預(yù)設(shè)認(rèn)知沖突，提高生物課堂教學(xué)有效性

解玉嘉

（淮南市第二中學(xué)，安徽 淮南232038）

實施高中新課程改革以來，課堂教學(xué)發(fā)生了令人矚目的變化，同時也存在著不容忽視的問題。其中，不少課堂在看似生動活潑，熱鬧非凡的表象下掩蓋著實質(zhì)深處的蕭條——忽視對學(xué)生思維品質(zhì)的培養(yǎng)。為此，近年來筆者在高中生物教學(xué)實踐中，以新課程理念為指導(dǎo)，致力于“預(yù)設(shè)認(rèn)知沖突，提高生物課堂教學(xué)有效性”的思考與探索，產(chǎn)生了一些認(rèn)識和體會。

一、預(yù)設(shè)認(rèn)知沖突理論依據(jù)

認(rèn)知發(fā)展理論認(rèn)為：在學(xué)習(xí)者認(rèn)知發(fā)展過程中，當(dāng)原有概念(或認(rèn)知結(jié)構(gòu))與現(xiàn)實情境存在某些差距時，會引發(fā)他們心理產(chǎn)生矛盾或沖突，這就是認(rèn)知沖突。當(dāng)學(xué)習(xí)者已有知識經(jīng)驗與新知識情景之間存在某種差距而導(dǎo)致心理失衡時，就會產(chǎn)生認(rèn)知沖突。產(chǎn)生認(rèn)知沖突后，需要學(xué)習(xí)者及時調(diào)整自己的認(rèn)知結(jié)構(gòu)，以期與新的學(xué)習(xí)情景之間實現(xiàn)新的平衡。新的平衡產(chǎn)生過程就是學(xué)習(xí)者心理不斷適應(yīng)變化和建構(gòu)的過程。

認(rèn)知發(fā)展理論創(chuàng)立者皮亞杰認(rèn)為，適應(yīng)包括同化和順應(yīng)兩種作用和過程，當(dāng)學(xué)習(xí)者面對一個新的刺激情景，能利用已有圖式把這一刺激整合到自己原有的認(rèn)知結(jié)構(gòu)中，這就是同化；當(dāng)學(xué)習(xí)者不能利用原有圖式接受和解釋時，其認(rèn)知結(jié)構(gòu)由于刺激的影響而發(fā)生改變，這就是順應(yīng)。在認(rèn)知主體的認(rèn)知發(fā)展過程中，只有當(dāng)產(chǎn)生認(rèn)知沖突時，才會發(fā)生順應(yīng)過程，順應(yīng)結(jié)果是對原有知識結(jié)構(gòu)進(jìn)行改造或重組，達(dá)到一種新的、更高級的認(rèn)知平衡。學(xué)習(xí)者也正是在這一平衡與不平衡交替變化中，不斷建構(gòu)和完善認(rèn)知結(jié)構(gòu)，實現(xiàn)認(rèn)知發(fā)展。

二、預(yù)設(shè)認(rèn)知沖突現(xiàn)實價值

有效的課堂教學(xué)不僅要關(guān)注學(xué)生當(dāng)下發(fā)展，更要關(guān)注他們未來可持續(xù)發(fā)展；不僅要讓學(xué)習(xí)者獲得知識，更要培養(yǎng)他們的思維方式，提升思維能力，進(jìn)一步升華為一種思維品質(zhì)和精神理念，對其長遠(yuǎn)發(fā)展產(chǎn)生深遠(yuǎn)持久影響。

提高課堂教學(xué)有效性，離不開教師主導(dǎo)作用的發(fā)揮。教師作為教學(xué)過程中的組織者、指導(dǎo)者，通過預(yù)設(shè)認(rèn)知沖突，造成學(xué)生認(rèn)知結(jié)構(gòu)的不平衡，將他們帶入“憤悱”學(xué)習(xí)心境，使他們借助于他人（教師、學(xué)伴）的幫助，在一定的情境和文化背景下，利用必要的學(xué)習(xí)資源，自己主動地建構(gòu)知識，通過新舊知識之間的反復(fù)、雙向相互作用，來促成新認(rèn)知結(jié)構(gòu)的形成，在這一過程中激發(fā)學(xué)生思維，從而提高生物課堂教學(xué)有效性。

（一）激發(fā)學(xué)生認(rèn)知內(nèi)驅(qū)力

生物課堂教學(xué)活動并非一種純認(rèn)知的探索或傳輸行為，它必然伴隨著強(qiáng)烈的情感反應(yīng)。學(xué)習(xí)動機(jī)對學(xué)生的學(xué)習(xí)具有重要影響。認(rèn)知—接受學(xué)習(xí)理論的倡導(dǎo)者奧蘇伯爾認(rèn)為：學(xué)習(xí)動機(jī)主要包括認(rèn)知內(nèi)驅(qū)力、附屬內(nèi)驅(qū)力和自我提高內(nèi)驅(qū)力，其中認(rèn)知內(nèi)驅(qū)力最為重要，不僅是學(xué)生求知和理解的欲望，而且是掌握知識、闡明和解決問題的欲望。學(xué)習(xí)者具有保持認(rèn)知平衡的傾向，當(dāng)他們發(fā)現(xiàn)不能用頭腦中已有的知識來解釋一個新問題、或發(fā)現(xiàn)新知識與已有的知識相悖時，就會產(chǎn)生“認(rèn)知失衡”，導(dǎo)致一種“緊張感”。故筆者認(rèn)為，課堂教學(xué)中如能引發(fā)學(xué)生的認(rèn)知沖突，正是調(diào)動他們認(rèn)知內(nèi)驅(qū)力的一種有效手段。 因為學(xué)生一旦產(chǎn)生認(rèn)知沖突，就會引起“認(rèn)知失衡”，就能激起他們的求知欲和好奇心，并產(chǎn)生解決這種認(rèn)知矛盾的需要，以求得心理平衡，從而促使學(xué)生進(jìn)行認(rèn)知結(jié)構(gòu)的同化和順應(yīng)。所以說，引發(fā)認(rèn)知沖突是調(diào)動學(xué)生情感因素，促使他們實現(xiàn)知識建構(gòu)的契機(jī)和動力。

（二）發(fā)展學(xué)生思維能力

在生物課堂教學(xué)中，培養(yǎng)學(xué)生科學(xué)思維能力是其根本目標(biāo)，學(xué)生思維能力的發(fā)展，是發(fā)展其他能力的基礎(chǔ)和核心。而必備的知識儲備是發(fā)展思維能力的基礎(chǔ)，故要把生物用語、概念、原理等必備知識系統(tǒng)地轉(zhuǎn)化給學(xué)生，建構(gòu)認(rèn)知結(jié)構(gòu)。然而，當(dāng)學(xué)生產(chǎn)生認(rèn)知沖突后，為消除“認(rèn)知失衡”以實現(xiàn)新的認(rèn)知平衡，就必須迅速激活原有的認(rèn)知結(jié)構(gòu)，從中選擇接受相關(guān)信息，并進(jìn)行有目的加工和整合。這種歷經(jīng)假設(shè)、觀察、實驗、交流、推理、歸納等思維過程，所獲得的知識會更富有“含金量”。

著名教育家杜威認(rèn)為，好的教學(xué)必須能喚起兒童的思維。杜威將思維過程分為五個步驟：疑難的情境，處于困惑、迷亂、懷疑的狀態(tài)；確定疑難的所在，并從疑難中提出問題；通過觀察和其他心智活動以及搜集事實材料，提出解決問題的種種假設(shè)；推斷哪一種假設(shè)能夠解決問題；通過實驗，驗證或修改假設(shè)。其中，“疑難的情境，處于困惑、迷亂、懷疑的狀態(tài)”即為“認(rèn)知沖突”?！皩W(xué)起于思，思源于疑”，認(rèn)知沖突是激發(fā)思維第一步，思維過程即是從認(rèn)知沖突中發(fā)現(xiàn)問題、解決問題的過程。

可見，預(yù)設(shè)認(rèn)知沖突，能引發(fā)學(xué)生主動探索，發(fā)展思維能力。如果沒有思維能力，則難以產(chǎn)生有意義的經(jīng)驗。

三、預(yù)設(shè)認(rèn)知沖突實施策略

（一）基于前概念與科學(xué)概念的差異，預(yù)設(shè)認(rèn)知沖突

學(xué)生頭腦中在沒有接受正式科學(xué)概念教育之前，對現(xiàn)實生活現(xiàn)象和前期預(yù)備學(xué)習(xí)過程中形成的經(jīng)驗性概念，被稱之為前概念。有的前概念與科學(xué)概念一致，這樣的前概念會促進(jìn)科學(xué)概念的進(jìn)一步建構(gòu)與掌握；而有的前概念與科學(xué)概念截然不同，甚至出現(xiàn)相互排斥或?qū)α?。建?gòu)主義的教學(xué)觀認(rèn)為，對前概念的不滿是促使學(xué)生概念轉(zhuǎn)變的關(guān)鍵因素，只有當(dāng)學(xué)生感到原有的概念失去了作用，不能解釋新的事件或者不能解決當(dāng)前遇到的問題，產(chǎn)生認(rèn)知沖突時，他才可能去改變原有概念形成科學(xué)概念。

從這個意義上來說，預(yù)設(shè)認(rèn)知沖突進(jìn)行概念轉(zhuǎn)變在生物教學(xué)中具有重要作用。

在實際教學(xué)中可從以下“三個點”上預(yù)設(shè)認(rèn)知沖突：

一是初、高中知識銜接點。如：學(xué)生在學(xué)習(xí)高中必修1“光合作用原理和應(yīng)用”之前，已經(jīng)在初中建立了光合作用的前概念，學(xué)生知道綠色植物的葉片在光照條件下能夠?qū)O2和H2O合成為淀粉等，這對學(xué)生進(jìn)一步理解光合作用原理和應(yīng)用有幫助，教師可以結(jié)合高中生物關(guān)于光合作用過程的深入探究歷程，利用多媒體技術(shù)優(yōu)勢，從微觀上模擬其中的一些重要發(fā)現(xiàn)，引發(fā)學(xué)生產(chǎn)生強(qiáng)烈的認(rèn)知沖突，促使他們深刻認(rèn)識光合作用的本質(zhì)。

二是教材前后知識聯(lián)系點。如：讓學(xué)生解釋摩爾根果蠅雜交實驗眼色遺傳現(xiàn)象。學(xué)生在前面剛學(xué)過基因的分離定律和自由組合定律，頭腦中有了前概念。當(dāng)給出果蠅眼色遺傳實驗結(jié)果圖：P 紅眼（雌）×白眼（雄）→F1 紅眼（雌、雄）→F2 紅眼（雌、雄）3/4 白眼（雄）1/4。針對這個結(jié)果，學(xué)生必然會用分離定律去加以解釋，馬上判斷出紅眼為顯性，白眼為隱性，馬上推導(dǎo)出親本中的紅眼果蠅基因型為AA，白眼果蠅基因型為aa，子一代的基因型為Aa。此時可以利用紅眼有雌性果蠅也有雄性果蠅，而白眼果蠅全是雄性果蠅，與孟德爾的基因分離定律出現(xiàn)的結(jié)果不一樣，引導(dǎo)學(xué)生產(chǎn)生認(rèn)知沖突。這樣可以自然地激起學(xué)生的興趣與求知欲，有助于他們建立科學(xué)概念。

三是必修與選修模塊知識交叉點。如：必修1關(guān)于細(xì)胞分化的前概念是“細(xì)胞分化是一種持久性的變化，一般來說，分化了的細(xì)胞將一直保持分化后的狀態(tài)，直到死亡”。即細(xì)胞分化具有 “不可逆性”。而學(xué)習(xí)選修3專題2時再次涉及到細(xì)胞分化，出現(xiàn)了細(xì)胞脫分化知識：“（植物組織培養(yǎng)）首先要通過細(xì)胞的脫分化的過程，培養(yǎng)出愈傷組織……細(xì)胞脫分化就是讓已分化的細(xì)胞，經(jīng)過誘導(dǎo)后，失去其特有的結(jié)構(gòu)和功能而轉(zhuǎn)變成未分化細(xì)胞的過程。”其意思就是已經(jīng)分化的細(xì)胞還可再失去分化，恢復(fù)到較為原始的狀態(tài)。這部分知識是在必修基礎(chǔ)上對細(xì)胞分化知識的深化，更接近細(xì)胞分化科學(xué)概念，在此設(shè)置認(rèn)知沖突，讓學(xué)生認(rèn)為教材前后矛盾了，有利于引導(dǎo)學(xué)生認(rèn)識到細(xì)胞分化“不可逆性”的條件，即在體內(nèi)條件下，當(dāng)細(xì)胞一旦脫離原來植物體，處于離體狀態(tài)，就可發(fā)生“脫分化”。這樣很快能夠讓學(xué)生建立科學(xué)概念，有利于提高教學(xué)有效性。

（二）基于實驗探究，預(yù)設(shè)認(rèn)知沖突

生物學(xué)是一門實驗性科學(xué)，實驗是生物學(xué)科教學(xué)內(nèi)容中最精彩的部分，也是設(shè)置認(rèn)知沖突的重要依托。學(xué)生在進(jìn)行觀察或?qū)嶒炛埃瑫r常會有意無意生成假設(shè)。當(dāng)實驗現(xiàn)象與假設(shè)相近時，會感受到成功喜悅。但當(dāng)實驗現(xiàn)象與假設(shè)相異時，則會產(chǎn)生強(qiáng)烈認(rèn)識沖突，從而激發(fā)他們進(jìn)一步探究的愿望。正如鐘啟泉教授所說：“實驗是在學(xué)習(xí)者的面前引起日常生活中不可能經(jīng)驗到的現(xiàn)象。違背學(xué)習(xí)者常識的實驗結(jié)果，將造成學(xué)習(xí)者意識中的認(rèn)知失衡狀態(tài)，擺脫這種認(rèn)知矛盾狀態(tài)求得解放的需求，就成了學(xué)習(xí)的動機(jī)?！?/p>

教師通過創(chuàng)設(shè)探究性實驗情境，預(yù)先有意識地讓學(xué)生嘗試作出猜想，然后通過實驗產(chǎn)生意想不到的新現(xiàn)象，來促使學(xué)生用改變原有認(rèn)知結(jié)構(gòu)，去順應(yīng)、解釋這些新現(xiàn)象。由此可見，利用實驗探究預(yù)設(shè)認(rèn)知沖突，是一條行之有效的途徑。這里務(wù)必將實驗現(xiàn)象的呈現(xiàn)與學(xué)生的思維發(fā)展緊密結(jié)合，把實驗現(xiàn)象作為鍛煉學(xué)生思維、培養(yǎng)學(xué)生能力的載體，而不是僅僅讓學(xué)生了解實驗現(xiàn)象。

例如在講解滲透作用之前，先向?qū)W生展示如下實驗現(xiàn)象：U形管管腔底部中央用半透膜隔開后，左側(cè)注入清水，右側(cè)注入等量蔗糖溶液，靜置一段時間，右側(cè)液面升高。

然后設(shè)問：為什么一段時間后，U形管右側(cè)液面會高出左側(cè)？

學(xué)生在初中已學(xué)過U形管，根據(jù)壓強(qiáng)平衡原理，U形管兩側(cè)液面應(yīng)該一樣高，而此實驗中，U形管略加改變，在中間添加一個半透膜，其兩側(cè)液面就不一樣高了。這究竟是為什么？原因何在？學(xué)生原來所掌握的知識原理不能解釋這一新的實驗現(xiàn)象，從而引發(fā)認(rèn)知沖突，激發(fā)他們強(qiáng)烈的探求欲望，使他們急切地進(jìn)入新知識的學(xué)習(xí)。

（三）基于科學(xué)史關(guān)鍵歷程，預(yù)設(shè)認(rèn)知沖突

生物科學(xué)史是生物科學(xué)產(chǎn)生、形成和發(fā)展及其演變規(guī)律的反映。許多生物學(xué)史話本身就蘊(yùn)含著生物學(xué)的概念、原理和實驗方法等知識，尤其一些關(guān)鍵的歷程還能夠體現(xiàn)科學(xué)家獨(dú)特的思維方式。將生物科學(xué)史引入課堂教學(xué)能夠引導(dǎo)學(xué)生體驗生物學(xué)知識的形成過程，從中學(xué)習(xí)科學(xué)家的思維方法和理解生物學(xué)概念、原理的來龍去脈，將科學(xué)理論產(chǎn)生過程同學(xué)習(xí)過程結(jié)合起來，有助于學(xué)生把生物學(xué)知識當(dāng)作動態(tài)發(fā)展的知識。研究表明，科學(xué)史的研究進(jìn)程在一定程度上與學(xué)生的思維發(fā)展有相似之處，通過相應(yīng)的科學(xué)史，引發(fā)與原有知識的認(rèn)知沖突，激發(fā)學(xué)生探索欲，促使學(xué)生主動參與學(xué)習(xí)，發(fā)展學(xué)生思維。在無法直接進(jìn)行實驗的情況下，可以利用科學(xué)史上一些關(guān)鍵歷程中著名的實驗來制造認(rèn)知沖突，激發(fā)學(xué)生的探究熱情，為后續(xù)內(nèi)容學(xué)習(xí)作有效的心理鋪墊，可極大地提高學(xué)習(xí)效率。

例如，植物的激素調(diào)節(jié)中，如何來證實生長素是植物莖尖端產(chǎn)生的？利用多媒體顯示溫特實驗現(xiàn)象，引導(dǎo)學(xué)生探究：根據(jù)溫特實驗，能得出什么結(jié)論？學(xué)生推測：切下的胚芽鞘尖端把某些物質(zhì)傳遞給瓊脂，當(dāng)含有這種物質(zhì)的瓊脂放在切掉尖端的胚芽鞘切面一側(cè)時，又把這種物質(zhì)傳遞給植物，引起生長和彎曲。質(zhì)疑：這個實驗有不合理的地方嗎？由此產(chǎn)生的認(rèn)知沖突引發(fā)學(xué)生強(qiáng)烈的求知欲望，促使他們深刻思考上述假設(shè)不合理的原因，并最終認(rèn)識到瓊脂本身有可能會將某種物質(zhì)傳遞給植物，引起生長和彎曲，從而理解增設(shè)對比實驗的重要性。由此可見，恰當(dāng)運(yùn)用科學(xué)史上一些不成熟的科學(xué)實驗、猜想或假設(shè)，能培養(yǎng)學(xué)生的質(zhì)疑精神和質(zhì)疑能力，在此基礎(chǔ)上，啟發(fā)學(xué)生動腦、動手完善實驗設(shè)計，培養(yǎng)學(xué)生實驗設(shè)計能力，從而達(dá)到培養(yǎng)創(chuàng)新精神的教育目的。

（四）基于變式問題，預(yù)設(shè)認(rèn)知沖突

在習(xí)題講解中運(yùn)用變式問題，通過預(yù)設(shè)認(rèn)知沖突，讓學(xué)生的認(rèn)知狀態(tài)經(jīng)歷平衡→不平衡→平衡的發(fā)展歷程，使學(xué)生思維處于不斷的碰撞、調(diào)整、興奮之中，由此帶給學(xué)生的刺激比較深刻，教學(xué)效果較好。

如在講基因頻率后，讓學(xué)生練習(xí)運(yùn)用已知某遺傳病發(fā)病率計算基因頻率，設(shè)置如下問題：

囊性纖維變性是一種常染色體遺傳病。據(jù)統(tǒng)計，在某歐洲人群中，每2500個人中就有一個患此病?，F(xiàn)有一對健康的夫婦生了一個患有此病的孩子，此后，該婦女又與另一健康的男子再婚。則該再婚的雙親生一孩子患該病的概率最接近于：

A.1/25 B.1/50 C.1/100 D.1/625

學(xué)生根據(jù)雙親正常，卻生一病孩，推知該常染色體遺傳病為隱性遺傳病。致病基因記為a，則該婦女的基因型為Aa。欲求該婦女與另一健康男子再婚后生一患病孩子的概率，必須求出該健康男子是雜合子的概率。根據(jù)題意，由基因型aa的頻率為1/2500可求得基因a的頻率為1/50，基因A的頻率為49/50。由此人群中，AA的概率為49/50×49/50，Aa的概率為2×49/50×1/50。由于該男子健康，故其為攜帶者的概率為Aa/(AA+Aa)=2/51。于是再生一孩患病的可能性為2/51×1/4≈1/100。

變式：某人群中某常染色體顯性遺傳病的發(fā)病率為19%，一對夫婦中妻子患病，丈夫正常，他們所生的子女患該病的概率是（ ）

A.10/19 B.9/19 C.1/19 D.1/2

由于該顯性遺傳病，在人群中的發(fā)病率為19%，該病用A表示，患者不能直接套用上面的公式，因為患者基因型為AA和Aa，它們的概率之和為19%,故aa的概率為1-19%=81%，根據(jù)哈迪-溫伯格定律，a的基因頻率為90%，A的基因頻率為10%。由此人群中AA的概率為1/100，Aa的概率為18/100。因妻子患病，不可能是aa，故其基因型是Aa的概率為Aa/(AA+Aa)=18/19，AA的概率為1/19。丈夫正常，基因型為aa。

綜上所述，這對夫婦所生子女的患病概率為1/19×11+18/19×1/2=10/19（或 1-正常=1-18/19×1/2）。

在此題的解決過程中，學(xué)生通過第一題得出的規(guī)律與變式題中的問題產(chǎn)生了認(rèn)知沖突，結(jié)果是學(xué)生調(diào)整了原有結(jié)論，得出了包容性更強(qiáng)的新的規(guī)律。

總之,預(yù)設(shè)認(rèn)知沖突，提高課堂教學(xué)的有效性，是一個值得探究的課題。教師惟有不斷鉆研教育，提高自身專業(yè)素養(yǎng)，深入研究學(xué)情，才能科學(xué)合理地預(yù)置認(rèn)知沖突，激發(fā)學(xué)生的求知欲，于潛移默化中改善他們的思維品質(zhì)，提高思維能力，達(dá)到提高課堂教學(xué)有效性的目的。

[1]沈志斌.預(yù)設(shè)認(rèn)知沖突 激發(fā)思維活力[J].中學(xué)物理教學(xué)參考，2010，（8）：19-21

[2]施明選.基于建構(gòu)主義的教學(xué)策略研究[J].教書育人，2006，（8）：56-57

[3]翟小銘，羅中瓊.基于認(rèn)知沖突的物理課堂教學(xué)策略[J].中學(xué)物理教學(xué)參考，2010，(5):6

[4]袁維新.科學(xué)教學(xué)概論——建構(gòu)主義觀點[M].徐州：中國礦業(yè)大學(xué)出版社，2007

[5]蔡鐵權(quán)，姜旭英.概念轉(zhuǎn)變的科學(xué)教學(xué)[M].北京：教育科學(xué)出版社，2009