探索落實核心素養有效途徑的實踐研究——設置認知沖突，激發課堂問題生成，促進學生自主探究

上海市高境第一中學 李紅梅

關鍵詞

核心素養 體驗活動 認知沖突 課堂問題生成 自主探究

一、問題的提出

（一）研究背景與意義

傳統的人才培養模式最突出的問題在于學生的主體地位不突出，學習方式單一僵化，不重視學生的認知體驗、情感體驗和心理體驗，使學生處于無目標、無意義的“空中樓閣”式的學習狀態中，得不到自主發展。2017版新課標堅持反映時代的要求，“關注學生個體化、多樣化的學習和發展需求，促進人才培養模式的轉變”“立足于學生適應現代生活和未來發展的需要，充分發揮化學課程的整體育人功能，構建全面發展學生化學學科核心素養的高中化學課程目標體系。”因此，中學化學教學必須超越對具體知識本身的追求，實踐“素養為本”的教學理念。

重視開展“素養為本”的教學，以教師的“引導”為手段，以學生的“發現”為目的，教師不再是課堂的主體，教師要創設問題情境，是問題的策劃者和引導者，并且是學生進行問題解決的指導者、支持者和合作者；學生在問題解決過程中需要主動提出問題、分析問題、提出假設、驗證假設、最終建構知識與問題解決策略，學生的學習會變得更加自主，更具有體驗性和建構性。重視開展“素養為本”的教學，能更加突出學生在學習過程中的主體地位，能讓學生在“發現”的過程中對知識達到深層次的理解，并將其內化為能力、思想、觀念，進而將知識轉化為智慧與素養。

因此，本課題以“學生體驗活動”為真實學習情境，以“創設認知沖突激發課堂問題生成”為切入點，以“學生自主探究式學習化學”的過程為依托，探索在教學實踐中加強核心素養落實的有效途徑。在課堂教學中，若能巧設認知沖突，造成學生認知結構的不平衡，將學生帶入“憤悱”的學習心境，不僅能促成新的認知結構的形成，而且能激發學生的思維，激發課堂問題生成，培養學生自主探究式學習化學。自主探究式學習真正體現了學生是教學活動主體的思想，把學習的時空還給學生，讓學生真正成為學習活動的主人，使學生的學習過程成為一個再創造、再發現的過程。這種學習方式決定著學生對化學知識的深入理解和靈活應用，影響著學生未來學習和未來發展，對發展學生的核心素養具有重要價值。

（二）心理學依據

知覺具有恒常性。人們已有的知識和經驗具有相對穩定性，使知覺往往不隨問題情境的變化而改變，因此在經驗的影響下做出錯誤的判斷。“認知沖突”正是利用了知覺的恒常性，先使學生“上當”，然后再解脫。

從引起注意的角度看，新奇的刺激容易成為注意的對象，而枯燥的講解、機械的重復很難引起學生的注意，因此改進教學方法，設置一些懸念，造成新異性，就容易引起學生強烈的學習興趣，積極主動地參與學習。

從記憶的角度看，有意識地造成認知上的矛盾，然后再加以否定，通過這樣的正誤對比能使學生記憶深刻。

（三）關鍵詞界定

認知沖突：認知沖突是一個人已建立的認知結構與當前面臨的學習情境之間暫時的矛盾與沖突，是已有的知識和經驗與新知識之間存在某種差距而導致的心理失衡。教育心理學認為設置認知沖突是提高學生課堂參與度的重要因素。學生的認知沖突是學生學習動機的源泉，也是學生積極參與思維活動的重要原因。所以，教師在教學中要不斷設置認知沖突，讓課堂煥發出生命活力，激活書本知識，喚起學生學習的內在需要，使學生在近乎真實的學習背景或解決實際問題的過程中，感受存在的矛盾和沖突，感悟新舊知識之間的聯系，形成學習能力。

課堂問題生成：是指在課堂上學生學習過程中產生的問題。蘇霍姆林斯基認為，在人的心靈深處，都有一種根深蒂固的需要，這就是希望感到自己是一個發現者、研究者、探索者，在兒童的精神世界中，這種需要則特別強烈，問題情境能滿足這種需要。“讀書先要會疑。于不疑處有疑，方是進矣。有疑而不疑者，不曾學，學則須疑。”這是晉代學者張載的讀書名言，它充分說明學習是一個不斷質疑和釋疑的過程。化學新課程強調學生探究能力的培養，要求學生具備較強的問題意識，能夠發現和提出有探究價值的化學問題，敢于質疑，勤于思考，因此“問題生成”就成為主要教學手段之一。

自主探究：是當今新課程理念所提倡的一種學習方式。它要求學生要做課堂的主人，根據一定的情景自己提出問題，并在教師的引導下發揮自己的主觀能動性，調動自己的各種感覺器官，通過動手、動眼、動嘴、動腦，主動地去獲取知識，即學生有計劃、有目的、有步驟地進行研究與探索，從而獲得結論的學習方法。

二、探索利用認知沖突促進核心素養落實的教學模型

新課標中提出 “學生化學學科核心素養的發展是一個自我建構、不斷提升的過程”。課堂上的體驗活動為學生自我建構、不斷提升創造了廣闊的舞臺，體驗活動是否能有效觸發學生的認知體驗、情感體驗和心理體驗，取決于激發體驗熱情的導火索——認知沖突。學源于思，思源于疑，認知沖突是激發思維的第一步，有利于課堂問題生成，有利于激發學生的認知，需要有自主探究的愿望，促進學生進行知識的自我建構，從而提升學生的思維能力和自學能力，促進核心素養的落實。

在教學實踐中，通過“設置認知沖突，激發課堂問題生成，促進學生自主探究”的教學途徑，在體驗活動中落實核心素養，收到了比較好的教學效果。教學中總結提煉出教學模型如下：

疑——創設合理情境，投石激浪，引發學生的認知沖突，打破原有的認知平衡，喚醒學生的質疑思維，因勢利導，從而激發學生的認知渴求。

思——在思考中自主探究，主動建構認知體系。

悟——在反思中領悟、總結、提煉，建立新的認知平衡體系。

行——在應用中踐行新的認知體系，能力得到提升。

課堂上的體驗活動，從矛盾沖突打破原有認知的平衡開始，通過“疑、思、悟、行”解決矛盾，建立新的認知體系。當一個認知沖突解決之后，變換情景，誘發新的認知沖突，更能進一步激活學生的思維，優化認知結構。每個教學環節不是簡單的重復性體驗活動，而是教師的預設和課堂的生成交融在一起，引導學生的思維階梯式地向縱深發展，最后建立新的完整的認知平衡體系。體驗活動體現循序性、遞進性，在多次認知沖突下的體驗循環中逐步提升學生的綜合能力。

三、課堂教學實踐與思考——以“氧化還原反應”教學設計為例

本課題的關鍵是認知沖突的設置。巧設認知沖突，就能夠激發學生學習的熱情和學習的動力，促進學生在認知體驗、情感體驗和心理體驗中的自我建構。只要教師潛心研究，就會挖掘出設置認知沖突的問題素材，就會讓學生的體驗煥發勃勃生機。

（一）由新舊知識的結合點生成認知沖突

學生認知發展規律是化學課程內容選擇與編排的重要原則，這就使得同一類型的知識在不同的教學階段反復出現，但在內容的深廣度上存在較為明顯的差異。探尋新舊知識的聯系，并將此作為新知識的起點，可以促進新知識的學習。研究表明，那些和學生已有的知識有一定的聯系，學生知道一些，但是憑已有的知識又不能完全解決的問題，也就是說在“新舊知識的結合點”上最能激發學生的認知沖突，使其原有的認知結構受到沖擊，思維陷入矛盾之中，從而遠離認知結構“平衡態”，引發課堂問題生成，學生的好奇心和旺盛的求知欲形成內驅力，使學生有目的地進行積極地探索。

教學環節一 舊知再現 從實現Cu→CuO→Cu的轉化說起

【師】用你所學的化學知識，如何實現Cu→CuO→Cu變化？寫出對應的化學反應方程式。

設計意圖：從得氧失氧的角度，回顧氧化還原反應的概念，為接下來生成認知沖突做好鋪墊。

教學環節二 分組實驗 矛盾沖突激發探索欲望

【分組實驗】實現Cu→CuO→Cu的轉化。用鑷子夾取銅片在酒精燈上灼燒，然后浸入實驗臺上小燒杯中的神秘未知溶液中，注意觀察銅表面的變化。

【學生交流】

（1）描述實驗現象：銅表面由紅變黑，又由黑變紅。

（2）學生從得氧失氧的角度，分析銅表面發生變化的原因。

【教師引導】這種神秘的溶液是什么呢？是酒精！反應中酒精發生什么變化呢？請看化學方程式：

【認知沖突 問題生成】有氧化就一定有還原，二者同時存在。如果CuO→Cu的轉變是失氧被還原，那么酒精就應該是得氧被氧化，但是，同位素示蹤法證明了反應前后酒精中的氧元素沒發生變化，就是說，酒精被氧化沒有發生得氧，這是為什么呢？難道氧化還原反應不是都伴隨有得氧和失氧嗎？

【思考討論 自主探究】對于上述反應，銅元素除了由化合態CuO轉化為游離態Cu，還伴隨著什么變化呢？比較一下上述這些反應，分別從得氧失氧的角度和元素化合價變化的角度，分析反應的相同點和不同點。從到沒有得氧，但酒精的確將氧化銅還原了，自身被氧化了。由此看來，氧化還原反應中不一定發生得氧失氧，從得失氧的角度認識氧化還原反應是片面的，不科學的。

【反思觀察 總結提煉】氧化還原反應的特征是元素的化合價發生改變。從元素化合價升降的角度總結氧化劑與還原劑、氧化反應與還原反應等概念。

【理解應用 檢驗鞏固】練習：判斷所列化學反應是否是氧化還原反應：

設計意圖：酒精被氧化卻沒有得氧，舊知不能解釋新的問題，原有的認知平衡被打破，引發認知沖突。矛盾沖突激發了探索欲望。這些活動的設計基于原有知識，而原有知識又不能解決當前問題，由此就會促使學生產生一種“憤悱”狀態。此時，師生共同分析化學反應中各元素化合價變化的特點，就可以發現兩者的共同特征在于化合價發生變化，從而將“氧化還原反應”的學習由表及里引向深入。在思考討論、反思總結的過程中，教師注重引導學生從宏微結合的視角分析與解決由認知沖突而生成的問題，使學生在體驗活動中解決問題的能力得到提升，促進了學科核心素養的落實。

（二）由經驗與事實相悖而引發認知沖突

學生對原有的知識經驗與眼前所觀察到的實驗事實的矛盾沖突感到驚訝、困惑，進而產生強烈的學習動機，非常想對矛盾的根源所在一探究竟。正如亞里士多德所說： “思維從對問題的驚訝開始。”心理學研究也表明，思維通常是與問題聯系在一起的，意識到問題的存在是思維的起點。當一個人感到需要弄清“是什么”“為什么”“怎么辦”的時候，他就能把自己的思維調動起來。

教學環節三 分組實驗 反常現象引發深入思考

【分組實驗】利用實驗臺上提供的燒杯、石墨電極、導線、電流表、鋅片、銅片、稀硫酸等實驗用品，進行分組實驗，將鋅板和銅板同時插進稀硫酸中，注意觀察鋅板和銅板上的現象，然后用導線連接銅和鋅，中間串聯一個電流表，再重新將鋅板和銅板插進稀硫酸中，形成閉合回路，注意觀察鋅板和銅板上的現象。

【學生交流】導線連接前，鋅板有氣泡生成，銅板無現象；導線連接后，電流表指針偏轉，開始鋅板上有氣泡，過段時間，鋅板氣泡減少，銅板上氣泡增多。

【認知沖突 問題生成】銅不能與稀硫酸反應，為什么導線連接后銅的表面有氣泡？

【思考討論 自主探究】電流表的指針為什么發生偏轉？有電流生成說明導線中有帶電粒子的定向運動，什么粒子？導線中只能是電子，電子從何而來呢？導線連接前，H+直接在鋅板上得到電子生成氫氣；導線連接后，鋅失電子，電子通過導線流到銅板，H+在銅板上得到電子生成氫氣，因為電子做了定向移動，產生了電流，所以電流表的指針發生偏轉。

【反思觀察 總結提煉】這個實驗充分證明了：發生氧化還原反應時電子發生了轉移。

【動畫演示】動畫模擬微觀粒子的運動情況，加深認識。

【思考討論 自主探究】元素化合價的改變和電子的轉移與原子結構的穩定性有必然的聯系嗎？要求學生以鈉在氯氣中燃燒為例探究。

學生以氯化鈉的形成為例進行分析、研究，得出： Na原子最外層有一個電子不穩定，易失去一個電子達到穩定結構，Cl原子最外層有七個電子不穩定，易得到一個電子達到穩定結構。當Na原子和Cl原子接近化合時，Na原子將最外層的一個電子轉移給Cl原子，從而使雙方都達到穩定結構，形成了Na+和Cl-。Na+和Cl-分別表現出化合價為+1和-1。然后Na+和Cl-又通過靜電作用形成穩定的化合物NaCl。

【反思觀察 總結提煉】學生通過自主探究得出的結論是：電子的轉移引起了元素化合價的改變，氧化還原的本質是電子發生轉移。進而從電子得失的角度總結氧化劑與還原劑、氧化反應與還原反應等概念。

設計意圖：反常的實驗現象又一次引發認知沖突，學生帶著問題一步一步向氧化還原反應的實質逼近。這些認知沖突的產生及問題的最終解決使學生的認知結構又趨于新的平衡，認知水平又螺旋式地上升到一個新的高度。從得氧失氧、元素化合價改變到電子轉移，體驗活動中學生完成了對氧化還原反應概念的由表及里再認識。體驗過程中，在教師有效的“引導”和學生不斷的“發現”中，學生的“宏觀辨識與微觀探析”“證據推理與模型認知”“科學探究與創新意識”核心素養得到充分發展。

（三）理論與具體問題相遇誘發認知沖突

學生滿心歡喜地運用新建立的認知體系去解決實際問題，但是在解決問題的過程中，還會遇到各種復雜的情況，它們就像云霧一樣籠罩在事物的表面，錯綜復雜，很難看清事物的本質，這時就很容易被一些表面現象誘發認知沖突，這種沖突自然會引起學生的極大好奇，所以，在實際應用中不失時機地創設一些認知沖突，不僅能使學生避免進入思維誤區，認清問題的本質，更能完善學生的認知結構，更能培養學生科學探索與創新能力。

教學環節四 原理運用 實際問題深化反應真諦

【理解應用】判斷：下列關于雙氧水與酸性高錳酸鉀溶液的反應是氧化還原反應嗎？化學方程式的配平哪個正確？（ ）

A. 2KMnO4+H2O2+3H2SO4══K2SO4+2MnSO4+3O2↑+4H2O

B. 2KMnO4+3H2O2+3H2SO4══K2SO4+2MnSO4+4O2↑+6H2O

C. 2KMnO4+5H2O2+3H2SO4══K2SO4+2MnSO4+5O2↑+8H2O

D. 8KMnO4+2H2O2+12H2SO4══4K2SO4+8MnSO4+11O2↑+14H2O

【認知沖突 問題生成】初中學生就知道，化學方程式的配平遵循質量守恒定律，反應前后原子守恒，并且方程式的系數是唯一的。以上四個化學方程式的配平都滿足了原子守恒，哪個是對的？難道都是對的嗎？如何辨別真偽？

【思考討論 自主探究】教師引導學生思考，氧化還原反應中氧化反應和還原反應同時發生，元素化合價有升必有降，電子有得必有失。于是，學生圍繞電子得失引起元素化合價的改變展開討論，根據反應前后元素的價態升降變化數目，進而得出“得電子總數和失電子總數必然相等”的結論。

【反思觀察 總結提煉】氧化還原反應方程式的配平不僅要滿足原子守恒，還要滿足得失電子守恒。

【理解應用 檢驗鞏固】在實驗室制氯氣的反應中，

氧化劑和還原劑物質的量之比為多少？學生根據電子守恒分析不難得出，鹽酸只有一半被氧化，所以氧化劑和還原劑之比為1∶2。

設計意圖：在這樣實際運用的教學環節中，剛建立的認知新平衡遇到無法解釋的問題，求知的欲望自然引發，于是教師因勢利導提出，不僅氧化還原反應的配平要滿足得失電子守恒，而且涉及氧化還原反應的計算時也要充分利用得失電子守恒。這樣一來，澄清了學生的模糊認識，學生對知識的理解更為透徹，教學更加有效。在思考討論、反思總結過程中，培養了學生嚴謹的科學態度和解釋現象、發現本質的科學探究能力，核心素養進一步得到落實。

總之，氧化還原反應概念的轉變過程就是認知沖突的引發及其解決的過程，也是核心素養有效落實逐級深化的過程。

四、結束語

創設認知沖突，應設法喚起學生已有的認知，引起學生對所學內容更深層次的思考和把握，也就是要觸動、激發學生思維。有效的認知沖突設計要立足學生的實際，接近學生的最近發展區，難易適中。過難或者梯度跨越太大，學生思維力不及，過于簡單直白，引不起思維的碰撞，一定要讓多數學生在課堂上有一種“跳一跳”才摘到桃子的感覺。所以，教師根據教學內容，要善于挖掘學生的認知盲點，有效利用認知沖突激發課堂問題生成，讓學生在教師精心設置的活動或者情境中，以問促思，以問導學，同時引領學生進行有目的的思考、探索，讓學生感到自己是一個發現者、研究者、探索者，進而養成勤思、善想、好問、深鉆的良好思維習慣和不斷探索的科學精神。

教學實踐證明，“設置認知沖突，激發課堂問題生成，促進學生自主探究”是一條落實學科核心素養的有效途徑。這條途徑緊緊圍繞新課標的要求，“倡導真實問題情境的創設，開展以化學實驗為主的多種探究活動，重視教學內容的結構化設計，激發學生學習化學的興趣，促進學生學習方式的轉變，培養他們的創新精神和實踐能力”，重視開展以“素養為本”的教學。認知沖突激發課堂問題，讓學生在體驗活動中有的放矢，不僅促進了學生的深度學習，同時發展了學生的核心素養。

在課堂上落實核心素養的有效途徑的探索永無止境，它需要我們用心去發現，用心去創設，這就要求教師善于分析教材，挖掘教材和利用教材，為有效落實核心素養做好鋪路石。

主要參考文獻

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