化學(xué)教學(xué)設(shè)計(jì)中認(rèn)知沖突的設(shè)置——以化學(xué)反應(yīng)與能量變化為例

文/韋文金

摘　要：化學(xué)反應(yīng)與能量的變化是高中化學(xué)課程中的重要知識(shí)點(diǎn)，也是學(xué)生學(xué)習(xí)的難點(diǎn)?；诟咧谢瘜W(xué)課標(biāo)的目標(biāo)要求，在對(duì)學(xué)生現(xiàn)有的認(rèn)知水平、學(xué)習(xí)障礙分析的基礎(chǔ)上，通過(guò)認(rèn)知沖突的創(chuàng)設(shè)，激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)興趣,克服障礙，建構(gòu)知識(shí)。

關(guān)鍵詞：化學(xué)反應(yīng)與能量；認(rèn)知沖突；創(chuàng)設(shè)；學(xué)生

化學(xué)教學(xué)設(shè)計(jì)中認(rèn)知沖突的設(shè)置——以化學(xué)反應(yīng)與能量變化為例

文/韋文金

摘要：化學(xué)反應(yīng)與能量的變化是高中化學(xué)課程中的重要知識(shí)點(diǎn)，也是學(xué)生學(xué)習(xí)的難點(diǎn)?；诟咧谢瘜W(xué)課標(biāo)的目標(biāo)要求，在對(duì)學(xué)生現(xiàn)有的認(rèn)知水平、學(xué)習(xí)障礙分析的基礎(chǔ)上，通過(guò)認(rèn)知沖突的創(chuàng)設(shè)，激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)興趣,克服障礙，建構(gòu)知識(shí)。

關(guān)鍵詞：化學(xué)反應(yīng)與能量；認(rèn)知沖突；創(chuàng)設(shè)；學(xué)生

作者簡(jiǎn)介：韋文金(1990-)，男，布依族，貴州安龍人，學(xué)生，化學(xué)課程與教學(xué)論碩士，延邊大學(xué)師范學(xué)院課程與教學(xué)論專業(yè)，研究方向：化學(xué)課程與教學(xué)。

中圖分類號(hào)：O122

文獻(xiàn)標(biāo)志碼：碼：A

文章編號(hào)：號(hào)：2095-9214(2015)11-0107-02

化學(xué)反應(yīng)與能量的變化是高中化學(xué)課程考核的核心知識(shí)之一，也是高考主要考查的內(nèi)容之一[1]。學(xué)生常常對(duì)其中的一些概念的理解存在障礙。現(xiàn)代心理學(xué)研究表明，在教學(xué)中創(chuàng)設(shè)認(rèn)知沖突，能夠?yàn)閷W(xué)生提供更好的情景教學(xué)，使學(xué)生能夠更好地建構(gòu)新的知識(shí)體系，內(nèi)化為自己新的知識(shí)。研究以“化學(xué)反應(yīng)與能量變化”為例，通過(guò)設(shè)置認(rèn)知沖突，學(xué)生能夠有目的地對(duì)知識(shí)進(jìn)行的加工，最終使學(xué)生更好掌握相應(yīng)知識(shí)。

一、高中“化學(xué)反應(yīng)與能量變化”目標(biāo)及認(rèn)知要求

內(nèi)容標(biāo)準(zhǔn)是教學(xué)策略與方法設(shè)計(jì)的依據(jù)。因此，對(duì)內(nèi)容標(biāo)準(zhǔn)的分析是認(rèn)知沖突設(shè)置的基礎(chǔ)。在高中化學(xué)課程目標(biāo)中提出針對(duì)化學(xué)反應(yīng)中能量變化的課程目標(biāo)。[2]

(一)知識(shí)技能

1.使學(xué)生了解化學(xué)反應(yīng)中能量變化的本質(zhì)原因，掌握反應(yīng)熱和焓變的含義；2.理解熱化學(xué)方程式的意義，學(xué)會(huì)正確書(shū)寫(xiě)熱化學(xué)方程式；3.提高對(duì)熱化學(xué)方程式內(nèi)涵的認(rèn)識(shí)，理解熱量與物質(zhì)的量的緊密聯(lián)系，掌握中和熱的測(cè)定方法和技能。

(二)過(guò)程與方法

1.通過(guò)設(shè)置適當(dāng)?shù)膯?wèn)題和臺(tái)階，引起學(xué)生主動(dòng)探究化學(xué)反應(yīng)能量變化的本質(zhì)原因；2.通過(guò)對(duì)熱化學(xué)方程式與化學(xué)方程式的比較分析，培養(yǎng)學(xué)生分析問(wèn)題的能力；3.通過(guò)對(duì)化學(xué)反應(yīng)本質(zhì)及規(guī)律的探究，提高學(xué)生從微觀和定量角度分析化學(xué)問(wèn)題的能力。

(三)情感態(tài)度

1.從能量變化的角度認(rèn)識(shí)化學(xué)反應(yīng)，體會(huì)化學(xué)反應(yīng)與能量變化之間的辯證關(guān)系，培養(yǎng)尊重科學(xué)、勤于思考的態(tài)度；2.樹(shù)立辯證唯物主義的世界觀，幫助學(xué)生養(yǎng)成務(wù)實(shí)、求真、嚴(yán)謹(jǐn)?shù)目茖W(xué)態(tài)度。激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，培養(yǎng)學(xué)生從微觀的角度理解化學(xué)反應(yīng)，培養(yǎng)學(xué)生尊重科學(xué)、嚴(yán)謹(jǐn)求學(xué)、勤于思考的態(tài)度,樹(shù)立透過(guò)現(xiàn)象看本質(zhì)的唯物主義觀點(diǎn)。

基于教學(xué)目標(biāo)的要求，可將標(biāo)準(zhǔn)對(duì)學(xué)習(xí)者的認(rèn)知要求劃分為如下維度:[3]

(1)知識(shí)方面要求：了解化學(xué)反應(yīng)中能量轉(zhuǎn)化的原因，能說(shuō)出常見(jiàn)的能量轉(zhuǎn)化形式。這些能量變化通常表現(xiàn)為熱量變化，而目前人類所需能量的絕大部分是由化學(xué)反應(yīng)產(chǎn)生的；了解了能源與人類社會(huì)發(fā)展的密切關(guān)系，并對(duì)研究化學(xué)反應(yīng)及其能量變化的意義有了一定的認(rèn)識(shí)。

(2)認(rèn)識(shí)思路的要求：從化學(xué)鍵的斷裂和形成認(rèn)識(shí)化學(xué)反應(yīng)中能量的變化、說(shuō)出常見(jiàn)的能量轉(zhuǎn)化形式、說(shuō)明化學(xué)能與熱能的相互轉(zhuǎn)化。從焓變的涵義熱力學(xué)認(rèn)識(shí)反應(yīng)熱和。

(3)認(rèn)識(shí)角度的要求：要求學(xué)生要從微觀層面對(duì)化學(xué)鍵的斷裂和形成角度重新認(rèn)識(shí)化學(xué)變化中的能量變化，將對(duì)化學(xué)反應(yīng)中能量變化從定性認(rèn)識(shí)逐漸過(guò)渡到定量認(rèn)識(shí)。

(4)思維特點(diǎn)的要求：從宏觀與微觀的角度來(lái)認(rèn)識(shí)化學(xué)反應(yīng)與能量的變化，即反應(yīng)物中化學(xué)鍵的斷裂和生成物中化學(xué)鍵的形成是化學(xué)反應(yīng)中能量變化的主要原因，并通過(guò)探究實(shí)驗(yàn)體驗(yàn)化學(xué)能與熱能相互之間的轉(zhuǎn)化；同時(shí)還定性了解了吸熱反應(yīng)和放熱反應(yīng)。

二、高中學(xué)生已有認(rèn)知水平分析

依據(jù)初高中學(xué)課程標(biāo)準(zhǔn)，在對(duì)與“化學(xué)反應(yīng)與能量變化”知識(shí)相關(guān)知識(shí)點(diǎn)的內(nèi)容標(biāo)準(zhǔn)分析基礎(chǔ)上，結(jié)合高中學(xué)生的心理特點(diǎn)，得出學(xué)生已有認(rèn)知水平為：

已有知識(shí)：在學(xué)習(xí)該內(nèi)容之前，學(xué)生已經(jīng)知道物質(zhì)發(fā)生化學(xué)反應(yīng)產(chǎn)生新物質(zhì)的同時(shí)，伴隨著能量變化；能識(shí)別出這些能量變化通常表現(xiàn)為熱量變化；闡明能源與人類社會(huì)發(fā)展的密切關(guān)系，并對(duì)研究化學(xué)反應(yīng)及其能量變化的意義有了一定的認(rèn)識(shí)。

認(rèn)識(shí)思路：學(xué)生能夠知道物質(zhì)發(fā)生化學(xué)變化時(shí)伴隨有能量的變化，可通過(guò)定量地探討“質(zhì)”“能”關(guān)系，來(lái)進(jìn)一步理解化學(xué)反應(yīng)的本質(zhì)。在此基礎(chǔ)上的擴(kuò)展與提高。

認(rèn)識(shí)角度：通過(guò)九年級(jí)“化學(xué)有關(guān)化學(xué)反應(yīng)與能量”一節(jié)得知，學(xué)生能夠從化宏觀的角度去認(rèn)識(shí)化學(xué)變化中的能量變化，知道物質(zhì)發(fā)生化學(xué)變化時(shí)伴隨有能量變化，并認(rèn)識(shí)到通過(guò)化學(xué)反應(yīng)獲得能量的重要性。

思維特點(diǎn)：初中“化學(xué)反應(yīng)與能量”一節(jié)的課標(biāo)可知，學(xué)生能夠整體認(rèn)識(shí)化學(xué)反應(yīng)的“定量觀”與“動(dòng)態(tài)觀”，但對(duì)于宏觀的反應(yīng)熱和微觀的化學(xué)鍵斷裂和形成所吸收和放出的總能量之間的關(guān)系中，很難建構(gòu)化學(xué)反應(yīng)過(guò)程中能量變化示意圖。

三、障礙分析

化學(xué)反應(yīng)與能量變化中的定義、原理、定律都是從有關(guān)的概念和實(shí)踐中總結(jié)出來(lái)的，而一個(gè)概念的掌握往往要通過(guò)感知、抽象、思維等心理過(guò)程得到理解而實(shí)現(xiàn)的?；瘜W(xué)中的實(shí)驗(yàn)技巧和觀察能力，無(wú)論是從學(xué)習(xí)化學(xué)知識(shí)或是對(duì)化學(xué)的研究方法上都有著重要意義?；谀繕?biāo)要求以及學(xué)生認(rèn)知水平的分析，學(xué)生的學(xué)習(xí)障礙主要表現(xiàn)為：

(一)知識(shí)方面的障礙

在初中的知識(shí)容量很小，更多的注重感性分析。進(jìn)入高中后課堂的容量突然加大，輔導(dǎo)練習(xí)、消化的課時(shí)相應(yīng)地減少，學(xué)生的抽象思維能力還不能適應(yīng)。[4]從而不理解化學(xué)反應(yīng)與能量關(guān)系。

(二)認(rèn)識(shí)的角度的障礙

通過(guò)必修2的學(xué)習(xí)，學(xué)生宏觀上已經(jīng)知道化學(xué)反應(yīng)中有吸熱和放熱，學(xué)生認(rèn)識(shí)障礙點(diǎn)主要在于“焓變”、“△H的+與-”及“熱化學(xué)方程式的書(shū)寫(xiě)”三個(gè)難點(diǎn)的理解上。高中生形成化學(xué)學(xué)習(xí)障礙的另一原因是思維角度與初中階段大不相同，由于學(xué)生在學(xué)習(xí)的過(guò)程中總結(jié)和歸納的能力不足，不能從反應(yīng)的原理上認(rèn)識(shí)化學(xué)反應(yīng)與能量之間的關(guān)系；學(xué)生的化學(xué)計(jì)算易于出錯(cuò)，也導(dǎo)致在定量分析反應(yīng)中能量變化過(guò)程中存在一定的障礙。

(三)認(rèn)識(shí)的思路的障礙

在認(rèn)識(shí)思路方面，從化學(xué)鍵的斷裂和形成來(lái)認(rèn)識(shí)化學(xué)變化中的能量變化，在此過(guò)程中學(xué)生看不到清晰的思考路線，這與學(xué)生對(duì)化學(xué)反應(yīng)與能量變化的認(rèn)識(shí)的思維特點(diǎn)有關(guān)。

(四)思維特點(diǎn)的障礙

學(xué)生要從化學(xué)鍵的斷裂和形成角度重新認(rèn)識(shí)化學(xué)變化中的能量變化，將對(duì)化學(xué)反應(yīng)中能量變化從孤立地認(rèn)識(shí)逐漸過(guò)渡到系統(tǒng)地認(rèn)識(shí)在化學(xué)反應(yīng)過(guò)程能量整體守恒。由于學(xué)生在學(xué)習(xí)的過(guò)程中總結(jié)和歸納的能力不足，從而不能更好地將新舊知識(shí)結(jié)合起來(lái)并應(yīng)用于學(xué)習(xí)中。

四、認(rèn)知沖突設(shè)置

基于以上學(xué)生的認(rèn)知分析可知，由于在解決實(shí)際問(wèn)題或真正的學(xué)習(xí)情景的過(guò)程中必然有矛盾與沖突存在，即在化學(xué)學(xué)習(xí)中學(xué)生不可能“伸手就摘到果子”。[5]然而，在教學(xué)中巧妙地設(shè)置如下認(rèn)知沖突，使學(xué)生更好的掌握相應(yīng)知識(shí)。

(一)通過(guò)討論引發(fā)認(rèn)知沖突克服知識(shí)方面及認(rèn)識(shí)的角度方面的障礙

在教學(xué)過(guò)程中，在教師引導(dǎo)下進(jìn)行師生互動(dòng)或生生互動(dòng)，在互動(dòng)過(guò)程中，當(dāng)學(xué)生發(fā)現(xiàn)自己的觀點(diǎn)與他人觀點(diǎn)有異議，且他人的觀點(diǎn)更加適合解決問(wèn)題時(shí)，常常會(huì)懷疑自己提出的觀念，從而產(chǎn)生求知欲和認(rèn)知沖突。在這種情景下，學(xué)生往往較容易接受新的、正確的科學(xué)概念。

然而，在該部分內(nèi)容教學(xué)中，具體可分為如下兩個(gè)方面的活動(dòng)內(nèi)容：一方而是對(duì)化學(xué)反應(yīng)中的能量變化進(jìn)行感知。例如，讓學(xué)生借助溫度計(jì)對(duì)化學(xué)實(shí)驗(yàn)前后實(shí)驗(yàn)對(duì)象的溫度變化情況進(jìn)行測(cè)量，以此來(lái)感知其能量變化同時(shí)，也可利用相關(guān)的化學(xué)概念，如，中和熱、燃燒熱等，對(duì)化學(xué)反應(yīng)中的能量變化進(jìn)行分析；另一方而是對(duì)化學(xué)反應(yīng)中的能量變化進(jìn)行解釋通過(guò)對(duì)化學(xué)反應(yīng)中實(shí)驗(yàn)對(duì)象能量變化的原因進(jìn)行分析，對(duì)能量變化進(jìn)行定性由于能量變化的基礎(chǔ)是物質(zhì)變化。

如：在《拯救大兵瑞恩》電影里面有一個(gè)坑道中的敵兵被美軍用燃燒彈燒死的畫(huà)面，這就是在現(xiàn)代坑道戰(zhàn)、塹壕戰(zhàn)中利用了燃燒彈的作用之一，燃燒彈的燃燒材料主要是汽油，提出問(wèn)題：這種燃燒彈有哪些性質(zhì)與優(yōu)勢(shì)呢？學(xué)生討論：有的同學(xué)說(shuō)汽油的密度較小，有的說(shuō)汽油發(fā)熱量高，還有的說(shuō)價(jià)格便宜，等等。使學(xué)生之間的認(rèn)知產(chǎn)生沖突。所以，可在對(duì)物質(zhì)變化進(jìn)行分析的基礎(chǔ)上對(duì)實(shí)驗(yàn)對(duì)象的能量變化進(jìn)行系統(tǒng)分析。[6]在這一過(guò)程中，教師可從化學(xué)反應(yīng)體系的角度進(jìn)行教學(xué)，主要包括反應(yīng)物與生成物體系的總能量有哪些，而能量變化則等于生成物體系與反應(yīng)物體系總能量的差。

(二)創(chuàng)設(shè)問(wèn)題情境引發(fā)認(rèn)知沖突克服認(rèn)識(shí)思路的障礙

問(wèn)題情境指學(xué)生意識(shí)到的一種有目的卻不知如何達(dá)到這一目的的心理困境。[7]這時(shí)學(xué)生急切地進(jìn)行構(gòu)思，以期能解決未知的問(wèn)題。那么，教師應(yīng)充分利用和發(fā)掘教材以及學(xué)生活動(dòng)中的矛盾因素，將學(xué)生置于矛盾氛圍，學(xué)生就會(huì)產(chǎn)生解決矛盾的迫切需要，并激起認(rèn)知沖突。

比較經(jīng)典的一個(gè)實(shí)例是應(yīng)用“自加熱罐頭”和一瓶普通罐頭做教具，主要讓學(xué)生親身體驗(yàn)其之間溫度的變化。之后讓一位同學(xué)把“自加熱罐頭”底部的錐刺上移，再次讓同學(xué)們體驗(yàn)罐頭溫度的變化，并與普通罐頭做對(duì)比。使學(xué)生置身于問(wèn)題情境里，從而引起學(xué)生思考:為什么“自加熱罐頭”能夠自己加熱呢？“自加熱罐頭”里是的什么物質(zhì)呢？罐頭的溫度發(fā)生變化是由什么物質(zhì)引發(fā)的呢？……

創(chuàng)設(shè)與學(xué)習(xí)主題相關(guān)的真實(shí)情境，學(xué)生能夠親身參與體驗(yàn)，對(duì)于將要學(xué)習(xí)的知識(shí)有了一個(gè)較清晰明了思路，從而引起學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣。

(三)尋找“反例”激發(fā)認(rèn)知沖突克服思維障礙

顯然，設(shè)置認(rèn)知沖突的做法于高中化學(xué)教學(xué)中并不僅僅只有以上幾種。另外，在什么教學(xué)時(shí)機(jī)設(shè)置認(rèn)知沖突、采取什么樣的教學(xué)方式，應(yīng)用什么教學(xué)策略等等，還需要我們?cè)诮虒W(xué)實(shí)踐中不斷地探索和研究?？傊灰獣r(shí)時(shí)刻刻考慮到認(rèn)知沖突的存在，并采取相應(yīng)的教學(xué)策略，則學(xué)生對(duì)化學(xué)的學(xué)習(xí)必將輕松自如，化學(xué)課堂必將變得有聲有色、百花齊放。

(作者單位：延邊大學(xué)師范學(xué)院)

參考文獻(xiàn)：

[1]黃劍鋒，湯希雁.2015年全國(guó)高考化學(xué)學(xué)科考綱解讀及備考建議[J].廣西教育，2015，3；50-51.

[2]中華人民共和國(guó)教育部.普通高中《化學(xué)課程標(biāo)準(zhǔn)》，北京人民教育出版社2013.7.

[3]王磊.化學(xué)學(xué)科知識(shí)與教學(xué)能力[M].北京：高等教育出版社，2011：285-289.

[4]張鳳燕.談如何做好初高中化學(xué)教學(xué)銜接[J].河北邱縣,現(xiàn)代教育科學(xué),2011，(7)：42-42.

[5]韓軍.如何在數(shù)學(xué)教學(xué)中設(shè)置認(rèn)知沖突[J].中學(xué)生數(shù)理化：學(xué)研版，2012，(4)：85-85.

[6]易歆演.“化學(xué)反應(yīng)與能量”主題教學(xué)設(shè)計(jì)研究[J].數(shù)理化學(xué)習(xí),湖南省懷化市第三中學(xué),2014，(9)：78.

[7]田芳.基于建構(gòu)主義學(xué)習(xí)理論的化學(xué)教學(xué)設(shè)計(jì)——以“化學(xué)反應(yīng)中的能量變化”為例[J].華中師范大學(xué)，2013.3：182-183.