巧設(shè)認(rèn)知沖突提升化學(xué)教學(xué)有效性

摘要：闡述了如何在化學(xué)課堂教學(xué)中利用學(xué)生日常經(jīng)驗(yàn)、基于新舊知識(shí)之間的聯(lián)系以及設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)探究情境等策略巧設(shè)認(rèn)知沖突，能激發(fā)學(xué)生的認(rèn)知內(nèi)驅(qū)力，培養(yǎng)學(xué)生的思維能力，提高化學(xué)教學(xué)的有效性。

關(guān)鍵詞：化學(xué)教學(xué)；認(rèn)知沖突；有效教學(xué)

文章編號(hào)：1005－6629(2012)1－0018－02 中圖分類(lèi)號(hào)：G633.8 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：B

在認(rèn)知發(fā)展過(guò)程中，當(dāng)原有概念(或認(rèn)知結(jié)構(gòu))與現(xiàn)實(shí)情境存在某些差距時(shí)，就會(huì)引起學(xué)習(xí)者在心理上產(chǎn)生矛盾或沖突。學(xué)源于思，思源于疑，認(rèn)知沖突是激發(fā)思維的第一步，有利于激發(fā)學(xué)生的認(rèn)知需要與探究愿望，促進(jìn)學(xué)生進(jìn)行知識(shí)的自主建構(gòu)，從而發(fā)展學(xué)生的思維能力。在課堂教學(xué)中，若能巧設(shè)認(rèn)知沖突，造成學(xué)生認(rèn)知結(jié)構(gòu)的不平衡，將學(xué)生帶入“憤悱”的學(xué)習(xí)心境，不僅能促成新的認(rèn)知結(jié)構(gòu)的形成，而且能激發(fā)學(xué)生的思維，大大提高化學(xué)課堂教學(xué)的有效性。因此，在教學(xué)設(shè)計(jì)時(shí)，需有意識(shí)地巧妙設(shè)置教學(xué)情境，讓學(xué)生在日常經(jīng)驗(yàn)上、新舊聯(lián)系間、實(shí)驗(yàn)探究中產(chǎn)生認(rèn)知沖突。

1 基于日常經(jīng)驗(yàn)，引發(fā)認(rèn)知沖突

化學(xué)科學(xué)與生產(chǎn)、生活以及科技的發(fā)展有著密切聯(lián)系，化學(xué)新課程要求“從學(xué)生已有的經(jīng)驗(yàn)和將要經(jīng)歷的社會(huì)生活實(shí)際出發(fā)，幫助學(xué)生認(rèn)識(shí)化學(xué)與人類(lèi)生活的密切關(guān)系，關(guān)注人類(lèi)面臨的與化學(xué)相關(guān)的社會(huì)問(wèn)題，培養(yǎng)學(xué)生的社會(huì)責(zé)任感、參與意識(shí)和決策能力”。教師可以從生活中提取素材，設(shè)置認(rèn)知沖突，引導(dǎo)學(xué)生從化學(xué)視角去發(fā)現(xiàn)社會(huì)、科技發(fā)展、生產(chǎn)生活中各類(lèi)與化學(xué)相關(guān)的問(wèn)題，展開(kāi)探究，以獲得新的知識(shí)和經(jīng)驗(yàn)。

例如，學(xué)生對(duì)于“酒是陳的香”這句俗語(yǔ)非常熟悉，但并不清楚其中的原因。若直接說(shuō)明陳酒較香是因?yàn)樯闪司哂蟹枷阄兜孽?，就?huì)因?yàn)閷W(xué)生缺乏適當(dāng)?shù)闹R(shí)基礎(chǔ)而無(wú)法引起學(xué)生的共鳴。而若設(shè)計(jì)依次遞進(jìn)的問(wèn)題“酒越陳越香說(shuō)明了什么問(wèn)題?酒在放置過(guò)程中可能發(fā)生了什么變化?生成的乙醛和乙酸是否產(chǎn)生酒香的原因?”

在此前，學(xué)生剛剛學(xué)習(xí)了乙醇能夠被氧化為乙醛，而乙醛能夠進(jìn)一步被氧化為乙酸的知識(shí)，而當(dāng)教師告知他們這兩種物質(zhì)均不是引起“酒香”的原因時(shí)，學(xué)生就會(huì)迫切產(chǎn)生知曉原因的強(qiáng)烈愿望，此時(shí)再演示酯化反應(yīng)的實(shí)驗(yàn)，學(xué)生就會(huì)特別關(guān)注酯獨(dú)特的氣味，并因能夠解釋酒香產(chǎn)生的原因，得到心理上的滿足感。

學(xué)生通過(guò)日常生活，不僅積累了豐富的日常經(jīng)驗(yàn)，而且形成了大量的日常概念，也稱為“前科學(xué)概念”。當(dāng)“前概念”與科學(xué)概念的含義一致(即樸素概念)時(shí)，有助于學(xué)生理解與掌握科學(xué)概念；而當(dāng)學(xué)生已形成的前概念偏離科學(xué)概念(即迷思概念)時(shí)，則會(huì)對(duì)學(xué)生正確掌握科學(xué)概念、形成科學(xué)認(rèn)識(shí)造成一定的障礙。建構(gòu)主義的教學(xué)觀認(rèn)為，對(duì)前科學(xué)概念的不滿是促使學(xué)生概念轉(zhuǎn)變的關(guān)鍵因素，只有當(dāng)學(xué)生感到原有的概念失去了作用，不能解釋新的事件或者不能解決當(dāng)前遇到的問(wèn)題，產(chǎn)生認(rèn)知沖突時(shí)，他才可能去改變?cè)懈拍?。從這個(gè)意義上來(lái)說(shuō)，創(chuàng)設(shè)認(rèn)知沖突情境進(jìn)行概念轉(zhuǎn)變?cè)诮虒W(xué)中具有重要作用。

例如，學(xué)生在學(xué)習(xí)“化學(xué)平衡”之前，對(duì)于平衡已經(jīng)較為熟悉，如蹺蹺板的平衡、天平(或桿秤)的平衡，而在物理學(xué)習(xí)中也已經(jīng)接觸了力的平衡等。這些平衡易使學(xué)生將靜止?fàn)顟B(tài)作為平衡的本質(zhì)特征，從而可能會(huì)形成“達(dá)到化學(xué)平衡時(shí)，反應(yīng)就會(huì)停止”的迷思概念。此時(shí)，若提供不同階段的反應(yīng)速率數(shù)據(jù)，引導(dǎo)學(xué)生分析化學(xué)平衡狀態(tài)下的速率特征，同時(shí)借鑒同位素示蹤的原理，利用多媒體技術(shù)的優(yōu)勢(shì)，從微觀上模擬化學(xué)平衡狀態(tài)下的反應(yīng)特征，就會(huì)引發(fā)學(xué)生強(qiáng)烈的認(rèn)知沖突，促使其重新認(rèn)識(shí)化學(xué)平衡的動(dòng)態(tài)特征，從而澄清模糊觀念，建立恰當(dāng)?shù)钠胶庥^。

2 基于新舊聯(lián)系，生成認(rèn)知沖突

依據(jù)學(xué)生認(rèn)知發(fā)展規(guī)律是化學(xué)課程內(nèi)容選擇與編排的重要原則，這就使得同一類(lèi)型的知識(shí)在不同的教學(xué)階段反復(fù)出現(xiàn)，但在內(nèi)容的深廣度上存在較為明顯的差異。設(shè)計(jì)恰當(dāng)?shù)南刃薪M織者，探尋新舊知識(shí)的聯(lián)系，并將此作為新知識(shí)的起點(diǎn)，可促進(jìn)新知識(shí)的學(xué)習(xí)。研究表明，那些和學(xué)生已有知識(shí)有一定的聯(lián)系，學(xué)生知道一些，但是憑已有的知識(shí)又不能完全解決的問(wèn)題，也就是說(shuō)在“新舊知識(shí)的結(jié)合點(diǎn)”上產(chǎn)生的問(wèn)題，最能激發(fā)學(xué)生的認(rèn)知沖突，驅(qū)使學(xué)生有目的地積極探索。

例如，在“氧化還原反應(yīng)”教學(xué)中，在學(xué)生的已有知識(shí)結(jié)構(gòu)中已經(jīng)有了“4種基本反應(yīng)類(lèi)型”的概念，若提出問(wèn)題“以下2個(gè)反應(yīng)屬于哪一種基本反應(yīng)類(lèi)型?

①3CO+Fe₂O₃=2Fe+3CO₂；②Cl₂+H₂O=HClO+HCI”。學(xué)生通過(guò)分析發(fā)現(xiàn)，這兩種反應(yīng)并不屬于4種基本反應(yīng)類(lèi)型中的任何一種，即4種基本反應(yīng)類(lèi)型并不能囊括所有的化學(xué)反應(yīng)。由此就產(chǎn)生值得研究的問(wèn)題，即這兩個(gè)反應(yīng)到底屬于什么反應(yīng)?有沒(méi)有可以囊括所有化學(xué)反應(yīng)的更本質(zhì)的分類(lèi)方法?這些問(wèn)題的設(shè)計(jì)基于原有知識(shí)，而原有知識(shí)又不能解決當(dāng)前問(wèn)題，由此就會(huì)促使學(xué)生產(chǎn)生一種“憤悱”狀態(tài)。此時(shí)，師生共同分析化學(xué)反應(yīng)中各元素化合價(jià)變化的特點(diǎn)，就可以發(fā)現(xiàn)兩者的共同特征在于化合價(jià)發(fā)生變化，而根據(jù)化合價(jià)是否變化進(jìn)行化學(xué)反應(yīng)的分類(lèi)可以包容所有反應(yīng)，從而促進(jìn)“氧化還原反應(yīng)”的學(xué)習(xí)。

3 基于實(shí)驗(yàn)探究，制造認(rèn)知沖突

化學(xué)是一門(mén)以實(shí)驗(yàn)為基礎(chǔ)的自然科學(xué)，實(shí)驗(yàn)是化學(xué)最精彩的部分，也是設(shè)置認(rèn)知沖突的重要手段。學(xué)生在觀察或進(jìn)行實(shí)驗(yàn)之前，時(shí)常會(huì)有意無(wú)意地生成假設(shè)。當(dāng)實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象與假設(shè)相近時(shí)，就會(huì)感受到成功的喜悅。而當(dāng)實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象與假設(shè)相異時(shí)，就會(huì)產(chǎn)生強(qiáng)烈的認(rèn)識(shí)沖突，從而激發(fā)進(jìn)一步探究的愿望。由此，教師可以通過(guò)創(chuàng)設(shè)探究性實(shí)驗(yàn)情境，預(yù)先有目的地讓學(xué)生嘗試作出猜想，然后通過(guò)實(shí)驗(yàn)產(chǎn)生意想不到的新現(xiàn)象，促使學(xué)生用改變?cè)械恼J(rèn)知結(jié)構(gòu)去順應(yīng)、解釋這些新現(xiàn)象。

例如，在學(xué)生學(xué)習(xí)完鈉的化學(xué)性質(zhì)后，可讓學(xué)生思考鈉和硫酸銅溶液能否反應(yīng)，并要求學(xué)生推測(cè)反應(yīng)現(xiàn)象并寫(xiě)出反應(yīng)的化學(xué)方程式。對(duì)于一般學(xué)生來(lái)說(shuō)，他們會(huì)自然地想到活潑的金屬鈉從硫酸銅溶液中置換出不活潑的金屬銅，現(xiàn)象是有紅色的銅析出。對(duì)于智優(yōu)學(xué)生來(lái)說(shuō)，他們可能想到金屬鈉也會(huì)與水發(fā)生反應(yīng)，由此推斷在生成紅色銅的同時(shí)還可能有氫氣生成。此時(shí)進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，可能發(fā)現(xiàn)與學(xué)生預(yù)測(cè)均不相符的現(xiàn)象，即并沒(méi)有紅色的銅出現(xiàn)，而是生成藍(lán)色的氫氧化銅。由此學(xué)生就會(huì)產(chǎn)生強(qiáng)烈的認(rèn)知沖突，迫切希望知道氫氧化銅產(chǎn)生的原因。此時(shí)，引導(dǎo)學(xué)生對(duì)反應(yīng)物的組成(鈉、水、硫酸銅)展開(kāi)分析，就會(huì)得出反應(yīng)的本質(zhì)是，鈉和水發(fā)生反應(yīng)，生成的氫氧化鈉進(jìn)一步和硫酸銅發(fā)生反應(yīng)。進(jìn)而推斷，鉀、鈣等比鈉更活潑的金屬應(yīng)該具有相似的反應(yīng)特征。

研究表明，科學(xué)史的研究進(jìn)程在一定程度上與學(xué)生的思維發(fā)展有相似之處。著名化學(xué)家傅鷹先生說(shuō)過(guò)：“化學(xué)給人以知識(shí)，而化學(xué)史給人以智慧?！闭窃诮鉀Q傳統(tǒng)知識(shí)與不斷產(chǎn)生的新奇現(xiàn)象之間的認(rèn)知沖突上，科學(xué)家的智慧得以體現(xiàn)，化學(xué)學(xué)科得以發(fā)展。因此，在無(wú)法直接進(jìn)行實(shí)驗(yàn)的情況下，可以利用科學(xué)史上一些著名的實(shí)驗(yàn)來(lái)制造認(rèn)知沖突，激發(fā)學(xué)生的探究熱情。

例如，由葡萄干面包模型向行星模型的發(fā)展體現(xiàn)了人類(lèi)對(duì)原子結(jié)構(gòu)認(rèn)識(shí)的進(jìn)一步深入，而在導(dǎo)致這種模型轉(zhuǎn)變的α粒子散射實(shí)驗(yàn)中，因認(rèn)知沖突而引發(fā)的深刻思維起到了關(guān)鍵作用。在教學(xué)過(guò)程中，可以模擬研究過(guò)程，由學(xué)生先依據(jù)葡萄干面包模型預(yù)測(cè)α粒子散射實(shí)驗(yàn)的現(xiàn)象。學(xué)生由于經(jīng)驗(yàn)的限制，往往會(huì)得出絕大多數(shù)α粒子反彈回來(lái)的假設(shè)。而實(shí)驗(yàn)的結(jié)果正好相反，絕大多數(shù)直接穿越，少數(shù)發(fā)生折射，極少數(shù)被直接反彈回來(lái)。由此產(chǎn)生的認(rèn)知沖突引發(fā)學(xué)生強(qiáng)烈的求知欲望，促使他們深刻思考現(xiàn)象產(chǎn)生的原因，并最終認(rèn)識(shí)到引起α粒子反彈的關(guān)鍵因素是原子核的高密度及其所帶的正電荷，從而理解行星模型的合理性。

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