兒童科學概念的認知發(fā)展

摘要綜述了作者在兒童科學概念認知領域的研究，其中包括兒童的樸素生物學、樸素物理學認知及其與心理理論發(fā)展關系的研究。作者研究了兒童在生命科學領域的自發(fā)概念，包括對生長、衰老、疾病和死亡等生命現象的認知，探查兒童對日常生活中物理學概念（如力等）的樸素認知，力圖發(fā)現兒童早期認知中的潛力，同時探明他們相應的錯誤概念，并采用教育干預實驗，促進兒童科學概念的轉化。還探查影響兒童科學概念發(fā)展的因素，包括外部教育條件以及個體認知能力（如心理理論發(fā)展水平，推理能力等）。研究發(fā)現，兒童在接受正規(guī)的科學教育前就對人類重要的科學領域形成了自己的“樸素理論”，他們用這種理論來解釋現實世界的現象。作者主張兒童的科學教育（包括健康教育）應該以兒童的“樸素理論”為基礎，從而真正做到因材施教。

關鍵詞科學概念，認知發(fā)展，樸素生物學，樸素物理學，心理理論。

分類號B844

1 引言

科學教育是將科學知識、科學思想、科學方法、科學精神作為整體的體系，使其內化成為受教育者的信念和行為的教育過程。當今世界正處在一場科學教育的革命之中。美國及世界其它一些國家都先后制訂了科學教育的國家綱領性標準和規(guī)劃。中國作為快速發(fā)展的發(fā)展中國家，要實現新世紀的騰飛，也必須通過科學教育的改革，培養(yǎng)具有科學素養(yǎng)的新一代創(chuàng)新人才，促進我國科技、經濟和社會的發(fā)展，實現我國跨世紀發(fā)展的戰(zhàn)略目標[1]。實現這些目標的一條已經被證明為行之有效的道路就是從小學甚至幼兒園開始進行科學啟蒙教育。科學啟蒙教育是兒童素質教育中的重要組成部分，它可以發(fā)展兒童智慧，激發(fā)兒童探索自然之謎的興趣，培養(yǎng)兒童的科學世界觀。

由于科學技術的迅猛發(fā)展，傳統(tǒng)的教學內容和方法已不能適應這一發(fā)展。目前人們很關注如何根據科技進步和社會發(fā)展的需要，充實先進的科技知識，改革教學內容和教學方法，但是，如何根據兒童的認知發(fā)展水平來提高科學教育的效果卻沒有受到應有的重視。

當前科學教育的出發(fā)點不是看兒童缺乏什么，而是著眼于兒童頭腦中本來有什么。對嬰兒的知覺、注意、記憶、知識表征、推理和問題解決的研究得出共同結論：這些認知能力很早就得以體現，其運用隨著幼兒活動范圍擴大日益顯得主動。認知發(fā)展心理學家的研究發(fā)現，甚至學前兒童在人類重要的知識領域已經有自己的“樸素理論”（naiuml;ve theory），在他們受到正式教育前，就用這種理論來解釋現實世界的現象。兒童早期獲得的這種非正式的或前科學的理論雖然不規(guī)范，但這種樸素理論是兒童用以解釋周圍世界事物的工具或知識框架。比如2歲的幼兒知道人不能住在月球上，問其為什么，他會回答“會摔到地上”，這種非科學的、啟發(fā)式的（heuristic）回答對兒童本身的意義是重大的，兒童可以籍此把紛繁復雜的世界納入到自己的認知框架中，并做出推理和預測。

科學啟蒙教育應從最貼近兒童生活的科學領域開始進行。Wellman和Gelman(1992) 提出了兒童的三個核心知識領域：樸素物理學、樸素生物學和樸素心理學（心理理論）[2]，盡管一些研究者認為兒童在其它領域也會有樸素理論[3]，有研究他們被公認為兒童認知的最重要知識領域[4]。Wellman和Gelman（1992）認為兒童獲得某一特殊領域的樸素理論要符合三個條件，即（a）能認識到該領域有它的特殊認知對象（本體區(qū)分，ontological distingction）；（b）能運用該領域的特殊因果原則對該領域的現象作推理或解釋；（c）這些解釋具有一致性[2]。

那么兒童能否區(qū)分以上三個領域的現象呢？如果能的話，又是什么時候能作的這種區(qū)分呢？研究者對此有兩種不同看法：一種如皮亞杰（Piaget，1929）認為，能作這種區(qū)分是兒童入學以后的認知成就，而幼兒對于這三種領域現象的認識是混淆在一起的，從而表現出泛靈論（animism）、人工主義（artificialism）和實在論（realism）的認知特點[5]。另一種持“理論”理論的研究者則認為這三個基礎領域知識的獲得發(fā)生在童年早期，它們成為兒童隨后認知發(fā)展的基礎[6]。近年來，越來越多的研究證據支持后一理論主張。

2 兒童的樸素生物學

學前兒童是否具有獨立的樸素生物理論是一個尚存爭議的問題。這種爭論反映了研究者對兒童的認知如何達到更高水平這一問題的不同看法。如果兒童很晚才能區(qū)分這幾個領域，那么就需要用某種質變和重組來解釋它們是怎樣最終分開的。如果兒童在入學時就已能區(qū)分這兩個領域的概念，那么要么這種質變和區(qū)分發(fā)生在學齡前，要么沒發(fā)生，發(fā)展可能是現有概念的逐漸精細化。因此，兒童樸素生物理論的研究既是對認知發(fā)展領域特殊性的檢驗，也可為發(fā)展的階段性和連續(xù)性提供實驗依據[7，8]。

要解決學前兒童是否具有樸素生物學理論的爭議，只有通過對兒童不同生物現象的認知進行研究，才能勾勒兒童樸素生物學認知的全貌。Wellman和Gelman認為生物運動、生長、遺傳和疾病可能是兒童最早掌握的生物過程和機制[4]，因為這些是基本的生物現象，這些現象包括動物或植物整體的可見特征，而不只是涉及生物體的一部分或不明顯的過程，如消化。我們認為運動（包括自主運動）不能作為區(qū)分生物和非生物的標準，它更多是兒童區(qū)分動物和非生物的標準。中國人用“生老病死”四個字精辟地概括了生物的發(fā)生發(fā)展消亡過程。兒童的認知必然受其生活經驗影響。因此，我們選擇了“生長”“衰老”“疾病”和“死亡”作為基本的生物現象來考查兒童的樸素生物認知[9~17]。

我們的研究主要選取3~6歲的學前兒童，分別來自教育條件較好的城市幼兒園和教育條件較差的農村（城鄉(xiāng)結合部）幼兒園。主要采用訪談法，結合使用分類、迫選等多種方式，對每種認知現象都以不同任務變式施加給同一組被試，藉此探查兒童認知發(fā)展的個體差異和個體內部差異。主要發(fā)現如下：（1）兒童對非生物的判斷成績最好，對動物的判斷次之，對植物的判斷最差；即3~4歲幼兒就能夠比較明確判斷非生物不具有生物的特征，他們知道非生物不會生長、衰老、生病和死亡，但對動物生命特征的認知判斷成績隨年齡增長而提高，對植物的判斷相對最差。只有對“生長”的認知例外，反而植物判斷成績最好。（2）兒童的生物現象認知表現出不同步性，對生長的認知成績最好，死亡次之，之后是衰老和疾病。（3）兒童在對生物現象做出因果解釋時，沒有表現出皮亞杰所示的“泛靈論（或萬物有靈論）”和“人為主義”，他們很少用心理意圖作為生物現象的原因。（4）學前兒童能夠在各生物現象之間建立聯系，而非把各個生物現象孤立起來。他們常常用一種生物現象去解釋另一種生物現象，如用能否生長來判斷能否衰老。（5）教育條件好的兒童比教育條件差的兒童顯示出明顯的認知優(yōu)勢。

我們的一系列研究證明，兒童到入學時（6歲）在以上各個維度上都能夠區(qū)分生物和非生物，他們已經有獨立的樸素生物理論[9~17]。

不過，目前關于兒童樸素生物學的研究對象多局限在學前兒童，關注的焦點多是學前兒童是否具有獨立樸素理論的理論爭論，對教育實踐的指導作用不明顯，我們的研究也有同樣的局限。因此，我們下一步的研究將更突出干預研究，即在研究結果的基礎上做促進的教育實驗。我們目前關于兒童的疾病和健康認知的研究與教育實踐結合更緊密。

兒童健康教育是目前一個非常迫切的問題。健康教育的目標是通過認知改變行為，培養(yǎng)兒童科學的健康概念和健康的生活方式，增強兒童的自我保健意識，一個核心內容是提高兒童對健康和疾病的因果機制認知。兒童只有了解疾病的因果機制，才可能在新情景中作出正確推理，分辨危險因素，作到既預防疾病，又不至于對疾病感到恐慌。科學的健康教育方式應該是根據不同年齡兒童的認知水平，根據兒童的健康和疾病的概念及因果認知，選擇那些兒童有可能接受的內容，有的放矢地實施相應的教育方案，增進兒童對健康的認知和健康行為。國外學者指出，健康教育不能只是教授事實和知識[18]，所有成功的健康教育計劃都有賴于對健康信息的解釋，而這些解釋必須根據兒童的認知模型[19]。我們的研究正是致力于探查的兒童的疾病和健康認知，并在此基礎上進行教育干預。

這種思路在我們關于兒童樸素物理學的研究中也得到體現。

3 兒童的樸素物理學

樸素物理學是指人們對物理實體、物理過程、物理現象的直覺認識[20]。。雖然兒童對此有著豐富的感性認識，但這些憑經驗得來的知識與當前的基本科學概念常常有沖突。以往研究者考察了兒童對物理學各個分支基本概念的認知，如力和運動，能量，熱量，光，聲，電，天文現象等等，其中又以對力學概念的研究最為詳盡。皮亞杰對此做了開創(chuàng)性研究，得出兒童對力概念的6種類型的認識：力就是運動；自己能動的東西就有力，反之則無力；力是有意圖有價值的動作；力是搬運物體的動作；能持久支撐就有力；力和大小輕重有關[21]。

Vosniadou通過讓兒童自由畫出或用橡皮泥塑造地球的方式，以及迫選或開放式提問的方式，總結得出兒童頭腦中主要有5種地球模型：矩形，碟形，雙地球模型（人生活在平面的地球上，而說的那個“地球”在天上），中空球形（人生活在球內所以才不掉出去，天空就是空心部分）和扁球形（球的頂端是平面）[22]。

顯而易見，在這些概念中，很多是科學概念和日常經驗的糅合。即使開始上學后，兒童也會繼續(xù)堅持他們先前的觀點和理論。比如很多小學低年級兒童認為毛衣會發(fā)熱，在被要求自己設計一個實驗來檢驗時，他們把溫度計放進毛衣里，當觀察到毛衣溫度不變后，他們認為可能是溫度計有問題[23]。可見，即使在相互矛盾的證據面前，兒童仍會堅守自己的理論，要他們放棄這些樸素理論就需要行之有效的科學教育，而科學教育也必須以兒童的樸素理論為基礎。

我們的目前的研究致力于發(fā)現兒童樸素的物理學認知中與科學概念相偏離的部分，考查他們對物理現象的認知策略，探查影響其概念認知發(fā)展的因素，如認知能力，元認知和動機等因素，然后制訂概念轉換策略，幫助兒童由自發(fā)的前科學概念向科學概念轉化[24]。

4 兒童的科學概念和心理理論以及推理決策能力的關系

樸素物理學、樸素生物學和心理理論，是兒童最重要的認知領域。那么他們之間的關系如何，是同步發(fā)展，還是有發(fā)展的先后次序，一種樸素理論的發(fā)展能否預測另一種理論的發(fā)展，這也是關系到兒童認知發(fā)展的一個基本理論，即兒童的認知發(fā)展是具有領域普遍性的還是特殊性的，是階段性的還是連續(xù)性的。

因此除了兒童的自然認知，我們同時進行了兒童的社會認知研究。與密西根大學Wellman教授和心理所方富熹教授合作制定了中國兒童的心理理論發(fā)展量表[25]。該研究發(fā)現，中國兒童與西方兒童有著基本相似但又略有不同的心理理論發(fā)展順序。中國幼兒的心理理論發(fā)展順序為Diverse desires， knowledge ignorance， diverse belief， content 1 belief， hidden emotion，而對美國、澳大利亞的正常和聾啞以及孤獨癥兒童的研究都報告，他們的認知是diverse belief任務的通過先于knowledge ignorance任務。這個結果顯示了兒童心理理論發(fā)展的文化差異。這個量表可以作為我國兒童心理理論發(fā)展的測量評定工具，用于探索兒童心理理論發(fā)展水平和其樸素物理學及樸素生物學發(fā)展的關系。

其次，我們還關注兒童的科學概念認知與其一般推理能力和社會領域的推理——道義推理以及決策能力之間的關系[26~33]。兒童的科學概念認知一方面會受到個體經驗的影響，另一方面?zhèn)€體的認知能力包括推理和決策能力也是影響其認知成績的重要內在因素。按照皮亞杰的理論，三段論推理要到形式運算階段才能進行，但新近的研究發(fā)現如果推理任務是道義領域（與社會規(guī)則有關的推理），即便幼兒也能夠正確推理。說明推理能力的發(fā)展也是有領域特殊性的。我們的研究已著手揭示這種特殊領域的推理與特殊科學領域的認知的關系，并且強調這種特殊性對兒童的適應意義。

以上研究旨在探明兒童認知發(fā)展的基本理論問題，即領域普遍性和特殊性，階段性和連續(xù)性，以及認知發(fā)展的影響因素。

5 小結和未來研究

總之，目前認知發(fā)展研究的發(fā)現突破了多年來以皮亞杰學派為主導的研究兒童認知發(fā)展的理論框架，使人們以全新的方式思考兒童的認知發(fā)展。傳統(tǒng)認知發(fā)展理論的代表人物皮亞杰認為認知發(fā)展具有普遍階段性，兒童的時間、空間、重量、生命現象、道德等的認知遵循同樣的發(fā)展順序和階段。近年來興起的特殊領域觀向皮亞杰的普遍領域觀提出了挑戰(zhàn)，以兒童樸素理論發(fā)展研究為代表的特殊領域觀有三個特點：第一，強調知識在認知發(fā)展中的重要性；第二，強調核心理解，即注重對人類基本知識領域的認知；第三，強調發(fā)展。視認知發(fā)展為“理論的發(fā)展”的“理論”理論成為當代認知發(fā)展研究中占優(yōu)勢的理論。

盡管相關研究有不少發(fā)現，但其局限也是明顯的：（1）研究對象多局限在學前兒童，關注的焦點多是學前兒童是否具有某個獨立樸素理論的理論爭論，對教育實踐的指導作用不明顯；（2）研究多從一個知識領域出發(fā)，對兒童不同領域的認知發(fā)展缺乏對比，因此我們不清楚兒童的不同知識領域樸素理論是同步發(fā)展的還是有先后次序；（3）研究對象多為西方文化中的兒童，我國兒童的樸素科學認知研究很少。（4）相關研究很少探查影響其認知的因素。

以上問題為我們的進一步研究留下了很大空間，也為我們提示了今后的研究思路：首先，我們同時探察幼兒和小學生的科學概念發(fā)展。增加小學生作為研究對象的主要原因是：小學階段是兒童科學啟蒙教育的關鍵時期，他們的認知水平處在具體運演階段，比幼兒有更高的接受能力，是開展科學啟蒙教育的最佳時機。由于小學階段尚為開展系統(tǒng)的物理學和生物學學科教育，因此仍有可能探查兒童的樸素理論發(fā)展。另外，由于幼兒到小學生有較大的年齡跨度，我們可以更深入地縱向探查由年齡和教育環(huán)境改變可能引起的認知變化。其次，探查同一個體的樸素物理學認知和樸素生物學認知以及其心理理論發(fā)展，對同一兒童不同科學領域的認知做對比，以反映其認知中的個體內部差異。第三，為了探查兒童科學概念發(fā)展的文化普遍性和特殊性，我們將進行中美跨文化研究，兒童身處其中的文化不可避免影響兒童的認知和行為，這種跨文化的研究可以為不同國家的科學教育互相借鑒提供依據。第四，探查兒童樸素科學認知發(fā)展的個體差異和影響因素。對不同年齡，不同文化背景中兒童認知成績比較，考察兒童認知能力、父母受教育程度、兒童的生活環(huán)境（城鄉(xiāng)）、教育環(huán)境（幼兒園/學校）等內外因素對兒童科學概念認知的影響。第五，在基礎研究的基礎上，進一步研究可以促進兒童科學認知發(fā)展的方法手段，以期為科學教育實踐服務。如，如何利用不同的表征形式促進兒童的問題解決能力，我們已有研究標明，自然頻率表征比概率表征有更大的優(yōu)勢，能夠幫助兒童解決貝葉斯推理問題[34]。

兒童的科學概念總是以前科學概念為先導，兒童前科學的樸素認知是今后科學知識掌握的基礎。研究兒童的前科學概念和認知發(fā)展水平，就可以使得教育內容更有針對性，使課程設計與學生的認知發(fā)展水平保持一致，使得教育內容既不至于過于高深，超過兒童的接受能力，從而事倍功半，又不至于過于淺顯，浪費兒童的寶貴學習光陰。

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The Development of Children’s Science Concept

Zhu Liqi

(Institute of Psychology， Chinese Academy of Sciences， Beijing 100101， China)

Abstract: The paper reviewed our study on children’s understanding of science concepts， including children’s naiuml;ve biology， naiuml;ve physics and their relation with their theory of mind， meaning to explore the relation of children’s understanding in the three core knowledge domains. We explored children’s understanding of growth， aging， illness/health and death. We also investigated children’s naiuml;ve physics， intending to find out children’s cognitive potential and to enhance their naiuml;ve conception changing to scientific understanding. Factors that may influence children’s understanding were also investigated. It may shed some light on science education.

Key words: Science concept， cognitive development， naiuml;ve biology， naiuml;ve physics， theory of mind.

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