借助认知冲突促进深度思考

田宝美

物理学是一门需要深度思考和理性认知的学科。我们在教学中可以利用认知冲突造成思维碰撞，抓住学生当前的学习情境与已有的认知结构之间暂时存在的矛盾，合理地利用新知与旧识的认知失衡，从而激发学生对问题本质进行进一步的探究与领悟。在课堂教学中教师如能巧妙设置认知冲突，会使课堂“一波三折”，使学生的学习更加主动，思维更加活跃，认知更加深刻。

1.借助新旧概念引发认知冲突，促进物理概念的正确认知。

概念是学生理解物理规律研究物理问题的基础。学生在学习新知识时，他们的头脑中并非一片空白，之前学习过的知识以及个人的经历、经验都使得他们在头脑中建构了一定的概念体系。教师可以借助新旧概念间的“矛盾”，触发学生的认知冲突，激发他们的求知欲望，可以让课堂教学达到事半功倍的效果。

例如，在教学“康普顿效应”时，学生已有的认知是：光电效应是金属中的电子吸收一个光子后逸出形成光电流的现象，爱因斯坦提出的光子模型，即光是由一个个不可分割的能量子组成，这些能量子即为光子，它成功解释了光电效应中的各种规律。通过光电效应的学习，学生建立了光子模型，即光是由光子组成的，在光子和电子相互作用时，光子的能量要么一次性被全部吸收，要么不吸收。

而“康普顿效应”是康普顿在研究X 射线与石墨相互作用时，发现散射光中有波长大于原入射光波长的成分。康普顿用光子模型成功解释了这一现象，他认为在光子和电子发生碰撞时，光子把部分能量传给了电子，所以光子能量减少了，出现了波长变长的成分。

通过对比引起学生的认知冲突：光电效应和康普顿效应都是光的粒子性的有力说明，它们本应该是统一的，但康普顿效应中光子的能量为什么可以被部分吸收？这与光电效应中光子的能量只能被全部吸收岂不矛盾？是爱因斯坦的光量子理论错了吗？由此激发学生的质疑、讨论和各种猜测。

原来，康普顿效应表面看起来是部分吸收了光子的能量，部分吸收的表象下电子和光子的相互作用其实经历了两个过程：吸收和散射。如图1 所示，初态的电子e 全部吸收了原来的光子ν，经历一段过程后散射产生一个新的反冲电子e''和新的光子ν'，这里发生的是四体相互作用（原电子，入射光子，新的反冲电子和新光子）。

经此解释，学生能将新知与旧知进行统一，再次达到认知的平衡，即康普顿效应中电子也是全部吸收光子的能量，然后再放出一个新光子。

这样的教学也让学生意识到看问题要透过现象看本质；当发现表象与已有认知不一致时，这正是需要我们进一步去学习和探究的地方；培养学生对于不同观点和结论要敢于提出质疑和批评，进而提出创造性见解的品质和能力。

2.通过实验创设认知冲突，增强科学探究意识。

实验可以为学生提供丰富直观的体验。物理课堂教学中通过对比实验，创设矛盾情境作为外部刺激，有利于深化学生的原有知识。教师通过实验可以帮助学生寻找新知识在原有知识上的同化点，促进其认知结构的同化。

例如人教版物理选修3-2 第14 页第6 题：

如图2，A 和B 都是铝环，环A 是闭合的，环B 是断开的，横梁可以绕中间的支点转动。用磁铁的任意一极去接近A 环，会产生什么现象？把磁铁从A环移开，会产生什么现象？磁极移近或远离B环时，又会产生什么现象？解释发生的现象。

在此情境下通过演示实验学生能看到的现象是，磁铁靠近A 环时A 环远离，磁铁离开时A 环靠近，即“来拒去留”；靠近或远离不闭合的B 环时，B 环不动。

如果做完铝环的实验能紧跟着再加一组铁环实验：C 和D 都是铁环，C 环是闭合的，D 环是断开的。会出现和铝环一样的现象吗？猜测、讨论后请学生来做实验。

通过实验学生会看到，在磁铁靠近时不管是闭合的C 环还是断开的D 环都会靠近磁铁。

同样是闭合的金属环，为什么条形磁铁靠近时铝环是远离的，铁环是靠近的？同样是断开的金属环，为什么条形磁铁靠近时铝环不动，铁环靠近？由实验现象造成的认知冲突，激发促进学生进行再讨论、交流。

学生会发现铁是铁磁性物质，磁铁对铁具有很强的吸引力F吸，所以铁环表现出来的是靠近磁铁。磁铁之所以能够吸引铁、钴、镍这类金属，是因为这类金属放在磁场中能自发地被磁化，具有这一性质的物质就叫铁磁性物质；而像铝、铜一类的物质由于内部结构原因不易被磁化，所以没有受到很强的吸引力，主要表现出来的是感应电流受到的力。

综上，笔者认为在课堂教学中教师如能“有意”引起学生的认知冲突，并由此发展学生思维的深度和广度，日积月累，学生的学科核心素养就会在悄无声息中生根发芽。