巧設認知沖突 構建“四有”課堂

劉錦圳 張賢金

摘要：以“'化'說汽水”主題教學為例，對運用認知沖突促進有效學習的教學活動設計和主要教學策略進行了探討，在教學實踐中構建起理念有數、素養有培、流程有效、評價有為的“四有”課堂教學模式，為核心素養的落地生根提供了有效的路徑。

關鍵詞：認知沖突;“四有”課堂;核心素養

文章編號：1008-0546（2021）05-0068-04中圖分類號：G632.41文獻標識碼：B

doi：10.3969/j.issn.1008-0546.2021.05.018

習近平總書記關于教育的重要論述中提出“堅持把立德樹人作為根本任務”，這與新課程改革所強調的“以素養發展為目標”不謀而合。12018年細化并明確了化學學科核心素養以來，構建以“素養為本”的課堂成為了當下熱門話題和探索方向。“四有”課堂的教學模式由此孕育而生，以理念有數、素養有培、流程有效和評價有為審視課堂教學的落實情況⑴，讓核心素養的踐行有據可依。

認知沖突，最早出現于皮亞杰的認知發展理論。研究表明，學生認知的發展是通過打破舊的認知平衡，以同化或順應方式建立起新的認知平衡⑵。在課堂教學中通過預設能產生認知沖突的問題，能幫助學生更好、更快地越過認知的“能壘”，對學生建構知識、提升能力、發展素養起到了關鍵作用。本文以“'化'說汽水”的教學為例，闡述運用認知沖突策略優化課堂教學，構建以素養為本的“四有”課堂。

一、教學內容與分析

1.教材處理時出現的困惑

滬教版初中教科書《化學（上冊）》第2章第2節“奇妙的二氧化碳”，教學建議中安排了2課時（見表1、表2）。

教師在處理該節課教學內容時普遍感到不適，存在諸多困惑：

困惑一：按建議中課時1的學習任務教學，會出現二氧化碳的性質被割裂開來，不便于學生系統認識和掌握二氧化碳的性質。

困惑二：將建議中課時2有關二氧化碳性質的學習任務安排到課時1，又會造成課時1的任務不能有效落實。

困惑三：按建議實施教學，還會出現情境素材繁雜，不同情境知識又存在交叉，導致學生知識建構出現碎片化和重復性，削弱了學生對重點知識的關注。

困惑四：上一節的教學內容是“性質活潑的氧氣”，通過可燃物在空氣和氧氣中燃燒實驗的對比，能很好地體現氧氣的“活潑”。如何根據本節課的學習任務呈現二氧化碳的“奇妙”，也是很多教師的困惑所在。

2.困惑解決中產生的想法

建構主義認為學習是學習者在一定的情境下，基于原有的知識經驗并借助教師或學習伙伴的幫助，實現意義建構的過程。學習者新舊知識經驗在沖突和沖突解決的過程中，將帶來認知結構的重組⑶?；趯嬛髁x理論的理解，筆者試圖圍繞某一真實的簡單情境來搭建知識概念框架，化解教師在處理教材時產生的困惑。學生通過自身真實的情感體驗和教師提供的問題支架，使自我的認知由“生疑”轉入“釋疑”再到“質疑”并實現“化疑”，將知識內化到自己的智能結構中，促成意識的轉變、素養的提升和智慧的升華。

二、教學設計與過程

1.教學設計的思路

本文以第1課時“'化'說汽水”教學為例，明“談”汽水，暗“探”二氧化碳，力求呈現二氧化碳的“奇變”和“妙用”。借助學生在實驗中的意外發現、猜想與事實間的矛盾等認知上的沖突，實現了情境、知識、活動和素養目標的融合，打造出以素養為本的“四有”課堂。教學程序規劃如圖1。

在教學實施的過程中，教師把握最佳教學時機原則，充分利用認知沖突策略適時拋出能喚醒學生認知需求的情境問題。學生通過解決學科、生活情境問題的活動，強化了對重要化學事實、概念及思想方法的理解。

2.教學過程的實施

活動一：汽水的“前世今生”

[師]播放錄制的“抖音”微視頻——汽水的“前世今生”：1767年，經常到啤酒廠進行科學實驗的英國化學家普里斯特利，發現啤酒發酵桶上方存在一種不供給呼吸的氣體。為研究該氣體與水的作用情況，他無意中發現碗里的水味道不錯且有一種令人愉快的酸味。這就是最初的“汽水”又被喚作“碳酸水”，在歷經多人的研制并通過添加果汁和人工香料成為了我們現在所熟知的“碳酸飲料”。

[師]啤酒發酵桶上方的氣體，以及我們熟知的“汽水”中存在的氣體成分是什么？如何加以驗證？

[生]氣體是二氧化碳，可以將氣體導入澄清石灰水中觀察是否變渾濁來驗證。

[師]根據學生提供的方案進行實驗：打開汽水瓶蓋塞上帶導管的橡皮塞，導管另一端伸入裝有澄清石灰水的試管中。振蕩汽水瓶，觀察石灰水的變化情況。

設計意圖：以觀看學生感興趣的“抖音”流媒體方式導入新課，較快地集中學生的注意力。通過情境問題的創設，快速“調熱”學生的求知欲，為師生、生生的交流討論搭建好平臺。在整個學習活動中，學生不僅能感受到化學與生活息息相關，而且能得到問題意識、證據推理和科學態度的培育。

活動二：自制一瓶“紫色汽水”

[師]下面我們也來模仿普里斯特利的操作，自制一瓶“汽水”。

[生]分組實驗：向盛滿CO2的軟塑料瓶中加入1/3容積的水，蓋好瓶蓋后充分振蕩，觀察現象。

[師]振蕩后發現軟塑料瓶由“水桶腰”變為“水蛇腰”。這是什么原因導致的，從中你能推測出CO？有什么性質？對比自制的和市售的汽水，你又有什么發現？

[生]說明CO2能溶于水（l：l）o打開市售汽水瓶能感受到瓶內壓強減小、氣體逸出，說明壓強的減小

會降低CO2在水中的溶解量。

[師]德國的瑞士人施韋普看到了“汽水”的商機， 采用往“汽水”中添加果汁和人工香料來改善口感，由此出現了有色飲料?；瘜W實驗室有一種叫“石蕊”的紫色試劑，請同學們用它來配制一瓶紫色“汽水”。

[生]往自制好的“汽水”瓶中加入適量紫色石蕊試液，觀察現象。

[師]自制的“紫色汽水”反而呈紅色，瓶中到底發生了什么變化？（演示實驗：往裝有醋酸的試管中滴入幾滴紫色石蕊試液，觀察現象）自制“汽水”中存在什么物質使紫色石蕊變紅？如何驗證你的猜想？

[生]討論并作出猜想“可能是水或二氧化碳”。分組實驗：用鑲子分別夾取兩張干燥石蕊試紙，一張滴上水另一張直接放入裝滿CO2的集氣瓶中，觀察現象。

[師]自制“汽水”中的水、二氧化碳各自均無法使石蕊變紅，說明使石蕊變紅“另有其人”。這個神秘的“第三者”是誰？它是怎么出現在“汽水”中？

[生]汽水又叫碳酸水，使石蕊變紅的酸性物質可能就是碳酸，來自于二氧化碳和水反應生成。實驗：用鑲子夾取一張干燥的石蕊試紙，一端滴上水后伸入裝滿CO2的集氣瓶中，觀察現象。

[生]得出新結論：CO2不僅能溶于水，還會與水反應生成碳酸;碳酸有酸性，能使紫色石蕊試液變紅色。

設計意圖：通過任務驅動的方式創設學生動手自制“汽水”的活動，讓課堂變得更鮮活，使學生在環環相扣、層層推進的情境問題中獲取知識、提升技能并感受化學的奇妙。該活動中的實驗看似平常無奇、操作簡單，卻是要營造“意外發現”帶來認知上的強烈沖突，以凸顯CO2在變化上的“奇”，培養起學生觀察實驗、發現和解決問題的能力。學生在知識建構的過程中經歷“生疑—釋疑—質疑—化疑”，在看待事物上的證據推理、變化觀念等批判性思維都能得到全方位的發展。

活動三：喝汽水為何會打嗝

[師]雪碧的廣告詞“雪碧透心涼”有什么科學依據？我們在喝碳酸飲料時常會出現打嗝的現象，這又該如何解釋？（引導學生了解打嗝和釋放的大量氣體有關）

[師]在體內，體溫引起碳酸飲料釋放出大量 CO2。請同學們根據自制“汽水”中所含物質，猜測CO2釋放的可能原因并進行驗證。

[生]作出猜想：①可能是溫度升高，降低了CO2的溶解量;

②可能是溫度升高，引起含有碳元素的碳酸分解產生了CO2

分組實驗：取少量自制的紅色“汽水”于試管中加熱，觀察現象。

得出結論：碳酸不穩定，受熱會發生分解并生成CO2

[師]天氣炎熱時，喝碳酸飲料在體內會釋放出大量CO2，從而帶走人體內的熱量。青少年應少喝碳酸飲料，以防出現鈣質的流失影響身體發育。

設計意圖：對“打嗝”現象的探討，體現了化學源于生活又服務于生活。CO2和壓0的反應無明顯現象，是本節課學習的難點，解決這一難點的關鍵物質是碳酸。碳酸的熱分解是對CO2和壓0反應的逆向演繹和補充，能幫助學生建立起化學反應可以調控的變化觀念。

活動四：扒一扒汽水的妙用

[師]北京市豐臺區消防支隊曾在人民健康網發表文章，寫道“在家中不慎由紙板和木頭等引起了火災，手邊又沒有滅火器，可以用碳酸飲料來滅火”。碳酸飲料能充當滅火器進行滅火，有何科學依據？演示實驗：如圖2所示，往燒杯中傾倒CO2氣體，觀察現象。

[生]交流討論，得出結論：在實驗中觀察到蠟燭由低到高依次熄滅，說明CO2的密度大于空氣、本身不燃燒也不支持燃燒。

[師]汽水不僅是我們熟悉的飲料，還有很多你意想不到的用途。同學們課后可以上網搜索“汽水的妙用”，試著從化學角度去探尋用途背后的科學依據。通過今天的學習，同學們對二氧化碳有哪些全新的認識？對探究物質的變化和性質有什么新的體會？

設計意圖：以“汽水”為情境貫穿課堂，借助同學們意想不到的“汽水滅火”，呈現CO2在應用上的“妙”，體現化學的學科價值。最后，通過評價性的問題引導學生梳理CO2的變化和性質，總結出研究物質的角度和方法，建立起系統化的認知思維框架。

三、教學評價與反思

1.教學實施效果

（1）解決了教學中的困惑

大道至簡，至簡才能明晰過程、突出重點。本文以“汽水”為情境貫穿課堂，巧妙地將二氧化碳的變化、性質以及用途等知識融入情境問題中。學生通過一次次的意外發現和收獲，感受到二氧化碳的奇妙， 有效排解了教師在教學中產生的困惑。

（2）落實了“四有”課堂目標

本課例以素養目標的實現為導向進行情境線、知識線和活動線的設計，關注學生在真實的問題情境中進行知識的建構、解構和再造。注重學生立足學科基礎，上升到學科問題解決，最終獲得學科思維的提升， 集中體現了學科育人的價值。“四有”課堂的目標構建到位，不僅落實了素養為本的“教”和關注學生為主體的“學”，而且又有對探究過程和結果的“評”。

（3）發揮了認知沖突效益

俗話說“聽過不如看過，看過不如做過，做過不如錯過”。本課例設計了自制紫色“汽水”時出現的一系列意外發現和失敗、汽水竟能充當滅火器使用等造成學生認知結構失衡的問題情境，使學生處于“憤俳”的學習狀態，激發學生再次尋找新證據來解決沖突⑷。學生通過重構已有的認知結構，建立起新的認知平衡，形成正確的價值觀、必備品格和關鍵能力。

2.教學反思與改進

核心素養是對真實復雜情境的認知、辨別、頓悟， 以及知識、能力、態度的綜合體現。本課例從學生已有的認知經驗出發，以“汽水”作為境脈展開教學，有助于學生根據認知發展規律來建構知識，但情境偏簡單了些。如何通過真實復雜情境實現核心素養的落地生根，對本課例的重構提出了更高的要求。當下， “互聯網+”成為了教育改革推進的方向。如何在課堂教學中融入“互聯網+”技術構建“四有”模式的化學智慧課堂，對本課例的重構提出了優化的方向。

參考文獻

[1]陳奉奎，何小剛.基于核心素養的“四有”課堂的構建[J].基礎教育論壇，2018（34）：7-8

[2]何克抗.建構主義的教學模式、教學方法與教學設計[J].北京師范大學學報：社會科學版，1997（5）：74-81

[3]羅美玲.認知沖突策略在概念轉變教學中的應用[J].化學教育，2013（5）：23-26

[4]蘇春林，胡志剛.利用認知沖突策略創設教學最佳時機[J].化學教學，2012（3）：20-22