認知沖突在化學教學中的應用

陳逸紅

摘 要：認知沖突對學生構建新的知識體系有極重要的作用。教師應從各種途徑制造認知沖突、激發學生內驅力、發展思維、提高科學素養。結合原電池螺旋上升的教材編排，設計與其相應的認知沖突教學模式。

關鍵詞：認知沖突；原電池；教學方法

新高考方案實行后，教學時間縮短，學科知識繁多，教師考慮的是如何提高化學課堂的效率，提升學生的學科素質。查閱資料再結合多年的教學經驗，筆者認為認知沖突是行之有效的教學方法。

一、認知沖突有利教學的理論依據

建構主義學習理論認為：學生的學習不是教師傳遞多少知識，而是學生自己主動建構知識的過程。瑞典心理學家皮亞杰指出，認知沖突是一個人已建立的認知結構與當前面臨的學習情境之間暫時的矛盾與沖突，是已有的知識和經驗與新知識之間存在某種差距而導致的心理失衡。認知心理學家費斯廷格認為：當學生產生心理失衡時，因仍有保持心理平衡的傾向，所以會導致“緊張感”。為了消除這種感覺，學生會有強烈的探索未知領域的愿望。筆者這樣理解認知沖突在化學教學中的作用：學生已有的知識結構體系→已平衡→多種途徑產生認知沖突→不平衡→多種方法解決認知沖突→建立新知識體系→重復。若教師采用“填鴨式”，學生采用“貝多芬”的模式，相當于學生仍用原知識結構去被動接受權威性知識，只是量的積累，當遇到新問題時，學生毫無應對能力。若教師在教學中利用認知沖突，激發學生內驅力，變要他學為他要學，對學生建立新知識體系，真正完善思維，是受益一生的。

二、教學中設置認知沖突的方法

1.通過化學史的陳述

講原子結構模型演變時，教師利用盧瑟福a粒子轟擊金箔的現象與湯姆生的“葡萄干面包式”模型相沖突，讓學生融入科學家的世界，體會當時的困惑。

2.通過化學實驗

（1）對比實驗。講鹽類水解時，取少量氯化鈉、氯化銨、醋酸鈉晶體，各自溶于水，測pH。另取少量同上物質，各自溶于無水乙醇，測pH。鹽溶液有酸堿性已經讓學生很意外了，溶于無水乙醇的鹽溶液沒有酸堿性這又何解？雙重矛盾強烈地激起了學生的求知欲。

（2）實驗現象與已學知識不符。復習電解池時，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。陰極無氣泡，銀白色金屬析出。陽極無氣泡，濕潤的淀粉碘化鉀試紙不變藍色，溶液滴加KSCN顯淡紅色。學生按以往經驗認為陽極Cl-失電子產氯氣，陰極H+得電子產氫氣，但與現象不符。筆者借機引入氧化性（還原性）的強弱影響因素。

（3）通過正誤解題過程展示。如同濃度NaNO2與CH3COONa溶液的陰離子總濃度大小。解法一：按離子方程式計算，兩者相等。解法二：根據電荷守恒法C（A-）+C（OH-）=C（Na+）+C（H+），C（Na+）同，而pH不同，兩者不等。教師利用學生知識中的易錯點，制造出相應的知識陷阱，引誘學生掉入。暗設認知沖突的做法可以澄清學生的模糊認識，有效防止學生再錯。

（4）通過不同學生之間的想法。教師提供各0.1 mol/L的Na2S2O4，H2SO4溶液，水，設計實驗證明不同濃度的H2SO4溶液對化學反應速率的影響。某同學設計如下，實驗1：取Na2S2O4 2 ml， H2SO4 3 ml，水0 ml。實驗2：取Na2S2O4 2 ml，H2SO4 3 ml，水2 ml。不同學生知識結構不同，解決問題的能力不同。教師利用不同主體的差異，制造認知沖突。

認知沖突運用在具體教學過程中會有什么效果呢？筆者選取了一節原電池進行認知沖突教學。

三、化學能轉化為電能的教材編寫

教材編寫時是螺旋上升的。教材先展示金屬材料失電子，正極材料僅導電，電解質溶液中的離子反應，如鋅銅原電池。接著正極的材料是直接得到電子反應，如鉛蓄電池。最后電極材料是相同的，兩極通入的物質反應，如氫氧燃料電池。原電池的構造是不斷變化的，那么學生的認知結構也需要不斷打破然后重建。教師在教學中設計一些沖突，學生產生矛盾，解決矛盾，產生新矛盾，再解決，達到知識螺旋上升。

四、原電池教學過程實錄

環節一：新課引入

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

【設計意圖】學生替伽爾巴尼感到惋惜，同時對伏特的研究充滿好奇，再加上演示實驗2的現象。“沖突式”自然引入新課，集中了學生的注意力，激發了求知欲。

環節二：原電池工作原理

師：實驗2增加了什么？可能為銅片上產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；鋅與稀硫酸反應放熱，銅吸熱后變活潑與稀硫酸反應；金屬有傳導電子的能力（教師引導金屬除了導熱性還有什么），反應產生的電子流到銅片。

師：設計實驗判斷對錯？

生：若是銅與稀硫酸反應，銅片質量要減輕，銅離子產生，溶液變藍色。若金屬上有電子傳導，就有電流，用電流計探測。

師：演示實驗3：鋅片銅片之間接入電流計，插入稀硫酸。

師：介紹鋅銅稀硫酸原電池工作原理，正負極，電子流向，離子流向，電極反應式。

【設計意圖】銅片上有氣泡的實驗現象是與他們預測不符的，出現認知沖突，他們企盼、渴望得到答案。教師若做權威性回答，就扼殺了他們的思維。教師允許他們猜想，并引導啟發，就給思維插上了翅膀，讓學生質疑，交流，可以鍛煉他們的思維能力和語言表達能力。

環節三：原電池構成條件

生：提供鋅片、銅片、石墨棒各兩片，稀硫酸，硫酸銅溶液，乙醇，導線，電流計。分組實驗，組成原電池。

生：總結原電池的共同特點。

師：演示實驗3中鋅片上也有氣泡，為什么書上未提？

【設計意圖】學生可以解釋部分，又不能完全解釋，出現欲說還休，進入憤悱之境。教師提示：鋅冶煉時有碳而教材所用的是純鋅，分組實驗中硫酸銅有極微弱電流的現象。學生恍然大悟，原來實驗3有兩個原電池。

環節四：原電池構成條件補充

師：演示實驗4：鋅片放入硫酸鋅溶液，銅片放入稀硫酸（另一燒杯），鋅片與銅片導線連接，指針不偏轉的原因？怎么改進？

生：短路，無離子遷移，打通溶液。

師：介紹溶有氯化鈉溶液的瓊脂，指針會偏轉嗎？

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

【設計意圖】實驗5的結果又使學生陷入了困境：兩者未接觸，怎么使鋅失電子呢？教師引導：氧化還原是同時發生怎會有先后？電子的流動不是因為接觸引發的，而是具有還原性（氧化性）的物質天性使然，類似于水從高處自動流到低處。同時也解決了鋅不純帶來的干擾。又一個新矛盾解決了，改進的實驗讓學生開了眼界（化學中還有阻隔溶液但離子還可以遷移的物質），留下了深刻的印象。

環節五：伏特錫銅氯化鈉溶液的電池收尾

【設計意圖】：首尾呼應。

五、利用認知沖突進行教學對教師的要求

認知沖突應用范圍廣，但并不是每個環節都可用認知沖突。教師應理清教材編寫思路，為不同的教學內容找到適合的方法，提高駕馭課堂的能力。學生突發奇想，但也有個別亂說一通，教師要取舍，把握課堂節奏，完成教學設計中的內容，否則直到下課還陷在矛盾中。教師要提升科研能力，當有學生對于結尾處原電池的正極是氧氣得電子有疑問（可能是水中H+得電子）時，筆者利用《中學化學教學參考》中的溶解氧傳感器和氧氣傳感器向他解釋。

愛因斯坦曾說：所謂教育，是忘卻了在校學的全部內容之后剩下的本領。在小小的課堂上，教師應利用他們的智慧啟迪學生，設置矛盾，引導他們解決矛盾。這樣，學生學到了方法，也學到了遇到困境不退縮的精神，這才是好教育。

參考文獻：

萬云霞.高中化學教學認知沖突策略研究[D].江西師范大學，2015.

編輯 楊國蓉