認知沖突:有效課堂提問的一種特質

課堂提問是物理課堂教學中的普遍現象，是師生交流信息和相互作用的主要形式。有效的提問是整個課堂的“經脈系統”，是成功課堂的重要因素。因此，課堂提問是否有效直接影響著課堂教學的效果。當前，圍繞“問題”并基于問題解決為核心的物理課堂教學已成為廣大教師的共識。然而課堂中師生提出的有些問題不能啟發學生的思維，或者不能引導學生把思維指向知識的核心，或者缺乏智力價值，即大都為無效問題。筆者認為，對于“有效性問題”的創設，應著力發現和創設學生的認知沖突。

一、 “認知沖突”的概念

所謂認知沖突，是指學生的原有認知結構與所學新知識之間無法包容的矛盾。學生在學習新知識之前，頭腦中并非一片空白，而是具有了形形色色的原有認知結構。在學習新知識時，他們總是試圖以這種原有的認知結構來同化對新知識的理解。當遇到不能解釋的新現象時，就會產生認知沖突。［1］在課堂教學中，教師要學會引發學生的認知沖突，這對于促進學生積極、主動地建構良好的認知結構具有十分重要的意義。物理課堂教學中，教師通常可采用通過舊有知識的推理，得到與結果相矛盾的結論；通過實驗呈現與結論相矛盾的實驗事實；通過構建看似正確，實則矛盾沖突的結論等三種途徑來幫助學生構建認知沖突。

二、 對物理課堂“有效性問題”與“認知沖突”的理解

“有效性問題”是這樣一類問題：能揭示知識之間的內在聯系，并使學生在設問和釋問的過程中，萌生主動學習的動機和欲望，進而逐漸養成自主學習的習慣。“有效性問題”也能引導學生在實踐中不斷優化自主學習方法，提高自主學習能力。筆者認為有效性問題的一種特質就是能引發學生的認知沖突，這是因為：從問題產生的過程看，學生在學習過程中的認知觀念與客觀環境、對新舊知識的思考與發現以及對所學知識的自我認知與他人的認知等都存在著矛盾或沖突，形成了“有效性問題”；從問題解決的過程看，需要學生內心中形成孜孜以求、積極探索問題的統一方法和途徑的內驅力，產生“憤”“悱”狀態，即問題具有強烈的認知沖突；從問題的本身特質看，它不是在教師統一要求下的產物，每個學生認知的角度或焦點不同，會生長出更具有個性的認知方式，這樣學生之間就會形成認知沖突；而從問題解決的結果來看，由于每個學生所經歷的體驗和獲得的感受不一樣，也會生長出一定的認知沖突。

三、 物理課堂形成“認知沖突”的方法

教材編寫時由于篇幅有限，往往回避知識的“發生過程”，教學中也常會忽略學生對問題的感知。因此，課堂教學中，教師可以依據學生已有的心理和智力水平，還原出知識發現過程，把學生要學習的知識同已熟知的知識聯系起來形成認知沖突，使學生對問題進行有效的感悟。筆者認為物理課堂教學中形成“認知沖突”有以下幾種方法.

1. 從學生原有的認知基礎入手，激發學生內心世界新舊知識間的認知沖突

學生是在原有知識和技能的基礎上學習新知識的。因此，教學中可將新舊知識進行比較，尤其是學生認知結構中的含糊點、易錯點等，在新知識的掌握過程中設置認知沖突，激發學生解決問題的欲望，引導學生在新舊知識的比較中找出相同點和不同點，進而感知物理知識的發生過程，揭示知識產生的規律，把握物理問題的實質，最終完成知識的遷移過程。

如：學習“運動快慢的描述——速度”的教學內容時，教師可以設置問題：既然速度、瞬時速度的大小可以分別稱為速率和瞬時速率，那么平均速度的大小可不可以稱為平均速率呢？（產生認知沖突）。經過師生討論后，學生會豁然開朗：平均速率應等于物體運動路程與所用時間的比值，即初中學習的所謂“速度”；而平均速度大小是指物體運動的位移與所用時間的比值的大小。經過這樣的認知沖突的過程，學生的物理認知結構就會發生變化，物理知識容量會變大，知識的組織程度、有序化程度會更高，最終使物理認知結構得到優化。［2］

再如：“圓周運動”教學時，如何引入線速度和角速度的概念一直是傳統教學不太重視的地方。通常情況下教師會單刀直入地先告訴學生線速度、角速度的概念，然后再對概念進行講解。這樣的安排容易使許多學生在很長一段時間內對為什么引入這兩種速度形式感到困惑：兩種速度間似乎有聯系，但具體的聯系又說不清楚。這一結果主要是由于學生沒有深入理解這兩種速度形式的物理意義造成的，因而教師在教學中可設計如下問題來展開教學.

問題1：學習直線運動時，我們用速度來描述物體運動的快慢，大家還記得速度是怎樣定義的嗎？

問題2：對圓周運動能用位移與時間的比值來描述運動的快慢嗎？（教師演示物體運動一周位移為零）這時能說物體的速度為零嗎？那么怎樣來描述物體做圓周運動的快慢呢？（產生認知沖突）

問題3：月球繞地球運動，地球繞太陽運動，這兩個運動都可以近似地看做是圓周運動。地球對月球說，你怎么走得這么慢？我繞太陽運動每秒鐘能走29.79km，你運動1s才走1.02km。但月球對地球說，不能這樣說吧，你一年才繞一圈，我27.3天就繞了一圈，到底誰轉得慢呢？（產生認知沖突）

在上述問題中，教師有意設置矛盾沖突的情境，讓學生首先意識到過去所學的速度表達形式并不適用于圓周運動，使其產生認知沖突，從而刺激學生積極探討描述圓周運動快慢的方式。當學生提出線速度的描述方式后，教師接著讓學生閱讀“月地對話”的材料，使其再次產生認知沖突。如此層疊的矛盾沖突會讓課堂懸念重生，學生在強烈的矛盾沖突的刺激下，探究的欲望必然能夠被激起，從而加深對線速度和角速度物理意義的理解。

2. 從差異性物理實驗入手，引發學生的認知沖突

差異性實驗是指結果出人意料之外的、與學生學習前概念或常識相違背的科學實驗。這些實驗展示的現象，與學生學習科學的前概念發生矛盾，對于學生有著濃厚的趣味性，對知識有著證偽性，可以強烈地引發學生的認知沖突，使學生頭腦中產生各種各樣的疑惑，最終達到優化其物理認知結構的目的。在差異性實驗中，要注意提供學生自主建構問題的時間，盡量使學生通過思考、討論和語言組織等提出相應的問題。［3］

如在“內接法與外接法測電阻”教學中，教師引導學生分別用內接法和外接法測量同一只電阻，學生以為同一電阻測量的阻值應當相同，但分別用內接法和外接法測量同一只電阻兩次測出的數據竟有巨大的差異。學生困惑：為什么用內接法和外接法測量同一電阻，會產生如此懸殊的結果？（產生認知沖突）這種測量結果產生了很強的差異性，引發學生強烈的認知沖突和認知失衡。學生在認知沖突中積極地認知，試圖達成新的認知平衡。

再如教師演示桌上放一乒乓球，正上方放一玻璃漏斗，用嘴從漏斗對著小球吹氣，依照生活常識和牛頓第二定律，小球應該被緊緊地壓在桌面上或者被吹走。然而與學生預料的相反，小球反而被吸進了漏斗。當吹氣并提升漏斗時，盡管小球受到重力作用以及往下吹的氣流作用，但是小球并不離開漏斗掉下去，而是跟著漏斗一起上升（產生認知沖突）。教師提出問題：小球為什么會“違背”牛頓第二定律而向相反方向運動呢？這一出乎預料的效應馬上會引起學生極大的探知欲望，在心理上產生對牛頓第二定律的懷疑：這可能說明流體不同于固體，它不遵守牛頓第二定律。這為教師引導學生學習牛頓定律的適用范圍打下了堅實的認識基礎，也為伯努利方程的學習做好了鋪墊與準備。［2］

同樣，在“自感現象”教學時，教師可設計“千人震”的小實驗。

問題1：兩手分別加在一節干電池兩端會有什么感覺？

實驗：用1.5V干電池一節、日光燈鎮流器一個、開關一個、導線若干，連接成如圖1所示電路，隨意指定一位學生上臺，用兩只手分別接觸a、b的兩端，閉合電鍵。

問題2：學生是否有觸電的感覺？

問題3：將電鍵斷開后，是否有觸電的感覺？

實驗：請多名學生手拉手再與線圈相連，重復上述實驗及問題。

本實驗的結果將會使學生感覺不可思議。由于在學生的原認知中，36V以下的電壓為安全電壓，1.5V的電壓應該不會對人體產生電擊感覺。然而，學生在斷電后卻驚奇地體驗到“觸電麻木”的滋味，這使學生產生了強烈的認知沖突。學生沒有深刻的體會、體驗，難以形成良好的物理認知結構，而差異性實驗為教師在教學過程中引發學生的認知沖突準備了良好的資源和工具。

3. 從生活實際及物理意義的現實性出發，引發學生的認知沖突

理論聯系實際是培養學生創新能力和實踐能力最有效的途徑。理論的生命力就是要為實踐服務，物理的意義也在于此。但是在教學過程中經常會遇到理論知識與實際情況不相符的情況，在教學過程中恰恰可以利用這一矛盾，引發學生的認知沖突。例如在進行“力的分解”教學時，教師可預設如下問題：

問題1：在生活中，我們可以看到高壓輸電線和晾衣繩都是彎曲的（如圖2），這是什么原因造成的？

問題2：有沒有辦法將晾衣繩等拉直呢？

課堂活動：請兩位同學上來嘗試一下。（如圖3所示，在一根繩子的中間懸掛一重物，讓兩位學生使勁地往兩邊拉）學生非常努力，但結果是他們不管怎么用力拉總是拉不直。

問題3：晾衣繩為什么拉不直呢？教師提示：這其實是一個不可能完成的任務，為什么呢？（引出課題）

在以上的問題中，學生知道高壓線與晾衣繩彎曲的原因是由于重力的作用，但他們卻沒有想到就是因為重力的作用，懸掛重物的繩子是彎曲的，所以繩子是不能被拉直的。學生認為繩子是可以被拉直的，在他們作出這個判斷之前，其實并沒有經過理性的思考，而是依據生活中顯而易見的直覺經驗。在面對這個意料不到的結果時，學生頭腦中自認為正確的、無需懷疑的想法卻受到了挑戰，即產生了認知沖突，使他們不得不去審視原有的觀點。

習題是物理教學中一個非常重要的組成部分。課堂教學中，教師可以結合典型習題的求解來形成學生的認知沖突。

如：汽車以10m/s的速度在平直公路上勻速行駛，剎車后經2s速度變為6m/s。求：（1）剎車后前進9m所用的時間？（2）剎車后7s內前進的距離？

在求解過程中，學生首先由位移公式代入數據，解得t1=1s、t2=9s，那么這兩個結果是否都正確呢？學生通過將t2=9s代入速度公式可得vt=-8m/s，即汽車剎車后車又反向運動（引發認知沖突）。然后再經過計算，（2）的結果同樣會由于理論與實際情況出現矛盾而引發學生強烈的認知沖突。在類似習題的教學中，教師恰恰可以強化、利用學生的認知沖突，使學生認識到在學習中要全面認識事物，理論要聯系實際，進而優化學生的物理認知結構。

以上僅談了些筆者粗淺的看法，以期能起到拋磚引玉的作用。課堂教學中，教師應正確認識有效課堂提問的意義及產生認知沖突的有效性，根據教學內容，通過精心設置問題，激發學生的認知沖突，做到以問促思，以問導學，提高物理課堂教學的效率。

參考文獻：

［1］ 袁維新. 認知建構論［M］. 徐州：中國礦業大學出版社，2002：179-182.

［2］ 段春和. 引發認知沖突優化學生物理認知結構［J］. 牡丹江師范學院學報（自然科學版），2007（1）：64-65.

［3］ 王后雄，廖唐斌. 論差異性實驗的化學教學功能［J］. 化學教育，2010（7）：4-5.