巧设认知冲突 构建“四有”课堂

刘锦圳 张贤金

摘要：以“'化'说汽水”主题教学为例，对运用认知冲突促进有效学习的教学活动设计和主要教学策略进行了探讨，在教学实践中构建起理念有数、素养有培、流程有效、评价有为的“四有”课堂教学模式，为核心素养的落地生根提供了有效的路径。

关键词：认知冲突;“四有”课堂;核心素养

文章编号：1008-0546（2021）05-0068-04中图分类号：G632.41文献标识码：B

doi：10.3969/j.issn.1008-0546.2021.05.018

习近平总书记关于教育的重要论述中提出“坚持把立德树人作为根本任务”，这与新课程改革所强调的“以素养发展为目标”不谋而合。12018年细化并明确了化学学科核心素养以来，构建以“素养为本”的课堂成为了当下热门话题和探索方向。“四有”课堂的教学模式由此孕育而生，以理念有数、素养有培、流程有效和评价有为审视课堂教學的落实情况⑴，让核心素养的践行有据可依。

认知冲突，最早出现于皮亚杰的认知发展理论。研究表明，学生认知的发展是通过打破旧的认知平衡，以同化或顺应方式建立起新的认知平衡⑵。在课堂教学中通过预设能产生认知冲突的问题，能帮助学生更好、更快地越过认知的“能垒”，对学生建构知识、提升能力、发展素养起到了关键作用。本文以“'化'说汽水”的教学为例，阐述运用认知冲突策略优化课堂教学，构建以素养为本的“四有”课堂。

一、教学内容与分析

1.教材处理时出现的困惑

沪教版初中教科书《化学（上册）》第2章第2节“奇妙的二氧化碳”，教学建议中安排了2课时（见表1、表2）。

教师在处理该节课教学内容时普遍感到不适，存在诸多困惑：

困惑一：按建议中课时1的学习任务教学，会出现二氧化碳的性质被割裂开来，不便于学生系统认识和掌握二氧化碳的性质。

困惑二：将建议中课时2有关二氧化碳性质的学习任务安排到课时1，又会造成课时1的任务不能有效落实。

困惑三：按建议实施教学，还会出现情境素材繁杂，不同情境知识又存在交叉，导致学生知识建构出现碎片化和重复性，削弱了学生对重点知识的关注。

困惑四：上一节的教学内容是“性质活泼的氧气”，通过可燃物在空气和氧气中燃烧实验的对比，能很好地体现氧气的“活泼”。如何根据本节课的学习任务呈现二氧化碳的“奇妙”，也是很多教师的困惑所在。

2.困惑解决中产生的想法

建构主义认为学习是学习者在一定的情境下，基于原有的知识经验并借助教师或学习伙伴的帮助，实现意义建构的过程。学习者新旧知识经验在冲突和冲突解决的过程中，将带来认知结构的重组⑶。基于对建构主义理论的理解，笔者试图围绕某一真实的简单情境来搭建知识概念框架，化解教师在处理教材时产生的困惑。学生通过自身真实的情感体验和教师提供的问题支架，使自我的认知由“生疑”转入“释疑”再到“质疑”并实现“化疑”，将知识内化到自己的智能结构中，促成意识的转变、素养的提升和智慧的升华。

二、教学设计与过程

1.教学设计的思路

本文以第1课时“'化'说汽水”教学为例，明“谈”汽水，暗“探”二氧化碳，力求呈现二氧化碳的“奇变”和“妙用”。借助学生在实验中的意外发现、猜想与事实间的矛盾等认知上的冲突，实现了情境、知识、活动和素养目标的融合，打造出以素养为本的“四有”课堂。教学程序规划如图1。

在教学实施的过程中，教师把握最佳教学时机原则，充分利用认知冲突策略适时抛出能唤醒学生认知需求的情境问题。学生通过解决学科、生活情境问题的活动，强化了对重要化学事实、概念及思想方法的理解。

2.教学过程的实施

活动一：汽水的“前世今生”

[师]播放录制的“抖音”微视频——汽水的“前世今生”：1767年，经常到啤酒厂进行科学实验的英国化学家普里斯特利，发现啤酒发酵桶上方存在一种不供给呼吸的气体。为研究该气体与水的作用情况，他无意中发现碗里的水味道不错且有一种令人愉快的酸味。这就是最初的“汽水”又被唤作“碳酸水”，在历经多人的研制并通过添加果汁和人工香料成为了我们现在所熟知的“碳酸饮料”。

[师]啤酒发酵桶上方的气体，以及我们熟知的“汽水”中存在的气体成分是什么？如何加以验证？

[生]气体是二氧化碳，可以将气体导入澄清石灰水中观察是否变浑浊来验证。

[师]根据学生提供的方案进行实验：打开汽水瓶盖塞上带导管的橡皮塞，导管另一端伸入装有澄清石灰水的试管中。振荡汽水瓶，观察石灰水的变化情况。

设计意图：以观看学生感兴趣的“抖音”流媒体方式导入新课，较快地集中学生的注意力。通过情境问题的创设，快速“调热”学生的求知欲，为师生、生生的交流讨论搭建好平台。在整个学习活动中，学生不仅能感受到化学与生活息息相关，而且能得到问题意识、证据推理和科学态度的培育。

活动二：自制一瓶“紫色汽水”

[师]下面我们也来模仿普里斯特利的操作，自制一瓶“汽水”。

[生]分组实验：向盛满CO2的软塑料瓶中加入1/3容积的水，盖好瓶盖后充分振荡，观察现象。

[师]振荡后发现软塑料瓶由“水桶腰”变为“水蛇腰”。这是什么原因导致的，从中你能推测出CO？有什么性质？对比自制的和市售的汽水，你又有什么发现？

[生]说明CO2能溶于水（l：l）o打开市售汽水瓶能感受到瓶内压强减小、气体逸出，说明压强的减小

会降低CO2在水中的溶解量。

[师]德国的瑞士人施韦普看到了“汽水”的商机， 采用往“汽水”中添加果汁和人工香料来改善口感，由此出现了有色饮料。化学实验室有一种叫“石蕊”的紫色试剂，请同学们用它来配制一瓶紫色“汽水”。

[生]往自制好的“汽水”瓶中加入适量紫色石蕊试液，观察现象。

[师]自制的“紫色汽水”反而呈红色，瓶中到底发生了什么变化？（演示实验：往装有醋酸的试管中滴入几滴紫色石蕊试液，观察现象）自制“汽水”中存在什么物质使紫色石蕊变红？如何验证你的猜想？

[生]讨论并作出猜想“可能是水或二氧化碳”。分组实验：用镶子分别夹取两张干燥石蕊试纸，一张滴上水另一张直接放入装满CO2的集气瓶中，观察现象。

[师]自制“汽水”中的水、二氧化碳各自均无法使石蕊变红，说明使石蕊变红“另有其人”。这个神秘的“第三者”是谁？它是怎么出现在“汽水”中？

[生]汽水又叫碳酸水，使石蕊变红的酸性物质可能就是碳酸，来自于二氧化碳和水反应生成。实验：用镶子夹取一张干燥的石蕊试纸，一端滴上水后伸入装满CO2的集气瓶中，观察现象。

[生]得出新结论：CO2不仅能溶于水，还会与水反应生成碳酸;碳酸有酸性，能使紫色石蕊试液变红色。

设计意图：通过任务驱动的方式创设学生动手自制“汽水”的活动，让课堂变得更鲜活，使学生在环环相扣、层层推进的情境问题中获取知识、提升技能并感受化学的奇妙。该活动中的实验看似平常无奇、操作简单，却是要营造“意外发现”带来认知上的强烈冲突，以凸显CO2在变化上的“奇”，培养起学生观察实验、发现和解决问题的能力。学生在知识建构的过程中经历“生疑—释疑—质疑—化疑”，在看待事物上的证据推理、变化观念等批判性思维都能得到全方位的发展。

活动三：喝汽水为何会打嗝

[师]雪碧的广告词“雪碧透心凉”有什么科学依据？我们在喝碳酸饮料时常会出现打嗝的现象，这又该如何解释？（引导学生了解打嗝和释放的大量气体有关）

[师]在体内，体温引起碳酸饮料释放出大量 CO2。请同学们根据自制“汽水”中所含物质，猜测CO2释放的可能原因并进行验证。

[生]作出猜想：①可能是温度升高，降低了CO2的溶解量;

②可能是温度升高，引起含有碳元素的碳酸分解产生了CO2

分组实验：取少量自制的红色“汽水”于试管中加热，观察现象。

得出结论：碳酸不稳定，受热会发生分解并生成CO2

[师]天气炎热时，喝碳酸饮料在体内会释放出大量CO2，从而带走人体内的热量。青少年应少喝碳酸饮料，以防出现钙质的流失影响身体发育。

设计意图：对“打嗝”现象的探讨，体现了化学源于生活又服务于生活。CO2和压0的反应无明显现象，是本节课学习的难点，解决这一难点的关键物质是碳酸。碳酸的热分解是对CO2和压0反应的逆向演绎和补充，能帮助学生建立起化学反应可以调控的变化观念。

活动四：扒一扒汽水的妙用

[师]北京市丰台区消防支队曾在人民健康网发表文章，写道“在家中不慎由纸板和木头等引起了火灾，手边又没有灭火器，可以用碳酸饮料来灭火”。碳酸饮料能充当灭火器进行灭火，有何科学依据？演示实验：如图2所示，往烧杯中倾倒CO2气体，观察现象。

[生]交流讨论，得出结论：在实验中观察到蜡烛由低到高依次熄灭，说明CO2的密度大于空气、本身不燃烧也不支持燃烧。

[师]汽水不仅是我们熟悉的饮料，还有很多你意想不到的用途。同学们课后可以上网搜索“汽水的妙用”，试着从化学角度去探寻用途背后的科学依据。通过今天的学习，同学们对二氧化碳有哪些全新的认识？对探究物质的变化和性质有什么新的体会？

设计意图：以“汽水”为情境贯穿课堂，借助同学们意想不到的“汽水灭火”，呈现CO2在应用上的“妙”，体现化学的学科价值。最后，通过评价性的问题引导学生梳理CO2的变化和性质，总结出研究物质的角度和方法，建立起系统化的认知思维框架。

三、教学评价与反思

1.教学实施效果

（1）解决了教学中的困惑

大道至简，至简才能明晰过程、突出重点。本文以“汽水”为情境贯穿课堂，巧妙地将二氧化碳的变化、性质以及用途等知识融入情境问题中。学生通过一次次的意外发现和收获，感受到二氧化碳的奇妙， 有效排解了教师在教学中产生的困惑。

（2）落实了“四有”课堂目标

本课例以素养目标的实现为导向进行情境线、知识线和活动线的设计，关注学生在真实的问题情境中进行知识的建构、解构和再造。注重学生立足学科基础，上升到学科问题解决，最终获得学科思维的提升， 集中体现了学科育人的价值。“四有”课堂的目标构建到位，不仅落实了素养为本的“教”和关注学生为主体的“学”，而且又有对探究过程和结果的“评”。

（3）发挥了认知冲突效益

俗话说“听过不如看过，看过不如做过，做过不如错过”。本课例设计了自制紫色“汽水”时出现的一系列意外发现和失败、汽水竟能充当灭火器使用等造成学生认知结构失衡的问题情境，使学生处于“愤俳”的学习状态，激发学生再次寻找新证据来解决冲突⑷。学生通过重构已有的认知結构，建立起新的认知平衡，形成正确的价值观、必备品格和关键能力。

2.教学反思与改进

核心素养是对真实复杂情境的认知、辨别、顿悟， 以及知识、能力、态度的综合体现。本课例从学生已有的认知经验出发，以“汽水”作为境脉展开教学，有助于学生根据认知发展规律来建构知识，但情境偏简单了些。如何通过真实复杂情境实现核心素养的落地生根，对本课例的重构提出了更高的要求。当下， “互联网+”成为了教育改革推进的方向。如何在课堂教学中融入“互联网+”技术构建“四有”模式的化学智慧课堂，对本课例的重构提出了优化的方向。

参考文献

[1]陈奉奎，何小刚.基于核心素养的“四有”课堂的构建[J].基础教育论坛，2018（34）：7-8

[2]何克抗.建构主义的教学模式、教学方法与教学设计[J].北京师范大学学报：社会科学版，1997（5）：74-81

[3]罗美玲.认知冲突策略在概念转变教学中的应用[J].化学教育，2013（5）：23-26

[4]苏春林，胡志刚.利用认知冲突策略创设教学最佳时机[J].化学教学，2012（3）：20-22