“認知沖突”情境教學法在中學化學教學中的應用

薛琴

[摘? ?要]文章結合教學實例闡述如何在生活常識中、理論推導中、圖像分析中、化學史的發現歷程中引發學生認知沖突，引導學生積極思考，制造課堂起伏，活躍學生思維，提高學生的解題水平以及學生知識的自主建構能力，從而提升教學質量。

[關鍵詞]認知沖突;情境教學法;化學教學;應用

[中圖分類號]? ? G633.8? ? ? ? [文獻標識碼]? ? A? ? ? ? [文章編號]? ? 1674-6058（2021）29-0074-02

認知沖突是指認知發展過程中原有認知結構與現實情境不符時在心理上所產生的矛盾或沖突。面對新知識或新問題，學習者能利用已有知識經驗去理解或解決時，心理上就會處于一種平衡狀態。一旦當學習者用已有的知識經驗無法解決新問題或新知識與已有知識經驗不一致時，認知沖突就產生了。

唯物辯證法指出：事物的發展是內外因共同起作用的結果。對學生學習來說，教師、教材和教學環境都是外因，只有學習者腦中產生的認知沖突是內因。可以認為，沒有認知沖突就沒有學習的發生，更不可能有思維的發展。

皮亞杰的認知發展理論中的“認知不平衡”觀點認為：個體的認知發展是在認知不平衡時通過同化或順應兩種方式來達到認知平衡的，認知不平衡有助于學生建構自己的知識體系。教師在教學中可以利用認知沖突激發思維碰撞，抓住當前的學習情境與學生已有認知之間暫時存在的矛盾，合理地利用新知與舊識的認知失衡，促使學生對問題本質進行進一步的探究與領悟。

“認知沖突”情境教學的一般過程為：（1）創設問題情境，引發認知沖突;（2）探究問題本質，分析沖突根源;（3）消除矛盾，重塑認知結構。學生的認知發展經歷了“認知沖突—舊的認知被打破—達到新的認知平衡”，這是教育教學中“泛化的勒夏特列原理”。

一、“認知沖突”情境教學法的應用

1.在生活常識中引發認知沖突

以人教版化學必修1“Na2O2的性質”新課導入片段為例。

師：水都可以用來滅火嗎？（復習舊知）

生：鈉與水劇烈反應產生氫氣，遇明火爆炸。

師：水不僅可以滅火，還可以點火?。ぐl學生的求知欲）

演示實驗：滴水生火。用脫脂棉包住約0.2 g過氧化鈉粉末，置于石棉網上，往脫脂棉上滴水，可觀察到脫脂棉劇烈燃燒起來。

設計意圖：通過創設“水能滅火，亦能點火”的認知沖突情境，設置疑問，激發學生的學習興趣，引出新課內容?！傲己玫拈_端是成功的一半”，事實證明，這節課的教學效果很好。

2.在理論推導中引發認知沖突

人教版化學必修2中學生學習了甲烷的電子式的書寫、空間正四面體的結構、109°28′鍵角，并對此深信不疑。但在人教版化學選修3關于“分子的立體結構”的學習中產生了認知沖突。

師：甲烷中C原子與H原子結合成的分子為什么是CH4，而不是CH3或者CH2呢？甲烷為什么具有空間正四面體結構？C原子的電子排布式為1S22S22P2，其2S軌道上兩個電子是成對的，無法與H原子的一個電子形成共用電子對，所以只有P軌道上的兩個單電子分別與兩個H原子的電子形成兩個共用電子對，即兩個共價鍵。因此甲烷的分子式應該是CH2，而不是CH4。另外，兩個P軌道彼此互相垂直，甲烷的鍵角應該是90°。

師：上述理論推導的結果顯然與事實不符，說明所學的舊理論有欠缺，該如何解決？

生：修正理論。

師：為了解釋CH4等分子的空間構型，美國化學家L.Pauling于1931年提出了雜化軌道理論。在形成CH4分子的過程中，C原子2S軌道上的一個電子進入了一個2P空軌道。這樣，一個2S軌道和三個2P軌道混合起來，形成能量相等、成分相同的四個SP3雜化軌道。C原子的四個SP3雜化軌道指向正四面體的四個頂點，每個軌道上都有一個未成對電子。當C原子與四個H原子結合時，C原子的四個SP3雜化軌道分別與四個H原子的1S軌道重疊，形成四個C—H σ鍵，因此呈現正四面體的立體構型，鍵角為109°28′。

設計意圖：純理論的學習是很枯燥的。當學生已有的認知與新知產生沖突時，學生學習的熱情會被激發出來，不再被動地接受知識，而是努力建構自己的知識體系，引發認知結構重組。

3.在圖像分析中引發認知沖突

以人教版化學選修4“化學反應與能量的變化”教學片段為例，教學中先從反應物和生成物的總能量相對大小的角度分析吸熱反應和放熱反應，以反應過程為橫坐標、能量為縱坐標，分別畫出吸熱反應、放熱反應中的能量變化圖像。學生討論得出圖1。

再從化學鍵的角度分析化學反應中能量變化的情況，并用圖像表示出來。學生分組討論，繪制能量變化圖（如圖2），并分析圖中能量變化的原因。

學生發現圖1和圖2存在差異。為什么圖2會有“凸起”，而圖1沒有？并由此展開討論。

化學反應的本質是斷開舊鍵，形成新鍵。斷開舊鍵的過程吸收能量，表現為曲線凸起;形成新鍵時放出能量，曲線落下。圖1側重于物質總能量的變化，圖2側重于成鍵與斷鍵過程中能量的變化，要體現斷鍵吸熱、成鍵放熱的過程[1]。

設計意圖：在對圖像的分析中，引發學生的認知沖突，促使學生積極思考，獲得新知，并學會從不同角度分析問題的方法。

4.在化學史的發現歷程中引發認知沖突

人類認識原子的歷史是漫長的，也是無止境的。在人教版化學必修1“原子結構模型的演變”教學中，通過對科學發展不同時期所構建的原子結構模型的來龍去脈的分析和介紹，使學生能從宏微結合的視角理解原子結構模型提出的證據，初步形成建構模型的認知方法。

早期關于原子的思辨基本上還是屬于一種哲理性的猜測和推想，受制于歷史的局限，沒有任何實驗根據。如亞里士多德：物質無限可分，永遠都得不到一個不可再分割的微粒。德謨克利特：原子是不能再分的物質微粒。

近現代原子結構理論模型的建立與發展：道爾頓的原子論—湯姆生的“葡萄干蛋糕”模型—盧瑟福的原子結構模型—波爾的原子結構模型—電子云模型。

教學中可以請學生結合物理相關知識分析各種理論有什么優缺點，解釋為什么湯姆生的“葡萄干蛋糕”模型無法解釋盧瑟福的α粒子散射實驗的結果，為什么盧瑟福的推理具有合理性。這樣就賦予了化學史邏輯思辨的魅力。

設計意圖：創設科學家科學探究過程的情境，引導學生循著科學家的足跡重新經歷這一系列的假設和推導，體會科學家所經歷的認知沖突，激發學生的好奇心和求知欲。

二、“認知沖突”情境教學法的積極作用

1.有利于形成懸念，引發思維

在課堂導入中設置認知沖突可以打破學生舊的認知，制造認知的不平衡，激發學生的求知欲，激發學生的學習興趣，促使學生積極、主動地參與到對問題的探討過程中。但要注意的是，引發的認知沖突在課堂最后要得到明確的解決，這樣才能首尾呼應。

2.有利于制造起伏，活躍思維

在教學中設置認知沖突，一方面可以避免課堂氣氛平淡，缺少教學高潮;另一方面，也能激發和引起學生的情緒與注意力，使學生從情感上參與課堂教學。認知沖突的設置還可以調節教學節奏，使課堂教學有張有弛、起伏有度。

3.有利于提高學生的解題水平

學生終究是要參加考試的，能力的高低在現階段是要通過解題能力來呈現的。在“素養為本”的大背景下，高考試題更強調對知識的理解和應用，倡導真實情境問題的解決。在平時的教學中，教師多創設認知沖突情境，讓學生多積累分析各種沖突情境問題的經驗，這樣當他們在考試中遇到新的情境問題時，就可以從容應對了。

4.有利于學生知識的自主建構

建構主義學習理論認為，教學不能無視學習者已有的知識經驗，不能簡單粗暴地從外部對學習者實施知識的“填灌”，而是應該把學習者原有的知識經驗作為新知識的生長點，引導學習者從原有的知識經驗中主動建構新的知識經驗。這種建構不能由他人代替，因此教師在教學中巧妙地設置認知沖突，將非常有利于學生對知識的自主建構。

當然，“認知沖突”情境教學法也有其局限性。它對學生的思維要求較高。教學實踐表明，那些平時學習水平較高的學生往往勤于思考，較為主動，在學習中遇到認知沖突往往會“愈戰愈勇”，思維越發活躍。而學習水平較低的學生看似參與其中，但看熱鬧的成分似乎更多，參與程度普遍不高。因此，“認知沖突”情境教學法對于學習水平較高的學生更加有效[2]。

[? ?參? ?考? ?文? ?獻? ?]

[1]? 陳柳青，劉江田.立足課堂培養化學核心素養：以“化學反應與能量的變化”為例[J].中學化學教學參考，2018（5）：21-23.

[2]? 楊季冬，吳冰寒，畢文婷.化學教學方法對不同層次學生的影響：以認知沖突法和直接教學法為例[J].化學教學，2016（8）：14-16+91.

（責任編輯 羅 艷）