曾寶俊

摘要“金蟬脫殼”出自《三十六計》，比喻留下表面現(xiàn)象，實際上脫身逃走?？茖W(xué)概念包括科學(xué)的觀念和對科學(xué)的看法，小學(xué)科學(xué)教育的目的是使學(xué)生具有科學(xué)概念。很多學(xué)生在學(xué)習(xí)科學(xué)概念前已經(jīng)具有科學(xué)前概念，那么在教學(xué)中教師如何促使學(xué)生科學(xué)概念的轉(zhuǎn)變呢？實施“金蟬脫殼”策略，設(shè)置具體的問題情境，使學(xué)生親歷構(gòu)建科學(xué)概念的過程，能幫助學(xué)生有效建構(gòu)科學(xué)概念。

關(guān)鍵詞 金蟬脫殼 科學(xué)概念 問題情境

中圖分類號：G424文獻標(biāo)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(zhàn)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?yōu)槌上x時，要脫去幼蟲的殼，比喻留下表面現(xiàn)象，實際上脫身逃走。軍事上指留下虛假的表象來穩(wěn)住敵人，自己暗中脫身而去，離開險境。由此計筆者聯(lián)想到學(xué)生科學(xué)概念轉(zhuǎn)變時表現(xiàn)出來的頑固性：學(xué)生很多時候看起來掌握了科學(xué)概念，考試也能正確答題，但在生活實際運用中，深藏在學(xué)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(xué)中教師如何促使學(xué)生科學(xué)概念的轉(zhuǎn)變，實現(xiàn)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(dāng)青蛙回到河里，魚問它：“你去了陸地上，都結(jié)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?！?/p>

可見，青蛙是按照已有的認知去認識新事物。

在教學(xué)中，教師必須了解學(xué)生已有的知識結(jié)構(gòu)，幫助他們用已有的知識認知陌生的內(nèi)容。學(xué)生原有的知識結(jié)構(gòu)可以看作是從土壤里爬出地面的蟬的殼，他們學(xué)習(xí)科學(xué)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(xué)的畢業(yè)典禮上，有幾位科學(xué)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(xué)家又來到小學(xué)科學(xué)課堂上，在上《葉的光合作用》一課前，對一位學(xué)生進行同樣的調(diào)查，他的回答和那幾位博士生基本上沒什么區(qū)別；在上了《葉的光合作用》一課后，科學(xué)家又問了那個學(xué)生同樣的問題，那個學(xué)生給出的答案是樹木增長的重量來自4種物質(zhì)：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(xué)教師看到這些感慨地說：我原以為我已經(jīng)教會他了！

很多教師曾經(jīng)給學(xué)生上過同樣的課，引導(dǎo)他們認識光合作用，做了葉綠素的分解實驗?？墒牵麄儗W(xué)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(xué)生學(xué)過這節(jié)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(xué)生和博士生在科學(xué)課學(xué)習(xí)之前就已有的前概念，科學(xué)課教學(xué)并沒有改變他們的觀點。

科學(xué)概念包括科學(xué)的觀念和對科學(xué)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(fā)展學(xué)生正確的科學(xué)觀念，比讓他們掌握大量事實性的信息更重要。

小學(xué)科學(xué)教育的重要目的是使學(xué)生在接受正式科學(xué)教育之初就能夠發(fā)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(xué)生在探索世界的過程中沒有被科學(xué)地加以引導(dǎo)，那么他們形成的觀念就有可能是非科學(xué)的，可能妨礙他們以后的學(xué)習(xí)。學(xué)生在學(xué)習(xí)科學(xué)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(jīng)具有科學(xué)前概念。新概念的形成建立在前概念基礎(chǔ)之上，因此學(xué)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(dāng)科學(xué)概念和前概念比較一致時，學(xué)生就容易理解；反之，他們就會覺得很難。在教學(xué)實踐中，我們發(fā)現(xiàn)學(xué)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(zhuǎn)變學(xué)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(xù)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(chǎn)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(fù)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(xué)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?wù)劇奥曇簟眴卧绾巫寣W(xué)生“金蟬脫殼”，建立“振動”概念。

學(xué)生依據(jù)生活經(jīng)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(chǎn)生的”，這是學(xué)生的“金蟬之殼”?！罢駝印边@個概念很少會出現(xiàn)在學(xué)生的頭腦中，雖然他們在實驗中也會觀察到一些振動現(xiàn)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(xué)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(xué)概念，必須在“殼”上開一條“縫”——在學(xué)生已有生活經(jīng)驗的基礎(chǔ)上，教師引導(dǎo)他們對原有概念進行重新組合、提升?！罢駝印备拍畹慕?，必須從學(xué)生的已有認知水平出發(fā)，從他們認為振動是拍打、摩擦、敲擊等產(chǎn)生聲音的方式中的一種入手。

首先，教師讓學(xué)生選擇一種物體，向大家介紹該物體發(fā)出聲音的過程。在這個過程中，學(xué)生通常會將現(xiàn)象當(dāng)成原理來闡述。例如，用拍打或摩擦的方式讓物體發(fā)出了聲音，所以，物體發(fā)出聲音的原因是拍打或摩擦。因為物體發(fā)出聲音的方式是多種多樣的，所以，這個環(huán)節(jié)是一個開放的環(huán)節(jié)，學(xué)生對物體發(fā)聲現(xiàn)象會有比較豐富的認識。學(xué)生都可以根據(jù)自己的實際操作得出結(jié)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(xué)生認為聲音是由于擠壓產(chǎn)生的，并向大家演示擠壓塑料瓶發(fā)出聲音的實驗；有的學(xué)生認為紙張靠摩擦發(fā)出聲音；還有學(xué)生提出撥動直尺既不是摩擦發(fā)出的聲音，也不是擠壓發(fā)出的聲音……此時，教師如何引導(dǎo)學(xué)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(guān)鍵了。教師應(yīng)當(dāng)引導(dǎo)學(xué)生相互質(zhì)疑、辯論，形成共識：物體發(fā)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(jié)果，學(xué)生會產(chǎn)生驗證的需求。教師順勢向?qū)W生提出一個需要進一步探究的問題：這些不同的發(fā)聲現(xiàn)象和方式有什么共同之處嗎？促使學(xué)生研究他人使物體發(fā)出聲音的方式，觀察比較各種不同的發(fā)聲方式有什么共同之處，學(xué)會從眾多的現(xiàn)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(xué)生思維逐漸向“振動”概念靠攏，探究“振動是產(chǎn)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(dǎo)學(xué)生歸納共性時，要引導(dǎo)他們注意觀察物體發(fā)聲時，本身有什么變化？這既是對學(xué)生精細觀察能力的培養(yǎng)，也為他們搜集現(xiàn)象、歸納所有發(fā)聲現(xiàn)象的共同特點進行了方向性指導(dǎo)，學(xué)生就會由表面的理解進入概念的提升：所有物體發(fā)出聲音時會有振動產(chǎn)生→物體振動了就會有聲音產(chǎn)生→物體的振動產(chǎn)生聲音。

運用“金蟬脫殼”之計，關(guān)鍵在“脫”。面對學(xué)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(xué)課堂里的“脫”則是指科學(xué)觀察、呈現(xiàn)經(jīng)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(xué)生的錯誤概念，就應(yīng)繼續(xù)下去，直至“脫殼”；“脫殼”也不能過遲，應(yīng)該立刻進行鞏固，否則新的無關(guān)現(xiàn)象就會重新成為干擾之“殼”。

三

美國學(xué)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(xué)生的前概念；使學(xué)生明確意識到他們和別的學(xué)生想法不同；讓學(xué)生嘗試解釋一個矛盾事件，引起概念沖突；鼓勵和引導(dǎo)他們進行認知調(diào)整，建立與科學(xué)概念相一致的新的概念模型。這種方法也可以看作是應(yīng)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(xué)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(xué)生形成科學(xué)概念。感性認識是進行思維加工以形成科學(xué)概念的基本材料，能夠激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)動機和興趣。要使學(xué)生更好地掌握科學(xué)概念，必須創(chuàng)造一個適應(yīng)教學(xué)要求的學(xué)習(xí)環(huán)境，引導(dǎo)學(xué)生挖掘問題、思考問題、探索事物的共同特征和本質(zhì)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(xué)生獲得更典型、更生動、更深刻、更能反映事物本質(zhì)屬性和共同特征的感性認識。

如《熱脹冷縮》一課，教師在引導(dǎo)學(xué)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(jié)果記錄下來。又如《食鹽在水里溶解了》一課，教師可以引導(dǎo)學(xué)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(xué)中故意“犯錯”

例如，執(zhí)教“過濾”這一內(nèi)容時，為了讓學(xué)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(jié)束，教師裝作若無其事的樣子，一言不發(fā)。頃刻，有一位學(xué)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(xué)生也大叫起來?！坝忻娣郏坎豢赡馨?！難道面粉也能被水溶解？這究竟是怎么回事呢？”學(xué)生嘰嘰喳喳地議論起來。經(jīng)過大家的有效討論以及教師的點撥，學(xué)生較好地掌握了液體過濾的正確方法。

再如，執(zhí)教《種子發(fā)芽實驗》一課時，我把它分解成“設(shè)計種子發(fā)芽的實驗”“種子發(fā)芽的實驗”“從實驗中獲得信息”三個課時，幫助學(xué)生掌握種子發(fā)芽必不可少的條件。學(xué)生根據(jù)已有的前概念，認為種子發(fā)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(xué)生證實了種子發(fā)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(xué)生轉(zhuǎn)變了認識后，我又問學(xué)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(fā)芽呢？學(xué)生異口同聲地回答是屋前，因為他們都認為屋前陽光充足?？墒牵葘嶒灲Y(jié)束后，所有學(xué)生都發(fā)現(xiàn)自己錯了。因為屋前的種子在陽光強烈照射下，水分揮發(fā)得很快，缺乏充足的水分，發(fā)芽的速度比屋后的慢了許多。

3.讓學(xué)生經(jīng)歷認知沖突

學(xué)生對生物有一定的認識，但他們對生物體缺乏全面關(guān)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(xué)生親自飼養(yǎng)，近距離接觸生物體，這樣有助于他們形成正確的科學(xué)概念。

例如，在執(zhí)教“植物”單元時，學(xué)生已經(jīng)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(xué)生觀察校園的樹木，發(fā)現(xiàn)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(xué)方法，從校園里拔了些狗尾草，組織學(xué)生在課堂上觀察，并對觀察方法進行指導(dǎo)。學(xué)生不但畫出了比較完整的狗尾草圖，而且發(fā)現(xiàn)了許多特點。在交流中，學(xué)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(xué)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(xué)生腦海中對植物會逐漸形成一個本質(zhì)上的認識，從而完善了前概念，達到形成正確科學(xué)概念的目的，實現(xiàn)“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(fā)生怎樣的變化？學(xué)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(xué)生認為大小氣球連通后會一樣大?？墒牵谧鰧嶒灂r，學(xué)生發(fā)現(xiàn)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(fā)生了沖突，從而引發(fā)他們思考。通過實驗，學(xué)生證明這種現(xiàn)象與大氣壓力、氣球皮有關(guān)。但是，新的問題又產(chǎn)生了：小氣球為什么沒有全癟？進一步形成了認知沖突。學(xué)生在這個過程中，思維“金蟬脫殼”，最后建構(gòu)了正確的科學(xué)概念。

四

讓學(xué)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(jīng)過較長的時間才能轉(zhuǎn)變。在小學(xué)科學(xué)課教學(xué)中實施“金蟬脫殼”策略，可以引導(dǎo)學(xué)生對實例進行觀察和比較，對概念進行假設(shè)和驗證，從而掌握概念。這種教學(xué)的目的是幫助學(xué)生在課堂上有意義地學(xué)習(xí)概念，培養(yǎng)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(xué)中，教師需要先在“殼”上開一個口，找到一條縫隙，讓學(xué)生的前概念充分暴露出來，在矛盾情境中產(chǎn)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(diào)主力去攻擊后來之?dāng)?，待消滅后來之?dāng)澈?，再返回來進攻原來的敵人。在教學(xué)中實施“金蟬脫殼”策略的第二步是要趁熱打鐵，引導(dǎo)學(xué)生建構(gòu)科學(xué)概念。

例如，學(xué)生普遍認為金屬在水中會下沉，教師就準(zhǔn)備了各種形狀和結(jié)構(gòu)的金屬物體，將它們放入水槽中。學(xué)生觀察發(fā)現(xiàn)：一些盤形或船形的金屬物體漂浮起來。教師進一步引導(dǎo)：漂浮和下沉在水中的金屬有什么共性嗎？學(xué)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(guān)的科學(xué)概念。

又如，認識物體在水中的沉浮時，許多學(xué)生認為：同種物體，它們的大小輕重會影響它們的沉浮。教學(xué)中，教師準(zhǔn)備了大小不同的橡皮、木塊、蘿卜、石塊，讓學(xué)生充分探究，根據(jù)事實構(gòu)建“同種材料的物體，改變它的重量和體積，沉浮不變”的科學(xué)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(xué)生通過多次測試，發(fā)現(xiàn)一個擺在單位時間內(nèi)的擺動次數(shù)是一定的，繼而提出了擺的快慢與什么有關(guān)的研究問題，他們通過實踐發(fā)現(xiàn)擺的次數(shù)與擺繩的長短有關(guān)。教師又出示兩個擺繩一樣長、擺錘長度不一樣的擺，讓學(xué)生推測兩個擺的快慢情況。當(dāng)學(xué)生發(fā)現(xiàn)兩個擺繩一樣長的擺居然擺動次數(shù)不一樣時，教師又提出了擺錘長度也會影響擺動次數(shù)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(nèi)擺的次數(shù)。經(jīng)過反復(fù)實踐，學(xué)生對擺長概念的認知逐漸加深，在建構(gòu)科學(xué)概念的過程中，提高了科學(xué)探究能力，感悟到學(xué)無止境的無窮魅力。

在具體的問題情境中，運用建構(gòu)的科學(xué)概念解決問題，是學(xué)習(xí)科學(xué)概念的目的之一，也能檢驗學(xué)生對科學(xué)概念掌握的情況。實施“金蟬脫殼”策略時，學(xué)生親歷構(gòu)建科學(xué)概念的過程，不斷產(chǎn)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(xué)生的科學(xué)學(xué)習(xí)過程是改變他們原始知識、經(jīng)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(shè)置具體的問題情境，才能幫助學(xué)生有效建構(gòu)科學(xué)概念。