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   基于学生认知冲突的课堂教学的途径分析    热  ★★★ 【字体：小 大 】  
基于学生认知冲突的课堂教学的途径分析
收集整理：佚名    来源：本站整理  时间：2012-07-03 18:44:19   点击数：[]    

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王洪宾（1973-），男，山东省临沭第二中学，本科学历，中教一级，E-mail：sdlswanghongbin@163.com（276700）。


    认知冲突是一个人已建立的认知结构与当前的学习情景之间暂时的矛盾和冲突，是已有知识经验与新知识情景之间存在某种差距而导致的心理失衡。学生在学习过程中产生认知冲突后，需要及时调整自己的认知结构，以期与新学习情景间实现新的平衡。而新的平衡产生的过程就是学生内部心理不断变化的适应和建构的过程，是通过个体与环境不断的相互作用实现的。皮亚杰认为，适应包括同化和顺应两种作用和过程，当有机体面对一个新的刺激情景时，主体能够利用已有的图式把刺激整合到自己的认知结构中，这就是同化；当有机体不能利用原有图式接受和解释它时，其认知结构由于刺激的影响而发生改变，这就是顺应。在认知主体的认知发展过程中，只有当产生认知冲突时，才会发生顺应过程，顺应的结果则是调整认知主体原有的认知结构，达到一种更高级的、新的认知平衡。个体也正是在平衡与不平衡的交替变化中不断建构和完善认知结构，实现认知发展的。
    在生物学课堂教学中，教师通过创设问题情景，引发学生产生认知冲突，使学生达到“愤悱”状态，激发学生学习的兴趣，调动学生积极探究的热情和强烈的求知欲望。这样，以学生产生的认知冲突作为课堂教学的切入点和突破口，为学生提供真实的科学探究背景，再现解决实际问题的具体过程，通过学生的认知顺应，达到消除认知冲突、促进认知发展的目的。
    一、创设认知冲突，激情导入新课
    教师创设能引起学生产生认知冲突的教学情景，使学生已有的知识经验与新问题情景之间存在矛盾而产生认知冲突。学生为消除认知冲突以实现新的认知平衡而迅速激活旧的认知结构，从中选择和接受相关信息，并对信息进行有目的的加工。这样能够有效地唤起学生的思维注意，激起学生思维的兴奋点，让学生以饱满的激情投入到新课学习中。学生产生的认知冲突可以帮助自我明确学习任务，确定学习方向，凝聚思维焦点，提高课堂教学中教师的教和学生的学的针对性和指向性。例如，学习“细胞生活的环境”一节时，我创设的情景是：平时我们常说丰盛的晚餐只有被吃到嘴里才是自己的。那么，请你想想，丰盛的晚餐吃到嘴里进入肚子后是不是意味着进入体内呢？学生不假思索地说：肚内当然是体内，因为那是自己的肚子啊！教师向学生直接点明：实际上人的肚内并不是体内，严格地说“肚内”应该是外界环境。这时，学生像炸开了锅一样议论纷纷：怎么肚内就不是体内呢？显然，学生头脑中已有的知识经验解释不了新问题情景而出现了认知矛盾，导致认知失衡，即学生在认知新问题的过程中产生了认知冲突。通过创设认知冲突情景，能极大地吊起学生学习的胃口，激起学生强烈的探索欲望，并依此作为课堂教学的切入点，导入新课的学习，并迅速激活学生的学习思维，使学生在45min的时间里自始至终保持高度集中的注意力，迫切希望尽早弄明白肚内到底为什么不是体内。
    二、依托认知冲突，实现衔接过渡
    随着学习时间的推移，学生的学习热情会有所降低，大脑皮层处于惰性状态，认知兴趣难以持续，学习效率低下。此时，教师可以依据学生已有的知识经验，借助生活实例设置认知冲突，往往能重新激起学生的学习兴奋点，激活并聚敛学生学习思维，实现知识点的自然衔接，适时调节课堂教学推进的节奏。如在向“内环境是细胞与外界环境进行物质交换的媒介”学习过渡时，教师可这样设置过渡语：我们都知道，输血必须是在具有同型血的个体之间进行，若异型血之间进行输血，就会因血液凝固而导致生命危险。可是现实生活中竟有A型血的母亲生下了B型血的儿子，你认为这有可能吗？学生普遍认为根本不可能，A型血的母亲怎么会生下B型血的儿子呢？这与科学道理相悖啊！学生认为，胎儿从母体内获得的营养物质是通过母亲的血液输送到胎儿的血液中的，这样母子的血液必然会融合而发生凝血反应致使胎儿死亡。可是，A型血的母亲确确实实就能生下B型血的儿子啊！显然，此时学生已有的知识经验已经解释不了新问题情景而出现了认知冲突。此时需要教师予以适当点拨，胎儿和母亲是通过胎盘进行营养物质交换的，交换时，母子之间的血液根本就不融合。母亲的A型血运来的营养物质穿出胎盘处的毛细血管壁进入周围的组织液，然后再从组织液里进入胎儿的血液，母子间营养物质的交换是以胎盘处的组织液为媒介进行的。实际上，人体内的细胞与外界环境进行的物质交换都是以血浆、组织液等内环境为媒介进行的，这也就是我们将要学习的下一个知识点“内环境是细胞与外界环境进行物质交换的媒介”。随后的学习中，学生在消除认知冲突的同时，也促进了自我认知结构的充实和完善。
    三、利用认知冲突，促进动态生成
    学生在新课学习的过程中，常会因一些新知识、新问题情景一时难以纳入已有的认知结构而产生认知冲突，这些认知冲突往往致使课堂生成偏离教学预设的轨道，课堂上出现意外的动态生成。这些意外生成是课堂上难得的动态生成性课程资源，教师只要因势利导，及时捕捉并顺势开发课堂上不约而至的意外生成性课程资源，就能顺着学生的思路创造性地催生出更有价值、质量更高的课堂生成，也往往能收到意想不到的教学效果，让课堂教学焕发出崭新的生命活力。如学习“血糖平衡的调节”时，有的学生提出：“葡萄糖能合成肝糖原，肝糖原也能分解成葡萄糖，为什么葡萄糖能合成肌糖原而肌糖原却不能分解成葡萄糖？”这是学生在新知识的认知过程中出现的认知冲突，也是课堂上出现的动态生成性课程资源。教师要向学生说明，胰岛素的靶细胞主要是肝细胞、肌细胞及其他组织细胞，而胰高血糖素的靶细胞主要是肝细胞。肝细胞是胰岛素和胰高血糖素共同作用的靶细胞，所以在胰岛素和胰高血糖素的调节下，葡萄糖既能合成肝糖原，肝糖原亦能分解成葡萄糖。而肌细胞是胰岛素作用的靶细胞，却不是胰高血糖素作用的靶细胞，所以在胰岛素的作用下葡萄糖只能合成肌糖原，而肌糖原却不能分解成葡萄糖。还有学生提出：“为什么胰岛素的分泌增加能抑制胰高血糖素的分泌，而胰高血糖素的分泌增加却促进了胰岛素的分泌？”这也是学生在认知新知的过程中出现的认知冲突。教师要向学生分析，胰岛素是惟一降血糖的激素，当血糖浓度过高时，胰岛B细胞分泌胰岛素的量增加，以此来降低血糖浓度，而胰高血糖素是提升血糖的激素，此时血糖浓度还没降下来，所以胰高血糖素的分泌量不能增加。当血糖浓度低于正常值时，胰岛A细胞分泌胰高血糖素的量增加，以促进血糖浓度升高，而血糖浓度升高的目的是为了进入组织细胞进行氧化分解，为人体的生命活动供能。胰岛素能提高细胞膜对葡萄糖的通透性，促进葡萄糖由细胞外转运到细胞内，为组织利用糖提供有利条件。所以血糖浓度降低时，在胰高血糖素的分泌量增加的同时也促进了胰岛素分泌量的增加，其目的是促使更多的葡萄糖进入组织细胞以

利于糖的利用。
    四、基于认知冲突，充实课堂拓展
    学生头脑中已有的观念及生活经验对新知识的学习有着不可忽视的影响，有时他们用已有的认知结构去认知新知识、新情景时会出现认知偏差，甚至是错误的认知。这样，学生的知识经验与新知识、新情景间产生了矛盾而出现认知冲突。这时，需要教师对教材中的知识进行拓展补充，逐步完善学生的认知结构，深化学生对新知识的理解和应用，达到消除认知冲突的目的。如学习“伴性遗传”时，很多学生根据生活经验判断，只要与性别有关的遗传一定是伴性遗传，控制该性状的基因一定位于性染色体上；决定性别的基因也一定位于性染色体上。学生这种仅凭直觉的模糊认识与客观事实相矛盾，这种想当然的模糊认识就是新课学习中出现的认知冲突。这时，教师可适当补充一些与性别遗传有关的知识，以消除学生的固有观念与科学事实之间的矛盾冲突：（1）从性遗传知识，指的是由常染色体上基因控制的性状，在表现型上受个体性别影响的现象。如绵羊的有角和无角受常染色体上一对等位基因的控制，有角基因H为显性，无角基因h为隐性，在杂合体（Hh）中，公羊表现为有角，母羊则无角，这说明在杂合体中，有角基因H的表现是受性别影响的。（2）限性遗传知识，是指染色体上基因控制的生物性状只在一种性别中表达，而在另一种性别中完全不表达的现象。很多学生会误认为，只要是限性遗传的就一定是伴性遗传。事实并非如此，有一类叫做限性遗传病的疾病，其遗传病的致病基因只位于常染色体上，但却只有一种性别的人发病，如子宫癌和前列腺癌都与遗传有关，前者只存在于女性中，而后者只有男性才会有。（3）与性别决定有关的基因有的也在常染色体上。例如，果蝇的性染色体上有决定性别的基因，常染色体上也有决定性别的基因。常染色体和Y染色体上雄性化基因系统占优势，X染色体上雌性化基因系统占优势，性别决定的方向取决于这两类基因系统的力量对比。若2X∶2A（A代表常染色体组数）时为雌性，1X∶2A时为雄性，而在2X∶3A（常染色体多出一组）时则为中间性。
    五、巧设认知冲突，引领预习探究
    新问题情景与学生的认知结构差距越大，所产生的认知冲突越能震撼学生的心灵，越能激起学生激烈的思维振荡。学生在情感领域便会生成一种强烈的乐于学习、主动参与探索、渴望获取问题解决办法的心理倾向，从而促使学生积极主动地探索事物的本质，最大限度地调动学生的探究欲望。在课堂教学中，通过创设问题情境，让学生产生认知冲突，然后指导学生带着问题去预习教材，探究解决问题方法，并解决问题，达到消除认知冲突的目的。这样获得的知识往往令学生终身难忘。如学习“孟德尔的豌豆杂交实验（一）”时，教师设计的问题情境是：一对夫妇肤色正常，却生了一个白化病的儿子，男方就怀疑女方不贞，大家试想一下男方的怀疑有没有道理呢？学生议论纷纷，可以看出他们的兴趣很浓，有的说有道理，有的说没有道理，然而让他们解释为什么时却又说不清楚。面对新问题情境，学生从遗传的角度解释不清，但又觉得在社会上好像出现过类似现象，但又难以用科学的道理去解释。学生这种模糊的认识就是认知冲突，此时教师可采取的教学策略是：直接点明这种现象在遗传学上叫做性状分离，早在一百多年前奥地利的遗传学奠基人孟德尔就以豌豆为实验材料研究了这一现象，下面我们一起来学习“一对相对性状的杂交实验”的知识。教师设置一组问题串，引领学生预习探究，带着学生一步步地去分析问题、解决问题，最后弄清问题的实质。问题串：（1）为什么都是高茎？难道矮茎消失了吗？（2）为什么中矮茎性状又出现了？（3）什么是性状分离？如何理解性状分离的概念？（4）中出现3∶1性状分离比是偶然的吗？通过阅读教材，在激烈的争论中，学生慢慢地理清了思路，提高了认识，逐步重组并完善了自己的认知结构。
    六、诠释认知冲突，优化认知结构
    学习核心概念有氧呼吸和光合作用时，无论是教材的编者还是教师的课堂教学都强化和细化了线粒体、叶绿体在有氧呼吸和光合作用概念学习中的重要作用，学生的知识建构也强化了这两种细胞器对这两种生理活动起着不可替代的作用。据此，教师以这两种生理活动的特例为突破口，设置认知冲突情景：好氧性细菌能不能进行有氧呼吸？蓝藻能不能进行光合作用？学生认为好氧性细菌不能进行有氧呼吸，蓝藻也不能进行光合作用，因为这两种类群的生物都是原核生物，没有线粒体和叶绿体，所以好氧性细菌不能进行有氧呼吸，蓝藻也不能进行光合作用，导致学生的判断与事实相悖，这表明学生在学习的过程中出现了认知冲突。这是因为学生建构的有氧呼吸和光合作用的概念强化了细胞器的作用，因此会根据细胞器的有无而做出错误的判断。实际上，学生在学习有氧呼吸和光合作用的概念时，无论是教师的教还是学生的学都强化了其结构基础，即需要线粒体和叶绿体这两种细胞器，而弱化了其物质基础。基于学生产生的认知冲突，教师需要重新诠释有氧呼吸和光合作用的概念，以深化学生对这组概念的理解和应用。有氧呼吸和光合作用都是细胞代谢，而代谢的实质是细胞内进行的各种生化反应，细胞内的生化反应是一种酶促反应，需要相关酶的催化才可高效进行。由于好氧性细菌有与有氧呼吸有关的酶，这些酶也能催化细胞内的葡萄糖等有机物彻底氧化分解，产生和，释放能量，生成ATP。蓝藻细胞内有叶绿素和藻蓝素等色素，也能吸收、传递和转化光能，并有与光合作用有关的酶，能催化光合作用中相关化学反应的进行，这样蓝藻也能利用光能，把和转化成储存能量的有机物，并且释放，所以也能进行光合作用。通过教师的诠释，学生对有氧呼吸和光合作用进行了重新认识，实现了认知的顺应，强化了只要具备细胞代谢所需要的物质（如酶及光合色素等），相关生理活动便可顺利进行的知识，进一步充实并优化了学生的认知结构。
    七、剖析认知冲突，探究实验本质
    生物学是一门以实验为基础的自然科学，可有些生物实验的结果或现象与学生的生活经验不符，往往出乎学生意料，这样的实验属于差异性实验。学生已有的经验和固有的观念与差异性实验的结果或现象之间的差异导致学生产生认知冲突。利用差异性实验的特点来引发学生产生认知冲突，能激发学生强烈的探究欲望，使他们表现出浓厚的兴趣，激烈地争论着，急于尽早知道实验的本质，以消除头脑中的认知冲突。如学习“物质跨膜运输的实例”一节中，学生在做渗透作用的实验时，初始烧杯和漏斗管内的液面等高，慢慢地便看到漏斗管内的液面逐渐升高。学生看到实验装置中的水竟然由低处流向高处！实验现象与学生头脑中“水由高处向低处流”的固有观念产生矛盾，于是便产生了认知冲突。“老师，为什么烧杯中的水会不断流向漏斗管中呢？”学生急于知道这种与生活经验相矛盾的现象的本质是什么？教师采取的教学策略是：对学生循循善诱，引领学生自己去探究发现实验的本质。“烧杯中盛有清水，漏斗管内盛有蔗糖溶液，那么，哪种液体单位体积内水分子的相对含量高？”“当然是烧杯中清水的单位体积内水分子的相对含量高。”学生很自信地

     

说。“我们知道密封在漏斗口的玻璃纸是一种半透膜，水分子可以透过它，而蔗糖分子则不能。在实验装置中，烧杯中的水分子能透过玻璃纸进入长颈漏斗吗？”学生回答可以。“长颈漏斗内的水分子能透过玻璃纸进入烧杯吗？”学生说能。“在单位时间、单位面积内，是烧杯中的水分子透过玻璃纸进入长颈漏斗的多还是长颈漏斗内的水分子进入烧杯中的多？”学生说是烧杯中的水分子透过玻璃纸进入长颈漏斗的数量多于长颈漏斗内的水分子透过玻璃纸的数量。“那么，我们看到的实验现象是水分子由清水一侧流向蔗糖溶液还是由蔗糖溶液流向清水？”学生略加思考后回答：“应该由清水一侧流向蔗糖溶液。”此时，再让学生分析实验现象，学生便可领会到水是由水分子相对含量多的地方流向相对含量少的地方，也就是从低浓度向高浓度运动的。这与生活中的水由高处流向低处有异曲同工之妙。这里要强调，水从高处向低处流是受重力作用而引起的。
    八、消除认知冲突，重温探究历程
    一部生物科学的发展史就是一部生物学家产生认知冲突、消除认知冲突，并逐步完善和发展生物学知识的历史。生物学知识的完善和发展，不是单靠一个人、一代人来完成的，而是需要多个人、多代人的艰辛努力，不断打破旧有观念的束缚，不断地完善和发展生物学知识，是后人基于前人的研究成果不断产生认知冲突并消除认知冲突的过程。如光合作用概念的完善和发展过程就是如此。在人类认识光合作用的历程中，科学家产生并消除的认知冲突可归纳如下：（1）1771年英国科学家普里斯特里通过实验证实植物能更新污染的空气，可有人重复他的实验时却得出相反的结论，认为植物和动物一样会使空气变污浊，科学研究中的认知冲突出现了。这一认知冲突激励人们不断地去探究。1779年荷兰科学家英格豪斯通过多次实验证明植物只有在阳光照射下才能更新污浊的空气，发现光合作用必须在光照下才能进行。（2）当时人们受限于化学发展的水平，不知道植物吸收和释放的是什么气体，直到1785年发现了空气的成分，人们才知道绿叶在光下吸收，释放，丰富并发展了光合作用的概念。在光合作用的过程中，光能哪里去了？新的认知冲突又产生了。1845年德国科学家梅耶根据能量转化与守恒定律指出，光能转化成化学能储存起来了。光能转换成化学能贮存于什么物质中呢？植物吸收和、释放的过程中还产生了什么物质呢？又有认知冲突产生了，直到1864年，德国植物学家萨克斯通过实验证明光合作用的产物除外还有淀粉。（3）光合作用的原料是和，都有氧元素。那么，光合作用释放的到底是来自还是？新的认知冲突又一次产生了。借助于技术的进步，1939年美国科学家鲁宾和卡门利用同位素标记法探究得知，光合作用释放的来自于水。（4）随着人们对光合作用认识的深入，光合作用是如何利用和这样的无机物合成糖类等有机物的呢？认知冲突又出现了。美国科学家卡尔文利用放射性同位素标记后追踪检测，最终探明　中的碳在光合作用中转化成有机物中的碳的途径。人们在认识光合作用的过程中，不断地产生认知冲突，又不断地消除认知冲突，从而促进了对光合作用的认知水平不断地发展。^

 

     


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