金蝉脱壳

曾宝俊

摘要“金蝉脱壳”出自《三十六计》，比喻留下表面现象，实际上脱身逃走。科学概念包括科学的观念和对科学的看法，小学科学教育的目的是使学生具有科学概念。很多学生在学习科学概念前已经具有科学前概念，那么在教学中教师如何促使学生科学概念的转变呢？实施“金蝉脱壳”策略，设置具体的问题情境，使学生亲历构建科学概念的过程，能帮助学生有效建构科学概念。

关键词 金蝉脱壳 科学概念 问题情境

中图分类号：G424文献标识码：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

“金蟬脱壳”是《三十六计·混战计》中的一计，原文为：“存其形，完其势；友不疑，敌不动。巽而止蛊。”原意指金蝉变为成虫时，要脱去幼虫的壳，比喻留下表面现象，实际上脱身逃走。军事上指留下虚假的表象来稳住敌人，自己暗中脱身而去，离开险境。由此计笔者联想到学生科学概念转变时表现出来的顽固性：学生很多时候看起来掌握了科学概念，考试也能正确答题，但在生活实际运用中，深藏在学生头脑深处的原生概念或理论就会主宰他们的观念，进而指挥他们的行动。在教学中教师如何促使学生科学概念的转变，实现金蝉脱壳、化蛹成蝶？

一

我们先看一则寓言——《小鱼与青蛙》。

从前，在一条清澈的河流中住着一个小蝌蚪和一条小鱼，它们彼此照顾，相互依赖，成为要好的朋友。

时间一天天过去，蝌蚪渐渐长大了，变成青蛙，离开小河，来到陆地上，它分别看到了人、老虎和鸟等其他动物。

当青蛙回到河里，鱼问它：“你去了陆地上，都结交了哪些好朋友呢？”

青蛙自豪地说：“我认识了很多不同类的鱼，有长着两条腿的鱼，有张着血盆大嘴的鱼，有长着翅膀飞翔的鱼。”

可见，青蛙是按照已有的认知去认识新事物。

在教学中，教师必须了解学生已有的知识结构，帮助他们用已有的知识认知陌生的内容。学生原有的知识结构可以看作是从土壤里爬出地面的蝉的壳，他们学习科学概念必须脱去原有的那层壳。

笔者还看过这样一个案例：

在美国哈佛大学的毕业典礼上，有几位科学家分别给几位博士生一粒种子和一段木料。他们问了一个问题：种子这么轻，它们能长成一棵大树，这棵大树的重量比原来的种子多了很多，这个重量从何而来？这些博士生的回答大都是水、土壤。几位科学家又来到小学科学课堂上，在上《叶的光合作用》一课前，对一位学生进行同样的调查，他的回答和那几位博士生基本上没什么区别；在上了《叶的光合作用》一课后，科学家又问了那个学生同样的问题，那个学生给出的答案是树木增长的重量来自4种物质：水、土壤、空气、光。他还解释：水占75%，土壤占25%，空气和光为0。为什么？因为他认为光和空气是没有重量的。他的科学教师看到这些感慨地说：我原以为我已经教会他了！

很多教师曾经给学生上过同样的课，引导他们认识光合作用，做了叶绿素的分解实验。可是，他们学会了吗？我们都知道叶的叶绿素在光照的条件下，能将水分和二氧化碳合成植物生长所需的有机物，并释放出氧气。有机物的主要成分是碳，这个碳不可能来自水，也不可能来自土壤，它来自空气中的二氧化碳。可是，学生学过这节课之后，为什么还认为植物的重量来自水和土壤呢？那几位博士生为什么也会犯这样的错误？究其原因，他们大都认为空气是没有重量的——这是学生和博士生在科学课学习之前就已有的前概念，科学课教学并没有改变他们的观点。

科学概念包括科学的观念和对科学的看法。概念是有组织的、有不同覆盖程度的、用抽象语言表达的、超越主题和事实的一些观念和思想。概念是一种组织性的观念，是一种心理图示，具有永恒性、普遍性、抽象性和概念性。发展学生正确的科学观念，比让他们掌握大量事实性的信息更重要。

小学科学教育的重要目的是使学生在接受正式科学教育之初就能够发展起对自然以及对周围世界的理解，建立自己的观点和想法。如果学生在探索世界的过程中没有被科学地加以引导，那么他们形成的观念就有可能是非科学的，可能妨碍他们以后的学习。学生在学习科学概念之前，他们对这些概念大都有了一定的认识和了解，即已经具有科学前概念。新概念的形成建立在前概念基础之上，因此学生在某些概念的理解上会自然而然地流露出一些不正确的观念。例如，他们会认为：地球是平的，重的物体先于轻的物体落下。当科学概念和前概念比较一致时，学生就容易理解；反之，他们就会觉得很难。在教学实践中，我们发现学生有些错误概念难以改变，例如一个儿童认为“地球是平的”，如果教师告诉他“地球是圆的”，他可能会认为“地球像碟子一样”，中间平坦，四周是圆形的。

怎样实施“金蝉脱壳”策略，转变学生错误的前概念呢？

二

金蝉脱壳的过程是怎样的？

皎洁明亮的月亮挂在黑色的天幕，金黄色的蝉蛹陆续从土里钻出来，迅速离开地面，爬向高处的树干枝叶，牢牢抓住后等待脱壳羽化。

一开始，蝉蛹背部裂开一道口子，金蝉用尽全力开始脱壳，完全出壳大约一个半小时。蝉出来后，抓住蛹壳开始羽化，软软的翅膀慢慢展开。这时的蝉全身软绵绵的，浑身淡绿色。随着时间的推移，蝉身体慢慢变硬，翅膀变白变硬，而且越爬越高，天亮后就可以飞了。

蝉的成虫期短，初夏的傍晚，它们高居树梢，雄蝉拼命歌唱，以博得雌蝉的青睐。它们交尾、产卵，大约10天（最长60天），蝉的生命走到了尽头，蝉声渐渐平息，山林再次恢复宁静。

一蝉陨而知秋至。金蝉脱壳的本意是：寒蝉在蜕变时，本体离壳而走，只留下蝉蜕还挂在枝头。金蝉脱壳的生物学意义和蝴蝶化蛹成蝶一样，只有蜕皮之后，方能获得新生。

下面谈谈“声音”单元如何让学生“金蝉脱壳”，建立“振动”概念。

学生依据生活经验，往往认为“声音是由于物体之间拍打、摩擦、敲击等方式而产生的”，这是学生的“金蝉之壳”。“振动”这个概念很少会出现在学生的头脑中，虽然他们在实验中也会观察到一些振动现象，但他们认为振动是拍打、摩擦、敲击等诸多方式中的一种，这就是学生的实际认识水平，而且此“壳”非常坚硬。

要脱去此“壳”，建立科学概念，必须在“壳”上开一条“缝”——在学生已有生活经验的基础上，教师引导他们对原有概念进行重新组合、提升。“振动”概念的建立，必须从学生的已有认知水平出发，从他们认为振动是拍打、摩擦、敲击等产生声音的方式中的一种入手。

首先，教师让学生选择一种物体，向大家介绍该物体发出声音的过程。在这个过程中，学生通常会将现象当成原理来阐述。例如，用拍打或摩擦的方式让物体发出了声音，所以，物体发出声音的原因是拍打或摩擦。因为物体发出声音的方式是多种多样的，所以，这个环节是一个开放的环节，学生对物体发声现象会有比较丰富的认识。学生都可以根据自己的实际操作得出结论，但观察方式、认识水平不同，认识往往是片面的。比如，有的学生认为声音是由于挤压产生的，并向大家演示挤压塑料瓶发出声音的实验；有的学生认为纸张靠摩擦发出声音；还有学生提出拨动直尺既不是摩擦发出的声音，也不是挤压发出的声音……此时，教师如何引导学生由盲目自信走向理性分析，由个体研究走向集体研讨就比较关键了。教师应当引导学生相互质疑、辩论，形成共识：物体发出声音的方式不是唯一的。

这个过程实际上是一个“金蝉挣扎出壳”的过程，面对他人的研究结果，学生会产生验证的需求。教师顺势向学生提出一个需要进一步探究的问题：这些不同的发声现象和方式有什么共同之处吗？促使学生研究他人使物体发出声音的方式，观察比较各种不同的发声方式有什么共同之处，学会从众多的现象中抽象出共同特征，这也是比较、概括能力的一次提升。在这个过程中，学生思维逐渐向“振动”概念靠拢，探究“振动是产生声音的真正原因”的活动随即开展。

“振动”概念的提升过程综合了观察、实验、比较、辨别、归纳等活动，教师指导学生归纳共性时，要引导他们注意观察物体发声时，本身有什么变化？这既是对学生精细观察能力的培养，也为他们搜集现象、归纳所有发声现象的共同特点进行了方向性指导，学生就会由表面的理解进入概念的提升：所有物体发出声音时会有振动产生→物体振动了就会有声音产生→物体的振动产生声音。

运用“金蝉脱壳”之计，关键在“脱”。面对学生顽固的前概念，“脱”的方法也不相同。军事上的“脱”一般指摆脱、逃脱、甩脱、挣脱、开脱，科学课堂里的“脱”则是指科学观察、呈现经验、运用矛盾、重建理论等。

运用此计一定要选好时机，“脱壳”不能过早，如果没有消除学生的错误概念，就应继续下去，直至“脱壳”；“脱壳”也不能过迟，应该立刻进行巩固，否则新的无关现象就会重新成为干扰之“壳”。

三

美国学者纳斯伯姆和诺威克曾提出過“矛盾事件”的方法：通过一定的方法暴露学生的前概念；使学生明确意识到他们和别的学生想法不同；让学生尝试解释一个矛盾事件，引起概念冲突；鼓励和引导他们进行认知调整，建立与科学概念相一致的新的概念模型。这种方法也可以看作是应用了“金蝉脱壳”之计。

1.在充分的感性认识中消除错误前概念

由于学生的前概念有着很强的顽固性，如果只是通过知识传递的方式，很难让学生形成科学概念。感性认识是进行思维加工以形成科学概念的基本材料，能够激发学生的学习动机和兴趣。要使学生更好地掌握科学概念，必须创造一个适应教学要求的学习环境，引导学生挖掘问题、思考问题、探索事物的共同特征和本质属性，获得必要的、充分的感性认识。

观察和实验是获得感性认识的重要途径，可以使学生获得更典型、更生动、更深刻、更能反映事物本质属性和共同特征的感性认识。

如《热胀冷缩》一课，教师在引导学生建立“液体受热体积会膨胀、受冷会收缩”的概念时，可以让他们做对比实验，观察水、果汁、酱油、酒精等液体受冷受热时的变化，并把实验结果记录下来。又如《食盐在水里溶解了》一课，教师可以引导学生观察食盐在水中的变化、高锰酸钾在水中的溶解过程，做过滤食盐水等实验，使他们逐步建立“溶解”概念。

2.在教学中故意“犯错”

例如，执教“过滤”这一内容时，为了让学生能够掌握正确的过滤方法，教师在演示实验时选用了一杯面粉和水的混合物。操作过程中，教师故意将引流用的玻璃棒靠在滤纸上部的漏斗壁上，倒的时候故意将面粉和水的混合物漫过滤纸。实验结束，教师装作若无其事的样子，一言不发。顷刻，有一位学生举起手，站起来疑惑地说：“老师，漏斗下面的烧杯里怎么会有面粉呢？难道是滤纸破了吗？”“是呀！真的有面粉哩！”其他学生也大叫起来。“有面粉？不可能吧！难道面粉也能被水溶解？这究竟是怎么回事呢？”学生叽叽喳喳地议论起来。经过大家的有效讨论以及教师的点拨，学生较好地掌握了液体过滤的正确方法。

再如，执教《种子发芽实验》一课时，我把它分解成“设计种子发芽的实验”“种子发芽的实验”“从实验中获得信息”三个课时，帮助学生掌握种子发芽必不可少的条件。学生根据已有的前概念，认为种子发芽需要水分、空气、阳光、土壤（肥料）和适宜的温度。通过一系列实验，学生证实了种子发芽只需要适宜的温度、水分和充足的空气，只有植物生长时才需要水分、空气、阳光、土壤（肥料）和适宜的温度。

学生转变了认识后，我又问学生：如果在屋前和屋后同时播下一粒相同的种子，哪一粒会先发芽呢？学生异口同声地回答是屋前，因为他们都认为屋前阳光充足。可是，等实验结束后，所有学生都发现自己错了。因为屋前的种子在阳光强烈照射下，水分挥发得很快，缺乏充足的水分，发芽的速度比屋后的慢了许多。

3.让学生经历认知冲突

学生对生物有一定的认识，但他们对生物体缺乏全面关注和了解，因此认识往往是片面的、不完整的。我们可以把生物体引入课堂，或让学生亲自饲养，近距离接触生物体，这样有助于他们形成正确的科学概念。

例如，在执教“植物”单元时，学生已经认识了一些不同种类的植物，对植物各部分也有一定的了解。笔者先让学生观察校园的树木，发现他们对植物的认识明显是片面的、琐碎的。于是，笔者改变了教学方法，从校园里拔了些狗尾草，组织学生在课堂上观察，并对观察方法进行指导。学生不但画出了比较完整的狗尾草图，而且发现了许多特点。在交流中，学生说出了狗尾草的根、茎、叶、果实、种子，以及各部分的特点。在后面的课中，笔者为学生提供了水生花，让他们可以从植物的各部分去观察。通过对植株整体的观察，学生脑海中对植物会逐渐形成一个本质上的认识，从而完善了前概念，达到形成正确科学概念的目的，实现“金蝉脱壳”。

路培琦老师上《连通气球》一课时提出了一个问题：将大小气球连通后会发生怎样的变化？学生说出了5种猜测，这是他们基于自己的前概念作出的猜测，许多学生认为大小气球连通后会一样大。可是，在做实验时，学生发现大小气球不是这样变化的，而是大的更大，小的更小，这与他们的前概念发生了冲突，从而引发他们思考。通过实验，学生证明这种现象与大气压力、气球皮有关。但是，新的问题又产生了：小气球为什么没有全瘪？进一步形成了认知冲突。学生在这个过程中，思维“金蝉脱壳”，最后建构了正确的科学概念。

四

让学生“金蝉脱壳”改变错误的前概念，是一件非常困难的事。有的前概念非常顽固，需要经过较长的时间才能转变。在小学科学课教学中实施“金蝉脱壳”策略，可以引导学生对实例进行观察和比较，对概念进行假设和验证，从而掌握概念。这种教学的目的是帮助学生在课堂上有意义地学习概念，培养他们的归纳推理能力。实施“金蝉脱壳”策略主要有两个步骤：

1.脱身

在军事上，“金蝉脱壳”是为了摆脱困境，把“外壳”留给敌人，然后自己脱身而去。留给敌人的“外壳”是一个虚假的外形，对我方的实力影响不大，却能给敌人造成错觉。在教学中，教师需要先在“壳”上开一个口，找到一条缝隙，让学生的前概念充分暴露出来，在矛盾情境中产生认知冲突。

2.分身

军事上的分身是指在遇到两股敌人时，为避免腹背受敌，对原来的敌人虚张声势，使其不敢轻易来犯，暗中抽调主力去攻击后来之敌，待消灭后来之敌后，再返回来进攻原来的敌人。在教学中实施“金蝉脱壳”策略的第二步是要趁热打铁，引导学生建构科学概念。

例如，学生普遍认为金属在水中会下沉，教师就准备了各种形状和结构的金属物体，将它们放入水槽中。学生观察发现：一些盘形或船形的金属物体漂浮起来。教师进一步引导：漂浮和下沉在水中的金属有什么共性吗？学生分别测量金属物体的排水量，顺利建立了金属的沉浮与排水量有关的科学概念。

又如，认识物体在水中的沉浮时，许多学生认为：同种物体，它们的大小轻重会影响它们的沉浮。教学中，教师准备了大小不同的橡皮、木块、萝卜、石块，让学生充分探究，根据事实构建“同种材料的物体，改变它的重量和体积，沉浮不变”的科学概念。这样，以子之矛攻子之盾，成功实施了“分身”策略。

认识“摆”时，学生通过多次测试，发现一个摆在单位时间内的摆动次数是一定的，继而提出了摆的快慢与什么有关的研究问题，他们通过实践发现摆的次数与摆绳的长短有关。教师又出示两个摆绳一样长、摆锤长度不一样的摆，让学生推测两个摆的快慢情况。当学生发现两个摆绳一样长的摆居然摆动次数不一样时，教师又提出了摆锤长度也会影响摆动次数的推测，并且制订了新的探究方案：用3个摆绳一样长、摆锤长度不一样的摆，分别测试它们单位时间内摆的次数。经过反复实践，学生对摆长概念的認知逐渐加深，在建构科学概念的过程中，提高了科学探究能力，感悟到学无止境的无穷魅力。

在具体的问题情境中，运用建构的科学概念解决问题，是学习科学概念的目的之一，也能检验学生对科学概念掌握的情况。实施“金蝉脱壳”策略时，学生亲历构建科学概念的过程，不断产生认知冲突，在思考中不断探究，在探究中不断思考。

从某种意义上说，学生的科学学习过程是改变他们原始知识、经验的过程，即概念改变的过程。教师只有通过消除错误的前概念，借助完整的探究过程，设置具体的问题情境，才能帮助学生有效建构科学概念。