引發(fā)認(rèn)知沖突 發(fā)展學(xué)生科學(xué)思維

毛新華 嚴(yán)曉松

(1江蘇省張家港市常青藤實(shí)驗(yàn)中學(xué) 張家港 215600； 2江蘇省張家港市崇真中學(xué) 張家港 215631)

認(rèn)知沖突是一個(gè)人已建立的認(rèn)知結(jié)構(gòu)與當(dāng)前面臨的學(xué)習(xí)情境之間產(chǎn)生的無(wú)法同構(gòu)的矛盾與沖突，是已有知識(shí)與經(jīng)驗(yàn)和新知識(shí)之間存在的某種差距而導(dǎo)致的心理失衡。學(xué)生在學(xué)習(xí)新知識(shí)之前，頭腦中并非一片空白，而是具有不同的認(rèn)知結(jié)構(gòu)，學(xué)生總是試圖以原有的認(rèn)知結(jié)構(gòu)來(lái)形成對(duì)新知識(shí)的理解，當(dāng)遇到不能解釋的新現(xiàn)象時(shí)，就會(huì)打破之前低層次的“平衡”產(chǎn)生新的“沖突”，通過(guò)“沖突”不斷化解實(shí)現(xiàn)新的平衡與發(fā)展。引發(fā)認(rèn)知沖突是激發(fā)學(xué)習(xí)欲望、發(fā)展學(xué)生思維的重要手段和途徑。那么，如何引發(fā)認(rèn)知沖突呢，下面結(jié)合筆者多年的教學(xué)實(shí)踐，通過(guò)具體實(shí)例探討高中生物學(xué)教學(xué)中引發(fā)認(rèn)知沖突、發(fā)展學(xué)生科學(xué)思維的幾個(gè)重要途徑。

1 鏈接新舊知識(shí)，引發(fā)認(rèn)知沖突

新課教學(xué)之前，學(xué)生通過(guò)已有知識(shí)及對(duì)日常生活的觀察，對(duì)很多生物學(xué)現(xiàn)象便已有了自己的認(rèn)知，這就是前概念。教學(xué)中，若能抓住學(xué)生已有的知識(shí)，基于這些前概念，提出一些出乎學(xué)生意料的生物學(xué)問(wèn)題，往往會(huì)引發(fā)學(xué)生強(qiáng)烈的認(rèn)知沖突，從而帶來(lái)很好的教學(xué)效果。

例如，在進(jìn)行模塊2“遺傳與進(jìn)化”中有關(guān)“生物的多樣性和適應(yīng)性是進(jìn)化的結(jié)果”的新課教學(xué)時(shí)，學(xué)生對(duì)生物多樣性的認(rèn)識(shí)僅局限于物種多樣性，對(duì)生物的進(jìn)化的認(rèn)識(shí)局限于達(dá)爾文的自然選擇學(xué)說(shuō)(圖1)，怎樣來(lái)突破學(xué)生這樣的“知識(shí)瓶頸”呢？教師首先提出質(zhì)疑： 達(dá)爾文自然選擇學(xué)說(shuō)被人們普遍接受，原因是什么呢？(學(xué)生憑已有知識(shí)和閱讀教材回答： 能夠科學(xué)地解釋生物進(jìn)化的原因以及生物多樣性和適應(yīng)性。)教師又問(wèn)： 此理論是不是完美無(wú)缺呢？不足之處是什么？(學(xué)生分析、討論后回答： ①不能科學(xué)解釋遺傳變異的本質(zhì)；②進(jìn)化的研究局限于個(gè)體水平。)教師再問(wèn)： 隨著人們進(jìn)一步的研究，形成了以自然選擇學(xué)說(shuō)為基礎(chǔ)的進(jìn)化理論是什么？該理論是如何克服達(dá)爾文自然選擇學(xué)說(shuō)的不足之處的？該理論認(rèn)為進(jìn)化的三個(gè)基本環(huán)節(jié)和進(jìn)化的實(shí)質(zhì)是什么？通過(guò)步步引入和層層激發(fā)認(rèn)知沖突，學(xué)生求知欲望大增，教師及時(shí)出示現(xiàn)代生物進(jìn)化理論解釋新物種形成示意圖(圖2)。

圖1 達(dá)爾文自然選擇學(xué)說(shuō)解釋新物種的形式示意圖

圖2 現(xiàn)代生物進(jìn)化理論解釋新物種形成的示意圖

通過(guò)和達(dá)爾文自然選擇學(xué)說(shuō)示意圖的比較和認(rèn)知沖突的不斷化解，學(xué)生由原來(lái)的認(rèn)知結(jié)構(gòu)逐步同化了新知識(shí)，對(duì)生物進(jìn)化理論的發(fā)展有一個(gè)清晰的脈絡(luò)，對(duì)知識(shí)的理解全面而深刻。

2 巧用生活素材，引發(fā)認(rèn)知沖突

學(xué)生在生活中憑直覺(jué)和不夠嚴(yán)密的概括形成了原始的認(rèn)知結(jié)構(gòu)。教師可以把課堂和學(xué)生生活實(shí)際聯(lián)系起來(lái)，引發(fā)學(xué)生認(rèn)知沖突，使學(xué)生意識(shí)到新經(jīng)驗(yàn)與原有觀念不一致，從而激發(fā)他們產(chǎn)生學(xué)習(xí)的心理需求。

例如，在夏至這一天，假設(shè)下列地區(qū)溫度相同且同為晴天，問(wèn)某相同大小的同種植物個(gè)體有機(jī)物積累最多的是( )： A.哈爾濱；B.北京；C.上海；D.海口。遇到這類問(wèn)題時(shí)，學(xué)生往往根據(jù)生活經(jīng)驗(yàn)，想象海口天氣炎熱，陽(yáng)光充足，從而毫不猶豫地選擇錯(cuò)誤答案D。這道題是跨學(xué)科綜合題，教師應(yīng)及時(shí)根據(jù)地理學(xué)科知識(shí)啟發(fā)提問(wèn)： 在北半球，夏至這天，光照時(shí)間最長(zhǎng)的地區(qū)在哪里？(學(xué)生回答或查詢資料回答在北極，夏至這天，北半球出現(xiàn)極晝現(xiàn)象)，北極緯度怎樣？(學(xué)生回答最高。)那么，上述供選地區(qū)緯度最高的應(yīng)是哪一地區(qū)呢？學(xué)生頓悟，迅速得到正確答案A。

對(duì)于學(xué)生由于生活經(jīng)驗(yàn)引發(fā)的“錯(cuò)誤”，教師要加以引導(dǎo)，不失時(shí)機(jī)地進(jìn)行點(diǎn)撥，起到指點(diǎn)迷津的作用，可使學(xué)生沖破混沌狀態(tài)，突然茅塞頓開(kāi)，思維順暢。這樣的教學(xué)效果必然能激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，若教師一味地批評(píng)或直接糾正學(xué)生的錯(cuò)誤，會(huì)挫傷他們學(xué)習(xí)的積極性。

3 借助課堂實(shí)驗(yàn)，引發(fā)認(rèn)知沖突

通過(guò)生物學(xué)課堂實(shí)驗(yàn)，在學(xué)生面前呈現(xiàn)與他們已有知識(shí)和經(jīng)驗(yàn)不能得到或者意想不到的新現(xiàn)象。學(xué)生要用原有認(rèn)知結(jié)構(gòu)去同化、解釋這些新現(xiàn)象，往往感到困惑、迷惘，進(jìn)而引發(fā)認(rèn)知沖突，使學(xué)生產(chǎn)生強(qiáng)烈的探究欲望。

例如，在幫助學(xué)生理解“ATP是直接為細(xì)胞生命活動(dòng)提供能量的一種有機(jī)物”時(shí)，學(xué)生初學(xué)時(shí)常有這樣的思維沖突： 糖類是細(xì)胞生命活動(dòng)的主要能源物質(zhì)，而糖類中的葡萄糖又是重要的能源物質(zhì)，并且葡萄糖是單糖，分子量小，易于吸收，搶救一個(gè)嚴(yán)重的低血糖患者時(shí)常常是靜脈注射葡萄糖溶液，為什么葡萄糖不是細(xì)胞中的直接能源物質(zhì)呢？如果能在課堂上創(chuàng)設(shè)一個(gè)實(shí)驗(yàn)體驗(yàn)情境，突破學(xué)生的思維障礙就能迎刃而解。為此，教師可設(shè)計(jì)“ATP使疲勞的腓腸肌恢復(fù)收縮能力”的演示實(shí)驗(yàn)： ①材料用具： 制備好的蛙腓腸肌；質(zhì)量濃度為0.65 g/dL的氯化鈉溶液,質(zhì)量濃度為1.2 g/dL的葡萄糖溶液、ATP針劑；解剖盤、銅鋅叉、玻璃分針、剪刀、載玻片、坐標(biāo)紙、滴管、洗水紙、培養(yǎng)皿。②實(shí)驗(yàn)過(guò)程： 用剪刀剪下長(zhǎng)約1 cm、寬約0.5 cm的一條新鮮的蛙腓腸肌，放入質(zhì)量濃度為0.65 g/dL的氯化鈉的培養(yǎng)皿中，在載玻片的中央滴2滴質(zhì)量濃度為0.65 g/dL的氯化鈉溶液。用玻璃分針挑取上述肌肉,放在載玻片上的氯化鈉溶液中,并且使肌肉呈直線狀，將載玻片放在坐標(biāo)紙上，測(cè)量并記錄肌肉的長(zhǎng)度。用銅鋅叉間歇刺激肌肉，直到肌肉疲勞不能收縮為止。隨后向剛剛喪失收縮功能的這塊離體肌肉滴上一滴質(zhì)量濃度為1.2 g/dL的葡萄糖溶液，用銅鋅叉刺激肌肉，測(cè)量并記錄其長(zhǎng)度。用吸水紙吸去離體肌肉上的葡萄糖溶液。最后向這塊離體肌肉上滴1滴ATP溶液，用銅鋅叉刺激肌肉，測(cè)量并記錄其長(zhǎng)度。

“百聞不如一見(jiàn)”，通過(guò)上述實(shí)驗(yàn)學(xué)生親自觀察到只有ATP能使疲勞的腓腸肌恢復(fù)收縮能力，而葡萄糖不能,從而對(duì)“ATP是直接為細(xì)胞生命活動(dòng)提供能量的一種有機(jī)物”的理解有了更豐富的感性認(rèn)識(shí)。

4 運(yùn)用科學(xué)史，引發(fā)認(rèn)知沖突

“科學(xué)思維”是指尊重事實(shí)與證據(jù)，崇尚嚴(yán)謹(jǐn)和務(wù)實(shí)的求知態(tài)度，運(yùn)用科學(xué)的思維方法認(rèn)識(shí)事物，解決實(shí)際問(wèn)題的思維習(xí)慣和能力。生物科學(xué)的發(fā)展史就是一代代的科學(xué)家既繼承了前人的科學(xué)成就，同時(shí)又利用批判性思維不斷地對(duì)前人的科學(xué)成就進(jìn)行發(fā)展與創(chuàng)新。

例如，對(duì)于“DNA是生物的主要遺傳物質(zhì)”這一生物學(xué)核心概念的由來(lái)就是一個(gè)較為漫長(zhǎng)的認(rèn)識(shí)過(guò)程(圖3)，通過(guò)學(xué)習(xí)科學(xué)家的認(rèn)識(shí)過(guò)程，教師在教學(xué)中適時(shí)引導(dǎo)，激發(fā)學(xué)生認(rèn)知沖突，能很好地培養(yǎng)學(xué)生的科學(xué)思維。

圖3 遺傳物質(zhì)的認(rèn)識(shí)過(guò)程圖

5 變換圖像圖表，引發(fā)認(rèn)知沖突

圖文并茂，以圖代文，是生物學(xué)學(xué)科知識(shí)呈現(xiàn)的一大特點(diǎn)。圖像中蘊(yùn)含了大量的生物學(xué)信息，而這些信息是文字所無(wú)法描述的。生物學(xué)圖像是生物學(xué)知識(shí)的載體之一，是生物學(xué)教學(xué)的第二語(yǔ)言。高考生物學(xué)試題中常出現(xiàn)很多圖表，因?yàn)閳D表是生物學(xué)知識(shí)與物理模型之間、實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)和數(shù)學(xué)模型之間的一條重要紐帶，是具體與抽象相結(jié)合的體現(xiàn)，它能清晰、直觀地表達(dá)生物現(xiàn)象和生理過(guò)程，正確反映生物的生理規(guī)律和內(nèi)涵，是科學(xué)研究的好方法，是提高學(xué)生過(guò)程分析能力的有效途徑之一。

例如，正常情況下我們理解染色體、染色單體及核DNA的關(guān)系時(shí)呈現(xiàn)圖4，學(xué)生在學(xué)習(xí)中已經(jīng)構(gòu)建了著絲點(diǎn)分裂前后染色體形態(tài)的模型圖，但在完成下面這道高考題時(shí)，產(chǎn)生了認(rèn)知沖突，教師引導(dǎo)學(xué)生仔細(xì)審題，大多數(shù)學(xué)生能夠突破思維障礙，完滿得到正確答案。

圖4 染色體數(shù)、染色單體數(shù)及核DNA分子數(shù)關(guān)系圖

例題： 圖5為某生物一個(gè)細(xì)胞的分裂圖像，著絲點(diǎn)均在染色體端部，圖中1、2、3、4各表示一條染色體。下列表述正確的是

圖5 端部染色體細(xì)胞分裂圖像

A. 圖中細(xì)胞處于減數(shù)第二次分裂前期

B. 圖中細(xì)胞的染色體數(shù)是體細(xì)胞的2倍

C. 染色體1與2在后續(xù)的分裂過(guò)程中會(huì)相互分離

D. 染色體1與3必定會(huì)出現(xiàn)在同一子細(xì)胞中

教師要引導(dǎo)學(xué)生審題時(shí)注重題干信息“著絲點(diǎn)均在染色體端部”，這與平時(shí)畫的染色體著絲點(diǎn)在中部有顯著不同。在新課教學(xué)時(shí)，如果能夠適當(dāng)補(bǔ)充和完善這方面內(nèi)容，在畫典型染色體模式圖的同時(shí)及時(shí)變換圖形，說(shuō)明端部著絲點(diǎn)染色體的圖形特點(diǎn)，學(xué)生就不難看出圖5中有四對(duì)染色體，正好在四分體時(shí)期，1與2染色體為同源染色體，分裂過(guò)程中相互分離，正確答案為C。

把圖表的教學(xué)滲透到高中生物學(xué)教學(xué)中，使解決問(wèn)題的思路得以簡(jiǎn)化，這樣不但傳授了知識(shí)，同時(shí)也達(dá)到了提高學(xué)生分析問(wèn)題和解決問(wèn)題能力的目的。