巧设认知冲突提升化学教学有效性
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摘要：阐述了如何在化学课堂教学中利用学生日常经验、基于新旧知识之间的联系以及设计实验探究情境等策略巧设认知冲突，能激发学生的认知内驱力，培学生的思维能力，提高化学教学的有效性。
关键词：化学教学；认知冲突；有效教学
文章编号：1005－6629(2012)1－0018－02 中图分类号：G633.8 文献标识码：B
在认知发展过程中，当原有概念(或认知结构)与现实情境存在某些差距时，就会引起学习者在心理上产生矛盾或冲突。学源于思，思源于疑，认知冲突是激发思维的第一步，有利于激发学生的认知需要与探究愿望，促进学生进行知识的自主建构，从而发展学生的思维能力。在课堂教学中，若能巧设认知冲突，造成学生认知结构的不平衡，将学生带入“愤悱”的学习心境，不仅能促成新的认知结构的形成，而且能激发学生的思维，大大提高化学课堂教学的有效性。因此，在教学设计时，需有意识地巧妙设置教学情境，让学生在日常经验上、新旧联系间、实验探究中产生认知冲突。
1 基于日常经验，引发认知冲突
化学科学与生产、生活以及科技的发展有着密切联系，化学新课程要求“从学生已有的经验和将要经历的社会生活实际出发，帮助学生认识化学与人类生活的密切关系，关注人类面临的与化学相关的社会问题，培学生的社会责任感、参与意识和决策能力”。教师可以从生活中提取素材，设置认知冲突，引导学生从化学视角去发现社会、科技发展、生产生活中各类与化学相关的问题，展开探究，以获得新的知识和经验。
例如，学生对于“酒是陈的香”这句俗语非常熟悉，但并不清楚其中的原因。若直接说明陈酒较香是因为生成了具有芳香味的酯，就会因为学生缺乏适当的知识基础而无法引起学生的共鸣。而若设计依次递进的问题“酒越陈越香说明了什么问题?酒在放置过程中可能发生了什么变化?生成的乙醛和乙酸是否产生酒香的原因?”
在此前，学生刚刚学习了乙醇能够被氧化为乙醛，而乙醛能够进一步被氧化为乙酸的知识，而当教师告知他们这两种物质均不是引起“酒香”的原因时，学生就会迫切产生知晓原因的强烈愿望，此时再演示酯化反应的实验，学生就会特别关注酯独特的气味，并因能够解释酒香产生的原因，得到心理上的满足感。
学生通过日常生活，不仅积累了丰富的日常经验，而且形成了大量的日常概念，也称为“前科学概念”。当“前概念”与科学概念的含义一致(即朴素概念)时，有助于学生理解与掌握科学概念；而当学生已形成的前概念偏离科学概念(即迷思概念)时，则会对学生正确掌握科学概念、形成科学认识造成一定的障碍。建构主义的教学观认为，对前科学概念的不满是促使学生概念转变的关键因素，只有当学生感到原有的概念失去了作用，不能解释新的事件或者不能解决当前遇到的问题，产生认知冲突时，他才可能去改变原有概念。从这个意义上来说，创设认知冲突情境进行概念转变在教学中具有重要作用。
例如，学生在学习“化学平衡”之前，对于平衡已经较为熟悉，如跷跷板的平衡、天平(或杆秤)的平衡，而在物理学习中也已经接触了力的平衡等。这些平衡易使学生将静止状态作为平衡的本质特征，从而可能会形成“达到化学平衡时，反应就会停止”的迷思概念。此时，若提供不同阶段的反应速率数据，引导学生分析化学平衡状态下的速率特征，同时借鉴同位素示踪的原理，利用多媒体技术的优势，从微观上模拟化学平衡状态下的反应特征，就会引发学生强烈的认知冲突，促使其重新认识化学平衡的动态特征，从而澄清模糊观念，建立恰当的平衡观。
2 基于新旧联系，生成认知冲突
依据学生认知发展规律是化学课程内容选择与编排的重要原则，这就使得同一类型的知识在不同的教学阶段反复出现，但在内容的深广度上存在较为明显的差异。设计恰当的先行组织者，探寻新旧知识的联系，并将此作为新知识的起点，可促进新知识的学习。研究表明，那些和学生已有知识有一定的联系，学生知道一些，但是凭已有的知识又不能完全解决的问题，也就是说在“新旧知识的结合点”上产生的问题，最能激发学生的认知冲突，驱使学生有目的地积极探索。
例如，在“氧化还原反应”教学中，在学生的已有知识结构中已经有了“4种基本反应类型”的概念，若提出问题“以下2个反应属于哪一种基本反应类型?
①3CO+Fe2O3=2Fe+3CO2；②Cl2+H2O=HClO+HCI”。学生通过分析发现，这两种反应并不属于4种基本反应类型中的任何一种，即4种基本反应类型并不能囊括所有的化学反应。由此就产生值得研究的问题，即这两个反应到底属于什么反应?有没有可以囊括所有化学反应的更本质的分类方法?这些问题的设计基于原有知识，而原有知识又不能解决当前问题，由此就会促使学生产生一种“愤悱”状态。此时，师生共同分析化学反应中各元素化合价变化的特点，就可以发现两者的共同特征在于化合价发生变化，而根据化合价是否变化进行化学反应的分类可以包容所有反应，从而促进“氧化还原反应”的学习。
3 基于实验探究，制造认知冲突
化学是一门以实验为基础的自然科学，实验是化学最精彩的部分，也是设置认知冲突的重要手段。学生在观察或进行实验之前，时常会有意无意地生成假设。当实验现象与假设相近时，就会感受到成功的喜悦。而当实验现象与假设相异时，就会产生强烈的认识冲突，从而激发进一步探究的愿望。由此，教师可以通过创设探究性实验情境，预先有目的地让学生尝试作出猜想，然后通过实验产生意想不到的新现象，促使学生用改变原有的认知结构去顺应、解释这些新现象。
例如，在学生学习完钠的化学性质后，可让学生思考钠和硫酸铜溶液能否反应，并要求学生推测反应现象并写出反应的化学方程式。对于一般学生来说，他们会自然地想到活泼的金属钠从硫酸铜溶液中置换出不活泼的金属铜，现象是有红色的铜析出。对于智优学生来说，他们可能想到金属钠也会与水发生反应，由此推断在生成红色铜的同时还可能有氢气生成。此时进行实验，可能发现与学生预测均不相符的现象，即并没有红色的铜出现，而是生成蓝色的氢氧化铜。由此学生就会产生强烈的认知冲突，迫切希望知道氢氧化铜产生的原因。此时，引导学生对反应物的组成(钠、水、硫酸铜)展开分析，就会得出反应的本质是，钠和水发生反应，生成的氢氧化钠进一步和硫酸铜发生反应。进而推断，钾、钙等比钠更活泼的金属应该具有相似的反应特征。
研究表明，科学史的研究进程在一定程度上与学生的思维发展有相似之处。著名化学家傅鹰先生说过：“化学给人以知识，而化学史给人以智慧。”正是在解决传统知识与不断产生的新奇现象之间的认知冲突上，科学家的智慧得以体现，化学学科得以发展。因此，在无法直接进行实验的情况下，可以利用科学史上一些著名的实验来制造认知冲突，激发学生的探究热情。
例如，由葡萄干面包模型向行星模型的发展体现了人类对原子结构认识的进一步深入，而在导致这种模型转变的α粒子散射实验中，因认知冲突而引发的深刻思维起到了关键作用。在教学过程中，可以模拟研究过程，由学生先依据葡萄干面包模型预测α粒子散射实验的现象。学生由于经验的限制，往往会得出绝大多数α粒子反弹回来的假设。而实验的结果正好相反，绝大多数直接穿越，少数发生折射，极少数被直接反弹回来。由此产生的认知冲突引发学生强烈的求知欲望，促使他们深刻思考现象产生的原因，并最终认识到引起α粒子反弹的关键因素是原子核的高密度及其所带的正电荷，从而理解行星模型的合理性。
参考文献：
[1]车文博，当代西方心理学新词典[M]，长春：吉林人民出版社，2001
[2]张建伟，概念转变模型及其发展[J]，心理学动态，1998，6(3)：33～37