引發(fā)認(rèn)知沖突發(fā)展科學(xué)思維

2018-06-14 04:54:08田成良

物理教師 2018年5期

田成良

(北京市海淀區(qū)教師進(jìn)修學(xué)校，北京 100080)

隨著新一輪課程改革的推進(jìn),我國頒布了《中國學(xué)生發(fā)展的核心素養(yǎng)》框架,其中物理學(xué)科核心素養(yǎng)明確提出,發(fā)展學(xué)生科學(xué)思維的要求,要求從物理學(xué)科視角對客觀事物的本質(zhì)屬性,掌握內(nèi)在規(guī)律及相互關(guān)系,要基于事實(shí)證據(jù)和科學(xué)推理對不同觀點(diǎn)和結(jié)論提出質(zhì)疑、批判,進(jìn)而提出創(chuàng)造性見解的能力與品質(zhì)．與此同時(shí),教育部也在全國推廣“深度學(xué)習(xí)”項(xiàng)目,深度學(xué)習(xí)也是指向?qū)W生思維的發(fā)展,研究如何讓學(xué)習(xí)真正發(fā)生的問題．如何發(fā)展學(xué)生的思維,讓學(xué)生開展深度學(xué)習(xí)呢?筆者認(rèn)為,引發(fā)認(rèn)知沖突是激發(fā)學(xué)習(xí)欲望、發(fā)展學(xué)生思維的重要手段和途徑．

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)情境之間產(chǎn)生的無法同構(gòu)的矛盾與沖突,是已有知識和經(jīng)驗(yàn)與新知識之間存在某種差距而導(dǎo)致的心理失衡．學(xué)生在學(xué)習(xí)新知識之前,頭腦中并非一片空白,而是具有不同的認(rèn)知結(jié)構(gòu),學(xué)生總是試圖以原有的認(rèn)知結(jié)構(gòu)來同化對新知識的理解．當(dāng)遇到不能解釋的新現(xiàn)象時(shí),就會打破之前低層次的“平衡”產(chǎn)生新的“沖突”,通過“沖突”不斷化解實(shí)現(xiàn)新的平衡與發(fā)展．引發(fā)認(rèn)知沖突的策略有哪些呢?筆者通過對自己的教學(xué)經(jīng)驗(yàn)和優(yōu)秀案例梳理,整理如下.

1 鏈接新舊知識,引起認(rèn)知沖突

學(xué)習(xí)物理之前,學(xué)生通過已有知識,以及對日常生活的觀察,對很多物理現(xiàn)象便已有了自己的認(rèn)識,這就是前概念．教學(xué)中,若能抓住學(xué)生已有知識,基于這些前概念,提出一些出乎學(xué)生意料的物理問題,往往會引發(fā)學(xué)生強(qiáng)烈的認(rèn)知沖突,從而帶來很好地教學(xué)效果．

圖1

例如學(xué)習(xí)“閉合電路歐姆定律”一節(jié)時(shí),學(xué)生在初中已經(jīng)學(xué)過歐姆定律,并且已經(jīng)運(yùn)用得很嫻熟了,所以一開始要讓學(xué)生對新的學(xué)習(xí)的課題抱有求知欲.那么，怎么產(chǎn)生求知欲呢?把如圖1所示的元件放在黑板上,臨時(shí)組裝一個(gè)簡單的電路．燈泡正常發(fā)光,然后又加了第二節(jié)干電池,開關(guān)先不閉合,先問學(xué)生:“如果把開關(guān)閉合,這個(gè)小燈泡的亮度會有什么變化”?學(xué)生認(rèn)為電壓表的示數(shù)肯定要比原來更大啊,有的說要燒壞,結(jié)果開關(guān)一閉合,燈泡卻比原來更暗了,造成了極大的認(rèn)知沖突,這是為什么呢?并且看到電壓表的指針比原來更小了,為什么兩節(jié)干電池,反而比一節(jié)干電池更暗呢?原來那么高的電壓,去哪里了呢?這些都是新的問題,根據(jù)學(xué)生初中已有的知識已無法回答．也就是說學(xué)生遇到了一個(gè)知識臺階,這種臺階就使他們產(chǎn)生一種學(xué)習(xí)的需求,心里不平衡,想要消除這種不平衡．這時(shí)候需要教師指明方向,原因在哪里?很明顯,只有深入到電源內(nèi)部去找原因.在初中,我們是不管電源內(nèi)部情況的,但是高中物理,電源也要在我們研究的范疇里．所以要把整個(gè)電路作為我們的研究對象,學(xué)習(xí)與全電路有關(guān)的電學(xué)規(guī)律．短短幾分鐘一下讓學(xué)生意識到新的學(xué)習(xí)內(nèi)容對他的意義究竟何在．

2 利用生活素材,引發(fā)認(rèn)知沖突

學(xué)生在生活中憑直覺和不夠嚴(yán)密的概括形成了原始的認(rèn)知結(jié)構(gòu)．教師可以把課堂和學(xué)生的生活聯(lián)系起來,引發(fā)學(xué)生的認(rèn)知沖突,使學(xué)生意識到新經(jīng)驗(yàn)與原有觀念的不一致,從而激發(fā)他們產(chǎn)生學(xué)習(xí)的心理需求．下面事例是預(yù)料之外的,但是又在情理之中的,如果能夠產(chǎn)生這樣的效果肯定是很好的一種．

圖2

例如在學(xué)習(xí)“重心”時(shí),學(xué)生在初中就掌握了重心的知識,但經(jīng)常犯錯(cuò),所以針對這種情況設(shè)置了一個(gè)認(rèn)知沖突情境,取一段PV管(如圖2所示),問學(xué)生它的重心在哪里?學(xué)生說:“在中點(diǎn)”,然后把它擱到桌子上,中點(diǎn)剛好在邊緣上,教師接著問:“如果放手后還能保持平衡嗎”?學(xué)生說:“可以的”．放手后PV管仍然穩(wěn)穩(wěn)地在那里．然后把管子向外拉出一截,大半截在外面,然后再問學(xué)生“如果這個(gè)時(shí)候放手它還能夠平衡嗎”?學(xué)生異口同聲答“肯定要倒啊”．結(jié)果一放手,管子仍然穩(wěn)穩(wěn)地停在那里,這時(shí)候大家目瞪口呆．很快有人提出,這個(gè)管子里面肯定有東西,果然發(fā)現(xiàn)管子根部有一段金屬圓柱體塞在里面．然后再問學(xué)生:根據(jù)這個(gè)實(shí)驗(yàn)?zāi)愕玫绞裁磫l(fā)?通過這個(gè)事例,學(xué)生自然就理解了重心的位置跟質(zhì)量分布有關(guān)．經(jīng)常把質(zhì)量分布疏忽掉,容易犯錯(cuò)誤.這個(gè)現(xiàn)象讓學(xué)生掉進(jìn)了知識陷阱,吃一塹長一智,這是一種認(rèn)知沖突．

3 通過物理實(shí)驗(yàn),引發(fā)認(rèn)知沖突

在物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)中, 常會在學(xué)生面前呈現(xiàn)出日常生活中不可經(jīng)驗(yàn)得到的或意想不到的新現(xiàn)象．而學(xué)習(xí)者要用原有認(rèn)知結(jié)構(gòu)去同化、解釋這些新現(xiàn)象, 往往感到困惑、迷惘,進(jìn)而引發(fā)認(rèn)知沖突, 使學(xué)生產(chǎn)生強(qiáng)烈的探究欲望．

圖3

例如在學(xué)習(xí)“靜電屏蔽”時(shí),學(xué)生已經(jīng)對靜電平衡有了一定認(rèn)識,知道靜電平衡時(shí),導(dǎo)體內(nèi)部電場為0,內(nèi)部表面沒有電荷,電場線只能在空腔之外．在此基礎(chǔ)上,可以利用實(shí)驗(yàn)進(jìn)行拓展,引發(fā)學(xué)生的認(rèn)知沖突,為使學(xué)生加深對靜電屏蔽的認(rèn)識,進(jìn)行以下操作:在絕緣支架上放一個(gè)金屬罩,把驗(yàn)電器放在罩內(nèi),用導(dǎo)線連接驗(yàn)電器的金屬球和金屬罩的內(nèi)側(cè),如圖3所示.用摩擦過的帶電體接觸金屬罩上面的金屬體,發(fā)現(xiàn)驗(yàn)電器的指針不張開,說明靜電屏蔽有效果．然后,把驗(yàn)電器留在罩內(nèi)不動(dòng),只是把接金屬罩的導(dǎo)線改接在外側(cè),問學(xué)生,如果再給金屬罩帶電,驗(yàn)電器的指針會張開嗎?學(xué)生認(rèn)為,導(dǎo)線接帶電的金屬罩外側(cè),驗(yàn)電器帶電,指針肯定會偏轉(zhuǎn)．實(shí)驗(yàn)結(jié)果卻發(fā)現(xiàn)給金屬罩帶電,指針并不偏轉(zhuǎn)．為什么不帶電呢?學(xué)生發(fā)出驚訝的聲音．此時(shí)教師不用回答,接下來把驗(yàn)電器放在外面,用導(dǎo)線把驗(yàn)電器的金屬球和金屬罩的內(nèi)側(cè)連接,問學(xué)生“如果再給金屬罩帶電,驗(yàn)電器會張開嗎”?學(xué)生以為,由于導(dǎo)線接在金屬罩的內(nèi)側(cè),內(nèi)部不會帶電,所以驗(yàn)電器不會帶電,指針不會張開．教師接下來,用實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證猜想,發(fā)現(xiàn)指針卻偏轉(zhuǎn)了,為什么驗(yàn)電器接金屬罩的內(nèi)側(cè),還帶電呢?學(xué)生一臉滿然．這時(shí)教師,再讓大家重新思考,什么是金屬殼的內(nèi)外?由此,學(xué)生會對靜電平衡和靜電屏蔽的知識有一個(gè)更深的認(rèn)識．

4 借助直觀手段,引發(fā)認(rèn)知沖突

在教學(xué)過程中, 運(yùn)用實(shí)物、掛圖、模型、投影片、錄像、多媒體課件等提供的直觀形象, 揭示學(xué)生的前概念與科學(xué)概念之間的差異和矛盾, 也能創(chuàng)設(shè)問題情境, 引發(fā)學(xué)生的認(rèn)知沖突．

例如在學(xué)習(xí)“點(diǎn)電荷的電場”時(shí),借助直觀的輝光球即可引發(fā)沖突的效果．首先用測電筆接觸教室內(nèi)火線,氖管發(fā)光,然后把氖管取出,問學(xué)生,不接觸火線或電源,氖管能否發(fā)光?學(xué)生認(rèn)為,氖管不接觸電源不可能發(fā)光．這時(shí)將高頻、高壓電加在輝光球中心電極上,在很短的時(shí)間內(nèi)可以把它當(dāng)靜電場處理,然后把氖管放在發(fā)光的輝光球附近,發(fā)現(xiàn)氖管被“點(diǎn)燃”(如圖4所示),學(xué)生發(fā)出驚訝的聲音,“不接觸電源怎么能發(fā)光呢”?改變氖管與輝光球的距離,看到氖管發(fā)光程度不同．教師引導(dǎo)學(xué)生從靜電場的角度思考,沿電場線,電勢有什么變化,從而理解氖管發(fā)光的原理．

圖4

接下來,教師問:“用泡沫板隔在輝光球與氖管之間,氖管還能發(fā)光嗎”?學(xué)生有的認(rèn)為不能發(fā)光,有的認(rèn)為能發(fā)光.這時(shí)教師演示,用泡沫板擋住,氖管仍能發(fā)光．教師問如果用鋁板擋住氖管,還能發(fā)光嗎?接下來,教師演示操作,發(fā)現(xiàn)氖管不發(fā)光了,于是學(xué)生認(rèn)為金屬鋁板能擋住電場．這時(shí)教師讓學(xué)生上講臺模擬演示,卻又發(fā)現(xiàn)氖管仍能發(fā)光．到底鋁板能不能隔氖管發(fā)光呢?這種矛盾的現(xiàn)象又怎樣解釋呢?學(xué)生陷入了迷茫,無法解釋．這時(shí)教師揭秘,原來教師操作時(shí),用一只手接觸了鋁板,把板上的電荷導(dǎo)走了,鋁板不帶電荷,氖管一側(cè)不會有電場,所以氖管不發(fā)光．這種做法,形成了鮮明的對比,實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象明顯,激發(fā)了學(xué)生的求知欲,更深度發(fā)散了學(xué)生的思維．

5 通過科學(xué)魔術(shù), 引發(fā)認(rèn)知沖突

科學(xué)魔術(shù)是科學(xué)和魔術(shù)的結(jié)晶,依托于自然科學(xué),但它又不同于簡單的實(shí)驗(yàn)

操作,它用獨(dú)特的神秘外套將實(shí)驗(yàn)的內(nèi)容隱藏起來,引人入勝卻又讓人感到深不可測．引發(fā)學(xué)生的認(rèn)知沖突,激發(fā)強(qiáng)烈的求知欲望,留下深刻的印象．

圖5

在學(xué)習(xí)“平面鏡成像”一節(jié)時(shí),為激發(fā)學(xué)生的求知欲望,在引課環(huán)節(jié),可以對物理實(shí)驗(yàn)進(jìn)行“包裝”,開發(fā)設(shè)計(jì)成科學(xué)魔術(shù)．表演過程如下:給學(xué)生展示一個(gè)空魚缸,向里面加滿水,問學(xué)生,我能從空魚缸中變出金魚來,你信嗎?學(xué)生半信半疑,目不轉(zhuǎn)睛地盯著魚缸．接下來,用一塊毛巾蓋住魚缸,然后轉(zhuǎn)動(dòng)魚缸讓大家觀察,有無問題．接下來,喊1、2、3把毛巾拿開,水中出現(xiàn)了幾條活潑的金魚,游來游去．此時(shí),學(xué)生不僅想問,鮮活的金魚哪里來的呢?教師問:想知道其中的道理嗎?學(xué)生異口同聲地說：“想”,此時(shí)他們的求知欲已經(jīng)被激發(fā)出來了．最后給大家揭秘,魚缸的結(jié)構(gòu)如圖5所示,中間隔了兩塊平面鏡(背面貼近),先把金魚放在魚缸的內(nèi)側(cè),由于平面鏡不透明,觀眾在前面看不到金魚,但由于平面鏡成像的原理,誤認(rèn)為看到的是整個(gè)魚缸的空間．用毛巾蓋住魚缸,然后轉(zhuǎn)動(dòng)魚缸,把裝有金魚的那側(cè)轉(zhuǎn)向觀眾,拿掉毛巾,金魚就“變出來了”．這樣,不僅能激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣,拓寬知識的視野,還能加深了對平面鏡成像知識的理解．