生物学教学2019年（第44卷
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引发认知冲突 发展学生科学思维毛新华1 严晓松$ （1江苏省张家港市常青藤实验中学 张家港215600； 2江苏省张家港市崇真中学 张家港215631）
摘要本文通过具体实例,分析在高中生物学教学中如何通过链接新旧知识、巧用生活素材、借助课堂实验、运用科学史、变换图
像图表诸途径,引发学生认知冲突
,
从而发展学生的科学思维。
关键词认知冲突科学思维途径
认知冲突是一个人已建立的认知结构与当前面临 的学习情境之间产生的无法同构的矛盾与冲突，是已 有知识与经验和新知识之间存在的某种差距而导致的 心理失衡。学生在学习新知识之前，
头脑中并非一片
空白，而是具有不同的认知结构,
学生总是试图以原有
的认知结构来形成对新知识的理解，当遇到不能解释 的新现象时,就会打破之前低层次的“平衡”产生新的
“冲突”，通过“冲突
”
不断化解实现新的平衡与发展
。
引发认知冲突是激发学习欲望、发展学生思维的重要 手段和途径。那么,如何引发认知冲突呢，下面结合笔 者多年的教学实践,通过具体实例探讨高中生物学教 学中引发认知冲突、发展学生科学思维的几个重要 途径。
1链接新旧知识，引发认知冲突
新课教学之前，学生通过已有知识及对日常生活的 观察，对很多生物学现象便已有了自己的认知，这就是
前概念。教学中，若能抓住学生已有的知识，基于这些
前概念，
提出一些出乎学生意料的生物学问题,往往会
引发学生强烈的认知冲突,从而带来很好的教学效果。
例如，在进行模块2“遗传与进化”中有关“
生物的
多样性和适应性是进化的结果”的新课教学时,学生对 生物多样性的认识仅局限于物种多样性，对生物的进
化的认识局限于达尔文的自然选择学说（图1）,怎样
来突破学生这样的“知识瓶颈”呢？
教师首先提出质
疑：达尔文自然选择学说被人们普遍接受，原因是什
么呢？（学生凭已有知识和阅读教材回答：能够科学
化的知识体系，也有利于学生探究合作学习及科学思
维等核心素养的形成。
（基金项目：江苏省教育科学“十三五”
规划2016
年度课题“基于学科教室的课程设计与实施”，No. C - c/2016/02/16）
主要参考文献:1 ］郑晓蕙，李增娇，张文华•核心素养与生物学教学［M］
.
上海：
华东师范大学出版社，
2018： 123.
［2］李能国.基于生物学学科核心素养的课堂转型［J］•生物学教 学，2018, 43（7） : 27.0
地解释生物进化的原因以及生物多样性和适应性。）
教
师又问：此理论是不是完美无缺呢？不足之处是什
么？（学生分析、讨论后回答
：①不能科学解释遗传变
异的本质；②进化的研究局限于个体水平。）教师再问: 随着人们进一步的研究,形成了以自然选择学说为基 础的进化理论是什么？该理论是如何克服达尔文自然
选择学说的不足之处的？该理论认为进化的三个基本
环节和进化的实质是什么？通过步步引入和层层激发 认知冲突，学生求知欲望大增，教师及时出示现代生物
进化理论解释新物种形成示意图（
图2）
o
亠适应环境 的新物种
O代表生物个体扌代表被淘汰
图1达尔文自然选择学说解释新物种的形式示意图
生殖隔离1T基因库的差别物种形成
标志―►
图2现代生物进化理论解释新物种形成的示意图
通过和达尔文自然选择学说示意图的比较和认知 冲突的不断化解,学生由原来的认知结构逐步同化了 新知识，对生物进化理论的发展有一个清晰的脉络，对 知识的理解全面而深刻。
2巧用生活素材，引发认知冲突
学生在生活中凭直觉和不够严密的概括形成了原 始的认知结构。教师可以把课堂和学生生活实际联系
起来，引发学生认知冲突,使学生意识到新经验与原有
观念不一致，从而激发他们产生学习的心理需求。
例如,在夏至这一天，
假设下列地区温度相同且同
为晴天，问某相同大小的同种植物个体有机物积累最 多的是（）：A.哈尔滨;B.北京;C.上海;D.海口。
遇
到这类问题时,学生往往根据生活经验,想象海口天气 炎热，阳光充足
，
从而毫不犹豫地选择错误答案
D。这
道题是跨学科综合题，教师应及时根据地理学科知识
启发提问：在北半球
，
夏至这天,光照时间最长的地区 ・22・
生物学教学
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在哪里？
（学生回答或查询资料回答在北极
，
夏至这
天，北半球出现极昼现象），北极纬度怎样？（学生回
答最高。）那么，上述供选地区纬度最高的应是哪一地 区呢？学生顿悟，迅速得到正确答案A。对于学生由于生活经验引发的“错误”，教师要加 以引导，不失时机地进行点拨，起到指点迷津的作用， 可使学生冲破混沌状态,突然茅塞顿开，思维顺畅。这 样的教学效果必然能激发学生的学习兴趣，若教师一 味地批评或直接纠正学生的错误，会挫伤他们学习的 积极性。3借助课堂实验，引发认知冲突通过生物学课堂实验，在学生面前呈现与他们已 有知识和经验不能得到或者意想不到的新现象。学生 要用原有认知结构去同化、解释这些新现象，往往感到 困惑、迷惘，进而引发认知冲突，使学生产生强烈的探 究欲望。例如，在帮助学生理解“ATP是直接为细胞生命 活动提供能量的一种有机物”时,学生初学时常有这样 的思维冲突：糖类是细胞生命活动的主要能源物质, 而糖类中的葡萄糖又是重要的能源物质，并且葡萄糖 是单糖，分子量小，易于吸收，抢救一个严重的低血糖 患者时常常是静脉注射葡萄糖溶液，为什么葡萄糖不 是细胞中的直接能源物质呢？如果能在课堂上创设一 个实验体验情境，突破学生的思维障碍就能迎刃而解。 为此，教师可设计“ATP使疲劳的腓肠肌恢复收缩能力” 的演示实验：①材料用具：制备好的蛙腓肠肌;质量浓 度为0.65 g/dL的氯化钠溶液，质量浓度为1. 2 g/dL的 葡萄糖溶液、ATP针剂;解剖盘、铜锌叉、玻璃分针、剪 刀、载玻片、坐标纸、滴管、洗水纸、培养皿。②实验过 程：用剪刀剪下长约1 cm、宽约0. 5 cm的一条新鲜的 蛙腓肠肌，放入质量浓度为0. 65 g/dL的氯化钠的培养 皿中，在载玻片的中央滴2滴质量浓度为0. 65 g/dL的 氯化钠溶液。用玻璃分针挑取上述肌肉，放在载玻片 上的氯化钠溶液中,并且使肌肉呈直线状，将载玻片放 在坐标纸上，测量并记录肌肉的长度。用铜锌叉间歇 刺激肌肉，直到肌肉疲劳不能收缩为止。随后向刚刚丧 失收缩功能的这块离体肌肉滴上一滴质量浓度为1・2 g/ dL的葡萄糖溶液，用铜锌叉刺激肌肉，测量并记录其 长度。用吸水纸吸去离体肌肉上的葡萄糖溶液。最后 向这块离体肌肉上滴1滴ATP溶液，用铜锌叉刺激肌 肉,测量并记录其长度。“百闻不如一见”，通过上述实验学生亲自观察到 只有ATP能使疲劳的腓肠肌恢复收缩能力，而葡萄糖 不能,从而对“ATP是直接为细胞生命活动提供能量 的一种有机物”的理解有了更丰富的感性认识。4运用科学史,引发认知冲突“科学思维”是指尊重事实与证据，崇尚严谨和务实 的求知态度,运用科学的思维方法认识事物,解决实际
问题的思维习惯和能力。生物科学的发展史就是一代
代的科学家既继承了前人的科学成就，同时又利用批判 性思维不断地对前人的科学成就进行发展与创新。
例如，对于“DNA是生物的主要遗传物质”这一生
物学核心概念的由来就是一个较为漫长的认识过程（图
3），通过学习科学家的认识过程,教师在教学中适时引
导，激发学生认知冲突,能很好地培养学生的科学思维。
理由:蛋白质的 结构具有 多样性和 特异性DNA的结构具 有多样性和特 异性，并且结 构稳定，能自 我复制和指导 蛋白质的合成
绝大多数生 物的遗传物 质是DNA, 少数生物的 遗传物质是RNA
科学思维：
（批判性思维）
认识过程:蛋白质是 遗传物质DNA是唯一 的遗传物质二DNA是主要
的遗传物质
/\肺炎双球菌
转化实验噬 菌体侵染细 菌实验
1烟草花叶
病毒对烟 草细胞的 感染实验
I
i
能自我复制）1再否定 （有些病毒
中没有DNA）
现在的 最新认识
图3遗传物质的认识过程图5变换图像图表，引发认知冲突
图文并茂，以图代文,是生物学学科知识呈现的一
大特点。图像中蕴含了大量的生物学信息，而这些信息 是文字所无法描述的。生物学图像是生物学知识的载
体之一，
是生物学教学的第二语言
。高考生物学试题中
常出现很多图表，因为图表是生物学知识与物理模型之
间、实验数据和数学模型之间的一条重要纽带，是具体与
抽象相结合的体现，它能清晰、直观地表达生物现象和生
理过程，正确反映生物的生理规律和内涵，是科学研究的
好方法，是提高学生过程分析能力的有效途径之一。
例如，正常情况下我们理解染色体、染色单体及核
DNA的关系时呈现图4,学生在学习中已经构建了着丝 点分裂前后染色体形态的模型图,但在完成下面这道高 考题时，产生了认知冲突,教师引导学生仔细审题,大多
数学生能够突破思维障碍，完满得到正确答案O
复制螺旋化-¥
着丝点分裂R 末期
-A
染色体加悟"
1条染色体 1条染色体 1条染色体 2条染色体 1条染色体
1个DNA分子2个DNA分子2个DNA分子2
个DNA
分子［个DNA
分子
无染色单体2条染色单体2条染色单体无染色单体无染色单体
图4
染色体数、染色单体数及核DNA分子数关系图