真實情境視域下的認知沖突教學法案例分析

【摘要】文章以人教版高中化學必修第一冊的第二章第一節“鈉及其化合物”為例，通過記錄真實情境下的教學實例，闡述認知沖突教學法在實際教學中的應用。筆者通過構建認知沖突，嘗試點燃學生的探究欲望，促使學生積極解決問題，以期樹立學生的實證思維，達成教學目標，完成化學學科核心素養的滲透。

【關鍵詞】真實情境；認知沖突；單元教學；核心素養

作者簡介：楊亞賢（1980—），女，江蘇省南京市南京師范大學附屬揚子中學。

一、案例背景

怎樣的課堂教學有助于發展學生的化學學科核心素養？《論語》有云，“不憤不啟，不悱不發”，這其中的“憤”和“悱”精準地描繪出了學生在面對認知沖突時，原有認知結構與新知識、新情境之間無法融合的學習狀態［1］。認知沖突能幫助學生快速開啟自我矛盾系統的大門，聚焦學生認知上的矛盾，激發學生主動思考，喚起學生解決問題的緊迫性，促進學生思維的發展，進而促使有效學習的發生。于是，筆者在已有研究成果的基礎上，對人教版高中化學必修第一冊第二章第一節“鈉及其化合物”的教學進行大膽改革，試圖讓學生在精心設計的教學情境中真實地體驗矛盾經歷，促進學生在不斷的認知調整中完成對新知識的建構，并親身體驗科學探索之美。

二、案例分析

1.教學價值

元素化合物是高中化學課堂的主干知識，其種類繁且多，知識雜而碎，不可能一一進行探究。因此，考慮到學生在初中階段已經學習過氫氧化鈉、碳酸鈉、碳酸氫鈉等含鈉化合物的部分性質，人教版高中化學教材將“鈉及其化合物”作為元素化合物的開篇內容。這對于第一次接觸以元素為核心的無機化合物知識的學生而言，無疑降低了難度，有利于幫助學生明晰學習金屬及其化合物的思路，為后續的學習奠定基礎。此外，基于真實情境視域下的認知沖突來解決問題，能快速提升學生面對真實問題時的分析和推理能力，培養學生的科學探索精神，發展學生的化學核心素養。

2.教學思想與創新

《普通高中化學課程標準（2017年版）》提倡“引導學生創設真實且富有價值的問題情境，進而促進學生化學學科核心素養的形成與發展”［2］。本節課，筆者通過創設真實的情境，圍繞“鈉與硫酸銅溶液反應”“過氧化鈉和水反應”“侯氏制堿法”這幾個實驗，結合本節課核心知識點和考點開展教學，旨在讓學生體驗發現問題—提出猜想—收集證據—實驗驗證—得出結論的真實的科學研究歷程，從而使學生能夠基于大量的感性認識，形成利用科學方法解決真實問題的能力，最終完成從簡單的學習知識到能力提升的梯度式跨越，多維度發展化學核心素養。

三、教學過程

教學片段1：基于新舊知識的關聯點創設認知沖突

［情境創設］“以曾青涂鐵，鐵赤色如銅”（圖1），我國在西漢時，就掌握了濕法煉銅技術，請同學們思考，鈉與硫酸銅溶液能發生反應嗎？如果能，請預測可觀察到什么現象？生成什么物質？

［生1］有紫紅色的金屬銅產生：2Na（s）+CuSO4（s）= Na2SO4（s）+Cu（s）。

［生2］有藍色絮狀沉淀生成：CuSO4+2Na+2H2O= Cu（OH）2↓+Na2SO4+H2↑。

設計意圖：從學生熟悉的濕法煉銅這一生活實例導入，結合銅離子的氧化性比氫離子強等知識，對比鈉與硫酸銅溶液反應現象，基于新舊知識的關聯點引發認知沖突，激發學生的好奇心，提高學生的學習熱情。在教師一步一步的引導下，學生通過小組合作和探討，不斷地在提出質疑、解決質疑的過程中將探究引向深入，讓學生從一個旁觀者變為探索者，由配角變成主人，進入一個“怦然心動、浮想聯翩、豁然開朗”的境界［3］。

教學片段2：基于學生思維的障礙點引發認知沖突

［情境創設］滴水生火（圖2）：用膠頭滴管往放在石棉網上用脫脂棉包裹的少量過氧化鈉粉末滴幾滴水，脫脂棉劇烈燃燒。

［產生認知沖突］水不是用來滅火的嗎，為什么能使脫脂棉燃燒起來？

［引導］我們可以從燃燒的角度分析，滴水生火的原理是什么？

［生1］有氧氣生成，反應放熱。

［生2］根據元素守恒定律：2Na2O2+2H2O=4NaOH+O2↑。

［追問］如何驗證反應放熱的產物是氫氧化鈉還是氧氣？

［生3］驗證反應放熱可用手觸摸試管外壁，驗證氧氣常用帶火星的木條，驗證氫氧化鈉用酚酞試液。

［小組實驗］取一只大試管，先加約3gNa2O2，再加約7mL水，觀察實驗現象。

［學生觀察體驗匯報1］試管外壁發熱，有大量氣泡生成，將一支帶火星的木條插入試管內部，木條復燃。（滴水生火的原因得以證實）

［學生觀察體驗匯報2］向反應后的溶液里滴幾滴酚酞試液，溶液變紅色，再振蕩試管，溶液褪色。

［產生認知再沖突］溶液為什么會褪色？產物是NaOH和O2，我們學習過NaOH和O2都不能使酚酞褪色。

［引導］請同學們重新實驗，仔細觀察。

［小組討論匯報］發現過氧化鈉消失后，生成的氣泡并沒有很快消失，而是持續了很長時間，可能生成了一種能分解生成氧氣的新物質H2O2。

［小組討論展示驗證方案］在反應后的溶液中加入二氧化錳，再滴加酚酞，觀察現象。

［現象］往反應后的溶液加入MnO2，產生大量能使帶火星的木條復燃的氣體，再滴加酚酞，酚酞試液不褪色。

［結論］對于2Na2O2+2H2O=4NaOH+O2↑這個反應，課本上的方程式不夠完善，實際上需要分兩步進行：（1）Na2O2+2H2O=2NaOH+H2O2；（2） 2H2O2=2H2O+O2↑。

設計意圖：對實驗滴水生火和對過氧化鈉與水反應產物的分析，引發了“水能滅火”和“堿使酚酞溶液變紅”相矛盾的認知沖突，在學生思維上設置障礙點，讓學生在真實情境下掌握針對疑問進行自主猜想、實驗設計與探究的科學方法，培養學生獨立的動手能力，調動學生的學習熱情，使學生在體驗中逐漸養成能用辯證唯物主義觀點看待問題，敢于質疑、樂于參與、勤于思考和勇于探索的學習習慣，提高學生的科學意識。

教學片段3：基于新舊知識的矛盾點創設認知沖突

［科學史話］我國著名化學家侯德榜首創的聯合制堿法（又稱為“侯氏制堿法”），在國際堿界享有盛譽。該法生產的“紅三角”牌純堿顏色與質量均為上乘，而且價格低廉，其原理如下。

（1）NH3+H2O+CO2=NH4HCO3

（2）NH4HCO3+NaCl=NH4Cl+NaHCO3↓（NaCl（aq）飽和）

［學生認知］第二個反應是復分解反應。

［學生再認知］所有的鈉鹽都是可溶的，不滿足復分解反應的條件。

［產生認知沖突］為什么第二個反應能發生？

［引導］請大家結合表2展開思考。

［小組討論匯報］因為氯化鈉是飽和溶液，而且同溫度時NaHCO3溶解度比NH4HCO3、NaCl、NH4Cl低得多，所以，在生產中只要不斷地添加原料使氯化鈉溶液達到飽和，就會有碳酸氫鈉的析出，物質的析出也可看成是有沉淀物質的生成。

設計意圖：人教版2019年高中化學必修第一冊只在“科學史話”中對侯氏制堿法做了簡單介紹，但是歷年來高考題中高頻出現有關侯氏制堿法的題目，因此研究為什么能產生NaHCO3沉淀至關重要。結合學生初中所學的“所有鈉鹽都可溶”口訣和復分解反應發生的條件，教師使學生內心產生矛盾和糾結，再指導學生動手查閱有關資料，能讓學生在無意識中開拓思維。同時，基于溶解度在侯氏制堿法中的偉大應用，教師幫助學生建構起對化學反應發生條件的認知，激發學生的求知欲望，培養學生的創造性思維。

四、教學反思

1.真實情境視域下認知沖突教學法的優點

《中國高考評價體系》提出：“創設真實合理的情境，設置新穎的試題呈現和設問方式，要求即將進入高等學府的學生，在新穎的、陌生的情境中積極主動地去思考。”［4］也就是說，在課堂上巧妙地設置認知沖突，一方面可以讓學生在真實的情境中發現問題，進而引發改進、總結、反思問題的連鎖效應。同時在教師的引導下，學生在此過程中自然形成解決問題的能力，思維能力實現梯階式上升。另一方面，能夠有效吸引學生的注意力，提升學生的專注力，提高學生的參與度，讓課堂教學充滿活力，最終實現新課標指向的“立德樹人、學科育人”，將核心素養的培養落到實處。

在教學中設置基于真實情境的認知沖突，無疑是發展學生創新能力和開拓學生思維的最佳方式。在課堂上利用樸實的設計留白延伸教學內容，能夠啟發學生的思維，在認知沖突中為學生增加營養，有利于學生的個性化發展，從而為學生的未來發展夯實基礎。

2.局限性

認知沖突教學法是一種讓學生的思維與已經形成的舊有認知產生碰撞，使其處于失衡狀態，從而高效調動學生的探究欲望，最終達到新的認知平衡的教學方式，這對學生的悟性提出了較高的要求。

因此，教師在教學中設置認知沖突時不能流于形式，且知識跨度不能太大。教師要花大量時間解讀和深度理解教材，下功夫研究學情，結合學生的學業水平能力，仔細斟酌，精心設置與學生已有知識相符的認知沖突。

綜上所述，基于真實情境視域下實施認知沖突教學法須基于教材，改進教法，為學生拾級而上搭梯建臺，以達到滲透化學核心素養的初衷。

【參考文獻】

［1］趙國慶，熊雅雯，王曉玲.思維發展型課堂的概念、要素與設計［J］.中國電化教育，2018（07）：7-15.

［2］朱鵬飛，陳敏，孫逸明.化學學科核心素養導向的教學設計：以“元素周期律”為例［J］.化學教學，2019（10）：37-42.

［3］石宏慧.簡談高中歷史學習中的認知沖突［J］.新課程學習（上），2012（11）：194.

［4］教育部考試中心.中國高考評價體系說明［M］.北京：人民教育出版社，2019.