生物教学中的认知冲突资源建立及其应用研究
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摘 要：依据皮亚杰的认知发展理论以及职教学生物课堂有效性提高的迫切需求，笔者认为利用好认知冲突能提高学生认知驱动力，情绪状态，以及思维能力，切实提高课堂有效性。基于此，在对搜集的认知冲突进行分类与分析后提出认知冲突的构建策略和实施建议，并在此基础上进行认知冲突资源包范例构建，应用后进行了成效描述并进行了研究反思。
关键词：生物;认知冲突;资源包
一、认知冲突资源包建立的现实需求
（一）课堂有效性的要求
职教教学一直强调课堂的有效性，强调以学生为主体。而现实情况往往出现学生对课堂内容不感兴趣，不是真正参与课堂中。其具体体现在：
1.学生的认知内驱力不足
认知内驱力是一种要求了解和理解周围事物的需要，要求掌握知识的需要，以及系统的阐述问题和解决问题的需要，在学习活动中，认知内驱力指向学习任务本身，是一种重要的和稳定的动机。而现在的课堂，很多学生的学习动机是以考试为导向，也就是附属内驱力高于认知内驱力，存在认知内驱力不足的问题。
2.学生的情绪状态过于平稳
提高学习效率要求学生有一种学习的状态，正所谓不愤不启，不悱不发。处于某种因认知失衡而造成的紧张状态中，有利于学生的学习。反观我们的课堂，大多数采用传统的讲授法，学生参与度低，只是以一个听众的角色存在于课堂中，因而也不存在紧张的状态，学习效率较低。
（二）利用认知冲突提高课堂效率
1.激发学生的认知内驱力 激烈的认知冲突既会激起学生激烈的思维振荡，又会引起学生学习需要的不平衡，激发学生的认知内驱力。
2.提高学生的情绪状态 认知发生失衡，学生会有一种紧张的情绪，情感领域中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，从而为进一步学习在知识、思维、情感等方面蓄积了良好的准备态势
二、生物学科认知冲突的构建策略
认知冲突能够让学生的认知失衡，从而处于不安而又急切求知的心理状态，其好处不必多说。那么如何去构建学生的认知冲突就是首要问题。
（一）深挖前科学概念
概念学习是生物学科的重要内容，包括概念的内涵及外延以及概念的应用，它是生物学教学的重点和难点。另一方面，学生在走进课堂之前，并非空着脑袋，他在日常生活中已然的形成了很多概念，其中必然包括大量的生物学概念。这些生活中积累起来的生物学概念就是维果斯基所说的前科学概念。前概念又称为模糊概念、迷思概念、相异构想、日常概念等，是指未经过专门教学，人们在日常生活中逐步形成的概念。这些概念可能是正确的，可以作为学习新知识的着力点，新知识可与认知结构中的旧知识构成上位关系、下位关系或者并列结合关系，对学生学习起积极的作用;另一方面，已有知识经验并不总是与新知识相一致，可能是不全面的，甚至是错误的，由于这类知识经验在学生头脑中先入为主，具有頑固性，隐蔽性，反复性等特点，较难转变，因此会对学生的学习产生不良的影响。那么深挖学生的前科学概念，正确的，可作为我们教学的铺路石，错误的，可以激发学生的认知冲突，都可以作为我们生物学科教学的生长点。
本研究分析了人教版版生物学第四部分《生物的基本特征》教学内容后，设定了细胞，新陈代谢二个专题，从每个专题中挑选了学科教学中的重要概念，对相关学生和教师进行了调查，以获得学生的前科学概念。研究发现，学生的前科学概念存在以下几种类型，我们认知冲突的构建就可以从这些角度着力。
1.顾名思义型
在学生的日常生活中，顾名思义是一种惯用思维，在这种思维的引领下，学生会形成一些存在问题的前科学概念。
如脂肪细胞中，认为脂肪的含量最高，而没有意识到水是生命之源，不管何种类型的细胞，水含量是最高。如糖这个概念，认为糖都是甜的。事实上，糖的定义并非如此，很多糖并没有甜味。这也提醒我们顾名思义可能对，可能错，是需要谨慎的一种逻辑。
2.生活常识型
学生具有社会属性，在生活中，受到来自各方面，包括父母，朋友，亲戚，以及媒体网络的信息轰炸，形成了各种生活常识。在这些常识中，不乏一些“伪科学”。如，人们常说的早晨氧气好，适合锻炼，那么我们的学生大部分都认可这种说法。这说明学生在学习光合作用和呼吸作用的时候没有结合生活实际，没有学以致用。学生们能够分析出森林中树木早晨进行光合作用，但没有考虑到夜晚进行的呼吸作用积累了很多二氧化碳，虽然早晨随着阳光逐渐增强，树木进行了光合作用，但是清晨时的量还是二氧化碳的量多于氧气的量。
（二）预设逻辑冲突
职教学生的逻辑思维能力发展到一定阶段，在正常的逻辑推论中设置冲突，会对他们原有的认知结构产生冲击，进而撼动他们的思维，让他们积极参与课堂思考。所以，在构建认知冲突时，可以有意设定一些逻辑冲突。笔者分析了逻辑冲突的类型，方便教师在设定逻辑冲突的时候找到方向。
1.数字型
在大数据时代的背景下，在学习了数十年的数学之后，学生对于数据是有信赖感的，数据对于他们是有权威性的。利用数据设定矛盾，可以产生较好的冲击效果。
如，选择将哺乳动物红细胞细胞膜中的磷脂分子排在水和空气的界面，面积竟然是球形的细胞面积的两倍，何解？将球面积铺成平面，面积照理应该不变，为何存在两倍的关系？数据虽小，但是震撼肯定不小。
2.类比型
对事物进行类比是常规的一种思维。当引导学生用类比的思维去解决问题的同时，还会产生问题，这些在正常逻辑下出现的不合逻辑的现象，足以引起学生的认知冲突。
如人类社会可以用语言进行沟通，进而满足各自的需求。细胞与细胞之间，相信也不是孤立的，细胞难道还会说话？同样，此类类比能激发学生思考的兴趣以及成就感。 （三）利用网络资源
网络中有各种资源，其中不乏一些优秀的科普视频或者新锐的见解。
视频，比如哈佛大学制作的细胞的3D动画，可以直接在视觉上给学生以刺激，这种刺激就是一种认知冲突，是他们对于抽象词汇的个体想象和科学现实之间的冲突。
此外，科普的社团在网络上蓬勃发展，比如科学松鼠会，果壳问答，这些网站充满了新鲜的概念，独特的视角，都可以给学生以思维的冲击和解放。
因此，在思考如何构建认知冲突时，可以充分利用网络这个资源库，从中寻找新的立场，新视角，与老观点进行对抗，顺利建立认知冲突。
三、生物学科认知冲突的实施策略
（一）追问“十万个为什么”
生活中很多司空见惯的现象和习惯或者常识，其实追问几个为什么，就会让学生“冒冷汗”。
1.从学生已有经验中追问
生活中，我们对很多事情往往知其然而忘了去思考其所以然。因此，当最熟悉的常识被提问为什么的时候，必然能引起被问者的紧张状态，不愤不启，不悱不发。
如，每天人都要呼吸，大家都知道吸收氧气，呼出二氧化碳，那么追问一下，我们吸进去的氧气到细胞中去执行什么任务了，我们呼出的二氧化碳又是哪里的？对于呼吸这现象，是人最熟悉的生理现象，但并不是所有人都能回答这个问题。这个问题的答案正是我们的教学重难点细胞呼吸。因此，设置这样的认知冲突，既能引发学生思考，又能解决重难点。
2.从正反思维对撞中追问
生物学科的学习，有个重要的任务是对学科逻辑思维的培养和锻炼。在逻辑思维中，有个反向思维。学生生活学习比较习惯正向思维，那么，反向思维正是我们训练的一个方面。
如，通常情况，我们会提问如何让蛋白质保持活性，使得细胞的正常生命活动得以延续。那么反向思维就会去问，就是这个蛋白质会失活这个特性能不能被利用而帮助我们更好的生活呢？那么就是在消毒和杀菌的时候，在我们主观上希望一些细胞死亡的时候利用。生活中，高温消毒，紫外线消毒的想法即来自于此。
（二）鼓励天马行空
在学习过程中，我们可能会被定向思维影响到，对问题的回答比较循规蹈矩。但是，天马行空的想象力，自由的思想也是我们所希望的，因此，教师可以提出一些天马行空的问题，并抛砖引玉，鼓励学生头脑风暴，在此过程中渗透相关的认知冲突。
比如，一到夏天，生活用水就会比较紧张，那么我们对水的需求量何为如此之大呢？答案之一是水可以洗各种东西，洗菜，洗澡等等，那么为什么不用油去清洗呢？这种对于生活中常见物质用途的改变，可以加深学生的印象，引发学生的认知失衡。这种认知冲突可以更过的通过小组合作学习以及问卷和访谈等方式获得。
（三）追溯科学史
科学史是我们生物学科的宝贵材料，其本身就充满了科学家在那时那刻的各种问题，各种挑战。在这些科学史中，以恰当的方式引入认知冲突，既能完成科学史的渗透任务，又能增强认知冲突的事实感和说服力。
比如孟德尔的科学史，我们一般介绍说，他大量的种植了豌豆，有别于其他“农民”的是他对豌豆的性状进行了数理统计和分析，因此才有了孟德尔定律的伟大成就。在这个看似顺遂的故事中，他也碰到过无数问题，这些问题就是渗透认知冲突的良好介质。
三、认知冲突资源包范例
本人依据人民教育出版社出版的《生物学 生物的基本特征》教材内容，参考普通生物课程标准的模式，实施认知冲突在生物教学中的应用。
該资源包为细胞、新陈代谢两个专题，每个专题包括专题指南和内容标准。内容标准又分为知识点，认知冲突设置模式，认知冲突活动建议四个分支。
专题1——细胞
专题指南
细胞作为生命的结构和功能的单位（病毒除外），有各种极为合理和精妙的生命机制，让人类叹为观止，但其仍有很多未解之谜，至今仍是科学家研究的热点。浙科版的必修1分子与细胞，围绕细胞，向同学们打开了一个精彩的细胞世界。
内容标准
专题2——新陈代谢
专题指南
生命诚可贵，生命并不只是抽象概念，生命是什么呢？生命就是新陈代谢。从生物学角度，你将重新认识物质的生命，由实实在在的各种化学反应，各种生理活动的生命。其中，你会领会到生命的奥秘和生命的精彩。
内容标准
四、认知冲突资源包建立的实践成效与反思
（一）成效描述
在本人任教的班级中对建立的认知冲突资源进行了实际应用，成效显著。
1.提高学生课堂参与度，有助于主体地位体现
在进行该资源包的应用时，为了避免热闹有余，实效不足的情况，我要求大家准备一本课堂练习本。在我设置并抛出认知冲突之后，要求学生在练习本上写下自己的想法。由于认知冲突由学生的前概念等而来或者与生活实际较为贴近，能够引起学生思考参与的思维倾向，学生愿意去解决这个冲突，而且有机会全面参与，因此，大大提高了学生在课堂中的参与度，对课堂整体注意力的集中和把控，起到了很好的效果。
2.提升学生课堂思维量，有助于解决问题能力的培养
能力与知识的关系是相辅相成的。通过在不同环节设置认知冲突，学生在解决认知冲突的过程中就是在锻炼思维能力，而这种能力直接有助于问题解决。通过认知冲突资源包的应用，面对不同知识点，找到相应的切入点，引导学生用自己的思维去解决这个问题，学生表现出来极大的热情，并且效果显著，不仅解决了眼前的知识点问题，还提升了其解决问题的能力。
（二）研究反思
1.强化目标意识，防止认知冲突的滥用
在资源包中有各个知识点相应的认知冲突的设置模式，因此，使用方便而灵活。但是，课堂是有目标的，偏离目标，过多的使用认知冲突，会让课堂变成泛泛而谈。因此，在使用认知冲突的过程中，教师应精挑细选，合理应用，不求多，但求对，过犹不及。
2.打开思维，互相借鉴，扩大认知冲突资源影响
各种对于学习的研究，有一定的同性，有一定参考的价值，可以是扩大资源的一种方向。
比如寻找某个知识点的正例，反例，特例来设置认知冲突，也是不错的方法。
总之，认知冲突资源包是开放的，任何有用有趣的认知冲突都可以来丰富资源包的内涵和外延，提升它的实际应用价值。
参考文献：
[1]张年逢，认知冲突策略在高中生物教学中的应用研究，兰州大学硕士论文，2009.
[2]赵世丽，前概念对生物概念学习的影响及其转化策略研究，东北师范大学硕士论文，2012.
[3]候喜瑰，浅议生物学中的新课导入，保定师专学报，2001年2期
[4]郑秀娟，认知冲突策略指导生物教学的研究，扬州大学硕士论文，2014年.
[5]余轶，青少年科技综合实践活动资源包的创建研究，华东师范大学硕士论文，2010年.
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