借助認(rèn)知沖突促進深度思考

田寶美

物理學(xué)是一門需要深度思考和理性認(rèn)知的學(xué)科。我們在教學(xué)中可以利用認(rèn)知沖突造成思維碰撞，抓住學(xué)生當(dāng)前的學(xué)習(xí)情境與已有的認(rèn)知結(jié)構(gòu)之間暫時存在的矛盾，合理地利用新知與舊識的認(rèn)知失衡，從而激發(fā)學(xué)生對問題本質(zhì)進行進一步的探究與領(lǐng)悟。在課堂教學(xué)中教師如能巧妙設(shè)置認(rèn)知沖突，會使課堂“一波三折”，使學(xué)生的學(xué)習(xí)更加主動，思維更加活躍，認(rèn)知更加深刻。

1.借助新舊概念引發(fā)認(rèn)知沖突，促進物理概念的正確認(rèn)知。

概念是學(xué)生理解物理規(guī)律研究物理問題的基礎(chǔ)。學(xué)生在學(xué)習(xí)新知識時，他們的頭腦中并非一片空白，之前學(xué)習(xí)過的知識以及個人的經(jīng)歷、經(jīng)驗都使得他們在頭腦中建構(gòu)了一定的概念體系。教師可以借助新舊概念間的“矛盾”，觸發(fā)學(xué)生的認(rèn)知沖突，激發(fā)他們的求知欲望，可以讓課堂教學(xué)達到事半功倍的效果。

例如，在教學(xué)“康普頓效應(yīng)”時，學(xué)生已有的認(rèn)知是：光電效應(yīng)是金屬中的電子吸收一個光子后逸出形成光電流的現(xiàn)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(yīng)中的各種規(guī)律。通過光電效應(yīng)的學(xué)習(xí)，學(xué)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(yīng)”是康普頓在研究X 射線與石墨相互作用時，發(fā)現(xiàn)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(xiàn)象，他認(rèn)為在光子和電子發(fā)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(xiàn)了波長變長的成分。

通過對比引起學(xué)生的認(rèn)知沖突：光電效應(yīng)和康普頓效應(yīng)都是光的粒子性的有力說明，它們本應(yīng)該是統(tǒng)一的，但康普頓效應(yīng)中光子的能量為什么可以被部分吸收？這與光電效應(yīng)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(fā)學(xué)生的質(zhì)疑、討論和各種猜測。

原來，康普頓效應(yīng)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(jīng)歷了兩個過程：吸收和散射。如圖1 所示，初態(tài)的電子e 全部吸收了原來的光子ν，經(jīng)歷一段過程后散射產(chǎn)生一個新的反沖電子e''和新的光子ν'，這里發(fā)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(jīng)此解釋，學(xué)生能將新知與舊知進行統(tǒng)一，再次達到認(rèn)知的平衡，即康普頓效應(yīng)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(xué)也讓學(xué)生意識到看問題要透過現(xiàn)象看本質(zhì)；當(dāng)發(fā)現(xiàn)表象與已有認(rèn)知不一致時，這正是需要我們進一步去學(xué)習(xí)和探究的地方；培養(yǎng)學(xué)生對于不同觀點和結(jié)論要敢于提出質(zhì)疑和批評，進而提出創(chuàng)造性見解的品質(zhì)和能力。

2.通過實驗創(chuàng)設(shè)認(rèn)知沖突，增強科學(xué)探究意識。

實驗可以為學(xué)生提供豐富直觀的體驗。物理課堂教學(xué)中通過對比實驗，創(chuàng)設(shè)矛盾情境作為外部刺激，有利于深化學(xué)生的原有知識。教師通過實驗可以幫助學(xué)生尋找新知識在原有知識上的同化點，促進其認(rèn)知結(jié)構(gòu)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(huán)，環(huán)A 是閉合的，環(huán)B 是斷開的，橫梁可以繞中間的支點轉(zhuǎn)動。用磁鐵的任意一極去接近A 環(huán)，會產(chǎn)生什么現(xiàn)象？把磁鐵從A環(huán)移開，會產(chǎn)生什么現(xiàn)象？磁極移近或遠(yuǎn)離B環(huán)時，又會產(chǎn)生什么現(xiàn)象？解釋發(fā)生的現(xiàn)象。

在此情境下通過演示實驗學(xué)生能看到的現(xiàn)象是，磁鐵靠近A 環(huán)時A 環(huán)遠(yuǎn)離，磁鐵離開時A 環(huán)靠近，即“來拒去留”；靠近或遠(yuǎn)離不閉合的B 環(huán)時，B 環(huán)不動。

如果做完鋁環(huán)的實驗?zāi)芫o跟著再加一組鐵環(huán)實驗：C 和D 都是鐵環(huán)，C 環(huán)是閉合的，D 環(huán)是斷開的。會出現(xiàn)和鋁環(huán)一樣的現(xiàn)象嗎？猜測、討論后請學(xué)生來做實驗。

通過實驗學(xué)生會看到，在磁鐵靠近時不管是閉合的C 環(huán)還是斷開的D 環(huán)都會靠近磁鐵。

同樣是閉合的金屬環(huán)，為什么條形磁鐵靠近時鋁環(huán)是遠(yuǎn)離的，鐵環(huán)是靠近的？同樣是斷開的金屬環(huán)，為什么條形磁鐵靠近時鋁環(huán)不動，鐵環(huán)靠近？由實驗現(xiàn)象造成的認(rèn)知沖突，激發(fā)促進學(xué)生進行再討論、交流。

學(xué)生會發(fā)現(xiàn)鐵是鐵磁性物質(zhì)，磁鐵對鐵具有很強的吸引力F吸，所以鐵環(huán)表現(xiàn)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(fā)地被磁化，具有這一性質(zhì)的物質(zhì)就叫鐵磁性物質(zhì)；而像鋁、銅一類的物質(zhì)由于內(nèi)部結(jié)構(gòu)原因不易被磁化，所以沒有受到很強的吸引力，主要表現(xiàn)出來的是感應(yīng)電流受到的力。

綜上，筆者認(rèn)為在課堂教學(xué)中教師如能“有意”引起學(xué)生的認(rèn)知沖突，并由此發(fā)展學(xué)生思維的深度和廣度，日積月累，學(xué)生的學(xué)科核心素養(yǎng)就會在悄無聲息中生根發(fā)芽。