论文部分内容阅读
课堂提问是物理课堂教学中的普遍现象，是师生交流信息和相互作用的主要形式。有效的提问是整个课堂的“经脉系统”，是成功课堂的重要因素。因此，课堂提问是否有效直接影响着课堂教学的效果。当前，围绕“问题”并基于问题解决为核心的物理课堂教学已成为广大教师的共识。然而课堂中师生提出的有些问题不能启发学生的思维，或者不能引导学生把思维指向知识的核心，或者缺乏智力价值，即大都为无效问题。笔者认为，对于“有效性问题”的创设，应着力发现和创设学生的认知冲突。
一、 “认知冲突”的概念
所谓认知冲突，是指学生的原有认知结构与所学新知识之间无法包容的矛盾。学生在学习新知识之前，头脑中并非一片空白，而是具有了形形色色的原有认知结构。在学习新知识时，他们总是试图以这种原有的认知结构来同化对新知识的理解。当遇到不能解释的新现象时，就会产生认知冲突。［1］在课堂教学中，教师要学会引发学生的认知冲突，这对于促进学生积极、主动地建构良好的认知结构具有十分重要的意义。物理课堂教学中，教师通常可采用通过旧有知识的推理，得到与结果相矛盾的结论；通过实验呈现与结论相矛盾的实验事实；通过构建看似正确，实则矛盾冲突的结论等三种途径来帮助学生构建认知冲突。
二、 对物理课堂“有效性问题”与“认知冲突”的理解
“有效性问题”是这样一类问题：能揭示知识之间的内在联系，并使学生在设问和释问的过程中，萌生主动学习的动机和欲望，进而逐渐养成自主学习的习惯。“有效性问题”也能引导学生在实践中不断优化自主学习方法，提高自主学习能力。笔者认为有效性问题的一种特质就是能引发学生的认知冲突，这是因为：从问题产生的过程看，学生在学习过程中的认知观念与客观环境、对新旧知识的思考与发现以及对所学知识的自我认知与他人的认知等都存在着矛盾或冲突，形成了“有效性问题”；从问题解决的过程看，需要学生内心中形成孜孜以求、积极探索问题的统一方法和途径的内驱力，产生“愤”“悱”状态，即问题具有强烈的认知冲突；从问题的本身特质看，它不是在教师统一要求下的产物，每个学生认知的角度或焦点不同，会生长出更具有个性的认知方式，这样学生之间就会形成认知冲突；而从问题解决的结果来看，由于每个学生所经历的体验和获得的感受不一样，也会生长出一定的认知冲突。
三、 物理课堂形成“认知冲突”的方法
教材编写时由于篇幅有限，往往回避知识的“发生过程”，教学中也常会忽略学生对问题的感知。因此，课堂教学中，教师可以依据学生已有的心理和智力水平，还原出知识发现过程，把学生要学习的知识同已熟知的知识联系起来形成认知冲突，使学生对问题进行有效的感悟。笔者认为物理课堂教学中形成“认知冲突”有以下几种方法.
1. 从学生原有的认知基础入手，激发学生内心世界新旧知识间的认知冲突
学生是在原有知识和技能的基础上学习新知识的。因此，教学中可将新旧知识进行比较，尤其是学生认知结构中的含糊点、易错点等，在新知识的掌握过程中设置认知冲突，激发学生解决问题的欲望，引导学生在新旧知识的比较中找出相同点和不同点，进而感知物理知识的发生过程，揭示知识产生的规律，把握物理问题的实质，最终完成知识的迁移过程。
如：学习“运动快慢的描述——速度”的教学内容时，教师可以设置问题：既然速度、瞬时速度的大小可以分别称为速率和瞬时速率，那么平均速度的大小可不可以称为平均速率呢？（产生认知冲突）。经过师生讨论后，学生会豁然开朗：平均速率应等于物体运动路程与所用时间的比值，即初中学习的所谓“速度”；而平均速度大小是指物体运动的位移与所用时间的比值的大小。经过这样的认知冲突的过程，学生的物理认知结构就会发生变化，物理知识容量会变大，知识的组织程度、有序化程度会更高，最终使物理认知结构得到优化。［2］
再如：“圆周运动”教学时，如何引入线速度和角速度的概念一直是传统教学不太重视的地方。通常情况下教师会单刀直入地先告诉学生线速度、角速度的概念，然后再对概念进行讲解。这样的安排容易使许多学生在很长一段时间内对为什么引入这两种速度形式感到困惑：两种速度间似乎有联系，但具体的联系又说不清楚。这一结果主要是由于学生没有深入理解这两种速度形式的物理意义造成的，因而教师在教学中可设计如下问题来展开教学.
问题1：学习直线运动时，我们用速度来描述物体运动的快慢，大家还记得速度是怎样定义的吗？
问题2：对圆周运动能用位移与时间的比值来描述运动的快慢吗？（教师演示物体运动一周位移为零）这时能说物体的速度为零吗？那么怎样来描述物体做圆周运动的快慢呢？（产生认知冲突）
问题3：月球绕地球运动，地球绕太阳运动，这两个运动都可以近似地看做是圆周运动。地球对月球说，你怎么走得这么慢？我绕太阳运动每秒钟能走29.79km，你运动1s才走1.02km。但月球对地球说，不能这样说吧，你一年才绕一圈，我27.3天就绕了一圈，到底谁转得慢呢？（产生认知冲突）
在上述问题中，教师有意设置矛盾冲突的情境，让学生首先意识到过去所学的速度表达形式并不适用于圆周运动，使其产生认知冲突，从而刺激学生积极探讨描述圆周运动快慢的方式。当学生提出线速度的描述方式后，教师接着让学生阅读“月地对话”的材料，使其再次产生认知冲突。如此层叠的矛盾冲突会让课堂悬念重生，学生在强烈的矛盾冲突的刺激下，探究的欲望必然能够被激起，从而加深对线速度和角速度物理意义的理解。
2. 从差异性物理实验入手，引发学生的认知冲突
差异性实验是指结果出人意料之外的、与学生学习前概念或常识相违背的科学实验。这些实验展示的现象，与学生学习科学的前概念发生矛盾，对于学生有着浓厚的趣味性，对知识有着证伪性，可以强烈地引发学生的认知冲突，使学生头脑中产生各种各样的疑惑，最终达到优化其物理认知结构的目的。在差异性实验中，要注意提供学生自主建构问题的时间，尽量使学生通过思考、讨论和语言组织等提出相应的问题。［3］
如在“内接法与外接法测电阻”教学中，教师引导学生分别用内接法和外接法测量同一只电阻，学生以为同一电阻测量的阻值应当相同，但分别用内接法和外接法测量同一只电阻两次测出的数据竟有巨大的差异。学生困惑：为什么用内接法和外接法测量同一电阻，会产生如此悬殊的结果？（产生认知冲突）这种测量结果产生了很强的差异性，引发学生强烈的认知冲突和认知失衡。学生在认知冲突中积极地认知，试图达成新的认知平衡。
再如教师演示桌上放一乒乓球，正上方放一玻璃漏斗，用嘴从漏斗对着小球吹气，依照生活常识和牛顿第二定律，小球应该被紧紧地压在桌面上或者被吹走。然而与学生预料的相反，小球反而被吸进了漏斗。当吹气并提升漏斗时，尽管小球受到重力作用以及往下吹的气流作用，但是小球并不离开漏斗掉下去，而是跟着漏斗一起上升（产生认知冲突）。教师提出问题：小球为什么会“违背”牛顿第二定律而向相反方向运动呢？这一出乎预料的效应马上会引起学生极大的探知欲望，在心理上产生对牛顿第二定律的怀疑：这可能说明流体不同于固体，它不遵守牛顿第二定律。这为教师引导学生学习牛顿定律的适用范围打下了坚实的认识基础，也为伯努利方程的学习做好了铺垫与准备。［2］
同样，在“自感现象”教学时，教师可设计“千人震”的小实验。
问题1：两手分别加在一节干电池两端会有什么感觉？
实验：用1.5V干电池一节、日光灯镇流器一个、开关一个、导线若干，连接成如图1所示电路，随意指定一位学生上台，用两只手分别接触a、b的两端，闭合电键。
问题2：学生是否有触电的感觉？
问题3：将电键断开后，是否有触电的感觉？
实验：请多名学生手拉手再与线圈相连，重复上述实验及问题。
本实验的结果将会使学生感觉不可思议。由于在学生的原认知中，36V以下的电压为安全电压，1.5V的电压应该不会对人体产生电击感觉。然而，学生在断电后却惊奇地体验到“触电麻木”的滋味，这使学生产生了强烈的认知冲突。学生没有深刻的体会、体验，难以形成良好的物理认知结构，而差异性实验为教师在教学过程中引发学生的认知冲突准备了良好的资源和工具。
3. 从生活实际及物理意义的现实性出发，引发学生的认知冲突
理论联系实际是培养学生创新能力和实践能力最有效的途径。理论的生命力就是要为实践服务，物理的意义也在于此。但是在教学过程中经常会遇到理论知识与实际情况不相符的情况，在教学过程中恰恰可以利用这一矛盾，引发学生的认知冲突。例如在进行“力的分解”教学时，教师可预设如下问题：
问题1：在生活中，我们可以看到高压输电线和晾衣绳都是弯曲的（如图2），这是什么原因造成的？
问题2：有没有办法将晾衣绳等拉直呢？
课堂活动：请两位同学上来尝试一下。（如图3所示，在一根绳子的中间悬挂一重物，让两位学生使劲地往两边拉）学生非常努力，但结果是他们不管怎么用力拉总是拉不直。
问题3：晾衣绳为什么拉不直呢？教师提示：这其实是一个不可能完成的任务，为什么呢？（引出课题）
在以上的问题中，学生知道高压线与晾衣绳弯曲的原因是由于重力的作用，但他们却没有想到就是因为重力的作用，悬挂重物的绳子是弯曲的，所以绳子是不能被拉直的。学生认为绳子是可以被拉直的，在他们作出这个判断之前，其实并没有经过理性的思考，而是依据生活中显而易见的直觉经验。在面对这个意料不到的结果时，学生头脑中自认为正确的、无需怀疑的想法却受到了挑战，即产生了认知冲突，使他们不得不去审视原有的观点。
习题是物理教学中一个非常重要的组成部分。课堂教学中，教师可以结合典型习题的求解来形成学生的认知冲突。
如：汽车以10m/s的速度在平直公路上匀速行驶，刹车后经2s速度变为6m/s。求：（1）刹车后前进9m所用的时间？（2）刹车后7s内前进的距离？
在求解过程中，学生首先由位移公式代入数据，解得t1=1s、t2=9s，那么这两个结果是否都正确呢？学生通过将t2=9s代入速度公式可得vt=-8m/s，即汽车刹车后车又反向运动（引发认知冲突）。然后再经过计算，（2）的结果同样会由于理论与实际情况出现矛盾而引发学生强烈的认知冲突。在类似习题的教学中，教师恰恰可以强化、利用学生的认知冲突，使学生认识到在学习中要全面认识事物，理论要联系实际，进而优化学生的物理认知结构。
以上仅谈了些笔者粗浅的看法，以期能起到抛砖引玉的作用。课堂教学中，教师应正确认识有效课堂提问的意义及产生认知冲突的有效性，根据教学内容，通过精心设置问题，激发学生的认知冲突，做到以问促思，以问导学，提高物理课堂教学的效率。
参考文献：
［1］ 袁维新. 认知建构论［M］. 徐州：中国矿业大学出版社，2002：179-182.
［2］ 段春和. 引发认知冲突优化学生物理认知结构［J］. 牡丹江师范学院学报（自然科学版），2007（1）：64-65.
［3］ 王后雄，廖唐斌. 论差异性实验的化学教学功能［J］. 化学教育，2010（7）：4-5.
一、 “认知冲突”的概念
所谓认知冲突，是指学生的原有认知结构与所学新知识之间无法包容的矛盾。学生在学习新知识之前，头脑中并非一片空白，而是具有了形形色色的原有认知结构。在学习新知识时，他们总是试图以这种原有的认知结构来同化对新知识的理解。当遇到不能解释的新现象时，就会产生认知冲突。［1］在课堂教学中，教师要学会引发学生的认知冲突，这对于促进学生积极、主动地建构良好的认知结构具有十分重要的意义。物理课堂教学中，教师通常可采用通过旧有知识的推理，得到与结果相矛盾的结论；通过实验呈现与结论相矛盾的实验事实；通过构建看似正确，实则矛盾冲突的结论等三种途径来帮助学生构建认知冲突。
二、 对物理课堂“有效性问题”与“认知冲突”的理解
“有效性问题”是这样一类问题：能揭示知识之间的内在联系，并使学生在设问和释问的过程中，萌生主动学习的动机和欲望，进而逐渐养成自主学习的习惯。“有效性问题”也能引导学生在实践中不断优化自主学习方法，提高自主学习能力。笔者认为有效性问题的一种特质就是能引发学生的认知冲突，这是因为：从问题产生的过程看，学生在学习过程中的认知观念与客观环境、对新旧知识的思考与发现以及对所学知识的自我认知与他人的认知等都存在着矛盾或冲突，形成了“有效性问题”；从问题解决的过程看，需要学生内心中形成孜孜以求、积极探索问题的统一方法和途径的内驱力，产生“愤”“悱”状态，即问题具有强烈的认知冲突；从问题的本身特质看，它不是在教师统一要求下的产物，每个学生认知的角度或焦点不同，会生长出更具有个性的认知方式，这样学生之间就会形成认知冲突；而从问题解决的结果来看，由于每个学生所经历的体验和获得的感受不一样，也会生长出一定的认知冲突。
三、 物理课堂形成“认知冲突”的方法
教材编写时由于篇幅有限，往往回避知识的“发生过程”，教学中也常会忽略学生对问题的感知。因此，课堂教学中，教师可以依据学生已有的心理和智力水平，还原出知识发现过程，把学生要学习的知识同已熟知的知识联系起来形成认知冲突，使学生对问题进行有效的感悟。笔者认为物理课堂教学中形成“认知冲突”有以下几种方法.
1. 从学生原有的认知基础入手，激发学生内心世界新旧知识间的认知冲突
学生是在原有知识和技能的基础上学习新知识的。因此，教学中可将新旧知识进行比较，尤其是学生认知结构中的含糊点、易错点等，在新知识的掌握过程中设置认知冲突，激发学生解决问题的欲望，引导学生在新旧知识的比较中找出相同点和不同点，进而感知物理知识的发生过程，揭示知识产生的规律，把握物理问题的实质，最终完成知识的迁移过程。
如：学习“运动快慢的描述——速度”的教学内容时，教师可以设置问题：既然速度、瞬时速度的大小可以分别称为速率和瞬时速率，那么平均速度的大小可不可以称为平均速率呢？（产生认知冲突）。经过师生讨论后，学生会豁然开朗：平均速率应等于物体运动路程与所用时间的比值，即初中学习的所谓“速度”；而平均速度大小是指物体运动的位移与所用时间的比值的大小。经过这样的认知冲突的过程，学生的物理认知结构就会发生变化，物理知识容量会变大，知识的组织程度、有序化程度会更高，最终使物理认知结构得到优化。［2］
再如：“圆周运动”教学时，如何引入线速度和角速度的概念一直是传统教学不太重视的地方。通常情况下教师会单刀直入地先告诉学生线速度、角速度的概念，然后再对概念进行讲解。这样的安排容易使许多学生在很长一段时间内对为什么引入这两种速度形式感到困惑：两种速度间似乎有联系，但具体的联系又说不清楚。这一结果主要是由于学生没有深入理解这两种速度形式的物理意义造成的，因而教师在教学中可设计如下问题来展开教学.
问题1：学习直线运动时，我们用速度来描述物体运动的快慢，大家还记得速度是怎样定义的吗？
问题2：对圆周运动能用位移与时间的比值来描述运动的快慢吗？（教师演示物体运动一周位移为零）这时能说物体的速度为零吗？那么怎样来描述物体做圆周运动的快慢呢？（产生认知冲突）
问题3：月球绕地球运动，地球绕太阳运动，这两个运动都可以近似地看做是圆周运动。地球对月球说，你怎么走得这么慢？我绕太阳运动每秒钟能走29.79km，你运动1s才走1.02km。但月球对地球说，不能这样说吧，你一年才绕一圈，我27.3天就绕了一圈，到底谁转得慢呢？（产生认知冲突）
在上述问题中，教师有意设置矛盾冲突的情境，让学生首先意识到过去所学的速度表达形式并不适用于圆周运动，使其产生认知冲突，从而刺激学生积极探讨描述圆周运动快慢的方式。当学生提出线速度的描述方式后，教师接着让学生阅读“月地对话”的材料，使其再次产生认知冲突。如此层叠的矛盾冲突会让课堂悬念重生，学生在强烈的矛盾冲突的刺激下，探究的欲望必然能够被激起，从而加深对线速度和角速度物理意义的理解。
2. 从差异性物理实验入手，引发学生的认知冲突
差异性实验是指结果出人意料之外的、与学生学习前概念或常识相违背的科学实验。这些实验展示的现象，与学生学习科学的前概念发生矛盾，对于学生有着浓厚的趣味性，对知识有着证伪性，可以强烈地引发学生的认知冲突，使学生头脑中产生各种各样的疑惑，最终达到优化其物理认知结构的目的。在差异性实验中，要注意提供学生自主建构问题的时间，尽量使学生通过思考、讨论和语言组织等提出相应的问题。［3］
如在“内接法与外接法测电阻”教学中，教师引导学生分别用内接法和外接法测量同一只电阻，学生以为同一电阻测量的阻值应当相同，但分别用内接法和外接法测量同一只电阻两次测出的数据竟有巨大的差异。学生困惑：为什么用内接法和外接法测量同一电阻，会产生如此悬殊的结果？（产生认知冲突）这种测量结果产生了很强的差异性，引发学生强烈的认知冲突和认知失衡。学生在认知冲突中积极地认知，试图达成新的认知平衡。
再如教师演示桌上放一乒乓球，正上方放一玻璃漏斗，用嘴从漏斗对着小球吹气，依照生活常识和牛顿第二定律，小球应该被紧紧地压在桌面上或者被吹走。然而与学生预料的相反，小球反而被吸进了漏斗。当吹气并提升漏斗时，尽管小球受到重力作用以及往下吹的气流作用，但是小球并不离开漏斗掉下去，而是跟着漏斗一起上升（产生认知冲突）。教师提出问题：小球为什么会“违背”牛顿第二定律而向相反方向运动呢？这一出乎预料的效应马上会引起学生极大的探知欲望，在心理上产生对牛顿第二定律的怀疑：这可能说明流体不同于固体，它不遵守牛顿第二定律。这为教师引导学生学习牛顿定律的适用范围打下了坚实的认识基础，也为伯努利方程的学习做好了铺垫与准备。［2］
同样，在“自感现象”教学时，教师可设计“千人震”的小实验。
问题1：两手分别加在一节干电池两端会有什么感觉？
实验：用1.5V干电池一节、日光灯镇流器一个、开关一个、导线若干，连接成如图1所示电路，随意指定一位学生上台，用两只手分别接触a、b的两端，闭合电键。
问题2：学生是否有触电的感觉？
问题3：将电键断开后，是否有触电的感觉？
实验：请多名学生手拉手再与线圈相连，重复上述实验及问题。
本实验的结果将会使学生感觉不可思议。由于在学生的原认知中，36V以下的电压为安全电压，1.5V的电压应该不会对人体产生电击感觉。然而，学生在断电后却惊奇地体验到“触电麻木”的滋味，这使学生产生了强烈的认知冲突。学生没有深刻的体会、体验，难以形成良好的物理认知结构，而差异性实验为教师在教学过程中引发学生的认知冲突准备了良好的资源和工具。
3. 从生活实际及物理意义的现实性出发，引发学生的认知冲突
理论联系实际是培养学生创新能力和实践能力最有效的途径。理论的生命力就是要为实践服务，物理的意义也在于此。但是在教学过程中经常会遇到理论知识与实际情况不相符的情况，在教学过程中恰恰可以利用这一矛盾，引发学生的认知冲突。例如在进行“力的分解”教学时，教师可预设如下问题：
问题1：在生活中，我们可以看到高压输电线和晾衣绳都是弯曲的（如图2），这是什么原因造成的？
问题2：有没有办法将晾衣绳等拉直呢？
课堂活动：请两位同学上来尝试一下。（如图3所示，在一根绳子的中间悬挂一重物，让两位学生使劲地往两边拉）学生非常努力，但结果是他们不管怎么用力拉总是拉不直。
问题3：晾衣绳为什么拉不直呢？教师提示：这其实是一个不可能完成的任务，为什么呢？（引出课题）
在以上的问题中，学生知道高压线与晾衣绳弯曲的原因是由于重力的作用，但他们却没有想到就是因为重力的作用，悬挂重物的绳子是弯曲的，所以绳子是不能被拉直的。学生认为绳子是可以被拉直的，在他们作出这个判断之前，其实并没有经过理性的思考，而是依据生活中显而易见的直觉经验。在面对这个意料不到的结果时，学生头脑中自认为正确的、无需怀疑的想法却受到了挑战，即产生了认知冲突，使他们不得不去审视原有的观点。
习题是物理教学中一个非常重要的组成部分。课堂教学中，教师可以结合典型习题的求解来形成学生的认知冲突。
如：汽车以10m/s的速度在平直公路上匀速行驶，刹车后经2s速度变为6m/s。求：（1）刹车后前进9m所用的时间？（2）刹车后7s内前进的距离？
在求解过程中，学生首先由位移公式代入数据，解得t1=1s、t2=9s，那么这两个结果是否都正确呢？学生通过将t2=9s代入速度公式可得vt=-8m/s，即汽车刹车后车又反向运动（引发认知冲突）。然后再经过计算，（2）的结果同样会由于理论与实际情况出现矛盾而引发学生强烈的认知冲突。在类似习题的教学中，教师恰恰可以强化、利用学生的认知冲突，使学生认识到在学习中要全面认识事物，理论要联系实际，进而优化学生的物理认知结构。
以上仅谈了些笔者粗浅的看法，以期能起到抛砖引玉的作用。课堂教学中，教师应正确认识有效课堂提问的意义及产生认知冲突的有效性，根据教学内容，通过精心设置问题，激发学生的认知冲突，做到以问促思，以问导学，提高物理课堂教学的效率。
参考文献：
［1］ 袁维新. 认知建构论［M］. 徐州：中国矿业大学出版社，2002：179-182.
［2］ 段春和. 引发认知冲突优化学生物理认知结构［J］. 牡丹江师范学院学报（自然科学版），2007（1）：64-65.
［3］ 王后雄，廖唐斌. 论差异性实验的化学教学功能［J］. 化学教育，2010（7）：4-5.