探索落实核心素养有效途径的实践研究——设置认知冲突，激发课堂问题生成，促进学生自主探究

上海市高境第一中学 李红梅

关键词

核心素养 体验活动 认知冲突 课堂问题生成 自主探究

一、问题的提出

（一）研究背景与意义

传统的人才培养模式最突出的问题在于学生的主体地位不突出，学习方式单一僵化，不重视学生的认知体验、情感体验和心理体验，使学生处于无目标、无意义的“空中楼阁”式的学习状态中，得不到自主发展。2017版新课标坚持反映时代的要求，“关注学生个体化、多样化的学习和发展需求，促进人才培养模式的转变”“立足于学生适应现代生活和未来发展的需要，充分发挥化学课程的整体育人功能，构建全面发展学生化学学科核心素养的高中化学课程目标体系。”因此，中学化学教学必须超越对具体知识本身的追求，实践“素养为本”的教学理念。

重视开展“素养为本”的教学，以教师的“引导”为手段，以学生的“发现”为目的，教师不再是课堂的主体，教师要创设问题情境，是问题的策划者和引导者，并且是学生进行问题解决的指导者、支持者和合作者；学生在问题解决过程中需要主动提出问题、分析问题、提出假设、验证假设、最终建构知识与问题解决策略，学生的学习会变得更加自主，更具有体验性和建构性。重视开展“素养为本”的教学，能更加突出学生在学习过程中的主体地位，能让学生在“发现”的过程中对知识达到深层次的理解，并将其内化为能力、思想、观念，进而将知识转化为智慧与素养。

因此，本课题以“学生体验活动”为真实学习情境，以“创设认知冲突激发课堂问题生成”为切入点，以“学生自主探究式学习化学”的过程为依托，探索在教学实践中加强核心素养落实的有效途径。在课堂教学中，若能巧设认知冲突，造成学生认知结构的不平衡，将学生带入“愤悱”的学习心境，不仅能促成新的认知结构的形成，而且能激发学生的思维，激发课堂问题生成，培养学生自主探究式学习化学。自主探究式学习真正体现了学生是教学活动主体的思想，把学习的时空还给学生，让学生真正成为学习活动的主人，使学生的学习过程成为一个再创造、再发现的过程。这种学习方式决定着学生对化学知识的深入理解和灵活应用，影响着学生未来学习和未来发展，对发展学生的核心素养具有重要价值。

（二）心理学依据

知觉具有恒常性。人们已有的知识和经验具有相对稳定性，使知觉往往不随问题情境的变化而改变，因此在经验的影响下做出错误的判断。“认知冲突”正是利用了知觉的恒常性，先使学生“上当”，然后再解脱。

从引起注意的角度看，新奇的刺激容易成为注意的对象，而枯燥的讲解、机械的重复很难引起学生的注意，因此改进教学方法，设置一些悬念，造成新异性，就容易引起学生强烈的学习兴趣，积极主动地参与学习。

从记忆的角度看，有意识地造成认知上的矛盾，然后再加以否定，通过这样的正误对比能使学生记忆深刻。

（三）关键词界定

认知冲突：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。教育心理学认为设置认知冲突是提高学生课堂参与度的重要因素。学生的认知冲突是学生学习动机的源泉，也是学生积极参与思维活动的重要原因。所以，教师在教学中要不断设置认知冲突，让课堂焕发出生命活力，激活书本知识，唤起学生学习的内在需要，使学生在近乎真实的学习背景或解决实际问题的过程中，感受存在的矛盾和冲突，感悟新旧知识之间的联系，形成学习能力。

课堂问题生成：是指在课堂上学生学习过程中产生的问题。苏霍姆林斯基认为，在人的心灵深处，都有一种根深蒂固的需要，这就是希望感到自己是一个发现者、研究者、探索者，在儿童的精神世界中，这种需要则特别强烈，问题情境能满足这种需要。“读书先要会疑。于不疑处有疑，方是进矣。有疑而不疑者，不曾学，学则须疑。”这是晋代学者张载的读书名言，它充分说明学习是一个不断质疑和释疑的过程。化学新课程强调学生探究能力的培养，要求学生具备较强的问题意识，能够发现和提出有探究价值的化学问题，敢于质疑，勤于思考，因此“问题生成”就成为主要教学手段之一。

自主探究：是当今新课程理念所提倡的一种学习方式。它要求学生要做课堂的主人，根据一定的情景自己提出问题，并在教师的引导下发挥自己的主观能动性，调动自己的各种感觉器官，通过动手、动眼、动嘴、动脑，主动地去获取知识，即学生有计划、有目的、有步骤地进行研究与探索，从而获得结论的学习方法。

二、探索利用认知冲突促进核心素养落实的教学模型

新课标中提出 “学生化学学科核心素养的发展是一个自我建构、不断提升的过程”。课堂上的体验活动为学生自我建构、不断提升创造了广阔的舞台，体验活动是否能有效触发学生的认知体验、情感体验和心理体验，取决于激发体验热情的导火索——认知冲突。学源于思，思源于疑，认知冲突是激发思维的第一步，有利于课堂问题生成，有利于激发学生的认知，需要有自主探究的愿望，促进学生进行知识的自我建构，从而提升学生的思维能力和自学能力，促进核心素养的落实。

在教学实践中，通过“设置认知冲突，激发课堂问题生成，促进学生自主探究”的教学途径，在体验活动中落实核心素养，收到了比较好的教学效果。教学中总结提炼出教学模型如下：

疑——创设合理情境，投石激浪，引发学生的认知冲突，打破原有的认知平衡，唤醒学生的质疑思维，因势利导，从而激发学生的认知渴求。

思——在思考中自主探究，主动建构认知体系。

悟——在反思中领悟、总结、提炼，建立新的认知平衡体系。

行——在应用中践行新的认知体系，能力得到提升。

课堂上的体验活动，从矛盾冲突打破原有认知的平衡开始，通过“疑、思、悟、行”解决矛盾，建立新的认知体系。当一个认知冲突解决之后，变换情景，诱发新的认知冲突，更能进一步激活学生的思维，优化认知结构。每个教学环节不是简单的重复性体验活动，而是教师的预设和课堂的生成交融在一起，引导学生的思维阶梯式地向纵深发展，最后建立新的完整的认知平衡体系。体验活动体现循序性、递进性，在多次认知冲突下的体验循环中逐步提升学生的综合能力。

三、课堂教学实践与思考——以“氧化还原反应”教学设计为例

本课题的关键是认知冲突的设置。巧设认知冲突，就能够激发学生学习的热情和学习的动力，促进学生在认知体验、情感体验和心理体验中的自我建构。只要教师潜心研究，就会挖掘出设置认知冲突的问题素材，就会让学生的体验焕发勃勃生机。

（一）由新旧知识的结合点生成认知冲突

学生认知发展规律是化学课程内容选择与编排的重要原则，这就使得同一类型的知识在不同的教学阶段反复出现，但在内容的深广度上存在较为明显的差异。探寻新旧知识的联系，并将此作为新知识的起点，可以促进新知识的学习。研究表明，那些和学生已有的知识有一定的联系，学生知道一些，但是凭已有的知识又不能完全解决的问题，也就是说在“新旧知识的结合点”上最能激发学生的认知冲突，使其原有的认知结构受到冲击，思维陷入矛盾之中，从而远离认知结构“平衡态”，引发课堂问题生成，学生的好奇心和旺盛的求知欲形成内驱力，使学生有目的地进行积极地探索。

教学环节一 旧知再现 从实现Cu→CuO→Cu的转化说起

【师】用你所学的化学知识，如何实现Cu→CuO→Cu变化？写出对应的化学反应方程式。

设计意图：从得氧失氧的角度，回顾氧化还原反应的概念，为接下来生成认知冲突做好铺垫。

教学环节二 分组实验 矛盾冲突激发探索欲望

【分组实验】实现Cu→CuO→Cu的转化。用镊子夹取铜片在酒精灯上灼烧，然后浸入实验台上小烧杯中的神秘未知溶液中，注意观察铜表面的变化。

【学生交流】

（1）描述实验现象：铜表面由红变黑，又由黑变红。

（2）学生从得氧失氧的角度，分析铜表面发生变化的原因。

【教师引导】这种神秘的溶液是什么呢？是酒精！反应中酒精发生什么变化呢？请看化学方程式：

【认知冲突 问题生成】有氧化就一定有还原，二者同时存在。如果CuO→Cu的转变是失氧被还原，那么酒精就应该是得氧被氧化，但是，同位素示踪法证明了反应前后酒精中的氧元素没发生变化，就是说，酒精被氧化没有发生得氧，这是为什么呢？难道氧化还原反应不是都伴随有得氧和失氧吗？

【思考讨论 自主探究】对于上述反应，铜元素除了由化合态CuO转化为游离态Cu，还伴随着什么变化呢？比较一下上述这些反应，分别从得氧失氧的角度和元素化合价变化的角度，分析反应的相同点和不同点。从到没有得氧，但酒精的确将氧化铜还原了，自身被氧化了。由此看来，氧化还原反应中不一定发生得氧失氧，从得失氧的角度认识氧化还原反应是片面的，不科学的。

【反思观察 总结提炼】氧化还原反应的特征是元素的化合价发生改变。从元素化合价升降的角度总结氧化剂与还原剂、氧化反应与还原反应等概念。

【理解应用 检验巩固】练习：判断所列化学反应是否是氧化还原反应：

设计意图：酒精被氧化却没有得氧，旧知不能解释新的问题，原有的认知平衡被打破，引发认知冲突。矛盾冲突激发了探索欲望。这些活动的设计基于原有知识，而原有知识又不能解决当前问题，由此就会促使学生产生一种“愤悱”状态。此时，师生共同分析化学反应中各元素化合价变化的特点，就可以发现两者的共同特征在于化合价发生变化，从而将“氧化还原反应”的学习由表及里引向深入。在思考讨论、反思总结的过程中，教师注重引导学生从宏微结合的视角分析与解决由认知冲突而生成的问题，使学生在体验活动中解决问题的能力得到提升，促进了学科核心素养的落实。

（二）由经验与事实相悖而引发认知冲突

学生对原有的知识经验与眼前所观察到的实验事实的矛盾冲突感到惊讶、困惑，进而产生强烈的学习动机，非常想对矛盾的根源所在一探究竟。正如亚里士多德所说： “思维从对问题的惊讶开始。”心理学研究也表明，思维通常是与问题联系在一起的，意识到问题的存在是思维的起点。当一个人感到需要弄清“是什么”“为什么”“怎么办”的时候，他就能把自己的思维调动起来。

教学环节三 分组实验 反常现象引发深入思考

【分组实验】利用实验台上提供的烧杯、石墨电极、导线、电流表、锌片、铜片、稀硫酸等实验用品，进行分组实验，将锌板和铜板同时插进稀硫酸中，注意观察锌板和铜板上的现象，然后用导线连接铜和锌，中间串联一个电流表，再重新将锌板和铜板插进稀硫酸中，形成闭合回路，注意观察锌板和铜板上的现象。

【学生交流】导线连接前，锌板有气泡生成，铜板无现象；导线连接后，电流表指针偏转，开始锌板上有气泡，过段时间，锌板气泡减少，铜板上气泡增多。

【认知冲突 问题生成】铜不能与稀硫酸反应，为什么导线连接后铜的表面有气泡？

【思考讨论 自主探究】电流表的指针为什么发生偏转？有电流生成说明导线中有带电粒子的定向运动，什么粒子？导线中只能是电子，电子从何而来呢？导线连接前，H+直接在锌板上得到电子生成氢气；导线连接后，锌失电子，电子通过导线流到铜板，H+在铜板上得到电子生成氢气，因为电子做了定向移动，产生了电流，所以电流表的指针发生偏转。

【反思观察 总结提炼】这个实验充分证明了：发生氧化还原反应时电子发生了转移。

【动画演示】动画模拟微观粒子的运动情况，加深认识。

【思考讨论 自主探究】元素化合价的改变和电子的转移与原子结构的稳定性有必然的联系吗？要求学生以钠在氯气中燃烧为例探究。

学生以氯化钠的形成为例进行分析、研究，得出： Na原子最外层有一个电子不稳定，易失去一个电子达到稳定结构，Cl原子最外层有七个电子不稳定，易得到一个电子达到稳定结构。当Na原子和Cl原子接近化合时，Na原子将最外层的一个电子转移给Cl原子，从而使双方都达到稳定结构，形成了Na+和Cl-。Na+和Cl-分别表现出化合价为+1和-1。然后Na+和Cl-又通过静电作用形成稳定的化合物NaCl。

【反思观察 总结提炼】学生通过自主探究得出的结论是：电子的转移引起了元素化合价的改变，氧化还原的本质是电子发生转移。进而从电子得失的角度总结氧化剂与还原剂、氧化反应与还原反应等概念。

设计意图：反常的实验现象又一次引发认知冲突，学生带着问题一步一步向氧化还原反应的实质逼近。这些认知冲突的产生及问题的最终解决使学生的认知结构又趋于新的平衡，认知水平又螺旋式地上升到一个新的高度。从得氧失氧、元素化合价改变到电子转移，体验活动中学生完成了对氧化还原反应概念的由表及里再认识。体验过程中，在教师有效的“引导”和学生不断的“发现”中，学生的“宏观辨识与微观探析”“证据推理与模型认知”“科学探究与创新意识”核心素养得到充分发展。

（三）理论与具体问题相遇诱发认知冲突

学生满心欢喜地运用新建立的认知体系去解决实际问题，但是在解决问题的过程中，还会遇到各种复杂的情况，它们就像云雾一样笼罩在事物的表面，错综复杂，很难看清事物的本质，这时就很容易被一些表面现象诱发认知冲突，这种冲突自然会引起学生的极大好奇，所以，在实际应用中不失时机地创设一些认知冲突，不仅能使学生避免进入思维误区，认清问题的本质，更能完善学生的认知结构，更能培养学生科学探索与创新能力。

教学环节四 原理运用 实际问题深化反应真谛

【理解应用】判断：下列关于双氧水与酸性高锰酸钾溶液的反应是氧化还原反应吗？化学方程式的配平哪个正确？（ ）

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

【认知冲突 问题生成】初中学生就知道，化学方程式的配平遵循质量守恒定律，反应前后原子守恒，并且方程式的系数是唯一的。以上四个化学方程式的配平都满足了原子守恒，哪个是对的？难道都是对的吗？如何辨别真伪？

【思考讨论 自主探究】教师引导学生思考，氧化还原反应中氧化反应和还原反应同时发生，元素化合价有升必有降，电子有得必有失。于是，学生围绕电子得失引起元素化合价的改变展开讨论，根据反应前后元素的价态升降变化数目，进而得出“得电子总数和失电子总数必然相等”的结论。

【反思观察 总结提炼】氧化还原反应方程式的配平不仅要满足原子守恒，还要满足得失电子守恒。

【理解应用 检验巩固】在实验室制氯气的反应中，

氧化剂和还原剂物质的量之比为多少？学生根据电子守恒分析不难得出，盐酸只有一半被氧化，所以氧化剂和还原剂之比为1∶2。

设计意图：在这样实际运用的教学环节中，刚建立的认知新平衡遇到无法解释的问题，求知的欲望自然引发，于是教师因势利导提出，不仅氧化还原反应的配平要满足得失电子守恒，而且涉及氧化还原反应的计算时也要充分利用得失电子守恒。这样一来，澄清了学生的模糊认识，学生对知识的理解更为透彻，教学更加有效。在思考讨论、反思总结过程中，培养了学生严谨的科学态度和解释现象、发现本质的科学探究能力，核心素养进一步得到落实。

总之，氧化还原反应概念的转变过程就是认知冲突的引发及其解决的过程，也是核心素养有效落实逐级深化的过程。

四、结束语

创设认知冲突，应设法唤起学生已有的认知，引起学生对所学内容更深层次的思考和把握，也就是要触动、激发学生思维。有效的认知冲突设计要立足学生的实际，接近学生的最近发展区，难易适中。过难或者梯度跨越太大，学生思维力不及，过于简单直白，引不起思维的碰撞，一定要让多数学生在课堂上有一种“跳一跳”才摘到桃子的感觉。所以，教师根据教学内容，要善于挖掘学生的认知盲点，有效利用认知冲突激发课堂问题生成，让学生在教师精心设置的活动或者情境中，以问促思，以问导学，同时引领学生进行有目的的思考、探索，让学生感到自己是一个发现者、研究者、探索者，进而养成勤思、善想、好问、深钻的良好思维习惯和不断探索的科学精神。

教学实践证明，“设置认知冲突，激发课堂问题生成，促进学生自主探究”是一条落实学科核心素养的有效途径。这条途径紧紧围绕新课标的要求，“倡导真实问题情境的创设，开展以化学实验为主的多种探究活动，重视教学内容的结构化设计，激发学生学习化学的兴趣，促进学生学习方式的转变，培养他们的创新精神和实践能力”，重视开展以“素养为本”的教学。认知冲突激发课堂问题，让学生在体验活动中有的放矢，不仅促进了学生的深度学习，同时发展了学生的核心素养。

在课堂上落实核心素养的有效途径的探索永无止境，它需要我们用心去发现，用心去创设，这就要求教师善于分析教材，挖掘教材和利用教材，为有效落实核心素养做好铺路石。

主要参考文献

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