借助認知沖突促進深度思考

田寶美

物理學是一門需要深度思考和理性認知的學科。我們在教學中可以利用認知沖突造成思維碰撞，抓住學生當前的學習情境與已有的認知結構之間暫時存在的矛盾，合理地利用新知與舊識的認知失衡，從而激發學生對問題本質進行進一步的探究與領悟。在課堂教學中教師如能巧妙設置認知沖突，會使課堂“一波三折”，使學生的學習更加主動，思維更加活躍，認知更加深刻。

1.借助新舊概念引發認知沖突，促進物理概念的正確認知。

概念是學生理解物理規律研究物理問題的基礎。學生在學習新知識時，他們的頭腦中并非一片空白，之前學習過的知識以及個人的經歷、經驗都使得他們在頭腦中建構了一定的概念體系。教師可以借助新舊概念間的“矛盾”，觸發學生的認知沖突，激發他們的求知欲望，可以讓課堂教學達到事半功倍的效果。

例如，在教學“康普頓效應”時，學生已有的認知是：光電效應是金屬中的電子吸收一個光子后逸出形成光電流的現象，愛因斯坦提出的光子模型，即光是由一個個不可分割的能量子組成，這些能量子即為光子，它成功解釋了光電效應中的各種規律。通過光電效應的學習，學生建立了光子模型，即光是由光子組成的，在光子和電子相互作用時，光子的能量要么一次性被全部吸收，要么不吸收。

而“康普頓效應”是康普頓在研究X 射線與石墨相互作用時，發現散射光中有波長大于原入射光波長的成分。康普頓用光子模型成功解釋了這一現象，他認為在光子和電子發生碰撞時，光子把部分能量傳給了電子，所以光子能量減少了，出現了波長變長的成分。

通過對比引起學生的認知沖突：光電效應和康普頓效應都是光的粒子性的有力說明，它們本應該是統一的，但康普頓效應中光子的能量為什么可以被部分吸收？這與光電效應中光子的能量只能被全部吸收豈不矛盾？是愛因斯坦的光量子理論錯了嗎？由此激發學生的質疑、討論和各種猜測。

原來，康普頓效應表面看起來是部分吸收了光子的能量，部分吸收的表象下電子和光子的相互作用其實經歷了兩個過程：吸收和散射。如圖1 所示，初態的電子e 全部吸收了原來的光子ν，經歷一段過程后散射產生一個新的反沖電子e''和新的光子ν'，這里發生的是四體相互作用（原電子，入射光子，新的反沖電子和新光子）。

經此解釋，學生能將新知與舊知進行統一，再次達到認知的平衡，即康普頓效應中電子也是全部吸收光子的能量，然后再放出一個新光子。

這樣的教學也讓學生意識到看問題要透過現象看本質；當發現表象與已有認知不一致時，這正是需要我們進一步去學習和探究的地方；培養學生對于不同觀點和結論要敢于提出質疑和批評，進而提出創造性見解的品質和能力。

2.通過實驗創設認知沖突，增強科學探究意識。

實驗可以為學生提供豐富直觀的體驗。物理課堂教學中通過對比實驗，創設矛盾情境作為外部刺激，有利于深化學生的原有知識。教師通過實驗可以幫助學生尋找新知識在原有知識上的同化點，促進其認知結構的同化。

例如人教版物理選修3-2 第14 頁第6 題：

如圖2，A 和B 都是鋁環，環A 是閉合的，環B 是斷開的，橫梁可以繞中間的支點轉動。用磁鐵的任意一極去接近A 環，會產生什么現象？把磁鐵從A環移開，會產生什么現象？磁極移近或遠離B環時，又會產生什么現象？解釋發生的現象。

在此情境下通過演示實驗學生能看到的現象是，磁鐵靠近A 環時A 環遠離，磁鐵離開時A 環靠近，即“來拒去留”；靠近或遠離不閉合的B 環時，B 環不動。

如果做完鋁環的實驗能緊跟著再加一組鐵環實驗：C 和D 都是鐵環，C 環是閉合的，D 環是斷開的。會出現和鋁環一樣的現象嗎？猜測、討論后請學生來做實驗。

通過實驗學生會看到，在磁鐵靠近時不管是閉合的C 環還是斷開的D 環都會靠近磁鐵。

同樣是閉合的金屬環，為什么條形磁鐵靠近時鋁環是遠離的，鐵環是靠近的？同樣是斷開的金屬環，為什么條形磁鐵靠近時鋁環不動，鐵環靠近？由實驗現象造成的認知沖突，激發促進學生進行再討論、交流。

學生會發現鐵是鐵磁性物質，磁鐵對鐵具有很強的吸引力F吸，所以鐵環表現出來的是靠近磁鐵。磁鐵之所以能夠吸引鐵、鈷、鎳這類金屬，是因為這類金屬放在磁場中能自發地被磁化，具有這一性質的物質就叫鐵磁性物質；而像鋁、銅一類的物質由于內部結構原因不易被磁化，所以沒有受到很強的吸引力，主要表現出來的是感應電流受到的力。

綜上，筆者認為在課堂教學中教師如能“有意”引起學生的認知沖突，并由此發展學生思維的深度和廣度，日積月累，學生的學科核心素養就會在悄無聲息中生根發芽。