認知沖突策略在高中物理教學中的應用

【摘要】當前，在高中物理教學環節，物理教師需要創建認知沖突，帶動學生進行拓展延伸學習，在此期間，教師需要銜接生活經驗和物理知識，創建認知差異，同時引進仿真虛擬實驗，模擬認知沖突，鼓勵學生在學習過程中打開思路參與綜合性探索.教師應當鼓勵學生開展互動探討，從多個角度嘗試解決認知沖突，引領學生在學習期間收獲更加良好的體驗和感悟，提高其整體學習效率.本文對高中物理教學中應用認知沖突的策略進行分析探討.

【關鍵詞】認知沖突；高中物理；課堂教學

在高中物理教學期間，教師需創建認知沖突，引進多元化情境，帶動學生在研學探索環節進行深入思考，靈活探究，豐富知識儲備，提高整體學習質量和效率.

1 認知沖突策略在高中物理教學中的作用分析

認知沖突策略在高中物理教學中的應用對學生的學習起了積極的促進作用.相關策略在高中物理教學中的應用包括引入矛盾的案例或實驗、制造思維沖突的問題、促進合作與辯論、鼓勵探索和研究性學習、提供反思和總結的機會等，通過這些策略應用可以激發學生的學習動力，提升學習效果.并且，教師引進認知沖突是培養學生創新能力的關鍵舉措，鼓勵學生質疑和挑戰現有認知，培養其批判性思維.此外，在創建認知沖突的過程中，學生會尋求新的解釋和解決方案，這有助于培養其創新思維和解決問題的能力.最后，認知沖突能夠激發學生的學習興趣和動力，使其在學習過程中將更加投入和專注，提高學習效率.因此，高中物理教師需要在教學過程中創建認知沖突，引領學生沖破原有的思想認知束縛，更加積極高效參與學習，形成對課程知識更為完整全面的認知.

2 認知沖突策略在高中物理教學中的應用策略

對于認知沖突策略的理論研究，主要來自皮亞杰的認知發展理論，從皮亞杰理論可得，認知發展是對新知識進行逐漸建構的過程.當與外界接觸獲取刺激時，心理活動主動參與，同化與順應發生連續變化，取得外界與認知結構的平衡.概念在認知沖突的形成和解決過程中逐漸建立，很多科學家都認為在學習中最有效的一種學習策略就是設置認知沖突.在國內，關于認知沖突策略理論方面的研究比較少，將理論應用到教學實踐中的案例比較常見.

2.1 銜接生活經驗與物理知識，創建認知差異

調動學生的認知內驅力最有效的手段就是引發學生的認知沖突.按皮亞杰理論，人有保持認知平衡的傾向，當學習者頭腦中的新知識與舊知識之間存在差異時，學生就會認知失衡，為了再次平衡，會產生認知需要，產生學習興趣，萌發強烈的探求欲望，所以，教師要正確面對學生的認知沖突，敏銳把握，沉著應對，準確到位地采取有效的對策，及時抓住教學機遇，經常保持刺激的新穎和變化，當然，這也要求教師具有良好的素養、扎實的知識功底和嚴謹的治學態度.為此，高中物理教師在教學過程中創建認知沖突需銜接生活經驗和物理知識，帶動學生進行遷移性學習.在該環節，教師應當從日常生活中選取與物理知識緊密相關的實例，相關實例需具備代表性和普遍性，能夠在初期引起學生的共鳴和興趣.緊接著，教師需剖析其中所蘊含的物理現象，讓學生意識到相關現象背后的物理知識，在此基礎之上，教師可創建相應的矛盾，結合問題情境，創設認知沖突，帶動學生從不同視角對生活現象、社會規律進行剖析.之后，鼓勵學生圍繞著認知沖突進行討論、實驗、推理，尋求答案.在此期間，教師需鼓勵學生大膽質疑，勇于探索，能夠從不同維度和方向提出解決方案；同時引導學生對所學知識進行總結和反思，幫助其深化對物理概念的理解和認知.此類模式將物理知識和生活經驗結合在一起，創設富有趣味性和挑戰性的情境，可激發學生的探究欲望.并且，鼓勵學生對原有的認知進行反思質疑，從而引導其進行深度思考，培養其批判性思維能力和探索能力.

例如 在高中物理課程中，牛頓第一定律（慣性定律）是一個核心概念，它揭示了物體運動狀態改變的基本規律.為了使學生更深刻地理解這一定律，教師可以采用“銜接生活經驗與物理知識，創建認知差異”的策略進行教學.在課程導入階段，教師：“大家都有過這樣的體驗，當你坐在一輛勻速行駛的公交車上，司機突然剎車，你會感覺身體不由自主地向前傾.這是為什么呢？”這個問題直接關聯到學生的日常生活經驗，能夠迅速引起他們的興趣和共鳴.緊接著，教師需創設認知沖突：“有些同學可能會認為，是我們被某種力量向前推了，但實際上，在剎車的瞬間，并沒有任何外力直接作用在我們的身體上推動我們向前.那么，為什么我們的身體會向前傾呢？這與我們今天要學習的牛頓第一定律有著密切的關系.”

之后通過直觀演示帶領學生建立起新概念：“現在，我們來做一個簡單的實驗.這里有一個小車，上面放著一個小球.當小車在光滑的水平面上勻速直線運動時，小球保持靜止不動（相對于小車）.然后，我們突然使小車停止，大家注意觀察小球會發生什么現象.”通過實驗演示，學生可以看到小球由于慣性繼續向前滾動，直到受到小車邊緣的阻擋才停下來.并且讓學生思考：“為什么小球沒有隨著小車的停止而立即停止呢？這是因為小球具有慣性，它要保持原來的運動狀態不變.同樣地，在公交車上剎車時，我們的身體也是因為慣性而繼續保持原來的運動狀態，所以身體會向前傾.”

2.2 引進仿真虛擬實驗，模擬認知沖突

當教師引進生活經驗，成功將學生引向正確的路徑和方向進行學習拓展之后，需要引進仿真虛擬實驗，引導其模擬認知沖突，這是一種創新且高效的策略，結合現代科技手段，通過模擬真實環境和物理現象，促進其對認知沖突產生更為深刻的理解.在此期間，教師需結合學生已有的知識水平，以及學過的物理概念，引進虛擬系統，構建虛擬模型，在模型中可以展示物理規律、物理現象，引領學生在虛擬系統中開展互動交際，通過改變參數和變量，發現模型的變化規律和特征；同時，探索模型中的局限和不足.緊接著，讓學生根據認知沖突，嘗試調整其中的參數變量或引進新的物理規則，觀察模型運行狀況，從而產生新的理解和認知.這一過程不僅可以直觀演示物理規律和物理現象變化過程，還能夠幫助學生理解抽象的物理概念，并激發學生好奇心.整個仿真系統能夠最大限度調動學生的創新思維，增強其創新探索能力，從而使物理教學能夠提質增效.

2.2.1 概念導入

教師：“想象一下，你站在一個無摩擦的賽道旁，看到兩輛完全相同的小車，一輛裝載著少量沙子，另一輛裝載著滿滿一車沙子.現在，兩輛小車同時受到一個相同大小的推力開始加速.你認為哪輛小車會更快地到達終點？”這個問題直接關聯到學生的日常生活經驗（盡管無摩擦的賽道是理想化的），但足以引發他們對質量與加速度之間關系的初步思考.“為了更準確地探究這個問題，我們將使用仿真虛擬實驗來模擬這一過程.請看屏幕，這里是我們構建的虛擬賽道和兩輛小車.現在，我將同時給兩輛小車施加一個相同大小的推力……”（此時，學生可以通過屏幕觀察到兩輛小車在虛擬賽道上的運動情況.）

2.2.2 模擬認知沖突

裝載少量沙子的小車明顯比裝載滿滿一車沙子的小車加速更快.這與我們可能直觀認為的“質量越大的物體越難推動”有所不同，實際上，在相同外力作用下，質量小的物體加速度更大.教師提問：“為什么會出現這樣的現象呢？這背后的物理原理是什么？”這個問題直接指向了牛頓第二定律的核心內容，即加速度與外力成正比，與質量成反比.緊接著，教師說道：“請大家結合我們之前學過的牛頓定律知識，思考一下為什么質量小的物體在相同外力作用下加速度會更大.”

2.3 開展互動探討，從多個角度解決認知沖突

學生正式學習任何科學知識之前，頭腦中并不是一片空白，對所接觸的內容一無所知，而是已經在日常學習和生活中積累了一定的基礎，包括對事物的認識和思維方式，這種認識被我們科學地稱為“前概念”.在物理概念教學中，我們可以充分利用這些典型、生動且熟知的生活素材創設認知沖突，使學生有身臨其境的感覺；同時抓住學生的認知不足

之處，利用物理現象和物理現象本質的矛盾也是創設認知沖突的有利條件.為此，教師引進互動探討模式，從多個角度引導學生解決認知沖突是必不可少的，該策略旨在通過組織互動性課堂、探討活動，鼓勵學生從不同角度去審視和解決沖突，在探討環節，學生可以分享各自觀點，提出疑問，進行辯論，通過合作交流，探討物理現象的本質和規律.在此期間，教師需要根據教學內容設計或引入一個能夠引發學生認知沖突的情境，相關情境可以是一個有爭議的物理現象以及一個看似矛盾的實驗結果.之后，將學生分為若干小組，每組分配一個認知沖突相關的任務和問題，鼓勵學生獨立思考，搜集相關資料，并準備自己的觀點和論據.在課堂上，教師組織學生在小組內進行互動探究，每個小組可以輪流展示自己觀點和論據，而其他小組可以質疑、補充或反駁，從不同角度思考問題、探究問題，其間教師給予學生適當反饋和指引.在探討過程中，教師還需要鼓勵學生關注不同觀點之間的聯系和差異，引導其認識物理現象的復雜性和多面性.在探討結束之后帶動學生進行總結和反思，回顧探討過程，梳理關鍵點和知識要點，指出存在的問題和不足，并進行持續改進優化.

例如 在高中物理課堂上，針對牛頓第三定律（作用力和反作用力定律），教師需設計一項互動性強的教學活動，通過實際操作和集體討論，引發學生的認知沖突，并引導他們從多個角度解決問題.在前期，教師準備兩輛滑板車，邀請學生A和學生B參與實驗.兩位學生分別站在滑板車上，面對面站立，并保持適當的距離.

教師：“現在，A同學和B同學，請你們在保持平衡的同時，同時用力推對方.”隨著教師的指令，兩位學生同時用力推向對方.“大家注意看，當A同學推B同學時，B同學也同時在推A同學.結果，我們觀察到兩輛滑板車都向后移動了.”（教師指向正在滑動的滑板車，學生們紛紛點頭表示同意觀察到的現象.）教師：“這個現象似乎與我們之前的直觀認知有些不同.有些同學可能會想，難道不是只有被推的那個同學（比如B同學）會后退嗎？為什么A同學也會后退呢？”教師提出問題，引發了學生的認知沖突.“接下來，請大家分組討論，嘗試用我們學過的物理知識來解釋這個現象.特別是要思考牛頓第三定律是如何在這里起作用的.”學生們迅速分組，開始熱烈討論.

在觀點展示環節：“時間到，現在請各組代表來分享你們的觀點.”第一組代表舉手發言：“我們認為，這是因為A同學推B同學時，B同學也給A同學施加了一個等大反向的反作用力.根據牛頓第三定律；作用力和反作用力總是成對出現，大小相等、方向相反.”教師：“第二組有什么不同的看法或者要補充的嗎？”第二組代表補充道：“我們同意第一組的觀點，還想補充一點，那就是這兩個力分別作用在兩個不同的物體上——A同學和B同學.因此，兩個滑板車都會因為受到力的作用而向后移動.”

3 認知沖突策略在高中物理教學應用中的注意事項

在高中物理教學過程中，物理教師引進認知沖突教學模式，構建沖突環境，帶動學生進行遷移拓展學習是必不可少的，在此過程中，教師需要結合學生已有的知識儲備，創造具備適應性的認知沖突課堂，以保證學生能夠對問題進行研討探究，產生深刻的學習體驗和感悟.同時，在教學過程中，教師應當基于構建主義理論，結合多元化資源和工具，比如利用信息技術，打造沉浸式的情境，更加直觀、形象地展示認知沖突，從而引導學生進行深入思考、靈活探究.后續，教師在教學期間還應當打造一個開放的學習環境，鼓勵學生在探討交流環節分享個人的理解和認知，掀起良好的研學潮流，使每一位學生能夠在學習期間獲得啟發.但是，高中物理教師還應當在創建認知沖突環節引進完善的教學評價體系，對情境的適應性以及認知沖突的合理性進行點評分析，力求全方位暴露學生在學習期間的實際狀況.同時，引進“教學評一體化”模式，結合過程反饋、過程指引，在學生實踐探索的環節適當引進小問題、小項目作為補充，從而帶動學生進行更加深入的探究.

4 結語

總體來說，在高中物理教學期間，教師需創建認知沖突，引進豐富的課程情境，帶領學生進行靈活思考、高效探究，使其能夠主動參與課程學習，獲取良好的學習體驗和感觸.

參考文獻：

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