“認(rèn)知沖突”情境教學(xué)法在中學(xué)化學(xué)教學(xué)中的應(yīng)用

薛琴

[摘? ?要]文章結(jié)合教學(xué)實(shí)例闡述如何在生活常識中、理論推導(dǎo)中、圖像分析中、化學(xué)史的發(fā)現(xiàn)歷程中引發(fā)學(xué)生認(rèn)知沖突，引導(dǎo)學(xué)生積極思考，制造課堂起伏，活躍學(xué)生思維，提高學(xué)生的解題水平以及學(xué)生知識的自主建構(gòu)能力，從而提升教學(xué)質(zhì)量。

[關(guān)鍵詞]認(rèn)知沖突;情境教學(xué)法;化學(xué)教學(xué);應(yīng)用

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

認(rèn)知沖突是指認(rèn)知發(fā)展過程中原有認(rèn)知結(jié)構(gòu)與現(xiàn)實(shí)情境不符時在心理上所產(chǎn)生的矛盾或沖突。面對新知識或新問題，學(xué)習(xí)者能利用已有知識經(jīng)驗去理解或解決時，心理上就會處于一種平衡狀態(tài)。一旦當(dāng)學(xué)習(xí)者用已有的知識經(jīng)驗無法解決新問題或新知識與已有知識經(jīng)驗不一致時，認(rèn)知沖突就產(chǎn)生了。

唯物辯證法指出：事物的發(fā)展是內(nèi)外因共同起作用的結(jié)果。對學(xué)生學(xué)習(xí)來說，教師、教材和教學(xué)環(huán)境都是外因，只有學(xué)習(xí)者腦中產(chǎn)生的認(rèn)知沖突是內(nèi)因。可以認(rèn)為，沒有認(rèn)知沖突就沒有學(xué)習(xí)的發(fā)生，更不可能有思維的發(fā)展。

皮亞杰的認(rèn)知發(fā)展理論中的“認(rèn)知不平衡”觀點(diǎn)認(rèn)為：個體的認(rèn)知發(fā)展是在認(rèn)知不平衡時通過同化或順應(yīng)兩種方式來達(dá)到認(rèn)知平衡的，認(rèn)知不平衡有助于學(xué)生建構(gòu)自己的知識體系。教師在教學(xué)中可以利用認(rèn)知沖突激發(fā)思維碰撞，抓住當(dāng)前的學(xué)習(xí)情境與學(xué)生已有認(rèn)知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，促使學(xué)生對問題本質(zhì)進(jìn)行進(jìn)一步的探究與領(lǐng)悟。

“認(rèn)知沖突”情境教學(xué)的一般過程為：（1）創(chuàng)設(shè)問題情境，引發(fā)認(rèn)知沖突;（2）探究問題本質(zhì)，分析沖突根源;（3）消除矛盾，重塑認(rèn)知結(jié)構(gòu)。學(xué)生的認(rèn)知發(fā)展經(jīng)歷了“認(rèn)知沖突—舊的認(rèn)知被打破—達(dá)到新的認(rèn)知平衡”，這是教育教學(xué)中“泛化的勒夏特列原理”。

一、“認(rèn)知沖突”情境教學(xué)法的應(yīng)用

1.在生活常識中引發(fā)認(rèn)知沖突

以人教版化學(xué)必修1“Na2O2的性質(zhì)”新課導(dǎo)入片段為例。

師：水都可以用來滅火嗎？（復(fù)習(xí)舊知）

生：鈉與水劇烈反應(yīng)產(chǎn)生氫氣，遇明火爆炸。

師：水不僅可以滅火，還可以點(diǎn)火?。ぐl(fā)學(xué)生的求知欲）

演示實(shí)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(wǎng)上，往脫脂棉上滴水，可觀察到脫脂棉劇烈燃燒起來。

設(shè)計意圖：通過創(chuàng)設(shè)“水能滅火，亦能點(diǎn)火”的認(rèn)知沖突情境，設(shè)置疑問，激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，引出新課內(nèi)容?！傲己玫拈_端是成功的一半”，事實(shí)證明，這節(jié)課的教學(xué)效果很好。

2.在理論推導(dǎo)中引發(fā)認(rèn)知沖突

人教版化學(xué)必修2中學(xué)生學(xué)習(xí)了甲烷的電子式的書寫、空間正四面體的結(jié)構(gòu)、109°28′鍵角，并對此深信不疑。但在人教版化學(xué)選修3關(guān)于“分子的立體結(jié)構(gòu)”的學(xué)習(xí)中產(chǎn)生了認(rèn)知沖突。

師：甲烷中C原子與H原子結(jié)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(jié)構(gòu)？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(yīng)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(yīng)該是90°。

師：上述理論推導(dǎo)的結(jié)果顯然與事實(shí)不符，說明所學(xué)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(gòu)型，美國化學(xué)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(jìn)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(diǎn)，每個軌道上都有一個未成對電子。當(dāng)C原子與四個H原子結(jié)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(xiàn)正四面體的立體構(gòu)型，鍵角為109°28′。

設(shè)計意圖：純理論的學(xué)習(xí)是很枯燥的。當(dāng)學(xué)生已有的認(rèn)知與新知產(chǎn)生沖突時，學(xué)生學(xué)習(xí)的熱情會被激發(fā)出來，不再被動地接受知識，而是努力建構(gòu)自己的知識體系，引發(fā)認(rèn)知結(jié)構(gòu)重組。

3.在圖像分析中引發(fā)認(rèn)知沖突

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

再從化學(xué)鍵的角度分析化學(xué)反應(yīng)中能量變化的情況，并用圖像表示出來。學(xué)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(xué)生發(fā)現(xiàn)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(xué)反應(yīng)的本質(zhì)是斷開舊鍵，形成新鍵。斷開舊鍵的過程吸收能量，表現(xiàn)為曲線凸起;形成新鍵時放出能量，曲線落下。圖1側(cè)重于物質(zhì)總能量的變化，圖2側(cè)重于成鍵與斷鍵過程中能量的變化，要體現(xiàn)斷鍵吸熱、成鍵放熱的過程[1]。

設(shè)計意圖：在對圖像的分析中，引發(fā)學(xué)生的認(rèn)知沖突，促使學(xué)生積極思考，獲得新知，并學(xué)會從不同角度分析問題的方法。

4.在化學(xué)史的發(fā)現(xiàn)歷程中引發(fā)認(rèn)知沖突

人類認(rèn)識原子的歷史是漫長的，也是無止境的。在人教版化學(xué)必修1“原子結(jié)構(gòu)模型的演變”教學(xué)中，通過對科學(xué)發(fā)展不同時期所構(gòu)建的原子結(jié)構(gòu)模型的來龍去脈的分析和介紹，使學(xué)生能從宏微結(jié)合的視角理解原子結(jié)構(gòu)模型提出的證據(jù)，初步形成建構(gòu)模型的認(rèn)知方法。

早期關(guān)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(shí)驗根據(jù)。如亞里士多德：物質(zhì)無限可分，永遠(yuǎn)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(zhì)微粒。

近現(xiàn)代原子結(jié)構(gòu)理論模型的建立與發(fā)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(jié)構(gòu)模型—波爾的原子結(jié)構(gòu)模型—電子云模型。

教學(xué)中可以請學(xué)生結(jié)合物理相關(guān)知識分析各種理論有什么優(yōu)缺點(diǎn)，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(shí)驗的結(jié)果，為什么盧瑟福的推理具有合理性。這樣就賦予了化學(xué)史邏輯思辨的魅力。

設(shè)計意圖：創(chuàng)設(shè)科學(xué)家科學(xué)探究過程的情境，引導(dǎo)學(xué)生循著科學(xué)家的足跡重新經(jīng)歷這一系列的假設(shè)和推導(dǎo)，體會科學(xué)家所經(jīng)歷的認(rèn)知沖突，激發(fā)學(xué)生的好奇心和求知欲。

二、“認(rèn)知沖突”情境教學(xué)法的積極作用

1.有利于形成懸念，引發(fā)思維

在課堂導(dǎo)入中設(shè)置認(rèn)知沖突可以打破學(xué)生舊的認(rèn)知，制造認(rèn)知的不平衡，激發(fā)學(xué)生的求知欲，激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，促使學(xué)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(fā)的認(rèn)知沖突在課堂最后要得到明確的解決，這樣才能首尾呼應(yīng)。

2.有利于制造起伏，活躍思維

在教學(xué)中設(shè)置認(rèn)知沖突，一方面可以避免課堂氣氛平淡，缺少教學(xué)高潮;另一方面，也能激發(fā)和引起學(xué)生的情緒與注意力，使學(xué)生從情感上參與課堂教學(xué)。認(rèn)知沖突的設(shè)置還可以調(diào)節(jié)教學(xué)節(jié)奏，使課堂教學(xué)有張有弛、起伏有度。

3.有利于提高學(xué)生的解題水平

學(xué)生終究是要參加考試的，能力的高低在現(xiàn)階段是要通過解題能力來呈現(xiàn)的。在“素養(yǎng)為本”的大背景下，高考試題更強(qiáng)調(diào)對知識的理解和應(yīng)用，倡導(dǎo)真實(shí)情境問題的解決。在平時的教學(xué)中，教師多創(chuàng)設(shè)認(rèn)知沖突情境，讓學(xué)生多積累分析各種沖突情境問題的經(jīng)驗，這樣當(dāng)他們在考試中遇到新的情境問題時，就可以從容應(yīng)對了。

4.有利于學(xué)生知識的自主建構(gòu)

建構(gòu)主義學(xué)習(xí)理論認(rèn)為，教學(xué)不能無視學(xué)習(xí)者已有的知識經(jīng)驗，不能簡單粗暴地從外部對學(xué)習(xí)者實(shí)施知識的“填灌”，而是應(yīng)該把學(xué)習(xí)者原有的知識經(jīng)驗作為新知識的生長點(diǎn)，引導(dǎo)學(xué)習(xí)者從原有的知識經(jīng)驗中主動建構(gòu)新的知識經(jīng)驗。這種建構(gòu)不能由他人代替，因此教師在教學(xué)中巧妙地設(shè)置認(rèn)知沖突，將非常有利于學(xué)生對知識的自主建構(gòu)。

當(dāng)然，“認(rèn)知沖突”情境教學(xué)法也有其局限性。它對學(xué)生的思維要求較高。教學(xué)實(shí)踐表明，那些平時學(xué)習(xí)水平較高的學(xué)生往往勤于思考，較為主動，在學(xué)習(xí)中遇到認(rèn)知沖突往往會“愈戰(zhàn)愈勇”，思維越發(fā)活躍。而學(xué)習(xí)水平較低的學(xué)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(rèn)知沖突”情境教學(xué)法對于學(xué)習(xí)水平較高的學(xué)生更加有效[2]。

[? ?參? ?考? ?文? ?獻(xiàn)? ?]

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

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

（責(zé)任編輯 羅 艷）