创设认知冲突 凸显认知价值

于容峻

摘要：认知冲突具有重要的认知价值，认知不平衡可以激发学生学习的内驱力，转变错误前概念，建立新水平的认知平衡。从认知冲突的创设、应用和处理说明使用认知冲突的一般路径和方法，并以原电池概念、溶液pH计算和盐类水解概念教学为例进行说明。

关键词：认知冲突；认知价值；原电池概念教学；pH计算；盐类水解概念；教学设计

文章编号：1008-0546（2017）12-0020-03 中图分类号：G633.8 文献标识码：B

doi：10.3969/j.issn.1008-0546.2017.12.006

一、问题的提出

认知冲突是指人在原有的观念与新经验之间出现对立性矛盾时而感受到的疑惑、紧张和不适的状态。学习不仅是信息量的积累，它同时包含学习者由于新旧知识经验之间的冲突而引发的观念转变和认知结构的重组。上海师范大学吴俊明教授明确指出：现在科学价值观养育受到严重干扰，学校中的科学教育受到严重挤压，科学价值观养育无从谈起；轻视科学内在价值，致使学生对科学价值的认识肤浅，难以形成内在的学习动力。具体表现在教学中很多教师注重传授知识与结论，很少讲过程与方法；要求学生死记硬背知识点，导致学生机械完成作业，难以发挥知识的内在价值。笔者粗浅地谈谈如何在课堂中巧妙设置认知冲突，激发学生的学习动力，充分挖掘知识的内在价值。

二、认知冲突的认知价值

笔者阅读化学史发现，课堂上的认知冲突与化学发展史有着惊人的一致性。可以说化学的发展经历了系列冲突过程，首先经历了很长的前科学阶段，这个阶段思想混乱、意见分歧，没有哪个理论能够统摄整个化学；在18世纪初，以拉瓦锡的氧化学说的出现改变了动荡的局面，新的具有共识的科学研究时期产生；20世纪产生完全不同的新的理论——量子化学的兴起，掀起新的化学科学革命，具体过程如图1所示。学习化学概念和原理的过程也不是一蹴而就的，当原先的理论不能解释新的现象和证据时，就必须学习新的观点来适应新的证据，这种新旧理论的过渡正是运用认知冲突进行学习的好时机。

认知冲突具有重要的认知价值。科学认知价值注重怀疑、批判和提出新思想、新观念，对权威的意见也坚持进行分析、批判检验而不盲从。科学认知价值不仅在于使认识主体的认识能力不断提高，还在于促使认识对象的范围不断扩展，促使认识更加深入、水平更高b]。在课堂中有意创设认知冲突，让学生不仅仅是简单接受科学事实，而是通过冲突情境的创设使得学生头脑出现怀疑，从认知上的不平衡，进而导致心理上的不平衡，从而进入“愤悱”的学习心境，产生强烈的认知需要和探究愿望，极大激发学生学习的内驱力，促使学生主动去转变错误的前概念，不断批判和提出新的观念，最终获得新水平上的概念认识，形成完善的认知结构。

三、认知冲突创设与应用的案例

1.原电池概念的深化

学生通过锌铜原电池初步获得原电池的概念，理解比较粗浅，还不够深入，具体表现在学生认为活泼金属一定作负极，不活泼金属一定作正极。教学中有必要将概念进一步深化，让学生理解原电池的正负极不仅与电极材料有关，还与电解质溶液成分有关。利用学生已掌握的知识与新学知识之间的矛盾来引发认知冲突，是认知冲突的最适宜生长点，让学生真正理解原电池的概念和形成条件。

创设冲突情境：

笔者拿出镁电极和铝电极以及氢氧化钠溶液，请学生猜测谁是负极谁是正极，学生根据刚刚所学知识，异口同声地说当然镁是负极。笔者将镁条和铝条一同伸入氢氧化钠溶液中，采用微电流传感器进行数据采集，结果如图2所示，开始时镁是负极，铝是正极，然后正负极发生颠倒，镁条上产生气泡，最终电子移动方向与预测的完全相反，学生议论纷纷。

设计冲突目的：

通过奇怪的实验现象来设置认知冲突是一种重要的手段。学生初步掌握一些概念以后，在观察实验之前内心自然而然會形成一些假设，若观察到的实验现象与自己的假设相去甚远时会产生非常强烈的认知冲突，从而激发进一步探究的愿望。教师顺势加以引导，根据新现象展开讨论和分析，促使学生改变原有的认知结构去顺应、解释这些新现象，从而深化对原有概念的理解。原电池的正负极不仅与电极材料有关，还与电解质溶液有关，实际上与该条件下自发进行的氧化还原反应相关。开始时，根据金属活动性顺序表可知，镁比铝活泼，镁做负极，铝做正极；然后在碱性条件下镁不会发生反应，而铝要与氢氧化钠溶液发生反应充当负极，看似违背金属活动性顺序表，实是铝在该条件下更容易失去电子。设计这个认知冲突，让学生尝试从更本质的角度去认识原电池的正负极。

解决冲突方案：

设计问题链让学生进行探究：

①开始阶段镁作负极，铝作正极，发生的电极反应是什么？判断正负极并写出电极反应。若电解质溶液改成稀盐酸，则原电池的正负极应该如何判断？

②后来为什么铝电极为负极，上面的电极反应可能是？正极反应可能是？写出总反应的离子方程式。

③说明电极不仅与金属的活动性有关，还与什么相关？

④进一步归纳原电池的构成条件，必须是自发进行的氧化还原反应。

⑤如何准确判断一个原电池的正负极？

2.溶液pH的计算

抓住学生习题解决中的典型错误创设认知冲突，可以帮助学生建立正确的解题思路，获得正确的解题方法，帮助学生加深和拓展化学知识，从而促进学生的知识向能力的转化。学生初步学习了pH的定义，知道酸性溶液和碱性溶液pH的计算方法。对于强碱溶液的稀释计算没有完全掌握，具体表现在学生对碱性溶液稀释的pH计算仍然直接用溶液中H⁺除以稀释倍数进行求算，不能把握矛盾的主要方面是OH^-。此处是认知冲突的生长点，需要创设认知冲突来加强认识。

创设冲突情境：endprint

常温下pH=6的盐酸溶液加水稀释100倍，稀释后的溶液pH是多少？

常温下pH=11的氢氧化钠溶液加水稀释100倍，稀释后的溶液pH是多少？

学生按照自己的方法计算得出常温下pH=6的盐酸溶液加水稀释100倍，pH=8；常温下pH=11的氢氧化钠溶液加水稀释100倍，pH=13。计算完毕以后，立刻有同学喊出来，有问题，怎么酸性溶液稀释变成了碱性溶液，怎么pH=11的氢氧化钠溶液稀释以后反而碱性在变强？按照常理溶液稀释pH应该向7靠拢，但是计算方法看上去没有错误，问题到底出现在哪里？学生立刻产生认知冲突。

设计冲突的目的：

在有关pH计算中学生容易产生惯性思维，习惯于直接用氢离子浓度除以倍数获得稀释后的溶液的氢离子浓度，直接算出pH。在接近中性的溶液中不能忽略水的电离，在碱溶液的稀释中不能忘记此溶液中起主要作用的是氢氧根离子，采用问题链让学生进行分析。

解决冲突方案：

①常温下0.01mol/L的盐酸溶液中氢离子的来源有哪些？

②为什么0.01mol/L的盐酸溶液稀释100倍后c（H⁺）≡0.0001mol/L？

③pH接近7的溶液稀释过程中能否忽略水的电离？

④在碱溶液中氢氧根离子和氢离子谁占主导地位？

⑤碱溶液稀释过程中氢氧根离子和氢离子应该如何变化？

⑥碱溶液的稀释应该如何进行计算？

要让学生清楚，在pH较小的溶液中由于酸电离出的氢离子抑制水的电离，所以水电离的氢离子浓度可以忽略不计，但接近中性的溶液进行稀释，此时水电离的氢离子与酸电离的氢离子浓度相近，不能忽略，pH应该在6～7之间。碱溶液的稀释应该抓住主要因素，即氢氧根離子进行稀释计算，最后根据水的离子积常数计算氢离子浓度得到pH。

3.盐类水解概念的形成

盐类水解是水溶液中离子平衡的重要组成部分，也是学生理解的难点所在，若不能正确理解概念，对后续的三大守恒原理和离子浓度大小比较的学习带来困难，此处很有必要创设认知冲突揭开盐类水解的奥秘。

创设冲突情境：

设计冲突的目的：

学生从初中开始就在头脑中牢固建立酸碱不能共存的前概念，学生不能理解盐跟水反应生成酸和碱很正常，老师提出第二个反应也是正确的，学生一片哗然。教师紧紧抓住这个认知冲突，如何证明这个过程是客观存在的，通过实验和设计具有层次性的问题链，充分发挥自身的引导作用加以说明。

解决冲突方案：

①根据电离理论在硫酸铜溶液中存在哪些微粒？

②测定硫酸铜的酸碱性，硫酸铜呈什么性？

③既然硫酸铜没有电离出氢离子和氢氧根离子，为什么溶液中氢离子和氢氧根离子浓度不相等？

④溶液中氢氧根离子被谁结合？

⑤将硫酸铜固体直接加入水中，为什么溶液有浑浊现象，为什么加入稀硫酸溶液变得澄清？

⑥请解释氯化铵溶液为什么呈酸性？

⑦盐类发生水解的条件是什么？请归纳盐类水解的定义。

学生在学习弱电解质电离平衡、酸碱中和滴定基础上学习盐类的水解平衡，要紧紧把握弱电解质的电离平衡和水的电离平衡，根据溶质并不直接提供氢离子和氢氧根离子引导学生观察水的电离平衡的破坏，再通过平衡移动实验进一步确认水解平衡的存在，最后得出盐类水解的概念。

总之，利用认知冲突，可以展示科学自身魅力，关注学生科学思维智慧的形成，提高学生学习的兴趣和学习效率。endprint