化学教学中设置“认知冲突”的探索

认知冲突是一个人已建立的认知结构与当前面临的学习情境之间暂时的矛盾与冲突，是已有的知识和经验与新知识之间存在某种差距而导致的心理失衡。根据现代心理学研究表明，在课堂教学中设置认知冲突，可以为学生提供真实的学习背景，模拟解决实际问题的过程。因为在真实的学习背景或解决实际问题的过程中一定存在矛盾与冲突，不可能“伸手就摘到果子”。如果教师过多地为学生铺设台阶，使学习道路过于平缓，学生对所学知识就不会有深刻的体验，学生也很难产生成就感，所学知识容易遗忘，更难形成学习能力。
　　
　　一、设置认知冲突的作用
　　
　　1．形成悬念引发思维
　　
　　在课堂教学中设置认知冲突可以形成悬念，使学生产生企盼、渴知、欲答不能、欲罢不忍的心理状态，由此激发学生的求知欲，引发学生的积极思维。
　　
　　2．强化注意凝聚思维
　　
　　认知心理学家研究发现：设置认知冲突可以强化学生注意，促使头脑保持一般警觉和知觉集中。认知冲突的设置还可以帮助学生明确学习任务，确定学习方向，凝聚思维焦点。认知冲突能够激活大脑中已有的知识经验，使学生能迅速的选择和接受相关信息，并对信息进行有目的的加工。
　　
　　3．激发内需发展思维
　　
　　认知心理学家认为：当学习者发现不能用头脑中已有的知识来解释一个新问题或发现新知识与头脑中已有的知识相悖时，就会产生“认知失衡”，因为人有保持认知平衡的倾向，所以认知失衡会导致“紧张感”。为了消除这种紧张的不舒服感觉，就会产生认知需要（内驱力），努力求知，萌发探索未知领域的强烈愿望。在学生努力求知，变“失衡”为“平衡”的过程中，学习的主体活动得到了有效体现，思维得到了发展，解决问题的能力得到了提高。
　　
　　4．制造起伏活跃思维
　　
　　没有认知冲突的课堂教学就象一潭没有涟漪的静水，气氛平淡，没有教学高潮，学生的思维松弛，大脑皮层出于惰性状态，认知兴趣不能得以维持，教学效果可想而知。在教学中设置认知冲突，一方面可以唤起学生的思维注意，活跃课堂气氛，另一方面也能激发学生的情绪注意，使学生从情感上参与课堂教学。认知冲突的设置还可以调节教学节奏，使课堂教学有张有弛、有起有伏。
　　
　　二、设置认知冲突的方法
　　
　　1．创设矛盾情境激发认知冲突
　　
　　充分利用和发掘教材以及学生活动中的矛盾因素，把学生置于矛盾氛围，使学生产生解决矛盾的迫切需要，从而激起认知冲突。示例1，在“化学反应速率”部分，教师可提供这样一个化学事实：钠与乙醇的水溶液反应时，增大乙醇的浓度，反应速率反而减小。这与学生刚学过的浓度对反应速率的影响规律相矛盾，认知冲突由此而生。通过讨论，学生对影响反应速率的内因和外因的关系有了更深刻的理解（钠与水反应较钠与乙醇反应要剧烈的多，当乙醇溶液浓度增大时，钠与乙醇的反应逐渐居于主要地位，反应物性质这一内因起了决定性作用，所以反应速率减小）。示例2，在“化学平衡”部分，教师可提出这样一个问题：能否利用反应Na+KCl=NaCl+K来制取钾？这显然与学生认知结构中的金属活动顺序相矛盾。通过讨论可知：由于钾的沸点低于钠，只要反应温度控制在高于钾的沸点而低于钠的沸点，钾的蒸气不断从反应体系中逸出，平衡右移，即制得金属钾。这样，学生对化学平衡的原理及应用有了新的认识。
　　
　　2．利用化学实验制造认知冲突
　　
　　化学实验所展示的物质世界的神奇变化与鲜明直观的化学现象是学生对化学产生兴趣的主要源泉，它能有效地提供激起矛盾的新刺激。所以利用化学实验设置认知冲突，更容易使学生进入学习情境。示例1，“盐类水解”部分，让学生测一测CH3COONa、NH4Cl、NaCl溶液的酸碱性，当学生测知CH3COONa溶液显碱性，NH4Cl溶液显酸性时，即产生了与已有认知（酸溶液显酸性，碱溶液显碱性）相矛盾的认知冲突，示例2，“硝酸的化学性质”部分，让学生往浓硝酸中滴加紫色石蕊试液（微热）学生观察到“先变红后褪色”的现象，同样产生了与已有认知（酸使石蕊试液变红）相矛盾的认知冲突。
　　
　　3．利用化学史诱导认知冲突
　　
　　示例1，“原子结构”部分，教师提供以下史实：英国科学家道尔顿在19世纪初提出了近代原子学说。他认为物质是原子构成的，这些原子是微小的不可分割的实心球体，同种元素的原子性质和质量都相同。道尔顿的原子学说对化学的发展起了十分重要的作用，但从现代的观点看，道尔顿学说中的三个主要论点却都是错误的。（道尔顿是学生在初中化学中接触的著名化学家，它的观点怎会有错？现代的物质结构学说又是怎样的？认知冲突由此产生。）示例2，“铝的冶炼”部分，教师可提供以下史实：铝是地壳中含量最多的金属元素，但铝的大规模冶炼却只有一百多年。在一百多年前，纯铝是稀奇之物，门捷列夫因发现元素周期律的卓越成就获得一只作奖品用的铝杯；在宫廷盛宴上，只有一人享有使用铝制餐具的殊荣。自从两位年仅22岁的大学生霍尔和埃罗发明了冶炼铝的可行性工艺之后，铝材如“旧时王谢堂前燕，飞入寻常百姓家”。（铝的藏量在金属中位居首位，而铝的冶炼及其广泛应用却姗姗来迟，是什么原因呢?冶炼铝的可行性工艺又是怎样的？认知冲突由此产生。）
　　
　　4．放开又收拢隐布认知冲突
　　
　　教师在讲解时有意中断思路（与学生迫切想知道事情原委的急迫心理相悖），插说其它内容或转入其它活动（这些内容或活动应为最终解决问题作铺垫），这种先“离题”后“点题”，先“放开”后“收拢”的教学过程，隐布了认知冲突。学生先是疑惑迷茫，似乎“山穷水尽”，最后终于恍然大悟，达到“柳暗花明”之境。
　　
　　5．故意错误引发认知冲突
　　
　　在“有关pH计算”习题课上，笔者选了这样一道题：pH为8的NaOH溶液和pH为10的NaOH溶液等体积混合，求混合后溶液的pH。笔者首先是不动声色、一本正经地把学生中很容易犯的一种错误解法当作正确解法在黑板上给出（直接根据H+物质的量不变进行计算）。笔者装着要继续往下讲课，但有少数学生看出“名堂”，产生认知冲突并提出质疑，于是全班同学展开了激烈的讨论，最后终于得出了正确的结论。在学生得出正确结论的时候，笔者还装出茅塞顿开、豁然开朗的样子，给学生留下深刻的印象。在此以后，学生很少犯此类错误。
　　
　　6．制造“陷阱”暗设认知冲突
　　
　　教师利用学生知识结构中的含糊点、易错点或盲点，制造出相应的知识陷阱，引诱学生落入其中，再将学生从中“救起”或引导学生进行“自救”。这种制造陷阱，暗设认知冲突的做法，对于澄清学生的模糊认识，防止学生错后再错，是非常有效的。
　　
　　7．变式练习强化认知冲突
　　
　　变换问题的部分条件或设问方式，在原有的认知冲突消失后，不断出现新的认知冲突。使学生对问题的认识不断深化，思维水平不断提高。示例，（母题）质量分数为3x%的硫酸溶液和质量分数为x%硫酸溶液等体积混合后所得溶液中硫酸的质量分数（填大于、小于或等于）2x%。利用母题可进行如下变换：
　　
　　变式1（横向拓展，由此及彼）：将母题中的“硫酸”改为“氨水”。（答案：小于）；
　　
　　变式2（逆向延伸，由正及反）：将质量分数为3x%的M溶液和质量分数为x%的M溶液等体积混合后，溶液的质量分数小于2x%，则M可能是：A.H2SO4B.氨水C.NaOHD.乙醇（答案：B、D）；
　　
　　变式3（组合串联，由点及面）：浓度不等的两种硫酸等质量混合时，质量分数为a%，而等体积混合时为b%；浓度不等的两种乙醇溶液等质量混合时，质量分数为c%，而等体积混合时为c%，则a、b、c的大小关系为。（答案：b>a>c）。
　　
　　从变式1到变式3，学生的认知冲突不断得以强化，在解决认知冲突的过程中，思维不断升级，对解题规律的把握也越来越深刻。
　　
　　在化学教学中设置认知冲突的做法一定还不止本文提到的这些。另外，利用什么样的教学内容、在什么时机设置认知冲突等等，还需我们在教学实践中进一步地探索和研究。