徐立海 黃君明

(浙江省玉環(huán)楚門中學(xué),浙江玉環(huán) 317605)

1 什么是認知沖突

所謂認知沖突,是指學(xué)生的原有認知結(jié)構(gòu)與所學(xué)新知識之間無法包容的矛盾.學(xué)生在學(xué)習(xí)新知識之前,頭腦中并非一片空白,而是具有了形形色色的原有認知結(jié)構(gòu).在學(xué)習(xí)新知識時,他們總是試圖以這種原有的認知結(jié)構(gòu)來同化對新知識的理解.當(dāng)遇到不能解釋的新現(xiàn)象時,就會產(chǎn)生認知沖突.例如學(xué)生在初中曾做過大量的含有電壓表和電流表的電路練習(xí),這些練習(xí)無一例外地把電壓表看作開路,把電流表看作通路.于是多數(shù)學(xué)生會形成錯誤的認識:所有的電壓表在所有的情況下都可以看作開路;所有的電流表在所有的情況下都可以看作通路.而在高中學(xué)習(xí)伏安法測電阻等新課時卻又不能把兩表看作開路與通路,卻是起到了分流與分壓的作用.于是學(xué)習(xí)上述內(nèi)容時學(xué)生的認知結(jié)構(gòu)中就產(chǎn)生了新知與舊知間的矛盾,也就是爆發(fā)了認知心理上的沖突.在教學(xué)過程中,教師要學(xué)會引發(fā)學(xué)生的認知沖突,這對于促進學(xué)生積極、主動地建構(gòu)良好的認知結(jié)構(gòu),有十分重要的意義.

2 為什么要引發(fā)學(xué)生的認知沖突

2.1 引發(fā)認知沖突是基于建構(gòu)主義的教學(xué)策略

建構(gòu)主義的學(xué)習(xí)理論認為,學(xué)生的學(xué)習(xí)不是知識由教師向?qū)W生的傳遞,而是學(xué)生自己主動建構(gòu)知識的過程.這種建構(gòu)不可能由他人代替,而在于學(xué)生自己通過新、舊知識經(jīng)驗之間的反復(fù)的、雙向的相互作用,來形成和調(diào)整自己的經(jīng)驗結(jié)構(gòu).在這種建構(gòu)過程中,一方面學(xué)習(xí)者以原有的經(jīng)驗系統(tǒng)為基礎(chǔ)對新的信息進行編碼,建構(gòu)自己的理解;另一方面,學(xué)習(xí)者的原有知識又因為新經(jīng)驗的進入而得到豐富、調(diào)整和改造.因此學(xué)習(xí)并不簡單是信息的量的積累,它同時包含由于學(xué)習(xí)者新舊知識經(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.學(xué)習(xí)者學(xué)習(xí)的發(fā)生主要在于解決認知沖突或認知心理不平衡時認知結(jié)構(gòu)所發(fā)生的改變.基于上述理論的啟示,我們倡導(dǎo)教師要學(xué)會引發(fā)學(xué)生的認知沖突.所謂“引發(fā)認知沖突”,是指在教學(xué)過程中通過人為的因素(例如,教師設(shè)計的問題情境或其他教學(xué)活動),來激發(fā)學(xué)生的認知矛盾,意在引起學(xué)生的有意注意,調(diào)動學(xué)生的認知內(nèi)驅(qū)力,以促進學(xué)生積極、高效的知識建構(gòu).因此說,引發(fā)認知沖突是基于建構(gòu)主義的教學(xué)策略.

2.2 引發(fā)認知沖突是形成問題情境的基本條件

建構(gòu)主義的教學(xué)主張“通過解決問題來學(xué)習(xí)”這就要求不斷創(chuàng)設(shè)問題情境.所謂問題情境就是在教材內(nèi)容與學(xué)生的原有認知結(jié)構(gòu)之間制造一種“不協(xié)調(diào)”,從而把學(xué)生引入一種與問題有關(guān)的情境之中.問題情境的創(chuàng)設(shè)不僅在于提出問題,更重要的是根據(jù)學(xué)生現(xiàn)有認知水平設(shè)置新問題,使之與學(xué)生原有的知識經(jīng)驗產(chǎn)生激烈的認知沖突,從而使學(xué)生萌生解決問題的欲望.例如,針對前面提及的那個在初中學(xué)習(xí)中就己形成的“所有的電壓表在所有的情況下都可以看作開路”的錯誤觀念,我們可以把兩個阻值很大的電阻R1、R2串聯(lián)起來,接在穩(wěn)壓電源的兩端,用同一只電壓表先后接在 R1,R2的兩端,依次測出電壓 U1,U2,請學(xué)生計算U1、U2之和,然后再用這一只電壓表測出串聯(lián)電路的總電壓 U.學(xué)生會發(fā)現(xiàn)U 明顯大于U1、U2之和!這一出乎所料的結(jié)果就造成了驚奇和疑問:難道串聯(lián)電路的規(guī)律此時不再成立了?由此激發(fā)了學(xué)生的探究欲望、觸發(fā)了學(xué)生的思維神經(jīng).因為心理學(xué)研究表明,人都有填補認知空缺,解決認知失衡、認知沖突的本能.學(xué)生一旦有了解決問題(矛盾)的渴望,就能促使他們?nèi)ニ伎肌⑷ヌ剿?所以說,引發(fā)認知沖突、產(chǎn)生學(xué)習(xí)需要是形成問題情境的基本條件.

3.3 引發(fā)認知沖突是促使學(xué)生知識建構(gòu)的契機和動力

學(xué)生的知識建構(gòu)在一定程度上受學(xué)習(xí)中的情感因素的作用.奧蘇伯爾認為,學(xué)習(xí)動機對學(xué)生的學(xué)習(xí)具有重要影響.他認為學(xué)習(xí)動機主要有3種成份,即認知內(nèi)驅(qū)力、附屬內(nèi)驅(qū)力和自我提高內(nèi)驅(qū)力,其中認知內(nèi)驅(qū)力最為重要.所謂認知內(nèi)驅(qū)力,就是學(xué)生求知和理解的欲望,掌握知識、闡明和解決問題的欲望.筆者認為,引發(fā)學(xué)生的認知沖突,正是調(diào)動學(xué)生認知內(nèi)驅(qū)力的一種有效手段.因為學(xué)生一旦產(chǎn)生了認知沖突,就會引起認知心理上的不平衡,就能激起他們的求知欲和好奇心,并產(chǎn)生解決這種認知矛盾以求得心理平衡的需要,從而促使學(xué)生進行認知結(jié)構(gòu)的同化和順應(yīng).所以說,引發(fā)認知沖突是調(diào)動學(xué)生的情感因素,促使學(xué)生實現(xiàn)知識建構(gòu)的契機和動力.

3 怎樣引發(fā)學(xué)生的認知沖突

在教學(xué)過程中,引發(fā)學(xué)生認知沖突的方法很多,以下幾種途徑可供參考.

3.1 利用日常概念與科學(xué)概念的矛盾引發(fā)認知沖突

日常概念(前概念)是指個體在沒有接受正式的科學(xué)概念教育之前,對現(xiàn)實生活現(xiàn)象所形成的經(jīng)驗性概念.由于中學(xué)生的知識經(jīng)驗有限,辯證思維不發(fā)達,看不到事物的本質(zhì)特征,往往形成一些錯誤的日常概念.這些錯誤的日常概念對形成正確的科學(xué)概念極為不利,甚至排斥科學(xué)概念的建立.比如,物體的自然狀態(tài)是靜止的,只有在力的作用下,物體才能運動,并且運動快慢與力的大小有關(guān);落體的快慢與物體的重量有關(guān),物體越重,下落得越快;將酒瓶提在空中,手握得越緊,摩擦力會越大.所以,在教學(xué)過程中,通過創(chuàng)設(shè)問題情境,揭示學(xué)生的日常概念與科學(xué)概念之間的差異和矛盾,可以很容易引發(fā)學(xué)生的認知沖突.例如,在進行“牛頓第三定律”的教學(xué)時,教師可以先讓學(xué)生討論這樣一個問題:甲乙兩隊拔河,甲隊獲勝,是否因為甲隊的拉力大于乙隊的拉力呢?學(xué)生往往給予肯定的回答.教師則予以否定,從而引發(fā)學(xué)生認知心理上的矛盾與沖突,產(chǎn)生問題情境.

3.2 利用學(xué)生猜想與實驗事實的矛盾引發(fā)認知沖突

我國學(xué)者鐘啟泉教授指出,“實驗是在學(xué)習(xí)者的面前引起日常生活中不可能經(jīng)驗到的現(xiàn)象.違背學(xué)習(xí)者常識的實驗結(jié)果,將造成學(xué)習(xí)者意識中的認知失衡狀態(tài),擺脫這種認知矛盾狀態(tài)求得解放的需求,就成了學(xué)習(xí)的動機”.由此,教師可以通過創(chuàng)設(shè)探究性實驗情境,預(yù)先讓學(xué)生嘗試作出猜想,然后在學(xué)生面前呈現(xiàn)出日常生活中不可經(jīng)驗到的或意想不到的新現(xiàn)象,促使學(xué)生用原有的認知結(jié)構(gòu)去同化、解釋這些新現(xiàn)象,往往感到困惑、迷惘,進而引發(fā)認知沖突,使學(xué)生產(chǎn)生強烈的探究欲望.例如,在進行“閉合電路的歐姆定律”的教學(xué)時,可以先在示教板上設(shè)計如圖1所示電路,在用電壓表測出兩個不同電源的電動勢E1=3 V、E2=9 V后,將開關(guān)扳到位置1,小燈炮幾乎發(fā)白光,接著讓學(xué)生討論、猜想:如果把開關(guān)扳到位置2,將會出現(xiàn)什么情況?大多數(shù)學(xué)生討論的結(jié)果是認為燈泡會燒毀,而實際的結(jié)果是燈的亮度還不如接E1時亮.這一結(jié)果使學(xué)生困惑不解,如何解釋這一現(xiàn)象呢?學(xué)生的求知欲望之火被迅速點燃,從而興致勃勃地進入了“角色”.

3.3 利用物理理論與物理事實的矛盾引發(fā)認知沖突

物理理論中的公式、定理、定律往往都有一定的適用條件.比如機械能守恒定律的適用條件是除了重力和彈力以外的其他力不做功;庫侖定律的兩個適用條件是真空和點電荷.在物理學(xué)習(xí)中,由于學(xué)生對于公式、定理、定律沒有一個完整的認識,不了解它們的內(nèi)涵和外延,沒有掌握它們的適用條件,所以在應(yīng)用過程中,經(jīng)常會遇到理論知識與實際情況不相符的情況,在教學(xué)過程中恰恰可以利用這一矛盾,引發(fā)學(xué)生的認知沖突.例如,在進行“經(jīng)典力學(xué)的局限性”的教學(xué)時,教師可以先讓學(xué)生解決一問題:一個質(zhì)量為1 kg的物體,在103N的外力作用下做加速運動,則6×105s末的速度是多大?學(xué)生根據(jù)牛頓第二定律及勻變速運動速度公式,得出 v=6×108m/s,這個速度是真空中光速的兩倍!大家知道這是不可能的.公式和計算都沒有錯誤,為何得出荒謬的結(jié)果?由此引發(fā)了學(xué)生的認知沖突.事實上,任何物理規(guī)律都有其適用范圍,在范圍內(nèi)是真理,出了范圍就變成謬誤.牛頓運動定律也不例外,它僅適用宏觀物體的低速運動,對高速運動(及微觀粒子)是不成立的.相比之下,跟用一句話把牛頓定律適用范圍告訴學(xué)生相比,這種方法給學(xué)生印象顯然深刻多了.

3.4 利用物理與數(shù)學(xué)兩學(xué)科間的矛盾引發(fā)認知沖突

數(shù)學(xué)知識是學(xué)習(xí)和研究物理學(xué)的重要工具,能否恰當(dāng)運用數(shù)學(xué)工具解決物理問題也是衡量學(xué)生能力高低的重要方面.但物理學(xué)不同于數(shù)學(xué),物理學(xué)更重要的是物理事實、物理本質(zhì)和物理關(guān)系.學(xué)生由于從小就接受數(shù)學(xué)教育,在思考物理問題時常常有“數(shù)學(xué)慣性”,以數(shù)學(xué)關(guān)系來理解物理概念.例如,對牛頓第二定律的表達式學(xué)生會認為忽視了 F、m 、a三者之間相互不能割裂的物理關(guān)系;對庫侖定律會認為 r→0時,F→∞,忽視了物理事實.所以,在教學(xué)過程中,教師可以運用物理與數(shù)學(xué)兩學(xué)科間的矛盾來引發(fā)學(xué)生的認知沖突,以此來加深學(xué)生對物理概念或物理規(guī)律的理解與認識.例如,為了暴露學(xué)生在使用位移公式和速度公式時出現(xiàn)的“數(shù)學(xué)慣性”錯誤,教師可以讓學(xué)生解決這樣一個問題:汽車以10 m/s的速度在平直公路上勻速行駛,剎車后經(jīng)2s速度變?yōu)? m/s.求:(1)剎車后前進9 m所用的時間.(2)剎車后8s內(nèi)前進的距離.

引導(dǎo)學(xué)生分析:怎么會有兩個結(jié)果,這兩個結(jié)果是否都正確呢?以此來引發(fā)學(xué)生對結(jié)論的質(zhì)疑和再思考.如果將t2=9 s代入速度公式得,v=-8 m/s,即汽車剎車后車又反向運動,引發(fā)認知沖突,同樣(2)也會同樣引發(fā)學(xué)生強烈的認知沖突.

3.5 利用學(xué)生原有認知與解釋新問題的矛盾引發(fā)認知沖突

建構(gòu)主義認為,在學(xué)習(xí)新知識和面對新問題時,個體往往可以基于原有的知識、經(jīng)驗,依據(jù)他們原有的認知能力對新問題給以解釋或提出預(yù)期的假設(shè).由于學(xué)生原有認知結(jié)構(gòu)的不足,這往往會導(dǎo)致學(xué)生的預(yù)期與客觀的事實不相符合.故此,在物理教學(xué)中,教師可以針對性地選擇事例或現(xiàn)象,讓學(xué)生用原有的知識去對事例或現(xiàn)象進行解釋,使他們原有的認識與當(dāng)前面臨的現(xiàn)實產(chǎn)生無法調(diào)和的矛盾,從而激起學(xué)生學(xué)習(xí)的興趣.舉例如下:

用兩種方法計算燈絲的電阻,結(jié)果為什么會相差這么大呢?師:(出示燈泡)這是一只普通的白熾燈泡,上面標(biāo)有“220 V、100 W”的字樣,它表明什么意思?如何利用它們來計算燈絲的電阻?

師:要測定燈絲的電阻,通常情況下用什么方法?

生:伏安法.

演示:如圖2,連接好實驗線路.

閉合S,測出燈絲兩端電壓及通過的電流;計算燈絲電阻 R=

圖2

生:(驚奇)怎么回事?(有些學(xué)生認為計算時點錯了小數(shù)點,經(jīng)檢查無誤)

師:要弄清這個問題,還得研究導(dǎo)體的電阻與哪些因素有關(guān)?是什么關(guān)系?(提出問題)

這一獨具匠心的實驗設(shè)計,能夠從學(xué)生原有的認知結(jié)構(gòu)出發(fā),通過學(xué)生的觀察和思維,造成學(xué)生認知沖突,用原有的認知結(jié)構(gòu)無法解決實驗得出的結(jié)果,使學(xué)生感到好奇并渴望求解,學(xué)生產(chǎn)生了進一步學(xué)習(xí)的興趣,有利于學(xué)生進入特定的學(xué)習(xí)狀態(tài),有利于教學(xué)目標(biāo)的順利實現(xiàn).

3.6 利用將錯就錯激化的思維內(nèi)部矛盾引發(fā)認知沖突

要使學(xué)生放棄原有錯誤的觀念,接受新的觀念并非易事,應(yīng)設(shè)法給學(xué)生一個巨大的“震顫”(認知沖突),以動搖其頑固“信念”的基礎(chǔ).于此,采用“將錯就錯”策略就能激化的思維內(nèi)部矛盾,從而達成引發(fā)學(xué)生認知沖突的目的.因為,通過層級式的引導(dǎo)性問題,引導(dǎo)學(xué)生繼續(xù)錯下去,將矛盾逐步深化,當(dāng)學(xué)生突然發(fā)現(xiàn),從原概念框架出發(fā)通過正確的推理得出的結(jié)論,自己認為是荒謬的、無法接受時,這時候便產(chǎn)生了認知沖突,同時也激起了學(xué)生強烈的探究和解決沖突的欲望,最后致使學(xué)生放棄原有錯誤的想法.

例如,在閉合電路歐姆定律教學(xué)中的片斷.

教師:如果干路電流 I增大,路端電壓U將如何變化?

學(xué)生:路端電壓U將增大.

教師:我們先記住你的這個回答.再問,電流 I增大,電源的內(nèi)電壓U內(nèi)又將如何變化呢?

學(xué)生:根據(jù) U內(nèi)=Ir可得,電流 I增大,內(nèi)電壓 U內(nèi)也增大.

教師:那么,電流 I增大,路端電壓 U和內(nèi)電壓U內(nèi)都增大了.這樣有可能嗎?

學(xué)生:不可能,因為電源電動勢 E=U+U內(nèi)是恒定的,即內(nèi)外電壓之和應(yīng)保持不變.

教師:這就說明我們以上判斷是有錯誤的,請想一想,究竟錯在哪里呢?

學(xué)生:我明白了,電流I增大,路端電壓U應(yīng)該減小.我原來是按照U=IR來判斷,而沒考慮到 R其實也要變化的.因為要使電流I增大,必須要減小變阻器R的阻值.

在學(xué)習(xí)中出錯是難免的,當(dāng)學(xué)生出錯時,教師不要急于指出錯誤,說明正確答案.如果直接給出正確答案,可能造成學(xué)生一聽就懂,一過就忘,一用就錯.若能將錯就錯,創(chuàng)設(shè)糾錯情境,在錯誤結(jié)論的基礎(chǔ)上,引導(dǎo)學(xué)生繼續(xù)往前推理,直至推出學(xué)生認為是錯誤的、甚至是荒謬的結(jié)果.讓學(xué)生通過自己教育自己,充分發(fā)揮學(xué)生在學(xué)習(xí)中的主體作用.通過這一過程,學(xué)生獲得的知識就不是教師硬塞給他們的,而是理解了的知識,掌握得也就牢固了.

3.7 利用學(xué)生間討論與對話中觀點的矛盾引發(fā)認知沖突

對于每個學(xué)習(xí)者來說,由于其對問題認知的深度和廣度不同,對事物的理解都會受自身條件、認知水平的局限,都會受原有知識背景的影響.因此,對同一問題的認知往往會因人而異,有的較全面,有的較片面,有的較深刻,有的則完全錯誤.這樣,在合作學(xué)習(xí)中,學(xué)習(xí)者之間就會產(chǎn)生不同觀點的對立、碰撞,從而引發(fā)學(xué)習(xí)者的認知沖突.例如,在一次教學(xué)中,為了引發(fā)學(xué)生間的爭辯,筆者給出了如下一個問題.

問題:同步衛(wèi)星距地心的距離為 r,加速度為a1,地球赤道上的物體隨地球自轉(zhuǎn)的向心加速度為 a2,地球半徑為R.則以下比值正確的是

先讓學(xué)生集體舉手表決,全班接近80%的學(xué)生選擇了(A).這一結(jié)果令筆者非常驚訝.筆者沒有直接否定他們的錯誤想法,而是請了一位學(xué)生來闡述他們選(A)的理由.

小李:我認為應(yīng)該選(B),因為同步衛(wèi)星與赤道上的物體具有相同的轉(zhuǎn)動周期和角速度,根據(jù)公式a=ω2r,可以得出選項(B)的結(jié)論.

教師:下面,就請同學(xué)們針對兩種不同的觀點來展開辯論吧!

小林:我支持選(A),因為物體環(huán)繞地球做圓周運動,離地面越遠軌道半徑越大,向心加速度就越小,而且這個結(jié)論是利用牛頓第二定律得出來的,因此不會有錯.

小李(反駁說):那么,你們來說說看,我的解法有什么錯誤呢?同步衛(wèi)星與赤道上的物體的角速度難道不相同嗎?式子a=ω2r難道錯了嗎?

……

新課程改革倡導(dǎo)師生之間、生生之間的思維對話,其目的就是為了讓學(xué)生在相互爭辯中,剖析事理、去偽存真.而辯論的前提是要有兩種對立的觀點.在課堂上,學(xué)生只有對相同的知識點持有不同的觀點,才有必要進行思維對話.教師如果發(fā)現(xiàn)多數(shù)學(xué)生在課堂上出現(xiàn)錯誤,就說明“真理只是掌握在少數(shù)人手中”.此時,教師千萬不可急于做出評判,而要抓住契機,“挑逗”持不同觀點的學(xué)生進行辯論,讓學(xué)生在辯論中產(chǎn)生思維的碰撞.這種碰撞會讓學(xué)生不斷否定自我,逐步弄清事理.