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(xué)生學(xué)習(xí)的內(nèi)驅(qū)力，轉(zhuǎn)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(shè)、應(yīng)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(xué)為例進行說明。

關(guān)鍵詞：認知沖突；認知價值；原電池概念教學(xué)；pH計算；鹽類水解概念；教學(xué)設(shè)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(jīng)驗之間出現(xiàn)對立性矛盾時而感受到的疑惑、緊張和不適的狀態(tài)。學(xué)習(xí)不僅是信息量的積累，它同時包含學(xué)習(xí)者由于新舊知識經(jīng)驗之間的沖突而引發(fā)的觀念轉(zhuǎn)變和認知結(jié)構(gòu)的重組。上海師范大學(xué)吳俊明教授明確指出：現(xiàn)在科學(xué)價值觀養(yǎng)育受到嚴重干擾，學(xué)校中的科學(xué)教育受到嚴重擠壓，科學(xué)價值觀養(yǎng)育無從談起；輕視科學(xué)內(nèi)在價值，致使學(xué)生對科學(xué)價值的認識膚淺，難以形成內(nèi)在的學(xué)習(xí)動力。具體表現(xiàn)在教學(xué)中很多教師注重傳授知識與結(jié)論，很少講過程與方法；要求學(xué)生死記硬背知識點，導(dǎo)致學(xué)生機械完成作業(yè)，難以發(fā)揮知識的內(nèi)在價值。筆者粗淺地談?wù)勅绾卧谡n堂中巧妙設(shè)置認知沖突，激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)動力，充分挖掘知識的內(nèi)在價值。

二、認知沖突的認知價值

筆者閱讀化學(xué)史發(fā)現(xiàn)，課堂上的認知沖突與化學(xué)發(fā)展史有著驚人的一致性。可以說化學(xué)的發(fā)展經(jīng)歷了系列沖突過程，首先經(jīng)歷了很長的前科學(xué)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(xué)；在18世紀初，以拉瓦錫的氧化學(xué)說的出現(xiàn)改變了動蕩的局面，新的具有共識的科學(xué)研究時期產(chǎn)生；20世紀產(chǎn)生完全不同的新的理論——量子化學(xué)的興起，掀起新的化學(xué)科學(xué)革命，具體過程如圖1所示。學(xué)習(xí)化學(xué)概念和原理的過程也不是一蹴而就的，當(dāng)原先的理論不能解釋新的現(xiàn)象和證據(jù)時，就必須學(xué)習(xí)新的觀點來適應(yīng)新的證據(jù)，這種新舊理論的過渡正是運用認知沖突進行學(xué)習(xí)的好時機。

認知沖突具有重要的認知價值?？茖W(xué)認知價值注重懷疑、批判和提出新思想、新觀念，對權(quán)威的意見也堅持進行分析、批判檢驗而不盲從?？茖W(xué)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(shè)認知沖突，讓學(xué)生不僅僅是簡單接受科學(xué)事實，而是通過沖突情境的創(chuàng)設(shè)使得學(xué)生頭腦出現(xiàn)懷疑，從認知上的不平衡，進而導(dǎo)致心理上的不平衡，從而進入“憤悱”的學(xué)習(xí)心境，產(chǎn)生強烈的認知需要和探究愿望，極大激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)的內(nèi)驅(qū)力，促使學(xué)生主動去轉(zhuǎn)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(jié)構(gòu)。

三、認知沖突創(chuàng)設(shè)與應(yīng)用的案例

1.原電池概念的深化

學(xué)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(xiàn)在學(xué)生認為活潑金屬一定作負極，不活潑金屬一定作正極。教學(xué)中有必要將概念進一步深化，讓學(xué)生理解原電池的正負極不僅與電極材料有關(guān)，還與電解質(zhì)溶液成分有關(guān)。利用學(xué)生已掌握的知識與新學(xué)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(xué)生真正理解原電池的概念和形成條件。

創(chuàng)設(shè)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(xué)生猜測誰是負極誰是正極，學(xué)生根據(jù)剛剛所學(xué)知識，異口同聲地說當(dāng)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(shù)據(jù)采集，結(jié)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(chǎn)生氣泡，最終電子移動方向與預(yù)測的完全相反，學(xué)生議論紛紛。

設(shè)計沖突目的：

通過奇怪的實驗現(xiàn)象來設(shè)置認知沖突是一種重要的手段。學(xué)生初步掌握一些概念以后，在觀察實驗之前內(nèi)心自然而然會形成一些假設(shè)，若觀察到的實驗現(xiàn)象與自己的假設(shè)相去甚遠時會產(chǎn)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(dǎo)，根據(jù)新現(xiàn)象展開討論和分析，促使學(xué)生改變原有的認知結(jié)構(gòu)去順應(yīng)、解釋這些新現(xiàn)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(guān)，還與電解質(zhì)溶液有關(guān)，實際上與該條件下自發(fā)進行的氧化還原反應(yīng)相關(guān)。開始時，根據(jù)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(yīng)，而鋁要與氫氧化鈉溶液發(fā)生反應(yīng)充當(dāng)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(shè)計這個認知沖突，讓學(xué)生嘗試從更本質(zhì)的角度去認識原電池的正負極。

解決沖突方案：

設(shè)計問題鏈讓學(xué)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(yīng)是什么？判斷正負極并寫出電極反應(yīng)。若電解質(zhì)溶液改成稀鹽酸，則原電池的正負極應(yīng)該如何判斷？

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

③說明電極不僅與金屬的活動性有關(guān)，還與什么相關(guān)？

④進一步歸納原電池的構(gòu)成條件，必須是自發(fā)進行的氧化還原反應(yīng)。

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(xué)生習(xí)題解決中的典型錯誤創(chuàng)設(shè)認知沖突，可以幫助學(xué)生建立正確的解題思路，獲得正確的解題方法，幫助學(xué)生加深和拓展化學(xué)知識，從而促進學(xué)生的知識向能力的轉(zhuǎn)化。學(xué)生初步學(xué)習(xí)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(xiàn)在學(xué)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(shù)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(shè)認知沖突來加強認識。

創(chuàng)設(shè)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(xué)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(xué)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(yīng)該向7靠攏，但是計算方法看上去沒有錯誤，問題到底出現(xiàn)在哪里？學(xué)生立刻產(chǎn)生認知沖突。

設(shè)計沖突的目的：

在有關(guān)pH計算中學(xué)生容易產(chǎn)生慣性思維，習(xí)慣于直接用氫離子濃度除以倍數(shù)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(xué)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(dǎo)地位？

⑤堿溶液稀釋過程中氫氧根離子和氫離子應(yīng)該如何變化？

⑥堿溶液的稀釋應(yīng)該如何進行計算？

要讓學(xué)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(yīng)該在6～7之間。堿溶液的稀釋應(yīng)該抓住主要因素，即氫氧根離子進行稀釋計算，最后根據(jù)水的離子積常數(shù)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(xué)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(xué)習(xí)帶來困難，此處很有必要創(chuàng)設(shè)認知沖突揭開鹽類水解的奧秘。

創(chuàng)設(shè)沖突情境：

設(shè)計沖突的目的：

學(xué)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(xué)生不能理解鹽跟水反應(yīng)生成酸和堿很正常，老師提出第二個反應(yīng)也是正確的，學(xué)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(shè)計具有層次性的問題鏈，充分發(fā)揮自身的引導(dǎo)作用加以說明。

解決沖突方案：

①根據(jù)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(jié)合？

⑤將硫酸銅固體直接加入水中，為什么溶液有渾濁現(xiàn)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(xué)生在學(xué)習(xí)弱電解質(zhì)電離平衡、酸堿中和滴定基礎(chǔ)上學(xué)習(xí)鹽類的水解平衡，要緊緊把握弱電解質(zhì)的電離平衡和水的電離平衡，根據(jù)溶質(zhì)并不直接提供氫離子和氫氧根離子引導(dǎo)學(xué)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(xué)自身魅力，關(guān)注學(xué)生科學(xué)思維智慧的形成，提高學(xué)生學(xué)習(xí)的興趣和學(xué)習(xí)效率。endprint