創(chuàng)設認知沖突 凸顯認知價值

于容峻

摘要：認知沖突具有重要的認知價值，認知不平衡可以激發(fā)學生學習的內驅力，轉變錯誤前概念，建立新水平的認知平衡。從認知沖突的創(chuàng)設、應用和處理說明使用認知沖突的一般路徑和方法，并以原電池概念、溶液pH計算和鹽類水解概念教學為例進行說明。

關鍵詞：認知沖突；認知價值；原電池概念教學；pH計算；鹽類水解概念；教學設計

文章編號：1008-0546（2017）12-0020-03 中圖分類號：G633.8 文獻標識碼：B

doi：10.3969/j.issn.1008-0546.2017.12.006

一、問題的提出

認知沖突是指人在原有的觀念與新經驗之間出現對立性矛盾時而感受到的疑惑、緊張和不適的狀態(tài)。學習不僅是信息量的積累，它同時包含學習者由于新舊知識經驗之間的沖突而引發(fā)的觀念轉變和認知結構的重組。上海師范大學吳俊明教授明確指出：現在科學價值觀養(yǎng)育受到嚴重干擾，學校中的科學教育受到嚴重擠壓，科學價值觀養(yǎng)育無從談起；輕視科學內在價值，致使學生對科學價值的認識膚淺，難以形成內在的學習動力。具體表現在教學中很多教師注重傳授知識與結論，很少講過程與方法；要求學生死記硬背知識點，導致學生機械完成作業(yè)，難以發(fā)揮知識的內在價值。筆者粗淺地談談如何在課堂中巧妙設置認知沖突，激發(fā)學生的學習動力，充分挖掘知識的內在價值。

二、認知沖突的認知價值

筆者閱讀化學史發(fā)現，課堂上的認知沖突與化學發(fā)展史有著驚人的一致性?？梢哉f化學的發(fā)展經歷了系列沖突過程，首先經歷了很長的前科學階段，這個階段思想混亂、意見分歧，沒有哪個理論能夠統(tǒng)攝整個化學；在18世紀初，以拉瓦錫的氧化學說的出現改變了動蕩的局面，新的具有共識的科學研究時期產生；20世紀產生完全不同的新的理論——量子化學的興起，掀起新的化學科學革命，具體過程如圖1所示。學習化學概念和原理的過程也不是一蹴而就的，當原先的理論不能解釋新的現象和證據時，就必須學習新的觀點來適應新的證據，這種新舊理論的過渡正是運用認知沖突進行學習的好時機。

認知沖突具有重要的認知價值?？茖W認知價值注重懷疑、批判和提出新思想、新觀念，對權威的意見也堅持進行分析、批判檢驗而不盲從?？茖W認知價值不僅在于使認識主體的認識能力不斷提高，還在于促使認識對象的范圍不斷擴展，促使認識更加深入、水平更高b]。在課堂中有意創(chuàng)設認知沖突，讓學生不僅僅是簡單接受科學事實，而是通過沖突情境的創(chuàng)設使得學生頭腦出現懷疑，從認知上的不平衡，進而導致心理上的不平衡，從而進入“憤悱”的學習心境，產生強烈的認知需要和探究愿望，極大激發(fā)學生學習的內驅力，促使學生主動去轉變錯誤的前概念，不斷批判和提出新的觀念，最終獲得新水平上的概念認識，形成完善的認知結構。

三、認知沖突創(chuàng)設與應用的案例

1.原電池概念的深化

學生通過鋅銅原電池初步獲得原電池的概念，理解比較粗淺，還不夠深入，具體表現在學生認為活潑金屬一定作負極，不活潑金屬一定作正極。教學中有必要將概念進一步深化，讓學生理解原電池的正負極不僅與電極材料有關，還與電解質溶液成分有關。利用學生已掌握的知識與新學知識之間的矛盾來引發(fā)認知沖突，是認知沖突的最適宜生長點，讓學生真正理解原電池的概念和形成條件。

創(chuàng)設沖突情境：

筆者拿出鎂電極和鋁電極以及氫氧化鈉溶液，請學生猜測誰是負極誰是正極，學生根據剛剛所學知識，異口同聲地說當然鎂是負極。筆者將鎂條和鋁條一同伸入氫氧化鈉溶液中，采用微電流傳感器進行數據采集，結果如圖2所示，開始時鎂是負極，鋁是正極，然后正負極發(fā)生顛倒，鎂條上產生氣泡，最終電子移動方向與預測的完全相反，學生議論紛紛。

設計沖突目的：

通過奇怪的實驗現象來設置認知沖突是一種重要的手段。學生初步掌握一些概念以后，在觀察實驗之前內心自然而然會形成一些假設，若觀察到的實驗現象與自己的假設相去甚遠時會產生非常強烈的認知沖突，從而激發(fā)進一步探究的愿望。教師順勢加以引導，根據新現象展開討論和分析，促使學生改變原有的認知結構去順應、解釋這些新現象，從而深化對原有概念的理解。原電池的正負極不僅與電極材料有關，還與電解質溶液有關，實際上與該條件下自發(fā)進行的氧化還原反應相關。開始時，根據金屬活動性順序表可知，鎂比鋁活潑，鎂做負極，鋁做正極；然后在堿性條件下鎂不會發(fā)生反應，而鋁要與氫氧化鈉溶液發(fā)生反應充當負極，看似違背金屬活動性順序表，實是鋁在該條件下更容易失去電子。設計這個認知沖突，讓學生嘗試從更本質的角度去認識原電池的正負極。

解決沖突方案：

設計問題鏈讓學生進行探究：

①開始階段鎂作負極，鋁作正極，發(fā)生的電極反應是什么？判斷正負極并寫出電極反應。若電解質溶液改成稀鹽酸，則原電池的正負極應該如何判斷？

②后來為什么鋁電極為負極，上面的電極反應可能是？正極反應可能是？寫出總反應的離子方程式。

③說明電極不僅與金屬的活動性有關，還與什么相關？

④進一步歸納原電池的構成條件，必須是自發(fā)進行的氧化還原反應。

⑤如何準確判斷一個原電池的正負極？

2.溶液pH的計算

抓住學生習題解決中的典型錯誤創(chuàng)設認知沖突，可以幫助學生建立正確的解題思路，獲得正確的解題方法，幫助學生加深和拓展化學知識，從而促進學生的知識向能力的轉化。學生初步學習了pH的定義，知道酸性溶液和堿性溶液pH的計算方法。對于強堿溶液的稀釋計算沒有完全掌握，具體表現在學生對堿性溶液稀釋的pH計算仍然直接用溶液中H⁺除以稀釋倍數進行求算，不能把握矛盾的主要方面是OH^-。此處是認知沖突的生長點，需要創(chuàng)設認知沖突來加強認識。

創(chuàng)設沖突情境：endprint

常溫下pH=6的鹽酸溶液加水稀釋100倍，稀釋后的溶液pH是多少？

常溫下pH=11的氫氧化鈉溶液加水稀釋100倍，稀釋后的溶液pH是多少？

學生按照自己的方法計算得出常溫下pH=6的鹽酸溶液加水稀釋100倍，pH=8；常溫下pH=11的氫氧化鈉溶液加水稀釋100倍，pH=13。計算完畢以后，立刻有同學喊出來，有問題，怎么酸性溶液稀釋變成了堿性溶液，怎么pH=11的氫氧化鈉溶液稀釋以后反而堿性在變強？按照常理溶液稀釋pH應該向7靠攏，但是計算方法看上去沒有錯誤，問題到底出現在哪里？學生立刻產生認知沖突。

設計沖突的目的：

在有關pH計算中學生容易產生慣性思維，習慣于直接用氫離子濃度除以倍數獲得稀釋后的溶液的氫離子濃度，直接算出pH。在接近中性的溶液中不能忽略水的電離，在堿溶液的稀釋中不能忘記此溶液中起主要作用的是氫氧根離子，采用問題鏈讓學生進行分析。

解決沖突方案：

①常溫下0.01mol/L的鹽酸溶液中氫離子的來源有哪些？

②為什么0.01mol/L的鹽酸溶液稀釋100倍后c（H⁺）≡0.0001mol/L？

③pH接近7的溶液稀釋過程中能否忽略水的電離？

④在堿溶液中氫氧根離子和氫離子誰占主導地位？

⑤堿溶液稀釋過程中氫氧根離子和氫離子應該如何變化？

⑥堿溶液的稀釋應該如何進行計算？

要讓學生清楚，在pH較小的溶液中由于酸電離出的氫離子抑制水的電離，所以水電離的氫離子濃度可以忽略不計，但接近中性的溶液進行稀釋，此時水電離的氫離子與酸電離的氫離子濃度相近，不能忽略，pH應該在6～7之間。堿溶液的稀釋應該抓住主要因素，即氫氧根離子進行稀釋計算，最后根據水的離子積常數計算氫離子濃度得到pH。

3.鹽類水解概念的形成

鹽類水解是水溶液中離子平衡的重要組成部分，也是學生理解的難點所在，若不能正確理解概念，對后續(xù)的三大守恒原理和離子濃度大小比較的學習帶來困難，此處很有必要創(chuàng)設認知沖突揭開鹽類水解的奧秘。

創(chuàng)設沖突情境：

設計沖突的目的：

學生從初中開始就在頭腦中牢固建立酸堿不能共存的前概念，學生不能理解鹽跟水反應生成酸和堿很正常，老師提出第二個反應也是正確的，學生一片嘩然。教師緊緊抓住這個認知沖突，如何證明這個過程是客觀存在的，通過實驗和設計具有層次性的問題鏈，充分發(fā)揮自身的引導作用加以說明。

解決沖突方案：

①根據電離理論在硫酸銅溶液中存在哪些微粒？

②測定硫酸銅的酸堿性，硫酸銅呈什么性？

③既然硫酸銅沒有電離出氫離子和氫氧根離子，為什么溶液中氫離子和氫氧根離子濃度不相等？

④溶液中氫氧根離子被誰結合？

⑤將硫酸銅固體直接加入水中，為什么溶液有渾濁現象，為什么加入稀硫酸溶液變得澄清？

⑥請解釋氯化銨溶液為什么呈酸性？

⑦鹽類發(fā)生水解的條件是什么？請歸納鹽類水解的定義。

學生在學習弱電解質電離平衡、酸堿中和滴定基礎上學習鹽類的水解平衡，要緊緊把握弱電解質的電離平衡和水的電離平衡，根據溶質并不直接提供氫離子和氫氧根離子引導學生觀察水的電離平衡的破壞，再通過平衡移動實驗進一步確認水解平衡的存在，最后得出鹽類水解的概念。

總之，利用認知沖突，可以展示科學自身魅力，關注學生科學思維智慧的形成，提高學生學習的興趣和學習效率。endprint