认知冲突在化学教学中的应用

陈逸红（浙江省慈溪市观城中学）

认知冲突在化学教学中的应用

陈逸红
（浙江省慈溪市观城中学）

认知冲突对学生构建新的知识体系有极重要的作用。教师应从各种途径制造认知冲突、激发学生内驱力、发展思维、提高科学素养。结合原电池螺旋上升的教材编排，设计与其相应的认知冲突教学模式。

认知冲突；原电池；教学方法

新高考方案实行后，教学时间缩短，学科知识繁多，教师考虑的是如何提高化学课堂的效率，提升学生的学科素质。查阅资料再结合多年的教学经验，笔者认为认知冲突是行之有效的教学方法。

一、认知冲突有利教学的理论依据

建构主义学习理论认为：学生的学习不是教师传递多少知识，而是学生自己主动建构知识的过程。瑞典心理学家皮亚杰指出，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。认知心理学家费斯廷格认为：当学生产生心理失衡时，因仍有保持心理平衡的倾向，所以会导致“紧张感”。为了消除这种感觉，学生会有强烈的探索未知领域的愿望。笔者这样理解认知冲突在化学教学中的作用：学生已有的知识结构体系→已平衡→多种途径产生认知冲突→不平衡→多种方法解决认知冲突→建立新知识体系→重复。若教师采用“填鸭式”，学生采用“贝多芬”的模式，相当于学生仍用原知识结构去被动接受权威性知识，只是量的积累，当遇到新问题时，学生毫无应对能力。若教师在教学中利用认知冲突，激发学生内驱力，变要他学为他要学，对学生建立新知识体系，真正完善思维，是受益一生的。

二、教学中设置认知冲突的方法

1.通过化学史的陈述

讲原子结构模型演变时，教师利用卢瑟福a粒子轰击金箔的现象与汤姆生的“葡萄干面包式”模型相冲突，让学生融入科学家的世界，体会当时的困惑。

2.通过化学实验

（1）对比实验。讲盐类水解时，取少量氯化钠、氯化铵、醋酸钠晶体，各自溶于水，测pH。另取少量同上物质，各自溶于无水乙醇，测pH。盐溶液有酸碱性已经让学生很意外了，溶于无水乙醇的盐溶液没有酸碱性这又何解？双重矛盾强烈地激起了学生的求知欲。

（2）实验现象与已学知识不符。复习电解池时，笔者展示资料，电压1.5 V，石墨电极电解pH=4的盐酸和0.1 mol/L FeCl2混合液。阴极无气泡，银白色金属析出。阳极无气泡，湿润的淀粉碘化钾试纸不变蓝色，溶液滴加KSCN显淡红色。学生按以往经验认为阳极Cl-失电子产氯气，阴极H+得电子产氢气，但与现象不符。笔者借机引入氧化性（还原性）的强弱影响因素。

（3）通过正误解题过程展示。如同浓度NaNO2与CH3COONa溶液的阴离子总浓度大小。解法一：按离子方程式计算，两者相等。解法二：根据电荷守恒法C（A-）+C（OH-）=C（Na+）+C（H+），C（Na+）同，而pH不同，两者不等。教师利用学生知识中的易错点，制造出相应的知识陷阱，引诱学生掉入。暗设认知冲突的做法可以澄清学生的模糊认识，有效防止学生再错。

（4）通过不同学生之间的想法。教师提供各0.1 mol/L的Na2S2O4，H2SO4溶液，水，设计实验证明不同浓度的H2SO4溶液对化学反应速率的影响。某同学设计如下，实验1：取Na2S2O42 ml，H2SO43 ml，水0 ml。实验2：取Na2S2O42 ml，H2SO43 ml，水2 ml。不同学生知识结构不同，解决问题的能力不同。教师利用不同主体的差异，制造认知冲突。

认知冲突运用在具体教学过程中会有什么效果呢？笔者选取了一节原电池进行认知冲突教学。

三、化学能转化为电能的教材编写

教材编写时是螺旋上升的。教材先展示金属材料失电子，正极材料仅导电，电解质溶液中的离子反应，如锌铜原电池。接着正极的材料是直接得到电子反应，如铅蓄电池。最后电极材料是相同的，两极通入的物质反应，如氢氧燃料电池。原电池的构造是不断变化的，那么学生的认知结构也需要不断打破然后重建。教师在教学中设计一些冲突，学生产生矛盾，解决矛盾，产生新矛盾，再解决，达到知识螺旋上升。

四、原电池教学过程实录

环节一：新课引入

师：伏特电池的故事。演示实验1：锌片铜片不接触，插入稀硫酸；演示实验2：锌片铜片接触，插入稀硫酸。

【设计意图】学生替伽尔巴尼感到惋惜，同时对伏特的研究充满好奇，再加上演示实验2的现象。“冲突式”自然引入新课，集中了学生的注意力，激发了求知欲。

环节二：原电池工作原理

师：实验2增加了什么？可能为铜片上产生氢气提供什么条件？

生：锌或锌离子做催化剂，铜与稀硫酸反应；锌与稀硫酸反应放热，铜吸热后变活泼与稀硫酸反应；金属有传导电子的能力（教师引导金属除了导热性还有什么），反应产生的电子流到铜片。

师：设计实验判断对错？

生：若是铜与稀硫酸反应，铜片质量要减轻，铜离子产生，溶液变蓝色。若金属上有电子传导，就有电流，用电流计探测。

师：演示实验3：锌片铜片之间接入电流计，插入稀硫酸。

师：介绍锌铜稀硫酸原电池工作原理，正负极，电子流向，离子流向，电极反应式。

【设计意图】铜片上有气泡的实验现象是与他们预测不符的，出现认知冲突，他们企盼、渴望得到答案。教师若做权威性回答，就扼杀了他们的思维。教师允许他们猜想，并引导启发，就给思维插上了翅膀，让学生质疑，交流，可以锻炼他们的思维能力和语言表达能力。

环节三：原电池构成条件

生：提供锌片、铜片、石墨棒各两片，稀硫酸，硫酸铜溶液，乙醇，导线，电流计。分组实验，组成原电池。

生：总结原电池的共同特点。

师：演示实验3中锌片上也有气泡，为什么书上未提？

【设计意图】学生可以解释部分，又不能完全解释，出现欲说还休，进入愤悱之境。教师提示：锌冶炼时有碳而教材所用的是纯锌，分组实验中硫酸铜有极微弱电流的现象。学生恍然大悟，原来实验3有两个原电池。

环节四：原电池构成条件补充

师：演示实验4：锌片放入硫酸锌溶液，铜片放入稀硫酸（另一烧杯），锌片与铜片导线连接，指针不偏转的原因？怎么改进？

生：短路，无离子迁移，打通溶液。

师：介绍溶有氯化钠溶液的琼脂，指针会偏转吗？

师：演示实验5：U形管底部是溶有氯化钠溶液的琼脂，左侧是硫酸锌溶液，放锌片。右侧是硫酸溶液，放铜片，连接电流表，接通。

【设计意图】实验5的结果又使学生陷入了困境：两者未接触，怎么使锌失电子呢？教师引导：氧化还原是同时发生怎会有先后？电子的流动不是因为接触引发的，而是具有还原性（氧化性）的物质天性使然，类似于水从高处自动流到低处。同时也解决了锌不纯带来的干扰。又一个新矛盾解决了，改进的实验让学生开了眼界（化学中还有阻隔溶液但离子还可以迁移的物质），留下了深刻的印象。

环节五：伏特锡铜氯化钠溶液的电池收尾

【设计意图】：首尾呼应。

五、利用认知冲突进行教学对教师的要求

认知冲突应用范围广，但并不是每个环节都可用认知冲突。教师应理清教材编写思路，为不同的教学内容找到适合的方法，提高驾驭课堂的能力。学生突发奇想，但也有个别乱说一通，教师要取舍，把握课堂节奏，完成教学设计中的内容，否则直到下课还陷在矛盾中。教师要提升科研能力，当有学生对于结尾处原电池的正极是氧气得电子有疑问（可能是水中H+得电子）时，笔者利用《中学化学教学参考》中的溶解氧传感器和氧气传感器向他解释。

爱因斯坦曾说：所谓教育，是忘却了在校学的全部内容之后剩下的本领。在小小的课堂上，教师应利用他们的智慧启迪学生，设置矛盾，引导他们解决矛盾。这样，学生学到了方法，也学到了遇到困境不退缩的精神，这才是好教育。

万云霞.高中化学教学认知冲突策略研究［D］.江西师范大学，2015.

·编辑杨国蓉