認知沖突在化學教學中的應(yīng)用

陳逸紅（浙江省慈溪市觀城中學）

認知沖突在化學教學中的應(yīng)用

陳逸紅
（浙江省慈溪市觀城中學）

認知沖突對學生構(gòu)建新的知識體系有極重要的作用。教師應(yīng)從各種途徑制造認知沖突、激發(fā)學生內(nèi)驅(qū)力、發(fā)展思維、提高科學素養(yǎng)。結(jié)合原電池螺旋上升的教材編排，設(shè)計與其相應(yīng)的認知沖突教學模式。

認知沖突；原電池；教學方法

新高考方案實行后，教學時間縮短，學科知識繁多，教師考慮的是如何提高化學課堂的效率，提升學生的學科素質(zhì)。查閱資料再結(jié)合多年的教學經(jīng)驗，筆者認為認知沖突是行之有效的教學方法。

一、認知沖突有利教學的理論依據(jù)

建構(gòu)主義學習理論認為：學生的學習不是教師傳遞多少知識，而是學生自己主動建構(gòu)知識的過程。瑞典心理學家皮亞杰指出，認知沖突是一個人已建立的認知結(jié)構(gòu)與當前面臨的學習情境之間暫時的矛盾與沖突，是已有的知識和經(jīng)驗與新知識之間存在某種差距而導致的心理失衡。認知心理學家費斯廷格認為：當學生產(chǎn)生心理失衡時，因仍有保持心理平衡的傾向，所以會導致“緊張感”。為了消除這種感覺，學生會有強烈的探索未知領(lǐng)域的愿望。筆者這樣理解認知沖突在化學教學中的作用：學生已有的知識結(jié)構(gòu)體系→已平衡→多種途徑產(chǎn)生認知沖突→不平衡→多種方法解決認知沖突→建立新知識體系→重復。若教師采用“填鴨式”，學生采用“貝多芬”的模式，相當于學生仍用原知識結(jié)構(gòu)去被動接受權(quán)威性知識，只是量的積累，當遇到新問題時，學生毫無應(yīng)對能力。若教師在教學中利用認知沖突，激發(fā)學生內(nèi)驅(qū)力，變要他學為他要學，對學生建立新知識體系，真正完善思維，是受益一生的。

二、教學中設(shè)置認知沖突的方法

1.通過化學史的陳述

講原子結(jié)構(gòu)模型演變時，教師利用盧瑟福a粒子轟擊金箔的現(xiàn)象與湯姆生的“葡萄干面包式”模型相沖突，讓學生融入科學家的世界，體會當時的困惑。

2.通過化學實驗

（1）對比實驗。講鹽類水解時，取少量氯化鈉、氯化銨、醋酸鈉晶體，各自溶于水，測pH。另取少量同上物質(zhì)，各自溶于無水乙醇，測pH。鹽溶液有酸堿性已經(jīng)讓學生很意外了，溶于無水乙醇的鹽溶液沒有酸堿性這又何解？雙重矛盾強烈地激起了學生的求知欲。

（2）實驗現(xiàn)象與已學知識不符。復習電解池時，筆者展示資料，電壓1.5 V，石墨電極電解pH=4的鹽酸和0.1 mol/L FeCl2混合液。陰極無氣泡，銀白色金屬析出。陽極無氣泡，濕潤的淀粉碘化鉀試紙不變藍色，溶液滴加KSCN顯淡紅色。學生按以往經(jīng)驗認為陽極Cl-失電子產(chǎn)氯氣，陰極H+得電子產(chǎn)氫氣，但與現(xiàn)象不符。筆者借機引入氧化性（還原性）的強弱影響因素。

（3）通過正誤解題過程展示。如同濃度NaNO2與CH3COONa溶液的陰離子總濃度大小。解法一：按離子方程式計算，兩者相等。解法二：根據(jù)電荷守恒法C（A-）+C（OH-）=C（Na+）+C（H+），C（Na+）同，而pH不同，兩者不等。教師利用學生知識中的易錯點，制造出相應(yīng)的知識陷阱，引誘學生掉入。暗設(shè)認知沖突的做法可以澄清學生的模糊認識，有效防止學生再錯。

（4）通過不同學生之間的想法。教師提供各0.1 mol/L的Na2S2O4，H2SO4溶液，水，設(shè)計實驗證明不同濃度的H2SO4溶液對化學反應(yīng)速率的影響。某同學設(shè)計如下，實驗1：取Na2S2O42 ml，H2SO43 ml，水0 ml。實驗2：取Na2S2O42 ml，H2SO43 ml，水2 ml。不同學生知識結(jié)構(gòu)不同，解決問題的能力不同。教師利用不同主體的差異，制造認知沖突。

認知沖突運用在具體教學過程中會有什么效果呢？筆者選取了一節(jié)原電池進行認知沖突教學。

三、化學能轉(zhuǎn)化為電能的教材編寫

教材編寫時是螺旋上升的。教材先展示金屬材料失電子，正極材料僅導電，電解質(zhì)溶液中的離子反應(yīng)，如鋅銅原電池。接著正極的材料是直接得到電子反應(yīng)，如鉛蓄電池。最后電極材料是相同的，兩極通入的物質(zhì)反應(yīng)，如氫氧燃料電池。原電池的構(gòu)造是不斷變化的，那么學生的認知結(jié)構(gòu)也需要不斷打破然后重建。教師在教學中設(shè)計一些沖突，學生產(chǎn)生矛盾，解決矛盾，產(chǎn)生新矛盾，再解決，達到知識螺旋上升。

四、原電池教學過程實錄

環(huán)節(jié)一：新課引入

師：伏特電池的故事。演示實驗1：鋅片銅片不接觸，插入稀硫酸；演示實驗2：鋅片銅片接觸，插入稀硫酸。

【設(shè)計意圖】學生替伽爾巴尼感到惋惜，同時對伏特的研究充滿好奇，再加上演示實驗2的現(xiàn)象。“沖突式”自然引入新課，集中了學生的注意力，激發(fā)了求知欲。

環(huán)節(jié)二：原電池工作原理

師：實驗2增加了什么？可能為銅片上產(chǎn)生氫氣提供什么條件？

生：鋅或鋅離子做催化劑，銅與稀硫酸反應(yīng)；鋅與稀硫酸反應(yīng)放熱，銅吸熱后變活潑與稀硫酸反應(yīng)；金屬有傳導電子的能力（教師引導金屬除了導熱性還有什么），反應(yīng)產(chǎn)生的電子流到銅片。

師：設(shè)計實驗判斷對錯？

生：若是銅與稀硫酸反應(yīng)，銅片質(zhì)量要減輕，銅離子產(chǎn)生，溶液變藍色。若金屬上有電子傳導，就有電流，用電流計探測。

師：演示實驗3：鋅片銅片之間接入電流計，插入稀硫酸。

師：介紹鋅銅稀硫酸原電池工作原理，正負極，電子流向，離子流向，電極反應(yīng)式。

【設(shè)計意圖】銅片上有氣泡的實驗現(xiàn)象是與他們預測不符的，出現(xiàn)認知沖突，他們企盼、渴望得到答案。教師若做權(quán)威性回答，就扼殺了他們的思維。教師允許他們猜想，并引導啟發(fā)，就給思維插上了翅膀，讓學生質(zhì)疑，交流，可以鍛煉他們的思維能力和語言表達能力。

環(huán)節(jié)三：原電池構(gòu)成條件

生：提供鋅片、銅片、石墨棒各兩片，稀硫酸，硫酸銅溶液，乙醇，導線，電流計。分組實驗，組成原電池。

生：總結(jié)原電池的共同特點。

師：演示實驗3中鋅片上也有氣泡，為什么書上未提？

【設(shè)計意圖】學生可以解釋部分，又不能完全解釋，出現(xiàn)欲說還休，進入憤悱之境。教師提示：鋅冶煉時有碳而教材所用的是純鋅，分組實驗中硫酸銅有極微弱電流的現(xiàn)象。學生恍然大悟，原來實驗3有兩個原電池。

環(huán)節(jié)四：原電池構(gòu)成條件補充

師：演示實驗4：鋅片放入硫酸鋅溶液，銅片放入稀硫酸（另一燒杯），鋅片與銅片導線連接，指針不偏轉(zhuǎn)的原因？怎么改進？

生：短路，無離子遷移，打通溶液。

師：介紹溶有氯化鈉溶液的瓊脂，指針會偏轉(zhuǎn)嗎？

師：演示實驗5：U形管底部是溶有氯化鈉溶液的瓊脂，左側(cè)是硫酸鋅溶液，放鋅片。右側(cè)是硫酸溶液，放銅片，連接電流表，接通。

【設(shè)計意圖】實驗5的結(jié)果又使學生陷入了困境：兩者未接觸，怎么使鋅失電子呢？教師引導：氧化還原是同時發(fā)生怎會有先后？電子的流動不是因為接觸引發(fā)的，而是具有還原性（氧化性）的物質(zhì)天性使然，類似于水從高處自動流到低處。同時也解決了鋅不純帶來的干擾。又一個新矛盾解決了，改進的實驗讓學生開了眼界（化學中還有阻隔溶液但離子還可以遷移的物質(zhì)），留下了深刻的印象。

環(huán)節(jié)五：伏特錫銅氯化鈉溶液的電池收尾

【設(shè)計意圖】：首尾呼應(yīng)。

五、利用認知沖突進行教學對教師的要求

認知沖突應(yīng)用范圍廣，但并不是每個環(huán)節(jié)都可用認知沖突。教師應(yīng)理清教材編寫思路，為不同的教學內(nèi)容找到適合的方法，提高駕馭課堂的能力。學生突發(fā)奇想，但也有個別亂說一通，教師要取舍，把握課堂節(jié)奏，完成教學設(shè)計中的內(nèi)容，否則直到下課還陷在矛盾中。教師要提升科研能力，當有學生對于結(jié)尾處原電池的正極是氧氣得電子有疑問（可能是水中H+得電子）時，筆者利用《中學化學教學參考》中的溶解氧傳感器和氧氣傳感器向他解釋。

愛因斯坦曾說：所謂教育，是忘卻了在校學的全部內(nèi)容之后剩下的本領(lǐng)。在小小的課堂上，教師應(yīng)利用他們的智慧啟迪學生，設(shè)置矛盾，引導他們解決矛盾。這樣，學生學到了方法，也學到了遇到困境不退縮的精神，這才是好教育。

萬云霞.高中化學教學認知沖突策略研究［D］.江西師范大學，2015.

·編輯楊國蓉