3.讓學生經歷認知沖突

學生對生物有一定的認識，但他們對生物體缺乏全面關注和了解，因此認識往往是片面的、不完整的。我們可以把生物體引入課堂，或讓學生親自飼養，近距離接觸生物體，這樣有助于他們形成正確的科學概念。

例如，在執教“植物”單元時，學生已經認識了一些不同種類的植物，對植物各部分也有一定的了解。筆者先讓學生觀察校園的樹木，發現他們對植物的認識明顯是片面的、瑣碎的。于是，筆者改變了教學方法，從校園里拔了些狗尾草，組織學生在課堂上觀察，并對觀察方法進行指導。學生不但畫出了比較完整的狗尾草圖，而且發現了許多特點。在交流中，學生說出了狗尾草的根、莖、葉、果實、種子，以及各部分的特點。在后面的課中，筆者為學生提供了水生花，讓他們可以從植物的各部分去觀察。通過對植株整體的觀察，學生腦海中對植物會逐漸形成一個本質上的認識，從而完善了前概念，達到形成正確科學概念的目的，實現“金蟬脫殼”。

路培琦老師上《連通氣球》一課時提出了一個問題：將大小氣球連通后會發生怎樣的變化？學生說出了5種猜測，這是他們基于自己的前概念作出的猜測，許多學生認為大小氣球連通后會一樣大。可是，在做實驗時，學生發現大小氣球不是這樣變化的，而是大的更大，小的更小，這與他們的前概念發生了沖突，從而引發他們思考。通過實驗，學生證明這種現象與大氣壓力、氣球皮有關。但是，新的問題又產生了：小氣球為什么沒有全癟？進一步形成了認知沖突。學生在這個過程中，思維“金蟬脫殼”，最后建構了正確的科學概念。

四

讓學生“金蟬脫殼”改變錯誤的前概念，是一件非常困難的事。有的前概念非常頑固，需要經過較長的時間才能轉變。在小學科學課教學中實施“金蟬脫殼”策略，可以引導學生對實例進行觀察和比較，對概念進行假設和驗證，從而掌握概念。這種教學的目的是幫助學生在課堂上有意義地學習概念，培養他們的歸納推理能力。實施“金蟬脫殼”策略主要有兩個步驟：

1.脫身

在軍事上，“金蟬脫殼”是為了擺脫困境，把“外殼”留給敵人，然后自己脫身而去。留給敵人的“外殼”是一個虛假的外形，對我方的實力影響不大，卻能給敵人造成錯覺。在教學中，教師需要先在“殼”上開一個口，找到一條縫隙，讓學生的前概念充分暴露出來，在矛盾情境中產生認知沖突。

2.分身

軍事上的分身是指在遇到兩股敵人時，為避免腹背受敵，對原來的敵人虛張聲勢，使其不敢輕易來犯，暗中抽調主力去攻擊后來之敵，待消滅后來之敵后，再返回來進攻原來的敵人。在教學中實施“金蟬脫殼”策略的第二步是要趁熱打鐵，引導學生建構科學概念。

例如，學生普遍認為金屬在水中會下沉，教師就準備了各種形狀和結構的金屬物體，將它們放入水槽中。學生觀察發現：一些盤形或船形的金屬物體漂浮起來。教師進一步引導：漂浮和下沉在水中的金屬有什么共性嗎？學生分別測量金屬物體的排水量，順利建立了金屬的沉浮與排水量有關的科學概念。

又如，認識物體在水中的沉浮時，許多學生認為：同種物體，它們的大小輕重會影響它們的沉浮。教學中，教師準備了大小不同的橡皮、木塊、蘿卜、石塊，讓學生充分探究，根據事實構建“同種材料的物體，改變它的重量和體積，沉浮不變”的科學概念。這樣，以子之矛攻子之盾，成功實施了“分身”策略。

認識“擺”時，學生通過多次測試，發現一個擺在單位時間內的擺動次數是一定的，繼而提出了擺的快慢與什么有關的研究問題，他們通過實踐發現擺的次數與擺繩的長短有關。教師又出示兩個擺繩一樣長、擺錘長度不一樣的擺，讓學生推測兩個擺的快慢情況。當學生發現兩個擺繩一樣長的擺居然擺動次數不一樣時，教師又提出了擺錘長度也會影響擺動次數的推測，并且制訂了新的探究方案：用3個擺繩一樣長、擺錘長度不一樣的擺，分別測試它們單位時間內擺的次數。經過反復實踐，學生對擺長概念的認知逐漸加深，在建構科學概念的過程中，提高了科學探究能力，感悟到學無止境的無窮魅力。

在具體的問題情境中，運用建構的科學概念解決問題，是學習科學概念的目的之一，也能檢驗學生對科學概念掌握的情況。實施“金蟬脫殼”策略時，學生親歷構建科學概念的過程，不斷產生認知沖突，在思考中不斷探究，在探究中不斷思考。

從某種意義上說，學生的科學學習過程是改變他們原始知識、經驗的過程，即概念改變的過程。教師只有通過消除錯誤的前概念，借助完整的探究過程，設置具體的問題情境，才能幫助學生有效建構科學概念。