認(rèn)知沖突在化學(xué)教學(xué)中的應(yīng)用

陳逸紅（浙江省慈溪市觀(guān)城中學(xué)）

認(rèn)知沖突在化學(xué)教學(xué)中的應(yīng)用

陳逸紅
（浙江省慈溪市觀(guān)城中學(xué)）

認(rèn)知沖突對(duì)學(xué)生構(gòu)建新的知識(shí)體系有極重要的作用。教師應(yīng)從各種途徑制造認(rèn)知沖突、激發(fā)學(xué)生內(nèi)驅(qū)力、發(fā)展思維、提高科學(xué)素養(yǎng)。結(jié)合原電池螺旋上升的教材編排，設(shè)計(jì)與其相應(yīng)的認(rèn)知沖突教學(xué)模式。

認(rèn)知沖突；原電池；教學(xué)方法

新高考方案實(shí)行后，教學(xué)時(shí)間縮短，學(xué)科知識(shí)繁多，教師考慮的是如何提高化學(xué)課堂的效率，提升學(xué)生的學(xué)科素質(zhì)。查閱資料再結(jié)合多年的教學(xué)經(jīng)驗(yàn)，筆者認(rèn)為認(rèn)知沖突是行之有效的教學(xué)方法。

一、認(rèn)知沖突有利教學(xué)的理論依據(jù)

建構(gòu)主義學(xué)習(xí)理論認(rèn)為：學(xué)生的學(xué)習(xí)不是教師傳遞多少知識(shí)，而是學(xué)生自己主動(dòng)建構(gòu)知識(shí)的過(guò)程。瑞典心理學(xué)家皮亞杰指出，認(rèn)知沖突是一個(gè)人已建立的認(rèn)知結(jié)構(gòu)與當(dāng)前面臨的學(xué)習(xí)情境之間暫時(shí)的矛盾與沖突，是已有的知識(shí)和經(jīng)驗(yàn)與新知識(shí)之間存在某種差距而導(dǎo)致的心理失衡。認(rèn)知心理學(xué)家費(fèi)斯廷格認(rèn)為：當(dāng)學(xué)生產(chǎn)生心理失衡時(shí)，因仍有保持心理平衡的傾向，所以會(huì)導(dǎo)致“緊張感”。為了消除這種感覺(jué)，學(xué)生會(huì)有強(qiáng)烈的探索未知領(lǐng)域的愿望。筆者這樣理解認(rèn)知沖突在化學(xué)教學(xué)中的作用：學(xué)生已有的知識(shí)結(jié)構(gòu)體系→已平衡→多種途徑產(chǎn)生認(rèn)知沖突→不平衡→多種方法解決認(rèn)知沖突→建立新知識(shí)體系→重復(fù)。若教師采用“填鴨式”，學(xué)生采用“貝多芬”的模式，相當(dāng)于學(xué)生仍用原知識(shí)結(jié)構(gòu)去被動(dòng)接受權(quán)威性知識(shí)，只是量的積累，當(dāng)遇到新問(wèn)題時(shí)，學(xué)生毫無(wú)應(yīng)對(duì)能力。若教師在教學(xué)中利用認(rèn)知沖突，激發(fā)學(xué)生內(nèi)驅(qū)力，變要他學(xué)為他要學(xué)，對(duì)學(xué)生建立新知識(shí)體系，真正完善思維，是受益一生的。

二、教學(xué)中設(shè)置認(rèn)知沖突的方法

1.通過(guò)化學(xué)史的陳述

講原子結(jié)構(gòu)模型演變時(shí)，教師利用盧瑟福a粒子轟擊金箔的現(xiàn)象與湯姆生的“葡萄干面包式”模型相沖突，讓學(xué)生融入科學(xué)家的世界，體會(huì)當(dāng)時(shí)的困惑。

2.通過(guò)化學(xué)實(shí)驗(yàn)

（1）對(duì)比實(shí)驗(yàn)。講鹽類(lèi)水解時(shí)，取少量氯化鈉、氯化銨、醋酸鈉晶體，各自溶于水，測(cè)pH。另取少量同上物質(zhì)，各自溶于無(wú)水乙醇，測(cè)pH。鹽溶液有酸堿性已經(jīng)讓學(xué)生很意外了，溶于無(wú)水乙醇的鹽溶液沒(méi)有酸堿性這又何解？雙重矛盾強(qiáng)烈地激起了學(xué)生的求知欲。

（2）實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象與已學(xué)知識(shí)不符。復(fù)習(xí)電解池時(shí)，筆者展示資料，電壓1.5 V，石墨電極電解pH=4的鹽酸和0.1 mol/L FeCl2混合液。陰極無(wú)氣泡，銀白色金屬析出。陽(yáng)極無(wú)氣泡，濕潤(rùn)的淀粉碘化鉀試紙不變藍(lán)色，溶液滴加KSCN顯淡紅色。學(xué)生按以往經(jīng)驗(yàn)認(rèn)為陽(yáng)極Cl-失電子產(chǎn)氯氣，陰極H+得電子產(chǎn)氫氣，但與現(xiàn)象不符。筆者借機(jī)引入氧化性（還原性）的強(qiáng)弱影響因素。

（3）通過(guò)正誤解題過(guò)程展示。如同濃度NaNO2與CH3COONa溶液的陰離子總濃度大小。解法一：按離子方程式計(jì)算，兩者相等。解法二：根據(jù)電荷守恒法C（A-）+C（OH-）=C（Na+）+C（H+），C（Na+）同，而pH不同，兩者不等。教師利用學(xué)生知識(shí)中的易錯(cuò)點(diǎn)，制造出相應(yīng)的知識(shí)陷阱，引誘學(xué)生掉入。暗設(shè)認(rèn)知沖突的做法可以澄清學(xué)生的模糊認(rèn)識(shí)，有效防止學(xué)生再錯(cuò)。

（4）通過(guò)不同學(xué)生之間的想法。教師提供各0.1 mol/L的Na2S2O4，H2SO4溶液，水，設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)證明不同濃度的H2SO4溶液對(duì)化學(xué)反應(yīng)速率的影響。某同學(xué)設(shè)計(jì)如下，實(shí)驗(yàn)1：取Na2S2O42 ml，H2SO43 ml，水0 ml。實(shí)驗(yàn)2：取Na2S2O42 ml，H2SO43 ml，水2 ml。不同學(xué)生知識(shí)結(jié)構(gòu)不同，解決問(wèn)題的能力不同。教師利用不同主體的差異，制造認(rèn)知沖突。

認(rèn)知沖突運(yùn)用在具體教學(xué)過(guò)程中會(huì)有什么效果呢？筆者選取了一節(jié)原電池進(jìn)行認(rèn)知沖突教學(xué)。

三、化學(xué)能轉(zhuǎn)化為電能的教材編寫(xiě)

教材編寫(xiě)時(shí)是螺旋上升的。教材先展示金屬材料失電子，正極材料僅導(dǎo)電，電解質(zhì)溶液中的離子反應(yīng)，如鋅銅原電池。接著正極的材料是直接得到電子反應(yīng)，如鉛蓄電池。最后電極材料是相同的，兩極通入的物質(zhì)反應(yīng)，如氫氧燃料電池。原電池的構(gòu)造是不斷變化的，那么學(xué)生的認(rèn)知結(jié)構(gòu)也需要不斷打破然后重建。教師在教學(xué)中設(shè)計(jì)一些沖突，學(xué)生產(chǎn)生矛盾，解決矛盾，產(chǎn)生新矛盾，再解決，達(dá)到知識(shí)螺旋上升。

四、原電池教學(xué)過(guò)程實(shí)錄

環(huán)節(jié)一：新課引入

師：伏特電池的故事。演示實(shí)驗(yàn)1：鋅片銅片不接觸，插入稀硫酸；演示實(shí)驗(yàn)2：鋅片銅片接觸，插入稀硫酸。

【設(shè)計(jì)意圖】學(xué)生替伽爾巴尼感到惋惜，同時(shí)對(duì)伏特的研究充滿(mǎn)好奇，再加上演示實(shí)驗(yàn)2的現(xiàn)象。“沖突式”自然引入新課，集中了學(xué)生的注意力，激發(fā)了求知欲。

環(huán)節(jié)二：原電池工作原理

師：實(shí)驗(yàn)2增加了什么？可能為銅片上產(chǎn)生氫氣提供什么條件？

生：鋅或鋅離子做催化劑，銅與稀硫酸反應(yīng)；鋅與稀硫酸反應(yīng)放熱，銅吸熱后變活潑與稀硫酸反應(yīng)；金屬有傳導(dǎo)電子的能力（教師引導(dǎo)金屬除了導(dǎo)熱性還有什么），反應(yīng)產(chǎn)生的電子流到銅片。

師：設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)判斷對(duì)錯(cuò)？

生：若是銅與稀硫酸反應(yīng)，銅片質(zhì)量要減輕，銅離子產(chǎn)生，溶液變藍(lán)色。若金屬上有電子傳導(dǎo)，就有電流，用電流計(jì)探測(cè)。

師：演示實(shí)驗(yàn)3：鋅片銅片之間接入電流計(jì)，插入稀硫酸。

師：介紹鋅銅稀硫酸原電池工作原理，正負(fù)極，電子流向，離子流向，電極反應(yīng)式。

【設(shè)計(jì)意圖】銅片上有氣泡的實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象是與他們預(yù)測(cè)不符的，出現(xiàn)認(rèn)知沖突，他們企盼、渴望得到答案。教師若做權(quán)威性回答，就扼殺了他們的思維。教師允許他們猜想，并引導(dǎo)啟發(fā)，就給思維插上了翅膀，讓學(xué)生質(zhì)疑，交流，可以鍛煉他們的思維能力和語(yǔ)言表達(dá)能力。

環(huán)節(jié)三：原電池構(gòu)成條件

生：提供鋅片、銅片、石墨棒各兩片，稀硫酸，硫酸銅溶液，乙醇，導(dǎo)線(xiàn)，電流計(jì)。分組實(shí)驗(yàn)，組成原電池。

生：總結(jié)原電池的共同特點(diǎn)。

師：演示實(shí)驗(yàn)3中鋅片上也有氣泡，為什么書(shū)上未提？

【設(shè)計(jì)意圖】學(xué)生可以解釋部分，又不能完全解釋?zhuān)霈F(xiàn)欲說(shuō)還休，進(jìn)入憤悱之境。教師提示：鋅冶煉時(shí)有碳而教材所用的是純鋅，分組實(shí)驗(yàn)中硫酸銅有極微弱電流的現(xiàn)象。學(xué)生恍然大悟，原來(lái)實(shí)驗(yàn)3有兩個(gè)原電池。

環(huán)節(jié)四：原電池構(gòu)成條件補(bǔ)充

師：演示實(shí)驗(yàn)4：鋅片放入硫酸鋅溶液，銅片放入稀硫酸（另一燒杯），鋅片與銅片導(dǎo)線(xiàn)連接，指針不偏轉(zhuǎn)的原因？怎么改進(jìn)？

生：短路，無(wú)離子遷移，打通溶液。

師：介紹溶有氯化鈉溶液的瓊脂，指針會(huì)偏轉(zhuǎn)嗎？

師：演示實(shí)驗(yàn)5：U形管底部是溶有氯化鈉溶液的瓊脂，左側(cè)是硫酸鋅溶液，放鋅片。右側(cè)是硫酸溶液，放銅片，連接電流表，接通。

【設(shè)計(jì)意圖】實(shí)驗(yàn)5的結(jié)果又使學(xué)生陷入了困境：兩者未接觸，怎么使鋅失電子呢？教師引導(dǎo)：氧化還原是同時(shí)發(fā)生怎會(huì)有先后？電子的流動(dòng)不是因?yàn)榻佑|引發(fā)的，而是具有還原性（氧化性）的物質(zhì)天性使然，類(lèi)似于水從高處自動(dòng)流到低處。同時(shí)也解決了鋅不純帶來(lái)的干擾。又一個(gè)新矛盾解決了，改進(jìn)的實(shí)驗(yàn)讓學(xué)生開(kāi)了眼界（化學(xué)中還有阻隔溶液但離子還可以遷移的物質(zhì)），留下了深刻的印象。

環(huán)節(jié)五：伏特錫銅氯化鈉溶液的電池收尾

【設(shè)計(jì)意圖】：首尾呼應(yīng)。

五、利用認(rèn)知沖突進(jìn)行教學(xué)對(duì)教師的要求

認(rèn)知沖突應(yīng)用范圍廣，但并不是每個(gè)環(huán)節(jié)都可用認(rèn)知沖突。教師應(yīng)理清教材編寫(xiě)思路，為不同的教學(xué)內(nèi)容找到適合的方法，提高駕馭課堂的能力。學(xué)生突發(fā)奇想，但也有個(gè)別亂說(shuō)一通，教師要取舍，把握課堂節(jié)奏，完成教學(xué)設(shè)計(jì)中的內(nèi)容，否則直到下課還陷在矛盾中。教師要提升科研能力，當(dāng)有學(xué)生對(duì)于結(jié)尾處原電池的正極是氧氣得電子有疑問(wèn)（可能是水中H+得電子）時(shí)，筆者利用《中學(xué)化學(xué)教學(xué)參考》中的溶解氧傳感器和氧氣傳感器向他解釋。

愛(ài)因斯坦曾說(shuō)：所謂教育，是忘卻了在校學(xué)的全部?jī)?nèi)容之后剩下的本領(lǐng)。在小小的課堂上，教師應(yīng)利用他們的智慧啟迪學(xué)生，設(shè)置矛盾，引導(dǎo)他們解決矛盾。這樣，學(xué)生學(xué)到了方法，也學(xué)到了遇到困境不退縮的精神，這才是好教育。

萬(wàn)云霞.高中化學(xué)教學(xué)認(rèn)知沖突策略研究［D］.江西師范大學(xué)，2015.

·編輯楊國(guó)蓉