化學教學設(shè)計中認知沖突的設(shè)置

韋文金

摘要：化學反應(yīng)與能量的變化是高中化學課程中的重要知識點，也是學生學習的難點。基于高中化學課標的目標要求，在對學生現(xiàn)有的認知水平、學習障礙分析的基礎(chǔ)上，通過認知沖突的創(chuàng)設(shè)，激發(fā)學生學習興趣，克服障礙，建構(gòu)知識。

關(guān)鍵詞：化學反應(yīng)與能量；認知沖突；創(chuàng)設(shè)；學生

中圖分類號：O122 文獻標志碼：A 文章編號：2095-9214（2015）11-0107-02

化學反應(yīng)與能量的變化是高中化學課程考核的核心知識之一，也是高考主要考查的內(nèi)容之一[1]。學生常常對其中的一些概念的理解存在障礙。現(xiàn)代心理學研究表明，在教學中創(chuàng)設(shè)認知沖突，能夠為學生提供更好的情景教學，使學生能夠更好地建構(gòu)新的知識體系，內(nèi)化為自己新的知識。研究以“化學反應(yīng)與能量變化”為例，通過設(shè)置認知沖突，學生能夠有目的地對知識進行的加工，最終使學生更好掌握相應(yīng)知識。

一、高中“化學反應(yīng)與能量變化”目標及認知要求

內(nèi)容標準是教學策略與方法設(shè)計的依據(jù)。因此，對內(nèi)容標準的分析是認知沖突設(shè)置的基礎(chǔ)。在高中化學課程目標中提出針對化學反應(yīng)中能量變化的課程目標。[2]

（一）知識技能

1.使學生了解化學反應(yīng)中能量變化的本質(zhì)原因，掌握反應(yīng)熱和焓變的含義；2.理解熱化學方程式的意義，學會正確書寫熱化學方程式；3.提高對熱化學方程式內(nèi)涵的認識，理解熱量與物質(zhì)的量的緊密聯(lián)系，掌握中和熱的測定方法和技能。

（二）過程與方法

1.通過設(shè)置適當?shù)膯栴}和臺階，引起學生主動探究化學反應(yīng)能量變化的本質(zhì)原因；2.通過對熱化學方程式與化學方程式的比較分析，培養(yǎng)學生分析問題的能力；3.通過對化學反應(yīng)本質(zhì)及規(guī)律的探究，提高學生從微觀和定量角度分析化學問題的能力。

（三）情感態(tài)度

1.從能量變化的角度認識化學反應(yīng)，體會化學反應(yīng)與能量變化之間的辯證關(guān)系，培養(yǎng)尊重科學、勤于思考的態(tài)度；2.樹立辯證唯物主義的世界觀，幫助學生養(yǎng)成務(wù)實、求真、嚴謹?shù)目茖W態(tài)度。激發(fā)學生的學習興趣，培養(yǎng)學生從微觀的角度理解化學反應(yīng)，培養(yǎng)學生尊重科學、嚴謹求學、勤于思考的態(tài)度，樹立透過現(xiàn)象看本質(zhì)的唯物主義觀點。

基于教學目標的要求，可將標準對學習者的認知要求劃分為如下維度：[3]

（1）知識方面要求：了解化學反應(yīng)中能量轉(zhuǎn)化的原因，能說出常見的能量轉(zhuǎn)化形式。這些能量變化通常表現(xiàn)為熱量變化，而目前人類所需能量的絕大部分是由化學反應(yīng)產(chǎn)生的；了解了能源與人類社會發(fā)展的密切關(guān)系，并對研究化學反應(yīng)及其能量變化的意義有了一定的認識。

（2）認識思路的要求：從化學鍵的斷裂和形成認識化學反應(yīng)中能量的變化、說出常見的能量轉(zhuǎn)化形式、說明化學能與熱能的相互轉(zhuǎn)化。從焓變的涵義熱力學認識反應(yīng)熱和。

（3）認識角度的要求：要求學生要從微觀層面對化學鍵的斷裂和形成角度重新認識化學變化中的能量變化，將對化學反應(yīng)中能量變化從定性認識逐漸過渡到定量認識。

（4）思維特點的要求：從宏觀與微觀的角度來認識化學反應(yīng)與能量的變化，即反應(yīng)物中化學鍵的斷裂和生成物中化學鍵的形成是化學反應(yīng)中能量變化的主要原因，并通過探究實驗體驗化學能與熱能相互之間的轉(zhuǎn)化；同時還定性了解了吸熱反應(yīng)和放熱反應(yīng)。

二、高中學生已有認知水平分析

依據(jù)初高中學課程標準，在對與“化學反應(yīng)與能量變化”知識相關(guān)知識點的內(nèi)容標準分析基礎(chǔ)上，結(jié)合高中學生的心理特點，得出學生已有認知水平為：

已有知識：在學習該內(nèi)容之前，學生已經(jīng)知道物質(zhì)發(fā)生化學反應(yīng)產(chǎn)生新物質(zhì)的同時，伴隨著能量變化；能識別出這些能量變化通常表現(xiàn)為熱量變化；闡明能源與人類社會發(fā)展的密切關(guān)系，并對研究化學反應(yīng)及其能量變化的意義有了一定的認識。

認識思路：學生能夠知道物質(zhì)發(fā)生化學變化時伴隨有能量的變化，可通過定量地探討“質(zhì)”“能”關(guān)系，來進一步理解化學反應(yīng)的本質(zhì)。在此基礎(chǔ)上的擴展與提高。

認識角度：通過九年級“化學有關(guān)化學反應(yīng)與能量”一節(jié)得知，學生能夠從化宏觀的角度去認識化學變化中的能量變化，知道物質(zhì)發(fā)生化學變化時伴隨有能量變化，并認識到通過化學反應(yīng)獲得能量的重要性。

思維特點：初中“化學反應(yīng)與能量”一節(jié)的課標可知，學生能夠整體認識化學反應(yīng)的“定量觀”與“動態(tài)觀”，但對于宏觀的反應(yīng)熱和微觀的化學鍵斷裂和形成所吸收和放出的總能量之間的關(guān)系中，很難建構(gòu)化學反應(yīng)過程中能量變化示意圖。

三、障礙分析

化學反應(yīng)與能量變化中的定義、原理、定律都是從有關(guān)的概念和實踐中總結(jié)出來的，而一個概念的掌握往往要通過感知、抽象、思維等心理過程得到理解而實現(xiàn)的。化學中的實驗技巧和觀察能力，無論是從學習化學知識或是對化學的研究方法上都有著重要意義。基于目標要求以及學生認知水平的分析，學生的學習障礙主要表現(xiàn)為：

（一）知識方面的障礙

在初中的知識容量很小，更多的注重感性分析。進入高中后課堂的容量突然加大，輔導練習、消化的課時相應(yīng)地減少，學生的抽象思維能力還不能適應(yīng)。[4]從而不理解化學反應(yīng)與能量關(guān)系。

（二）認識的角度的障礙

通過必修2的學習，學生宏觀上已經(jīng)知道化學反應(yīng)中有吸熱和放熱，學生認識障礙點主要在于“焓變”、“△H的+與-”及“熱化學方程式的書寫”三個難點的理解上。高中生形成化學學習障礙的另一原因是思維角度與初中階段大不相同，由于學生在學習的過程中總結(jié)和歸納的能力不足，不能從反應(yīng)的原理上認識化學反應(yīng)與能量之間的關(guān)系；學生的化學計算易于出錯，也導致在定量分析反應(yīng)中能量變化過程中存在一定的障礙。

（三）認識的思路的障礙

在認識思路方面，從化學鍵的斷裂和形成來認識化學變化中的能量變化，在此過程中學生看不到清晰的思考路線，這與學生對化學反應(yīng)與能量變化的認識的思維特點有關(guān)。endprint

（四）思維特點的障礙

學生要從化學鍵的斷裂和形成角度重新認識化學變化中的能量變化，將對化學反應(yīng)中能量變化從孤立地認識逐漸過渡到系統(tǒng)地認識在化學反應(yīng)過程能量整體守恒。由于學生在學習的過程中總結(jié)和歸納的能力不足，從而不能更好地將新舊知識結(jié)合起來并應(yīng)用于學習中。

四、認知沖突設(shè)置

基于以上學生的認知分析可知，由于在解決實際問題或真正的學習情景的過程中必然有矛盾與沖突存在，即在化學學習中學生不可能“伸手就摘到果子”。[5]然而，在教學中巧妙地設(shè)置如下認知沖突，使學生更好的掌握相應(yīng)知識。

（一）通過討論引發(fā)認知沖突克服知識方面及認識的角度方面的障礙

在教學過程中，在教師引導下進行師生互動或生生互動，在互動過程中，當學生發(fā)現(xiàn)自己的觀點與他人觀點有異議，且他人的觀點更加適合解決問題時，常常會懷疑自己提出的觀念，從而產(chǎn)生求知欲和認知沖突。在這種情景下，學生往往較容易接受新的、正確的科學概念。

然而，在該部分內(nèi)容教學中，具體可分為如下兩個方面的活動內(nèi)容：一方而是對化學反應(yīng)中的能量變化進行感知。例如，讓學生借助溫度計對化學實驗前后實驗對象的溫度變化情況進行測量，以此來感知其能量變化同時，也可利用相關(guān)的化學概念，如，中和熱、燃燒熱等，對化學反應(yīng)中的能量變化進行分析；另一方而是對化學反應(yīng)中的能量變化進行解釋通過對化學反應(yīng)中實驗對象能量變化的原因進行分析，對能量變化進行定性由于能量變化的基礎(chǔ)是物質(zhì)變化。

如：在《拯救大兵瑞恩》電影里面有一個坑道中的敵兵被美軍用燃燒彈燒死的畫面，這就是在現(xiàn)代坑道戰(zhàn)、塹壕戰(zhàn)中利用了燃燒彈的作用之一，燃燒彈的燃燒材料主要是汽油，提出問題：這種燃燒彈有哪些性質(zhì)與優(yōu)勢呢？學生討論：有的同學說汽油的密度較小，有的說汽油發(fā)熱量高，還有的說價格便宜，等等。使學生之間的認知產(chǎn)生沖突。所以，可在對物質(zhì)變化進行分析的基礎(chǔ)上對實驗對象的能量變化進行系統(tǒng)分析。[6]在這一過程中，教師可從化學反應(yīng)體系的角度進行教學，主要包括反應(yīng)物與生成物體系的總能量有哪些，而能量變化則等于生成物體系與反應(yīng)物體系總能量的差。

（二）創(chuàng)設(shè)問題情境引發(fā)認知沖突克服認識思路的障礙

問題情境指學生意識到的一種有目的卻不知如何達到這一目的的心理困境。[7]這時學生急切地進行構(gòu)思，以期能解決未知的問題。那么，教師應(yīng)充分利用和發(fā)掘教材以及學生活動中的矛盾因素，將學生置于矛盾氛圍，學生就會產(chǎn)生解決矛盾的迫切需要，并激起認知沖突。

比較經(jīng)典的一個實例是應(yīng)用“自加熱罐頭”和一瓶普通罐頭做教具，主要讓學生親身體驗其之間溫度的變化。之后讓一位同學把“自加熱罐頭”底部的錐刺上移，再次讓同學們體驗罐頭溫度的變化，并與普通罐頭做對比。使學生置身于問題情境里，從而引起學生思考：為什么“自加熱罐頭”能夠自己加熱呢？“自加熱罐頭”里是的什么物質(zhì)呢？罐頭的溫度發(fā)生變化是由什么物質(zhì)引發(fā)的呢？……

創(chuàng)設(shè)與學習主題相關(guān)的真實情境，學生能夠親身參與體驗，對于將要學習的知識有了一個較清晰明了思路，從而引起學生的學習興趣。

（三）尋找“反例”激發(fā)認知沖突克服思維障礙

為了讓學生掌握化學變化中的能量變化的相關(guān)知識，在學習的過程，應(yīng)采取“反例”策略，使學生對相應(yīng)知識產(chǎn)生不“平衡”的心態(tài)，激發(fā)學生認知沖突，迫使學生去“平衡”相應(yīng)的知識，并將分散的孤立的知識系統(tǒng)地結(jié)合起來，形成新的知識體系并內(nèi)化為自己的知識。譬如：由吸熱反應(yīng)與放熱反應(yīng)的定義易知：有熱量釋放的化學反應(yīng)叫做放熱反應(yīng)；反之，叫做吸熱反應(yīng)。那么，吸熱反應(yīng)就是在加熱條件下進行的反應(yīng)嗎？而放熱反應(yīng)是在常溫下進行的反應(yīng)？遇到這樣的問題，教師可通過反例和演示讓學生解除困惑：常溫下進行的反應(yīng)有的可能是放熱反應(yīng)，如中和反應(yīng)；也可能是吸熱反應(yīng)，如NH4Cl與Ba（OH）2·8H2O的反應(yīng)。在加熱條件下進行的反應(yīng)，有的可能是吸熱反應(yīng)，如C+CO2△2CO；也可能是放熱反應(yīng)，如C+O2點燃CO2。但值得注意的是放熱反應(yīng)撤去熱源后仍能進行，持續(xù)加熱才能繼續(xù)進行的反應(yīng)是吸熱反應(yīng)。顯然，反應(yīng)吸熱還是放熱與反應(yīng)條件無關(guān)，主要依據(jù)反應(yīng)物總能量與生成物總能量的誰高誰低進行比較來決定的。反例的出現(xiàn)，與學生的理論或觀點又產(chǎn)生了沖突，激起其繼續(xù)探究聲音產(chǎn)生的本質(zhì)原因。明確提出了“反例”的策略，用來激發(fā)學生的認知沖突。然而，在教學中注意將知識網(wǎng)絡(luò)化，注重條理性，并將典型習題做到精練精析，以幫助學生建立科學、系統(tǒng)的概念知識。注重舊知與新知的對比，并及時引導歸納，學生間的交流，達到最終的理解掌握。在老師的精心培養(yǎng)下，使學生得到全面的發(fā)展。

顯然，設(shè)置認知沖突的做法于高中化學教學中并不僅僅只有以上幾種。另外，在什么教學時機設(shè)置認知沖突、采取什么樣的教學方式，應(yīng)用什么教學策略等等，還需要我們在教學實踐中不斷地探索和研究。總之，只要時時刻刻考慮到認知沖突的存在，并采取相應(yīng)的教學策略，則學生對化學的學習必將輕松自如，化學課堂必將變得有聲有色、百花齊放。

（作者單位：延邊大學師范學院）

參考文獻：

[1]黃劍鋒，湯希雁.2015年全國高考化學學科考綱解讀及備考建議[J].廣西教育，2015，3；50-51.

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[3]王磊.化學學科知識與教學能力[M].北京：高等教育出版社，2011：285-289.

[4]張鳳燕.談如何做好初高中化學教學銜接[J].河北邱縣，現(xiàn)代教育科學，2011，（7）：42-42.

[5]韓軍.如何在數(shù)學教學中設(shè)置認知沖突[J].中學生數(shù)理化：學研版，2012，（4）：85-85.

[6]易歆演.“化學反應(yīng)與能量”主題教學設(shè)計研究[J].數(shù)理化學習，湖南省懷化市第三中學，2014，（9）：78.

[7]田芳.基于建構(gòu)主義學習理論的化學教學設(shè)計——以“化學反應(yīng)中的能量變化”為例[J].華中師范大學，2013.3：182-183.endprint