“運用認(rèn)知沖突促進學(xué)生概念轉(zhuǎn)變”的循證研究

摘 要：“運用認(rèn)知沖突促進學(xué)生概念轉(zhuǎn)變”的循證研究，分三個階段實施：首先，通過鎖定可能適合的研究范疇，并捕捉關(guān)鍵詞作為研究切入點，清晰地表述研究問題；之后，查找并評估解決這一問題的三類證據(jù)；最后，基于證據(jù)開展課例研究，評估和應(yīng)用多種證據(jù)以指導(dǎo)課例的設(shè)計與改進。

關(guān)鍵詞：循證實踐；課例研究；認(rèn)知沖突；概念轉(zhuǎn)變；熱力環(huán)流

在基層學(xué)校參與調(diào)研，我們時常聽到教師發(fā)出如此困惑：“為什么我在課堂上強調(diào)多遍的知識點，學(xué)生還是記不住？為什么我在課堂上反復(fù)糾正的易錯點，一到考試，學(xué)生還是頻頻出錯？”這些問題困擾著廣大一線教師，始終得不到解決。我們嘗試運用循證研究的方法，在高中地理教學(xué)中做一次探索。

“循證”（evidencebased）的概念最早出現(xiàn)于醫(yī)學(xué)領(lǐng)域。1996年，英國劍橋大學(xué)的戴維·哈格里夫斯（David Hargreaves）教授首次提出了“循證教育”的理念。他主張教學(xué)過程應(yīng)借鑒醫(yī)學(xué)領(lǐng)域的做法，依據(jù)實證數(shù)據(jù)來指導(dǎo)教學(xué)策略的選擇和執(zhí)行。這一理念強調(diào)教學(xué)要從研究中尋找證據(jù)，而不僅僅依賴經(jīng)驗，因而有助于轉(zhuǎn)變當(dāng)前教育教學(xué)中的經(jīng)驗主義傾向，提升教學(xué)的科學(xué)性和有效性。楊文登和葉浩生等結(jié)合自身對循證教育學(xué)的研究，總結(jié)了循證教育的實施步驟：提出問題—將問題格式化—選擇相應(yīng)數(shù)據(jù)庫—制定檢索策略—評價檢索到的證據(jù)—尋找最佳證據(jù)—進行教育干預(yù)—總結(jié)反思。^［1］在本次循證研究中，我們結(jié)合已經(jīng)提出問題這一實際，將實施步驟進一步細(xì)化為：清晰地表述研究問題—查找解決該問題的相關(guān)證據(jù)—依托證據(jù)開展課例研究。

一、 清晰地表述研究問題

（一） 識別研究的問題

基于教師提出的問題，通過相關(guān)文獻搜索或同伴交流研討，可以初步鎖定其可能適合的研究范疇。通過文獻查閱，我們認(rèn)識到上述問題的產(chǎn)生可能是教師在日常教學(xué)中對學(xué)生前認(rèn)知的忽視。學(xué)生走進課堂之前，頭腦中并非一片空白，其積累的日常生活經(jīng)驗、學(xué)過的各學(xué)科知識，既是其學(xué)習(xí)新知的基礎(chǔ)，也可能成為學(xué)習(xí)新知的障礙。當(dāng)新知識與前認(rèn)知產(chǎn)生沖突時，學(xué)生可能會對新知的接受產(chǎn)生阻礙，從而難以正確理解新知。因此，教師在教學(xué)中如何幫助學(xué)生克服這一障礙，就成為可以研究、值得研究的問題。

（二） 明確學(xué)術(shù)表達關(guān)鍵詞

一般來說，初步找到的研究問題還較為寬泛，需要進一步捕捉可以聚焦的關(guān)鍵詞并將其作為研究切入點，使研究更具針對性和可操作性。基于上述的問題，我們進一步閱讀文獻，“概念轉(zhuǎn)變”這一關(guān)鍵詞跳入眼簾。以“概念轉(zhuǎn)變”和“地理”為關(guān)鍵詞，我們搜索到23篇文獻。閱讀其中關(guān)于概念轉(zhuǎn)變策略的相關(guān)內(nèi)容，我們得到如下4種主流的概念轉(zhuǎn)變教學(xué)策略：（1） 強調(diào)教師的細(xì)致講解：提取學(xué)生原有認(rèn)知與新知間的區(qū)別，進行比較教學(xué)，對新知內(nèi)容展開剖析，強化理解和記憶；（2） 采用多種手段輔助教學(xué)：如借助地理實驗、現(xiàn)代教育技術(shù)、地理演示等手段，強化學(xué)生對于新知的理解；（3） 創(chuàng)設(shè)認(rèn)知沖突的問題情境：通過激發(fā)學(xué)生原有認(rèn)知與新知間的認(rèn)知失衡，引導(dǎo)學(xué)生主動探究，解決認(rèn)知沖突；（4） 強化變式訓(xùn)練：通過各類變式練習(xí)強化學(xué)生對于新知的理解和應(yīng)用。

綜合上述策略，我們認(rèn)為，教師的細(xì)致講解和變式訓(xùn)練對學(xué)生而言依然屬于被動接受新知，難以實現(xiàn)原有認(rèn)知的有效轉(zhuǎn)變；認(rèn)知沖突的問題情境能夠激發(fā)學(xué)生主動探究的欲望，有助于轉(zhuǎn)變原有認(rèn)知，是可以利用的教學(xué)手段。因而，我們將聚焦的關(guān)鍵詞納入研究問題，進而將其清晰地表述為“運用認(rèn)知沖突促進學(xué)生的概念轉(zhuǎn)變”。

二、 查找并評估解決該問題的三類證據(jù)

循證研究的重點在于尋找明確的證據(jù)并在后期實踐中借鑒、應(yīng)用、檢驗、發(fā)展。證據(jù)主要有三類，分別是政策型證據(jù)、研究型證據(jù)和案例型證據(jù)。

（一） 政策型證據(jù)

政策型證據(jù)，即國家層面頒布的基礎(chǔ)教育課程政策，具體包括由中共中央、國務(wù)院、教育部等頒布的關(guān)于教育的指示、計劃、意見和義務(wù)教育各學(xué)段各科目的課程改革綱要和課程標(biāo)準(zhǔn)。^［2］

本次研究的課程政策主要是《普通高中地理課程標(biāo)準(zhǔn)（2017年版2020年修訂）》（以下簡稱“課標(biāo)”）。課標(biāo)的“教學(xué)與評價建議”提出，“要鼓勵學(xué)生獨立思考和相互探討，發(fā)現(xiàn)并提出問題；要以學(xué)生的基礎(chǔ)和需求為出發(fā)點，把握教學(xué)內(nèi)容，設(shè)計教學(xué)過程，豐富教學(xué)活動，積極創(chuàng)造條件開展地理實踐教學(xué)”^［3］。課標(biāo)雖然未直接提及“認(rèn)知沖突”，但其教學(xué)建議的背后也是支持并鼓勵創(chuàng)設(shè)認(rèn)知沖突的。

（二） 研究型證據(jù)

研究型證據(jù)主要是指已有的教育教學(xué)理論和相關(guān)的學(xué)術(shù)研究成果，如學(xué)術(shù)論文和學(xué)術(shù)著作、科研報告、會議論文集等，但要注意證據(jù)的科學(xué)性、規(guī)范性，以及與研究整體的信效度。

認(rèn)知沖突是指認(rèn)知發(fā)展過程中原有觀點或認(rèn)知結(jié)構(gòu)與實際情況不相符時在心理上所產(chǎn)生的矛盾或沖突^［4］，源自皮亞杰的認(rèn)知發(fā)展理論。同化和順應(yīng)是個體自我調(diào)節(jié)的兩種方式。當(dāng)個體面臨外界新的刺激時，首先會試圖把外界環(huán)境中的新信息融入自己原有的認(rèn)知結(jié)構(gòu)中，若能成功則達到了暫時的平衡，即為“同化”；若原有認(rèn)知結(jié)構(gòu)無法同化新的刺激，則會產(chǎn)生認(rèn)知沖突，此時個體就會努力改變自己原有的認(rèn)知結(jié)構(gòu)來適應(yīng)外界環(huán)境中的新信息，直至達到新的平衡，即為“順應(yīng)”。因此，創(chuàng)設(shè)和解決認(rèn)知沖突能夠促使個體不斷完善自己原有的認(rèn)知結(jié)構(gòu)，尋求新的平衡，從而實現(xiàn)認(rèn)知的發(fā)展。

此外，建構(gòu)主義觀點認(rèn)為，知識的獲取不是被動接受，而是主動建構(gòu)的過程，其建構(gòu)的基礎(chǔ)就是學(xué)習(xí)者已有的知識和經(jīng)驗。奧蘇貝爾的有意義學(xué)習(xí)理論則進一步強調(diào)了學(xué)生已有認(rèn)知經(jīng)驗與新知識之間建立聯(lián)系的重要性，認(rèn)為有意義的學(xué)習(xí)是在原有認(rèn)知結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)上進行同化和順應(yīng)，并形成新的認(rèn)知結(jié)構(gòu)的過程。利昂·費斯廷的“認(rèn)知失調(diào)理論”則從心理學(xué)的角度解釋了認(rèn)知沖突驅(qū)動個體認(rèn)知發(fā)展的原因：人們普遍具有一種保持認(rèn)知平衡的內(nèi)在傾向，當(dāng)認(rèn)知沖突發(fā)生即產(chǎn)生認(rèn)知失衡，給個體帶來心理上的緊張，從而驅(qū)動個體主動尋求新的認(rèn)知平衡。

綜合上述理論，認(rèn)知沖突有利于激發(fā)學(xué)生新舊知識間的認(rèn)知失衡，從而在心理上驅(qū)動其主動探究，尋求順應(yīng)，進而實現(xiàn)對新知主動且有意義的建構(gòu)。

（三） 案例型證據(jù)

案例型證據(jù)主要指教師的經(jīng)典教學(xué)案例，它們往往以“公開課的教學(xué)實錄”“公開課實錄+授課者自我反思”“公開課案例評析”等形式呈現(xiàn)。

我們分別以“概念轉(zhuǎn)變+地理”“認(rèn)知沖突+地理”為關(guān)鍵詞進行搜索，收集關(guān)于創(chuàng)設(shè)認(rèn)知沖突以及基于認(rèn)知沖突開展概念轉(zhuǎn)變的教學(xué)案例，目的是從中了解當(dāng)前地理教學(xué)中認(rèn)知沖突的來源，以及課堂創(chuàng)設(shè)認(rèn)知沖突策略的研究和應(yīng)用現(xiàn)狀。結(jié)果發(fā)現(xiàn)，運用認(rèn)知沖突的教學(xué)方法在自然地理領(lǐng)域得到了廣泛應(yīng)用。自然地理的研究內(nèi)容主要涉及自然現(xiàn)象，這些現(xiàn)象往往具有實驗性和觀察性的特點，且自然地理的邏輯性和規(guī)律性也較為明顯。而人文地理的研究焦點是人類活動，受人類意志的影響，表現(xiàn)出較強的主觀性。因此，運用認(rèn)知沖突的方法在人文地理的教學(xué)中不如在自然地理中有效。

關(guān)于認(rèn)知沖突的產(chǎn)生原因，一線教師依據(jù)教學(xué)經(jīng)驗歸納了如下幾點：學(xué)生自身的因素，如日常生活經(jīng)驗、對語詞的曲解、知識的負(fù)遷移、思維發(fā)展水平的限制等；教師因素，如語言表達不準(zhǔn)確、本體性知識不足等；外部環(huán)境因素，如學(xué)科內(nèi)容本身的抽象性和復(fù)雜性、外界媒體、同伴、其他學(xué)科知識的影響等。

創(chuàng)設(shè)認(rèn)知沖突的策略主要有如下幾種：（1） 通過直接呈現(xiàn)反例制造認(rèn)知沖突；（2） 通過創(chuàng)設(shè)問題情境引發(fā)認(rèn)知沖突；（3） 通過制造認(rèn)知陷阱暗設(shè)認(rèn)知沖突；（4） 借助演示實驗激發(fā)認(rèn)知沖突；（5） 通過小組合作探究生成認(rèn)知沖突。這些策略都可以借鑒、應(yīng)用于本次課例研究當(dāng)中，當(dāng)然也可以檢測其有效性并進行改進。

三、 依托證據(jù)開展課例研究

課例是證據(jù)運用的最直接體現(xiàn)。授課教師及課例研究參與者需要評估和應(yīng)用多種證據(jù)以指導(dǎo)課例的設(shè)計與改進。在此過程中，課堂教學(xué)改進和研究問題推進要基于已有研究證據(jù)或新生成證據(jù)，而非憑教師個人感受或他人經(jīng)驗。運用證據(jù)的過程也是對證據(jù)的再次檢驗以及新證據(jù)不斷生成的過程。我們依托證據(jù)開展課例研究的具體過程是這樣的：

（一） 載體選擇和要素分析

課例研究就是“以課為例”的研究過程，即以某節(jié)課作為載體來研究解決教學(xué)中的一個問題。因此，選擇合適的載體是課例研究的重要環(huán)節(jié)，它需要契合研究的主題，具備循證研究的可操作性，符合學(xué)生認(rèn)知特點，具有一定的典型性。本次課例研究以中圖版高中地理必修一第二單元主題5《大氣的受熱過程與運動》（第2課時）的“熱力環(huán)流”為載體。

“熱力環(huán)流”在本單元知識體系中起到承上啟下的作用，既承接上一課時“大氣受熱過程”的相關(guān)知識，又是下一課時學(xué)習(xí)“風(fēng)的形成”的基礎(chǔ)。從整個高中學(xué)段來看，它也是選擇性必修一“大氣環(huán)流與氣候”單元的認(rèn)知基礎(chǔ)，其空間尺度小到城市熱島環(huán)流，大到全球性大氣環(huán)流，是理解大氣運動必備的基本原理。因此，深刻理解并能夠靈活運用“熱力環(huán)流”原理，對于學(xué)生整個高中階段大氣部分的學(xué)習(xí)非常重要。

授課對象是高一年級學(xué)生。在初中階段，學(xué)生已經(jīng)具備了一些與本節(jié)課相關(guān)的認(rèn)知基礎(chǔ)，如熱傳遞的方式、比熱容、氣壓與海拔的關(guān)系等，也具有如水燒開蒸汽向上走、夏天開空調(diào)冷氣向下走等的日常生活經(jīng)驗。這些前認(rèn)知大多有利于“熱力環(huán)流”原理學(xué)習(xí)的推進，但也可能存在一些錯誤的認(rèn)知阻礙學(xué)習(xí)。如學(xué)生在初中物理學(xué)習(xí)到的熱量傳遞的三種方式，可能會阻礙學(xué)生對于熱力環(huán)流的正確理解；水域和陸地的比熱容不同導(dǎo)致白天和夜晚的風(fēng)向不同，也是學(xué)生的易錯點。這些原有的錯誤認(rèn)知為創(chuàng)設(shè)認(rèn)知沖突提供了可能。

課標(biāo)對教學(xué)內(nèi)容要求是運用示意圖等，說明熱力環(huán)流原理，并解釋相關(guān)現(xiàn)象。在課標(biāo)的定位中，本節(jié)課的落腳點是學(xué)生能否知道這些知識在生產(chǎn)生活中有什么作用、如何運用，即學(xué)生要能夠運用熱力環(huán)流的原理解釋生產(chǎn)生活中的一些現(xiàn)象。因此，本節(jié)課的重難點落在運用熱力環(huán)流原理解釋生活中的地理現(xiàn)象上，重點在于能夠正確闡述熱力環(huán)流的形成過程。

（二） 研究方法選擇和工具開發(fā)

課例研究的方法重點是行動研究，但也會配合使用調(diào)查研究（如觀察、訪談等）、準(zhǔn)實驗研究等，并開發(fā)相應(yīng)的研究工具。本次課例研究中采用了課堂觀察法和實驗研究法，配合使用開發(fā)的課堂觀察表和前、后測設(shè)計。

調(diào)查研究包括對研究對象進行問卷、訪談、測試等，旨在獲取研究所需的前期基礎(chǔ)數(shù)據(jù)。本研究開發(fā)了前、后測題目，通過前測獲取學(xué)生的前認(rèn)知，分析其中可能存在的認(rèn)知沖突；并通過對應(yīng)的后測，檢驗學(xué)生原有錯誤認(rèn)知的轉(zhuǎn)變情況，以反映課堂創(chuàng)設(shè)認(rèn)知沖突教學(xué)策略對學(xué)生概念轉(zhuǎn)變的有效性。研究中，我們還開發(fā)了現(xiàn)場觀察工具，通過觀察教師的語言、行為和學(xué)生的表現(xiàn)，確保認(rèn)知沖突在課堂的體現(xiàn)以及轉(zhuǎn)變效果。為此，我們開發(fā)了針對不同層次學(xué)生的訪談提綱，以了解學(xué)生課堂學(xué)習(xí)后的感受、想法和思考過程。

準(zhǔn)實驗研究是在平行班條件大致相同的情況下，通過控制變量來探究教學(xué)措施和學(xué)習(xí)效果之間的因果關(guān)系的研究方法。本次課例研究通過實驗班和對照班的設(shè)置，分別運用創(chuàng)設(shè)認(rèn)知沖突和原有教學(xué)方法開展教學(xué)，對比前、后測結(jié)果，以評估創(chuàng)設(shè)認(rèn)知沖突對學(xué)生原有錯誤認(rèn)知轉(zhuǎn)變的有效性。我們選取區(qū)域內(nèi)一所高中的兩個班級作為研究對象，分為實驗班和對照班，每班各33名學(xué)生，平時的地理學(xué)習(xí)能力和日常測驗成績基本相當(dāng)。

（三） 教學(xué)設(shè)計和課堂實施

1. 課前：以證設(shè)課

要在課堂教學(xué)中創(chuàng)設(shè)認(rèn)知沖突，首先需要了解學(xué)生在學(xué)習(xí)“熱力環(huán)流”之前，頭腦中的認(rèn)知是怎樣的。因此，我們通過提煉與“熱力環(huán)流”原理相關(guān)的初中物理知識和學(xué)生的日常生活經(jīng)驗，編制了前測試題，包含3道題目，分別對應(yīng)3個前認(rèn)知測查點，如表1所示。

依據(jù)測查結(jié)果，我們捕捉到兩條可能存在的認(rèn)知沖突：“沖突1：氣體分子隨海拔升高均勻分布/下密上疏。”“沖突2：液體或氣體熱量傳遞的方式為熱傳導(dǎo)/熱對流。”另外，雖然前測反映大部分學(xué)生對于比熱容問題沒有產(chǎn)生明顯的認(rèn)知沖突，但憑借教師的教學(xué)經(jīng)驗，當(dāng)比熱容被放入真實問題情境中時，學(xué)生往往容易忽略，因此將其列為教學(xué)中暗設(shè)的認(rèn)知沖突，即：“沖突3：陸地一天中都比水域熱/白天，陸地比水域熱；夜晚，陸地比水域冷。”

2. 課中：以證呈課

將以上捕捉到的認(rèn)知沖突作為證據(jù)，針對性地設(shè)計偏重講授為主的傳統(tǒng)教學(xué)和創(chuàng)設(shè)認(rèn)知沖突的教學(xué)兩套方案，并分別在對照班和實驗班開展同步教學(xué)（前測驗證兩個班學(xué)生前認(rèn)知情況大致相當(dāng)）。對照班偏重于教師的課堂講授，實驗班則偏重于通過創(chuàng)設(shè)認(rèn)知沖突引導(dǎo)學(xué)生主動探究、解決問題，教學(xué)過程中配合課堂觀察（教學(xué)流程對比見下頁表2），確保課堂創(chuàng)設(shè)認(rèn)知沖突的有效實施。

3. 課后：以證評課

在課堂教學(xué)實施一周后，我們分別對實驗班和對照班學(xué)生進行后測。后測包含作圖、填空、簡答三道試題，分別對應(yīng)考查前測中認(rèn)知沖突的轉(zhuǎn)變情況。其中，試題1、試題2收集數(shù)據(jù)驗證課堂創(chuàng)設(shè)認(rèn)知沖突的有效性，試題3則通過簡答題考查學(xué)生對原理掌握的正確性和靈活性。

某地理研學(xué)小組將兩個試管用兩根水平軟管相連組成連通器，兩根軟管中間先用夾子夾住，然后分別在兩側(cè)試管中加入等量紅色水和藍色水，之后將連通器同時置入有冰水和熱水的水槽中開始實驗：

依據(jù)后測試題的測查結(jié)果（見下頁表3），結(jié)合課堂現(xiàn)場觀察證據(jù)，我們對課堂教學(xué)效果作出評估。

后測試題1主要通過情境的切換測查學(xué)生是否能夠主動并正確調(diào)用比熱容的知識來解決實際問題。依據(jù)測查結(jié)果，我們發(fā)現(xiàn)教師在小組合作學(xué)習(xí)過程中暗設(shè)認(rèn)知沖突，引發(fā)學(xué)生主動探究并解決問題的方法相較于教師靈活創(chuàng)設(shè)不同情境，學(xué)生被動接受效果更好。

由試題2水平、垂直方向氣壓值排序來看，實驗班完全答對的學(xué)生較對照班多，且判斷完全混亂的學(xué)生很少。說明實驗班通過課堂提問直接呈現(xiàn)認(rèn)知沖突，引發(fā)學(xué)生的自我反思，進而實現(xiàn)對原有認(rèn)知的順應(yīng)，相較于對照班，效果要更好。

由試題3問答題的作答表現(xiàn)來看，實驗班學(xué)生作答水平主要分布于水平2、水平3，對照班主要分布于水平1、水平2。可見，運用認(rèn)知沖突激發(fā)學(xué)生探究的主動性，相較于被動接受教師的講授，認(rèn)知轉(zhuǎn)變效果更好。

綜合上述課例研究，我們提煉出課堂創(chuàng)設(shè)認(rèn)知沖突的有效策略：一是課前測查捕捉認(rèn)知沖突，二是課堂提問呈現(xiàn)認(rèn)知沖突，三是課堂活動暗設(shè)認(rèn)知沖突。

循證研究使得課堂教學(xué)改進有據(jù)可依，學(xué)生學(xué)習(xí)結(jié)果與變化有跡可循。總體來說，本文以“運用認(rèn)知沖突促進學(xué)生概念轉(zhuǎn)變”為研究問題、高中地理“熱力環(huán)流”內(nèi)容為研究載體，闡釋了課例研究如何從現(xiàn)象問題到研究問題，如何針對研究問題查找并評估相關(guān)證據(jù)，如何依托證據(jù)開展課例研究，體現(xiàn)“因?qū)嵺`而循證”“在實踐中循證”以及“為他人實踐循證”^［5］的循證研究理念。回顧整個過程可以發(fā)現(xiàn)，教學(xué)中的循證研究，絕不僅僅是在課例研究過程中基于證據(jù)，而是貫穿課例研究實施之前、之后的全程。

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（劉宇樺，上海市楊浦區(qū)教育學(xué)院。楊玉東，上海市教育科學(xué)研究院，博士，研究員。主要研究方向：教師教育。）