“认知冲突”情境教学法在中学化学教学中的应用

薛琴

[摘   要]文章结合教学实例阐述如何在生活常识中、理论推导中、图像分析中、化学史的发现历程中引发学生认知冲突，引导学生积极思考，制造课堂起伏，活跃学生思维，提高学生的解题水平以及学生知识的自主建构能力，从而提升教学质量。

[关键词]认知冲突;情境教学法;化学教学;应用

[中图分类号]    G633.8        [文献标识码]    A        [文章编号]    1674-6058（2021）29-0074-02

认知冲突是指认知发展过程中原有认知结构与现实情境不符时在心理上所产生的矛盾或冲突。面对新知识或新问题，学习者能利用已有知识经验去理解或解决时，心理上就会处于一种平衡状态。一旦当学习者用已有的知识经验无法解决新问题或新知识与已有知识经验不一致时，认知冲突就产生了。

唯物辩证法指出：事物的发展是内外因共同起作用的结果。对学生学习来说，教师、教材和教学环境都是外因，只有学习者脑中产生的认知冲突是内因。可以认为，没有认知冲突就没有学习的发生，更不可能有思维的发展。

皮亚杰的认知发展理论中的“认知不平衡”观点认为：个体的认知发展是在认知不平衡时通过同化或顺应两种方式来达到认知平衡的，认知不平衡有助于学生建构自己的知识体系。教师在教学中可以利用认知冲突激发思维碰撞，抓住当前的学习情境与学生已有认知之间暂时存在的矛盾，合理地利用新知与旧识的认知失衡，促使学生对问题本质进行进一步的探究与领悟。

“认知冲突”情境教学的一般过程为：（1）创设问题情境，引发认知冲突;（2）探究问题本质，分析冲突根源;（3）消除矛盾，重塑认知结构。学生的认知发展经历了“认知冲突—旧的认知被打破—达到新的认知平衡”，这是教育教学中“泛化的勒夏特列原理”。

一、“认知冲突”情境教学法的应用

1.在生活常识中引发认知冲突

以人教版化学必修1“Na2O2的性质”新课导入片段为例。

师：水都可以用来灭火吗？（复习旧知）

生：钠与水剧烈反应产生氢气，遇明火爆炸。

师：水不仅可以灭火，还可以点火！（激发学生的求知欲）

演示实验：滴水生火。用脱脂棉包住约0.2 g过氧化钠粉末，置于石棉网上，往脱脂棉上滴水，可观察到脱脂棉剧烈燃烧起来。

设计意图：通过创设“水能灭火，亦能点火”的认知冲突情境，设置疑问，激发学生的学习兴趣，引出新课内容。“良好的开端是成功的一半”，事实证明，这节课的教学效果很好。

2.在理论推导中引发认知冲突

人教版化学必修2中学生学习了甲烷的电子式的书写、空间正四面体的结构、109°28′键角，并对此深信不疑。但在人教版化学选修3关于“分子的立体结构”的学习中产生了认知冲突。

师：甲烷中C原子与H原子结合成的分子为什么是CH4，而不是CH3或者CH2呢？甲烷为什么具有空间正四面体结构？C原子的电子排布式为1S22S22P2，其2S轨道上两个电子是成对的，无法与H原子的一个电子形成共用电子对，所以只有P轨道上的两个单电子分别与两个H原子的电子形成两个共用电子对，即两个共价键。因此甲烷的分子式应该是CH2，而不是CH4。另外，两个P轨道彼此互相垂直，甲烷的键角应该是90°。

师：上述理论推导的结果显然与事实不符，说明所学的旧理论有欠缺，该如何解决？

生：修正理论。

师：为了解释CH4等分子的空间构型，美国化学家L.Pauling于1931年提出了杂化轨道理论。在形成CH4分子的过程中，C原子2S轨道上的一个电子进入了一个2P空轨道。这样，一个2S轨道和三个2P轨道混合起来，形成能量相等、成分相同的四个SP3杂化轨道。C原子的四个SP3杂化轨道指向正四面体的四个顶点，每个轨道上都有一个未成对电子。当C原子与四个H原子结合时，C原子的四个SP3杂化轨道分别与四个H原子的1S轨道重叠，形成四个C—H σ键，因此呈现正四面体的立体构型，键角为109°28′。

设计意图：纯理论的学习是很枯燥的。当学生已有的认知与新知产生冲突时，学生学习的热情会被激发出来，不再被动地接受知识，而是努力建构自己的知识体系，引发认知结构重组。

3.在图像分析中引发认知冲突

以人教版化学选修4“化学反应与能量的变化”教学片段为例，教学中先从反应物和生成物的总能量相对大小的角度分析吸热反应和放热反应，以反应过程为横坐标、能量为纵坐标，分别画出吸热反应、放热反应中的能量变化图像。学生讨论得出图1。

再从化学键的角度分析化学反应中能量变化的情况，并用图像表示出来。学生分组讨论，绘制能量变化图（如图2），并分析图中能量变化的原因。

学生发现图1和图2存在差异。为什么图2会有“凸起”，而图1没有？并由此展开讨论。

化学反应的本质是断开旧键，形成新键。断开旧键的过程吸收能量，表现为曲线凸起;形成新键时放出能量，曲线落下。图1侧重于物质总能量的变化，图2侧重于成键与断键过程中能量的变化，要体现断键吸热、成键放热的过程[1]。

设计意图：在对图像的分析中，引发学生的认知冲突，促使学生积极思考，获得新知，并学会从不同角度分析问题的方法。

4.在化学史的发现历程中引發认知冲突

人类认识原子的历史是漫长的，也是无止境的。在人教版化学必修1“原子结构模型的演变”教学中，通过对科学发展不同时期所构建的原子结构模型的来龙去脉的分析和介绍，使学生能从宏微结合的视角理解原子结构模型提出的证据，初步形成建构模型的认知方法。

早期关于原子的思辨基本上还是属于一种哲理性的猜测和推想，受制于历史的局限，没有任何实验根据。如亚里士多德：物质无限可分，永远都得不到一个不可再分割的微粒。德谟克利特：原子是不能再分的物质微粒。

近现代原子结构理论模型的建立与发展：道尔顿的原子论—汤姆生的“葡萄干蛋糕”模型—卢瑟福的原子结构模型—波尔的原子结构模型—电子云模型。

教学中可以请学生结合物理相关知识分析各种理论有什么优缺点，解释为什么汤姆生的“葡萄干蛋糕”模型无法解释卢瑟福的α粒子散射实验的结果，为什么卢瑟福的推理具有合理性。这样就赋予了化学史逻辑思辨的魅力。

设计意图：创设科学家科学探究过程的情境，引导学生循着科学家的足迹重新经历这一系列的假设和推导，体会科学家所经历的认知冲突，激发学生的好奇心和求知欲。

二、“认知冲突”情境教学法的积极作用

1.有利于形成悬念，引发思维

在课堂导入中设置认知冲突可以打破学生旧的认知，制造认知的不平衡，激发学生的求知欲，激发学生的学习兴趣，促使学生积极、主动地参与到对问题的探讨过程中。但要注意的是，引发的认知冲突在课堂最后要得到明确的解决，这样才能首尾呼应。

2.有利于制造起伏，活跃思维

在教学中设置认知冲突，一方面可以避免课堂气氛平淡，缺少教学高潮;另一方面，也能激发和引起学生的情绪与注意力，使学生从情感上参与课堂教学。认知冲突的设置还可以调节教学节奏，使课堂教学有张有弛、起伏有度。

3.有利于提高学生的解题水平

学生终究是要参加考试的，能力的高低在现阶段是要通过解题能力来呈现的。在“素养为本”的大背景下，高考试题更强调对知识的理解和应用，倡导真实情境问题的解决。在平时的教学中，教师多创设认知冲突情境，让学生多积累分析各种冲突情境问题的经验，这样当他们在考试中遇到新的情境问题时，就可以从容应对了。

4.有利于学生知识的自主建构

建构主义学习理论认为，教学不能无视学习者已有的知识经验，不能简单粗暴地从外部对学习者实施知识的“填灌”，而是应该把学习者原有的知识经验作为新知识的生长点，引导学习者从原有的知识经验中主动建构新的知识经验。这种建构不能由他人代替，因此教师在教学中巧妙地设置认知冲突，将非常有利于学生对知识的自主建构。

当然，“认知冲突”情境教学法也有其局限性。它对学生的思维要求较高。教学实践表明，那些平时学习水平较高的学生往往勤于思考，较为主动，在学习中遇到认知冲突往往会“愈战愈勇”，思维越发活跃。而学习水平较低的学生看似参与其中，但看热闹的成分似乎更多，參与程度普遍不高。因此，“认知冲突”情境教学法对于学习水平较高的学生更加有效[2]。

[   参   考   文   献   ]

[1]  陈柳青，刘江田.立足课堂培养化学核心素养：以“化学反应与能量的变化”为例[J].中学化学教学参考，2018（5）：21-23.

[2]  杨季冬，吴冰寒，毕文婷.化学教学方法对不同层次学生的影响：以认知冲突法和直接教学法为例[J].化学教学，2016（8）：14-16+91.

（责任编辑 罗 艳）