真实情境视域下的认知冲突教学法案例分析
来源:用户上传
作者:杨亚贤
【摘要】文章以人教版高中化学必修第一册的第二章第一节“钠及其化合物”为例，通过记录真实情境下的教学实例，阐述认知冲突教学法在实际教学中的应用。笔者通过构建认知冲突，尝试点燃学生的探究欲望，促使学生积极解决问题，以期树立学生的实证思维，达成教学目标，完成化学学科核心素养的渗透。
【关键词】真实情境；认知冲突；单元教学；核心素养
作者简介：杨亚贤（1980―），女，江苏省南京市南京师范大学附属扬子中学。
一、案例背景
怎样的课堂教学有助于发展学生的化学学科核心素养？《论语》有云，“不愤不启，不悱不发”，这其中的“愤”和“悱”精准地描绘出了学生在面对认知冲突时，原有认知结构与新知识、新情境之间无法融合的学习状态［1］。认知冲突能帮助学生快速开启自我矛盾系统的大门，聚焦学生认知上的矛盾，激发学生主动思考，唤起学生解决问题的紧迫性，促进学生思维的发展，进而促使有效学习的发生。于是，笔者在已有研究成果的基础上，对人教版高中化学必修第一册第二章第一节“钠及其化合物”的教学进行大胆改革，试图让学生在精心设计的教学情境中真实地体验矛盾经历，促进学生在不断的认知调整中完成对新知识的建构，并亲身体验科学探索之美。
二、案例分析
1.教学价值
元素化合物是高中化学课堂的主干知识，其种类繁且多，知识杂而碎，不可能一一进行探究。因此，考虑到学生在初中阶段已经学习过氢氧化钠、碳酸钠、碳酸氢钠等含钠化合物的部分性质，人教版高中化学教材将“钠及其化合物”作为元素化合物的开篇内容。这对于第一次接触以元素为核心的无机化合物知识的学生而言，无疑降低了难度，有利于帮助学生明晰学习金属及其化合物的思路，为后续的学习奠定基础。此外，基于真实情境视域下的认知冲突来解决问题，能快速提升学生面对真实问题时的分析和推理能力，培养学生的科学探索精神，发展学生的化学核心素养。
2.教学思想与创新
《普通高中化学课程标准（2017年版）》提倡“引导学生创设真实且富有价值的问题情境，进而促进学生化学学科核心素养的形成与发展”［2］。本节课，笔者通过创设真实的情境，围绕“钠与硫酸铜溶液反应”“过氧化钠和水反应”“侯氏制碱法”这几个实验，结合本节课核心知识点和考点开展教学，旨在让学生体验发现问题―提出猜想―收集证据―实验验证―得出结论的真实的科学研究历程，从而使学生能够基于大量的感性认识，形成利用科学方法解决真实问题的能力，最终完成从简单的学习知识到能力提升的梯度式跨越，多维度发展化学核心素养。
三、教学过程
教学片段1：基于新旧知识的关联点创设认知冲突
［情境创设］“以曾青涂铁，铁赤色如铜”（图1），我国在西汉时，就掌握了湿法炼铜技术，请同学们思考，钠与硫酸铜溶液能发生反应吗？如果能，请预测可观察到什么现象？生成什么物质？
［生1］有紫红色的金属铜产生：2Na（s）+CuSO4（s）= Na2SO4（s）+Cu（s）。
［生2］有蓝色絮状沉淀生成：CuSO4+2Na+2H2O= Cu（OH）2↓+Na2SO4+H2↑。
设计意图：从学生熟悉的湿法炼铜这一生活实例导入，结合铜离子的氧化性比氢离子强等知识，对比钠与硫酸铜溶液反应现象，基于新旧知识的关联点引发认知冲突，激发学生的好奇心，提高学生的学习热情。在教师一步一步的引导下，学生通过小组合作和探讨，不断地在提出质疑、解决质疑的过程中将探究引向深入，让学生从一个旁观者变为探索者，由配角变成主人，进入一个“怦然心动、浮想联翩、豁然开朗”的境界［3］。
教学片段2：基于学生思维的障碍点引发认知冲突
［情境创设］滴水生火（图2）：用胶头滴管往放在石棉网上用脱脂棉包裹的少量过氧化钠粉末滴几滴水，脱脂棉剧烈燃烧。
［产生认知冲突］水不是用来灭火的吗，为什么能使脱脂棉燃烧起来？
［引导］我们可以从燃烧的角度分析，滴水生火的原理是什么？
［生1］有氧气生成，反应放热。
［生2］根据元素守恒定律：2Na2O2+2H2O=4NaOH+O2↑。
［追问］如何验证反应放热的产物是氢氧化钠还是氧气？
［生3］验证反应放热可用手触摸试管外壁，验证氧气常用带火星的木条，验证氢氧化钠用酚酞试液。
［小组实验］取一只大试管，先加约3gNa2O2，再加约7mL水，观察实验现象。
［学生观察体验汇报1］试管外壁发热，有大量气泡生成，将一支带火星的木条插入试管内部，木条复燃。（滴水生火的原因得以证实）
［学生观察体验汇报2］向反应后的溶液里滴几滴酚酞试液，溶液变红色，再振荡试管，溶液褪色。
［产生认知再冲突］溶液为什么会褪色？产物是NaOH和O2，我们学习过NaOH和O2都不能使酚酞褪色。
［引导］请同学们重新实验，仔细观察。
［小组讨论汇报］发现过氧化钠消失后，生成的气泡并没有很快消失，而是持续了很长时间，可能生成了一种能分解生成氧气的新物质H2O2。
［小组讨论展示验证方案］在反应后的溶液中加入二氧化锰，再滴加酚酞，观察现象。
［现象］往反应后的溶液加入MnO2，产生大量能使带火星的木条复燃的气体，再滴加酚酞，酚酞试液不褪色。
［结论］对于2Na2O2+2H2O=4NaOH+O2↑这个反应，课本上的方程式不够完善，实际上需要分两步进行：（1）Na2O2+2H2O=2NaOH+H2O2；（2） 2H2O2=2H2O+O2↑。
设计意图：对实滴水生火和对过氧化钠与水反应产物的分析，引发了“水能灭火”和“碱使酚酞溶液变红”相矛盾的认知冲突，在学生思维上设置障碍点，让学生在真实情境下掌握针对疑问进行自主猜想、实验设计与探究的科学方法，培养学生独立的动手能力，调动学生的学习热情，使学生在体验中逐渐养成能用辩证唯物主义观点看待问题，敢于质疑、乐于参与、勤于思考和勇于探索的学习习惯，提高学生的科学意识。
教学片段3：基于新旧知识的矛盾点创设认知冲突
［科学史话］我国著名化学家侯德榜首创的联合制碱法（又称为“侯氏制碱法”），在国际碱界享有盛誉。该法生产的“红三角”牌纯碱颜色与质量均为上乘，而且价格低廉，其原理如下。
（1）NH3+H2O+CO2=NH4HCO3
（2）NH4HCO3+NaCl=NH4Cl+NaHCO3↓（NaCl（aq）饱和）
［学生认知］第二个反应是复分解反应。
［学生再认知］所有的钠盐都是可溶的，不满足复分解反应的条件。
［产生认知冲突］为什么第二个反应能发生？
［引导］请大家结合表2展开思考。
［小组讨论汇报］因为氯化钠是饱和溶液，而且同温度时NaHCO3溶解度比NH4HCO3、NaCl、NH4Cl低得多，所以，在生产中只要不断地添加原料使氯化钠溶液达到饱和，就会有碳酸氢钠的析出，物质的析出也可看成是有沉淀物质的生成。
设计意图：人教版2019年高中化学必修第一册只在“科学史”中对侯氏制碱法做了简单介绍，但是历年来高考题中高频出现有关侯氏制碱法的题目，因此研究为什么能产生NaHCO3沉淀至关重要。结合学生初中所学的“所有钠盐都可溶”口诀和复分解反应发生的条件，教师使学生内心产生矛盾和纠结，再指导学生动手查阅有关资料，能让学生在无意识中开拓思维。同时，基于溶解度在侯氏制碱法中的伟大应用，教师帮助学生建构起对化学反应发生条件的认知，激发学生的求知欲望，培养学生的创造性思维。
四、教学反思
1.真实情境视域下认知冲突教学法的优点
《中国高考评价体系》提出：“创设真实合理的情境，设置新颖的试题呈现和设问方式，要求即将进入高等学府的学生，在新颖的、陌生的情境中积极主动地去思考。”［4］也就是说，在课堂上巧妙地设置认知冲突，一方面可以让学生在真实的情境中发现问题，进而引发改进、总结、反思问题的连锁效应。同时在教师的引导下，学生在此过程中自然形成解决问题的能力，思维能力实现梯阶式上升。另一方面，能够有效吸引学生的注意力，提升学生的专注力，提高学生的参与度，让课堂教学充满活力，最终实现新课标指向的“立德树人、学科育人”，将核心素养的培养落到实处。
在教学中设置基于真实情境的认知冲突，无疑是发展学生创新能力和开拓学生思维的最佳方式。在课堂上利用朴实的设计留白延伸教学内容，能够启发学生的思维，在认知冲突中为学生增加营养，有利于学生的个性化发展，从而为学生的未来发展夯实基础。
2.局限性
认知冲突教学法是一种让学生的思维与已经形成的旧有认知产生碰撞，使其处于失衡状态，从而高效调动学生的探究欲望，最终达到新的认知平衡的教学方式，这对学生的悟性提出了较高的要求。
因此，教师在教学中设置认知冲突时不能流于形式，且知识跨度不能太大。教师要花大量时间解读和深度理解教材，下功夫研究学情，结合学生的学业水平能力，仔细斟酌，精心设置与学生已有知识相符的认知冲突。
综上所述，基于真实情境视域下实施认知冲突教学法须基于教材，改进教法，为学生拾级而上搭梯建台，以达到渗透化学核心素养的初衷。
【参考文献】
［1］赵国庆，熊雅雯，王晓玲.思维发展型课堂的概念、要素与设计［J］.中国电化教育，2018（07）：7-15.
［2］朱鹏飞，陈敏，孙逸明.化学学科核心素养导向的教学设计：以“元素周期律”为例［J］.化学教学，2019（10）：37-42.
［3］石宏慧.简谈高中历史学习中的认知冲突［J］.新课程学习（上），2012（11）：194.
［4］教育部考试中心.中国高考评价体系说明［M］.北京：人民教育出版社，2019.
转载注明来源:https://www.xzbu.com/9/view-15445484.htm
