认知冲突策略在物理教学中培养科学思维能力的探讨

2022-04-22王家山

课程教学研究 2022年1期

文∣王家山

一、认知冲突概念内涵

认知冲突是指在学习的过程中，学生已有的认知结构与面对的新问题情境之间的矛盾与冲突。学生已有知识经验与新知识之间存在某种差异，会导致学生心理失衡。皮亚杰认为，认识起因于主客体之间的相互作用，而且是以认知结构为中介，经过“有效的和不断的建构”形成的，并把认识看作是一种“连续不断的建构”[1]，认知发展过程是“平衡—不平衡—新的平衡”，新知识与已有知识能够相互转化和融合。在课堂教学中，教师如果能巧妙设置认知冲突，就会使学生的学习更加主动、思维更加活跃、认知更加深刻。

二、认知冲突下科学思维能力的培养

培养学生思维能力的教学流程一般如图1所示。

图1

(一)创设认知冲突情境，激发学生求知欲

问题创设是情境教学的重要环节。问题设计的成功与否直接关系到学生是否有兴趣参与讨论，并且关系到学生创造性思维、创新意识等核心素养的培养。学生是否理解并成功掌握教学内容，取决于教师对本节知识重点难点的把握。教师所提的问题应该是经过深思熟虑并能被学生充分理解的，学生经过讨论、分析、推理后可自行解决的。如在“电功率”教学中，教师拿出规格为“15 W”和“60 W”的两只白炽灯泡L1和L2，让学生猜测当它们接入同一电路中时，哪一只灯泡更亮。学生众说纷纭，此时教师把两只灯泡先后接入灯座，灯座所在的电路被纸盒遮盖，闭合开关。学生发现有时L2灯亮，有时L1灯亮，实验结果跟猜想有出入。教师接着追问：“这是为什么呢？”各小组开始讨论，认为用纸盒遮盖的电路可能不同。教师启发学生思考灯泡的亮暗程度在不同电路中与电流和电压有什么关系。学生带着问题分小组展开探讨。每一个学生兴趣高涨，脑洞大开，思维活跃，创新能力得到充分锻炼，思维得到培养，体验到学习带来的快乐。

(二)借助视频创设情境，新旧概念引发认知冲突，促进物理概念的正确认知

教师应该重视各种情境的设置，逐步引导，在情境中推进课堂教学，使学生一步步走向知识本质的冲突，主动参与其中，自主探索、研究。如在教学“加速度”时，教师通过一系列提问：“正常行驶时，自行车和公共汽车谁的速度比较大？”“在正常启动过程中谁的速度变化快？”引发学生认知冲突，然后引导学生看一段影片，再来发表自己的观点。有学生回答：“起初自行车的速度变化快，之后公共汽车的变化快。刚开始自行车明显已经超越了公共汽车，可是没多久公共汽车又超越了自行车。”学生内心产生疑惑的时候，正是个体构建新知的最佳时机。通过观看视频，学生发现仅用速度的概念已经无法解释眼前的问题，需要以“速度变化的快慢”来解释。然后教师自然地引入加速度的概念，并进行新课教学。

(三)精心设计实验，引发认知冲突，促进深度学习，最终发展思维能力

学习的过程就是“平衡—不平衡—新的平衡”的循环往复状态。教学中，教师要善于创设认知冲突，带领学生进入真实的问题情境，让学生通过产生愤悱的状态，逐步化解冲突，建构新的认知平衡。教师帮助学生实现超越知识符号表层的学习，在知识理解、思维发展、对话交流和情感体验等方面获得深层次的建构与提升，实现真正意义上的深度学习。教师通过实验可以帮助学生寻找新知识与已有知识的连接。例如在学习“楞次定律”时，教师可以设计如下实验。

图2中A和B都是铝环，A环是闭合的，B环是断开的，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什么？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”。磁铁靠近或远离不闭合的B环时，B环不动。如果做完铝环实验，教师紧跟着加一组铁环实验，C和D都是铁环，C环是闭合的，D环是断开的。会出现和铝环实验一样的现象吗？学生猜测、讨论后再做实验。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？实验现象造成了认知冲突，学生再进行讨论、交流，发现铁是铁磁性物质，磁铁对铁具有很强的吸引力，所以铁环表现出来的是靠近磁铁。磁铁能够吸引铁、钴、镍这类金属，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作铁磁性物质。而像铝、铜一类的物质由于内部结构原因，它们不易被磁化，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。

图2

三、认知冲突引发深度学习，促进科学思维能力的培养

深度学习是发展学科能力，培养核心素养的重要学习方式。传统课堂教学受课时紧张与升学压力的影响，无法促进学生将知识进行迁移与深化。在教学中巧设认知冲突，是引领学生走向深度学习的一个有效路径。当学生遇到新问题时，总是会采取同化或者顺应两种方式来解决问题，形成新的认知结构[2]，从而促进科学思维能力的培养。

(一)有利于学习动力的深度激发

在教学过程中，概念的建构和物理规律的形成过程过于平淡，学生就会失去兴趣，觉得学习枯燥无味。有效的认知冲突可以激起学生的学习欲望和学习动力，引起学生新奇、争辩与思考，为深度学习点燃情感与思维的火种。

(二)有利于物理知识的深刻理解

深刻理解知识是深度学习的基本特征。只有深度学习才能激发思维，而浅层的学习往往是机械、重复的。如果课堂教学没有充分让学生思考、探究、争辩，学生就只是记住了一些概念、原理，或者会解答课本上的几个典型习题，并没有真正理解知识的含义。而强调创设认知冲突，就是要丰富学生的课堂经历，让学生在有挑战的问题情境下，主动地思考，从而培养学生利用所学知识解决实际问题的能力。

(三)有利于认知结构的深层建构

建构主义学习理论认为，学生的学习不是教师向学生的传递，而是学生自己主动建构知识的过程。这种建构不能由他人代替，学生在原有经验的基础上，通过新旧知识经验之间的反复、双向的融合，形成和调整自己的认知结构。深度学习强调多感官、多层次、多维度、系统性的认知参与。有意义、连续的认知冲突，能促使学生认知深层建构，可以帮助学生将零碎的知识串联起来，将新知无痕纳入原有认知结构中，实现知识学习的系统化、结构化。

(四)有利于认知冲突建构高阶思维

高阶思维是在基础思维的基础上进行的，但如果没有一定的触发机制，基础思维并不一定会向高阶思维发展。认知冲突能触发这个转向机制，帮助学生完成基础思维向高阶思维的进阶转变。[3]以“牛顿第一定律”教学为例，教师先演示图3和图4。图3实验小车不受力时静止,加推力时运动,再将小车翻转如图4进行实验,演示小车推动后撤去拉力,小车仍会继续运动一段距离。在此基础上让学生讨论力与运动的关系，教师对每个小组的观点和动态课堂中的生成问题适时点拨引导，最终引导学生对力与运动的关系产生正确认识。通过生生之间、师生之间、小组与小组之间，讨论、争论而来的知识有助于学生思维发展。