皮亞杰認(rèn)知發(fā)展理論下的化學(xué)啟蒙課程設(shè)計與實(shí)踐

趙昕陽，裴陽，鄭波，陳丹儀

（北京科技大學(xué)天津?qū)W院，天津 301830）

瑞士著名心理學(xué)家皮亞杰提出的認(rèn)知發(fā)展理論，對于兒童發(fā)展心理學(xué)的研究具有重要影響。認(rèn)知發(fā)展理論將兒童的認(rèn)知發(fā)展過程分為4 個階段，分別是：感知運(yùn)算階段、前運(yùn)算階段、具體運(yùn)算階段和形式運(yùn)算階段。 前運(yùn)算階段指的是2～7 歲兒童的認(rèn)知發(fā)展過程， 在這一時期， 幼兒的語言能力發(fā)展迅速，開始學(xué)會將接觸到的實(shí)物用符號來表示，具有一定的思維能力但仍然是單向的，且以自我為中心[1-2]。該文依托天津市大學(xué)生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)訓(xùn)練計劃項(xiàng)目，針對學(xué)院內(nèi)3～6 歲（前運(yùn)算階段）兒童開展了一系列化學(xué)啟蒙課程實(shí)踐教學(xué)活動， 嘗試發(fā)現(xiàn)其中存在的問題，并根據(jù)認(rèn)知發(fā)展理論提出針對性策略。

1 前運(yùn)算階段兒童認(rèn)知發(fā)展特點(diǎn)

1.1 泛靈論

皮亞杰認(rèn)為， 處于前運(yùn)算階段的兒童無法完全將主觀世界與客觀事物區(qū)分開來， 認(rèn)為一切事物都是有生命的，因此普遍具有泛靈思維。典型的現(xiàn)象就是他們常常與玩具對話， 并把他們當(dāng)作自己的好朋友一起玩耍。

1.2 表象感知

2～7 歲兒童的認(rèn)知能力處于前運(yùn)算發(fā)展階段，開始學(xué)會用符號來表示所接觸到的實(shí)物， 但在很多復(fù)雜情況下，其思維并不符合邏輯。皮亞杰曾有一個經(jīng)典的“液體守恒實(shí)驗(yàn)”：將等量的水分別倒入一個高瘦的杯子和另外一個矮胖的杯子， 接下來讓一位6、7 歲的兒童判斷哪個杯中的水更多， 兒童的答案是高瘦杯子中的水更多。 那是因?yàn)樘幱谇斑\(yùn)算階段的幼兒，僅能根據(jù)杯中水位的高低來判斷水量多少，而忽略了杯子內(nèi)徑大小這一關(guān)鍵因素。

1.3 思維單向性

處于前運(yùn)算階段的兒童具有一定的思維能力但仍然是單向的、不可逆的，皮亞杰數(shù)量守恒實(shí)驗(yàn)中這樣寫道： 將兩排一模一樣的紐扣以相同的排列方式呈現(xiàn)在兒童面前， 并告知他這兩排紐扣的數(shù)量是相等的，接下來變換其中一排紐扣的排列方式，問兒童兩排紐扣的數(shù)量是否相等，兒童回答不相等。這個實(shí)驗(yàn)表明兒童無法從事物整體角度出發(fā)全面思考問題， 僅能從紐扣的排列方式這個單一角度判斷數(shù)量多少，表明其思維具有單向性。

1.4 缺乏歸納推理能力

皮亞杰的認(rèn)知發(fā)展理論認(rèn)為， 處于前運(yùn)算階段的兒童尚不具有歸納推理能力， 其著名的鐘擺實(shí)驗(yàn)可以對這一現(xiàn)象進(jìn)行科學(xué)的驗(yàn)證。在鐘擺實(shí)驗(yàn)中，從前運(yùn)算階段、具體運(yùn)算階段、形式運(yùn)算階段各選取一定數(shù)量的被試對象，向他們展示實(shí)驗(yàn)用到的物品：不同長度、不同高度被懸掛的繩子和不同重量的小球。演示者將小球固定在繩子末端， 將其拉緊至一定高度然后放下。給被試者充分的實(shí)驗(yàn)時間，讓其探究決定小球擺動速度快慢的因素到底是什么， 給被試者提供4 個探究因素分別是：繩子長度、繩子懸掛的高度、小球質(zhì)量、實(shí)驗(yàn)者推動小球的力大小。 實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，在實(shí)驗(yàn)探究過程中，處于前預(yù)算階段和具體運(yùn)算階段的兒童， 在驗(yàn)證某個單一因素對實(shí)驗(yàn)結(jié)果的影響時，不能做到保證其他3 個影響因素不變，而處在形式運(yùn)算階段的兒童則可以運(yùn)用控制變量法，逐一探究4 個影響因素對小球擺動速率的影響， 進(jìn)而得到正確的實(shí)驗(yàn)結(jié)論。例如，實(shí)驗(yàn)時處于前運(yùn)算階段和具體運(yùn)算階段的兒童發(fā)現(xiàn)， 越短的繩子懸掛越重的小球，其擺動速率越快，因此得出結(jié)論：繩子的長短和小球的質(zhì)量共同影響小球擺動的快慢。 而處在形式運(yùn)算階段的兒童會進(jìn)一步利用單一變量法對上述兩個因素分別進(jìn)行驗(yàn)證， 最終得出影響小球擺動速度的唯一正確因素是繩子的長度。

1.5 以自我為中心

皮亞杰認(rèn)知發(fā)展理論中， 前運(yùn)算階段兒童考慮問題習(xí)慣以自我為中心，從自身的角度出發(fā)，缺乏邏輯性。皮亞杰著名的“三山實(shí)驗(yàn)”中這樣描述：將3 座小山模型放置在桌面上， 分別從前后左右4 個方位拍攝三山的照片，兒童坐在桌面一側(cè)，讓兒童從四張照片中選擇他對面方位的三山照片應(yīng)該是哪一張。結(jié)果兒童選擇的照片是從他的角度看到的三山模型， 這個實(shí)驗(yàn)揭示出2～7 歲兒童總是從自己的角度出發(fā)觀察世界， 認(rèn)為他所看到的事物的樣子就應(yīng)該是事物本身應(yīng)有的模樣。

2 化學(xué)啟蒙課程實(shí)踐教學(xué)過程中存在的問題

我們根據(jù)2～7 歲兒童的認(rèn)知特點(diǎn)， 設(shè)計了一系列安全、簡單、易操作的化學(xué)啟蒙實(shí)驗(yàn)，并進(jìn)行了7次實(shí)踐教學(xué)。 對照皮亞杰認(rèn)知發(fā)展理論，我們發(fā)現(xiàn)，兒童在參與實(shí)驗(yàn)過程中也相應(yīng)地暴露出了一些問題。

2.1 混淆實(shí)驗(yàn)儀器

在操作實(shí)驗(yàn)之前， 我們會為兒童介紹實(shí)驗(yàn)過程中可能涉及的儀器，燒杯是使用頻率最高的儀器，因此我們會把塑料燒杯展示給兒童， 讓他們觀察其外形。兒童大概可以描述出燒杯的外觀特征：整體呈圓柱形，表面有數(shù)字，杯口有尖嘴。在后續(xù)的實(shí)驗(yàn)中，根據(jù)需要我們會引入新的儀器，比如，量杯，當(dāng)我們將量杯展示給兒童時問他們這是什么儀器， 他們依然會回答這是燒杯， 因?yàn)樵谒麄兊闹饔^意識中燒杯和量杯外形特征相似度很高。

類似的情況還包括，當(dāng)我們展示玻璃棒時，會有兒童說這是玻璃制成的筷子；當(dāng)我們展示培養(yǎng)皿時，小朋友會回答這是小碗。

2.2 實(shí)驗(yàn)推理缺乏邏輯性

在“二氧化碳類”實(shí)驗(yàn)中，我們設(shè)計了一組對照實(shí)驗(yàn)： 準(zhǔn)備兩個顏色不同的氣球和兩個規(guī)格相同的錐形瓶，在兩個錐形瓶中分別加入等量白醋，向其中一個氣球中加入白糖，另一個氣球中加入小蘇打，然后小心地將氣球安裝在錐形瓶口， 并將白糖和小蘇打緩慢倒入瓶中，觀察實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象。結(jié)果發(fā)現(xiàn)一個氣球慢慢變大， 而另一個氣球無明顯變化， 我們告訴兒童，變大的氣球里加入的白色粉末是小蘇打，而沒有變化的氣球里加入的是白糖。

而后我們又做了一組對照實(shí)驗(yàn)， 此時將上述實(shí)驗(yàn)中的小蘇打換成食鹽，其他條件不變，結(jié)果發(fā)現(xiàn)兩個氣球都沒有明顯變化， 兒童由此推斷兩個氣球中加入的白色粉末狀物質(zhì)均是白糖。

2.3 爭搶實(shí)驗(yàn)材料和實(shí)驗(yàn)伙伴

每次實(shí)驗(yàn)教學(xué)我們會邀請6～10 位兒童，分組進(jìn)行，每組2 位小朋友。 在分組的過程中我們發(fā)現(xiàn)，有的兒童只能接受和他“喜歡”的小朋友成為組員，尤其是3 歲左右年紀(jì)較小的兒童，我們告訴他“小朋友之間應(yīng)該友善相處”， 但他并不理會我們的溝通，依然堅(jiān)持自己的選擇。 而對于6 歲左右年齡稍大的兒童，則表現(xiàn)為即使一開始有自己的選擇傾向，但仍然愿意接受教師的安排。

做實(shí)驗(yàn)過程中， 我們會要求同組2 位成員共用一組材料完成一個實(shí)驗(yàn)，有的組表現(xiàn)為：1 位兒童非常積極，愿意動手操作，而另外1 位兒童則是默默在一旁觀看。為了進(jìn)行對照實(shí)驗(yàn)，我們也會安排不同小組操作不同的實(shí)驗(yàn)材料， 這時就會有小朋友反映為什么自己沒有其他組的實(shí)驗(yàn)材料， 希望自己的材料可以和其他組的完全相同。

2.4 課上注意力不集中

在教學(xué)過程中， 我們邀請了2～7 歲范圍內(nèi)各個年齡的兒童，講課時間控制在10～15 min，兒童操作時間為15～20 min。 在講課過程中，各個年齡的兒童都或多或少出現(xiàn)過注意力不集中的情況， 尤其處于2～4 歲兒童表現(xiàn)得更為明顯。例如，在實(shí)驗(yàn)導(dǎo)入環(huán)節(jié)，如果內(nèi)容涉及理論化知識，兒童不易于理解，他們就會左顧右盼、開小差、大聲講話或者要求找家長。

3 認(rèn)知發(fā)展理論下化學(xué)啟蒙課程設(shè)計策略

3.1 設(shè)計卡通形象和故事情節(jié)導(dǎo)入

項(xiàng)目團(tuán)隊(duì)在設(shè)計實(shí)驗(yàn)大綱和教案的過程中，正是考慮到了處于前運(yùn)算階段的兒童認(rèn)知發(fā)展規(guī)律，認(rèn)為單純理論知識傳授以及實(shí)驗(yàn)演示， 對于2～7 歲兒童的化學(xué)啟蒙教學(xué)并不能起到任何真正的效果，啟蒙教學(xué)一定要把兒童真正感興趣的事物作為切入點(diǎn)。 團(tuán)隊(duì)結(jié)合化學(xué)學(xué)科的特點(diǎn)，設(shè)計了“花花”和“牛?！眱蓚€卡通形象，將我們身邊發(fā)生的現(xiàn)象或故事賦予它們構(gòu)成故事情節(jié)導(dǎo)入，旨在引起兒童的共鳴，激發(fā)他們的學(xué)習(xí)興趣。 例如，在“二氧化碳類”實(shí)驗(yàn)中，團(tuán)隊(duì)設(shè)計了“花花”和“牛?！痹趶N房和面的故事場景，本應(yīng)將淀粉與水混合，而粗心的“花花”和“牛?！眳s誤將小蘇打 （兒童誤將小蘇打認(rèn)成淀粉） 和白醋（兒童誤將白醋認(rèn)成水）混在了一起，最終由于“產(chǎn)生了大量氣泡”這種奇怪的現(xiàn)象激發(fā)兒童興趣，引出實(shí)驗(yàn)課程教學(xué)。

3.2 實(shí)驗(yàn)設(shè)計應(yīng)安全、直觀、貼近生活

處于前運(yùn)算階段的兒童， 其感知能力具有表象性， 針對復(fù)雜現(xiàn)象缺乏邏輯思維能力。 針對以上特點(diǎn)，化學(xué)啟蒙課程設(shè)計過程中，優(yōu)選安全、綠色、貼近生活的實(shí)驗(yàn)素材，以身邊常見的現(xiàn)象為切入點(diǎn)，激發(fā)兒童好奇心[3]，實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象鮮明直觀，由淺入深地引導(dǎo)兒童進(jìn)行觀察和學(xué)習(xí)。 例如，在“一起做彩虹”實(shí)驗(yàn)中，以生活中美麗的彩虹為引導(dǎo)，激發(fā)兒童“親手做彩虹”的好奇心，在實(shí)驗(yàn)過程中，我們優(yōu)選多種色彩明麗的食物色素溶解在不同密度的鹽水層中，最終每位小朋友都可以制作出具有獨(dú)特顏色組合的“彩虹”。

3.3 化學(xué)啟蒙教育應(yīng)寓教于樂

根據(jù)皮亞杰的認(rèn)知發(fā)展理論， 我們知道兒童接受、學(xué)習(xí)新知識需要經(jīng)歷一個不斷同化、順應(yīng)、打破原有平衡、重建新平衡的過程[4]。因此，如何使兒童更加輕松地接受新事物、 打破原有認(rèn)知結(jié)構(gòu)才是化學(xué)啟蒙教育的關(guān)鍵所在。 例如，在“酸堿類實(shí)驗(yàn)”中，我們希望兒童學(xué)到的內(nèi)容是：酸性或堿性物質(zhì)（食醋或小蘇打等）可以使植物中的花青素顏色發(fā)生變化。對于2～7 歲的兒童來說，單純地在燒杯中將食醋（或小蘇打）與蔬菜汁混合進(jìn)而觀察顏色變化，似乎過于單調(diào)、枯燥，而我們在實(shí)驗(yàn)過程中為他們提供了豐富的動物剪紙，通過將食醋（或小蘇打）和花青素涂在剪紙上，這樣小動物就會變成兒童喜歡的顏色，既增加了實(shí)驗(yàn)課程的樂趣、提高了兒童的動手操作能力，又在潛移默化中給他們傳授了新的知識。

3.4 實(shí)驗(yàn)內(nèi)容應(yīng)簡單易懂

由于處在前運(yùn)算階段的兒童并不具有歸納推理能力，因而在設(shè)計實(shí)驗(yàn)內(nèi)容時應(yīng)簡單易懂，盡量不設(shè)置理論性知識或用兒童能夠理解的形式表現(xiàn)出來。實(shí)驗(yàn)內(nèi)容如果過于復(fù)雜， 一是容易打擊兒童的自信心，二是難以激發(fā)兒童學(xué)習(xí)的興趣。 因此，課程導(dǎo)入應(yīng)生動活潑，善于利用兒童身邊的事物和現(xiàn)象，實(shí)驗(yàn)操作應(yīng)安全、簡單、易上手，實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象應(yīng)易于觀察，在整個課堂中，教師應(yīng)善于引導(dǎo)、啟發(fā)、鼓勵兒童，激發(fā)他們的學(xué)習(xí)興趣，增強(qiáng)兒童自信心。

3.5 積極引導(dǎo)兒童溝通互動

處于前運(yùn)算階段的兒童， 做事習(xí)慣從自身角度出發(fā)，以自我為中心，他們認(rèn)為自己所看到的事物的樣子也是別人看到的樣子， 自己的想法也應(yīng)該是別人的想法，因而無法顧慮他人的感受、為別人著想。教育本身除了教書以外，更應(yīng)該注重育人，因此在教學(xué)過程中， 更應(yīng)該幫助處于這一階段的兒童不斷地“去中心化”[5]。 在化學(xué)啟蒙課程設(shè)計中，我們安排分組實(shí)驗(yàn)，目的就是為了提高兒童的溝通能力，讓他們意識到只有團(tuán)結(jié)互助才能又好又快地完成實(shí)驗(yàn)；而不同小組完成不同條件下的實(shí)驗(yàn)， 則是希望他們通過分享、交流進(jìn)而獲取完整的知識體系[6]。

當(dāng)今社會越來越重視素質(zhì)教育和人的全面發(fā)展，對于尚處在萌芽發(fā)展階段的化學(xué)啟蒙教育而言，其課程設(shè)計理念必須遵循兒童認(rèn)知規(guī)律。 針對前運(yùn)算階段兒童，化學(xué)啟蒙課程設(shè)計應(yīng)簡單、生動、安全、有趣，易于激發(fā)兒童好奇心，增設(shè)互動環(huán)節(jié)，貼近生活， 寓教于樂。 化學(xué)啟蒙課程設(shè)計只有以兒童為中心，才能真正發(fā)揮其教育價值。