（课程与教学论专业论文）中小学生控制变量能力发展的案例研究.pdf

中小学生控制变量能力发展的案例研究 姓名：向远辉 导师：罗星凯教授 年级：2 0 0 2 级专业；谍程与教学论方向：物理学科教学论 论文摘要； 随着第八次基础澡程改革的继续向纵深的笈展，随着科学探究式教学的深入展开，教师和学生 都感觉到，在探究式教学的过程中存在很多困难，特别是在设计实验的环节中，面对多因素影响的 实验学生很难确定和控制一个以上的变量。因此，研究学生的控制变量能力发展过程以及作为其 发展之基础的心理机制，对丁教师的探究活动的设计、不同年龄儿童的探究山容的确定、改进科学 教学都是非常有益的。 控制变坦能力作为一种科学探究的能力，对学生的探宄活动的顺利进行有着不可替代的作 削，同时在学生的后续学习甚至步入社会后的问题解决的过程中也发挥着重要的作用。本研究在皮 亚杰研究的基础上设计了“哪个球蹦得高? ”和“哪个球跑得快? ”两个实验，以来止式学习单 摆内容的小学一年级、小学三年级、小学再年级和初中一年级的学生为访谈对象，从学生控制变量 的个数千质量这一角度米研究学生的控制变量能力的发展情况，并通过两个实验来探求学生的控制 变最能力是否受任务的熟悉程度的影响。 对学生拄两实验中的表现进行分析，我们发现：学生的控制变量能力发展可分为三个阶层：没 有控制变量意识不能分离相关变量卜有控制变量意识( 它义有两个发展的亚阶层： 基于“组合系统”的变量控制卜基于“所有其他因素保持不变( a l lo t h e r t h i n g s b e i n ge q u a l ) ” 这认知结构的变量控制) 。随着年龄的提高，在两个实验中，处于阶层一的人数都大幅度减少：阶 层的人数也是减少的趋势；而阶层三的人数随年龄的增长呈上升的趋势，只是在两实验中其快建 增长期不同，实验一在小三和小五之间有一个快速增长期，实验二的快速增长期在小五和初一之间： 在实验一中，小五和初一两年级并有一半以上的被试逃到了阶层三的亚阶层i ，而在实验= 中，直 到初一才有超过半数的学生达到阶层三，这些都是由于两实验的任务设置和学生对任务的熟悉程度 不同而造成的结果同时，这也意味着在具体运算阶段的学生能够采用控制变量的策略，来处理 实际的、具体的、可直接操作的问题。 从学生的年龄和表现来看，学生的控制变量能力受学生的认知水平的束缚和限制，这种限制在各 个年纪的表现中都有显示，而且阶层三的两个亚阶层的划分体现了学生从具体运算到形式运算之间 的差异。 接着本论文从心理逻辑学的角度对儿童的控制变量能力的发展做了进一步分析，井和皮亚杰的研 究做了比较。我们认为学生的控制变量能力的发展是一个渐进的过程，不能用绝对的有或无来划分， 同时形式运算的出现，是控制变量能力发展产生质的飞跃的心理基础，它使基于“a l lo t h e r t h i n g s b e i n ge q u a l ”这一认知结构的变量控制成为可能。 从学生的认知水平来说，在7 岁之前让学生设计或进行复杂的、学生不熟悉的、涉及2 个以上的 变量的控制实验是不可取的；在形式运算之前。老师在设计学生的探究活动时，要充分利用学生的 已有的经验来设计控制实验。 最后，论文从访谈工具、访谈过程等方面进行了反思和总结。 关键词：控制变量能力认知结构认知发展科学探究组合系统 ac a s es t u d yo nt h ee l e m e n t a r ya n ds e c o n d a r ys c h o o lp u p i l s d e v e l o p m e n to f a b i l i t y o f c o n t r o lv a r l a b l e s n a m e ：x i a n gy u a nh u i d i r e c t o r ：p 附f e s s o rl u ox i n g - k a i e n r o l l m e n t - y e a r ：2 0 0 2 m a j o r ：c u r r i c u l u m & i n s t r u c t i o nm e t h o d o l o g v r e s e a r c h o r i e n t a t i o n ：p h y s i c sc u r r i c u l u m i n s t r u c t i o nm e t h o d o l o g y a b a t r a c t ： w f i hi h ed e v e l o p m e n to fl h e8 mc o m p u l s o r ye d u c a t i o n a ir e f o r ma n di h ec a r r y - o u io fs c i e n c e i n q u i r y - o r i e n t e dt e a c h i n g & i e a r n i n g t e a c h e r sa n ds t u d e n t sf e e if h a fl h e r ea r em a n yd i f f i c u l t i e sd u n n g s c i e n c ei n q u i r y - o r i e n t e dt e a c h i n g & l e a r n i n g e s p e c i a l l yi nt h ep a r to fd e s i g n i n ge x p e r i m e n t sw h i c h i n c l u d es e v e r a id e p e n d e n tf a c t o r s i ti sv e r yh a r df o rs t u d e n t sl oe n s u r ea n dc o n t r o im o r el b a no n e v a r i a b l e s oi ti sv e r yi n s t r u c t i v ef o r l e a c h e r sl od e s i g ni n q u i r ya c t i v i t i e s 1 0s e l e c ld i f i e f e n lc o n t e n if o r s t u d e n t so fd i f f e f e n cg r a d e sa n di r e p r o v es c i e n c et e a c h i n gs oa st os t u d yl h ed e v e l o p m e n to fa b i l i t yo f c o n t r o lv a r i a b l e sa n di t sp s y c h o l o g yb a s e t h ea b i l i t yo fc o n t r o lv a r i a b l e s 一a sa ni m p o r t a n li n q u i r ya b i l i t y - p l a y sav e r yl m p o r t a n tr o l et o f o r s t u d e n t s i n q u i r ys t u d y i tp l a y sa ni m p o r t a n tr o l e f o rs t u d e n t s e x c e s s i v e i e a r n i n g a n d p r o b l e m - s o l v i n ga 舱rt h e yc o m ej n t os o c i e t y b a s e do np i a g e t s t u d y , l h i ss t u d yd e s i g n sf w ot a s k s 一 o n ei s “w h i c hb a l i j u m p sh i g h e r ? ”i h eo t h e ri s “w h i c hb a l ir u n sf e s t e n ”a n du s e sl h em e t h o do fc l i n i c j n t e r v i e wl oe x a m i n ef h es t u d e n t sw h or a n g ef r o ml h en 倦cg r a d et ol h es e v e n t hg r a d e a n dh a v en e v e r s t u d i e dp e n d u l u mi np h y s i c sc l a s s t om a k es u r el h e i rd i f i e r e n li e v e l so fd e v e l o p m e n lo fa b i l i t yo fc o n t r o l v a r i a b l e s t os e e kw h e t h e rl h ed e g r e eo ff a m i l i a r i t yo nl h et a s kw i lja f f e c ti h es t u d e n t s p e r f o r m a n c e t hr o u g ha n a l y z i n gf h es t u d e n t s p e r f o r m a n c e w ef i n dl h a ll h e r ea l ei h r e es t a g e so f l h e d e v e l o p m e n to f c o n t r o lv a r i a b l e s ：n oc o n s c i o u s n e s so fc o n t r o l l i n gv a r i a b l e s - c a n n o li s o l a t e c o r r e l a t e dv a n a b i e s h a v i n gc o n s c i o u s n e s so fc o n t r o l l i n gv a d a b l e sf t h i ss t a g ei n c l u d e st w o s u b s t a g e ：l h ec o n t r o l l i n g v a r i a b l e sb a s e do nl h e c o m b i n a t o r i a is y s t e m ”+ l h ec o n t r o l l i n g v a r i a b l e sb a s e do ni h es c h e m a“a l io t h e r t h i n g sb e i n ge q u a l ” w i t h t h ei n c r e a s i n go fa g e ，l h en u m b e ri ns t a g eo n ed e c r e a s e sr a p i d l y , w h i c hi st r u et ot h es e c o n ds t a g e a t s t a g et h r e e ，t h en u m b e ro fs t u d e n t si n c r e a s e ss h a r p l yw i t ha g e sg o i n gu p t h e r ei sar a p i di n c r e a s i n g p e r i o di ni h et w oe x p e r i m e n t s b u lt h e ya r ei nd i f f e f e n ia g e s i ne x p e r i m e n fo n e ，l h e r ei sar a p i d i n c r e a s i n gp e r i o db e t w e e nl h el h i r dg r a d ea n df i f t hg r a d e ，a n di ne x p e r i m e n tt w o ，l h ep e r i o di sb e t w e e n t h ef i f t hg r a d ea n ds e v e n t hg r a d e j ne x p e r i m e n to n e h a l fo fg r a d ef i v ea n dg r a d es e v e nr e a c hf h e s t a g el h r e e a n di ne x p e r i m e n it w o ，u n t i j l h es e v e n t hg r a d ef h a ih a l fo fs t u d e n t sr e a c ht h es t a g ei h r e e a i lo ff h e s ef i n d i n g sr e s u l t sf r o ml h ed i f f e f e n lt a s ki nt w oe x p e r i m e n t sa n dt h ed e g r e eo ff a m i l i a r i t yt ol h e t w oe x p e r i m e n t s a tl h es a m el i m e 1 h es t u d e n t sw h oa r ei nl h ec o n c r e t ei e v e ic a nd e a lw i t hp r o b l e m si n a na c t u a l 、c o n c r e t e 、d i l e c lw a yb yu s i n gi h es t r a t e g yo fc o n t r o l l i n gv a r i a b l e s g i v e ns t u d e n t s a g e sa n dp e r f o r m a n c e i nt h er e s e a r c h ，仇ef i m i t a t i o no fc o g n i t i v ei e v e fi sf h e f a c t o rl h a ii n f l u e n c e ss t u d e n t s d e v e l o p m e n to fa b i l i t yo fc o n t r o iv a d a b l e s ，a n df h ep e r f o r m a n c e so f e v e r yg r a d ei n c h et w oe x p e r i m e n t ss h o wl h ei i m i t a t i o n a n dl h ec r i t e r i o nw h i c hd i v i d e ss t a g el h r e e i n t ot w os u b - s t a g ei sl h ed i f f e r e n c eb e t w e e nl h ec o n c r e t eo p e r a t i o na n df o r m a io p e r a t i o n t h en e x t f r o ml h ep s y c h ol o g i cp o i n to fv i e w , l h i sp a p e rf u r t h e ra n a l y z e ss t u d e n t s d e v e l o p m e n to f a b i l i t yo fc o n t r o iv a r i a b l e sa n dc o m p a r e si h ec o n c l u s i o nw i t hl h eo t h e r s s t u d i e s t h i sa u t h o rl h i n k sl h a l l h ec o g n i t i v ed e v e l o p m e n to fa b i l i t yo fc o n t r o iv a r i a b l e sa s c e n d sg r a d u a l l y ；s t u d e n t s d e v e l o p m e n to f a b i l i t yo fc o n t r o lv a r i a b l e sh a sn o la na b s o l u t eb o u n d a r yb e t w e e nh a v i n go rn o lh a v i n gi h i sa b i l i t y a l l h e s a m el i m e 1 h ea p p e a r a n c eo ff o 丌n a io p e r a t i o ni sl h ep s y c h o l o g i c a lb a s ef o rl h ed e v e l o p m e n to f s t u d e n t s a b i l i t yo fc o n t r o lv a r i a b l e s w h i c hm a k ei tp o s s i b l et oc o n t r o jv a r i a b l e sb a s e do , qt h es c h e m a “a l lo t h e rt h i n g sb e i n ge q u a l ” f i n a l l y , t h i sp a p e r r e f l e c t sa n dc o n c l u d e sf r o mt h ef o l l o w i n ga s p e c t s ：t o o lu s i n gi ni n t e r v i e w , p r o c e d u r e so fi n t e r v i e w i n t e r v i e w e e sa n d s oo n k e y w o r d s ：t h ea b i l i t yo fc o n t r o lv a d a b l e s c o g n i t i v es t r u c t u r e c o g n i t i v ed e v e l o p m e n t s c i e n c ei n q u i r y c o m b i n a t o r i a is y s t e m 4 一、前言 1 、研究的背景和意义； 随着朴会的发展，现代社会对科学素养的要求提高，要求社会中的公民拥有基本的科学概念和 基本的科学方法，从而能使生活更充实使工作更高效。备国的科学课程都提倡让学生学到比科学 内容更多的东西，掌握科学的方法和科学思维。科学的双重目标是鼓励学生科学的学习和学习科学。 新世纪第八次基础课程改革随着基础教育课程改革纲要( 试行) 的颁布拉开了帷幕，旗帜鲜 明地提倡探究式教学，将“科学探究”作为新课程的基本理念之一，科学探究被列入课程的重要目 标，在各分科领域的内容标准中提山了探究活动的目标和要求。“科学探究指的是科学家用来研究自 然界力根据研究所获得的事实证据作为解释的各种活动，科学探究也指的是学生建构知识，形成科 学概念，领悟科学研究方法的各种活动l 。”将探究式教学具体到物理这一学科来说，科学探究一般 包括七个部分：提出问题；猜想与假设；制定探究计划与设计实验；进行实验和收集数据； 评估；交流与合作2 。国外学者对探究过程中学生面临的困难做了比较深入的研究，对学生在探 究活动的各个环节上存在的困难进行了分类整理。其中g l a s e re ta l3 ( 1 9 9 2 ) 在他的研究中发现 在设计实验这一环节上，学习者存在如f 困难：学习者在个实验中改变太多变量，结果无法确定 哪个因素在起作用。“中学生也许感到困难的是在试验中确定和控制一个以上的变量。学生在理解多 个变最对一个实验的影响方面也可能力不从心，如理解不产生影响的变量、影响较小的变量和对结 果由负面影响的变量4 。” 控制变量能力作为一种科学探究的能力，对学生的探究活动的顺利进行有着不可替代的作 用，许多国家的教育工作者都意识到控制变量能力的重要性，并将其作为教学的能力目标。如由美 国促进科学协会( a a a s ) 的科学教育委员会编写s a p a 课程，其全称是科学一种过程 方式( s c i e n c e ap r o c e s sa p p r o a c h ) ，它将控制变量作为其十三教学能力目标之一；在 美国国家科学教育标准中对儿童的探究能力做了一个详细的描述，具体如下6 ：对5 8 年级的 学生要求是设计和进行科学研究学生应该培养出一些一般能力，例如进行系统的观察、进行 精确测定、确定和控制变量。 控制变量能力的核心就是掌握和应用控制变量法来解决多个变量间的关系问题。控制变量法是 指在研究和解决问题的过程中，对影响事物变化规律的因素或条件加以人为控制，使其中的一些条件 按照特定的要求发生变化或不发生变化，以利了：在研究过程中，迅速寻找到事物变化发展的规律，最 终解决所研究的问题，是科学家进行科学研究过程中经常用到的方法，也是一种能力7 。它是在科学 和理科教学中经常用到的一种方法，如：测电阻丝的电阻、浮力的火小、压强的大小、欧姆定律等。 美国国家研究理事会著，美国国家教育科学标准，科学技术文献出版杜，9 9 年版p 3 0 2 姚奇杰学生物理探究性学习面临的困难及其教学策略实验研究西南师范大学2 0 0 0 级硕士研究生学位论文 3 u n ，& l e h m a n js u p p o r t i n gl e a m l n go fv a d a b t ec o n t r o ti n 日c o n l p u c e rb a s e dn o 岫ye n v i r o n m e n t ：e f f e c t s0 fp r o m p “n gc o l l e g e s t u d e n t st or e f l e c to nt h e i ro w nt h i n k i n gj o u r n a lo fr e s e a r c hi ns c i e n c e r e a c h i n g ，1 9 9 9 3 6 ( 7 ) 8 3 7 _ 8 5 8 4 美园国家研究理事会著，美国国家教育科学标准，科学技术文献出版社，9 9 年版p 1 7 5 5 丁邦平国际小学科学教育的发展趋势兼谈我国小学自然课的若干问题小学科学教育网 6 美图国家研究理事会著，美国国家教育科学标准，科学技术文献出版社，9 9 年版p 1 7 7 7 土曙光控制变量法研究和解决问题的重要方法物理教师20 02 年第7 期 6 庄学生的科学探究活动中，要求学生能够使用控制变量法来进行探究活动，使学生通过科学教育获 得进行控制变量的研究这一技能，为以后解决工作和日常生活中遇到的很多问题提供一种强有力的 策略。 如果控制变量能力在儿童的早期就已经出现，并且随着儿童的认知发展而发展，那么我们了解 了儿童控制变龉能力发展的年龄特征以及作为其发展之基础的心理机制，我们就可以在对儿童的教 育过程中根据这些特征米设计适合相应年龄儿童的探究活动，有意识的对儿童的控制变量能力进行 培养，促使儿童控制变量能力的进一步发展，这就是对儿童控制变量能力发展的研究所具有的重要 的应用价值。 物体的摆动这一案例在科学( 7 9 年级) 课程标准解读里有提到，同时在伯克利加州 大学劳伦斯科学馆的研究人员开发一套五年级崩的科学课程里8 ，安排了一个钟摆的探究活动，它的 目的是使学生研究系统中各个因素的变化关系，采用的方法是控制变量法。这说明中小学生已具有 采用控制变量法玄研究具体问题的能力，但控制变量的能力在各个年龄阶段会有所不同，特别是在 多个因素干扰的情况f 学生的控制变量的能力就会突显出来。 本研究是通过在不同年龄阶段的中小学生中进行两个探究活动，来考查不同年龄阶段学生的控 制变量的能力以及影响学生使用控制变量这一策略解决问题的因素，以期给中小学教师在设计探 究活动时提供依据。 2 、关键词再定 控制变错法；在研究和解决问题的过程中对影响事物变化规律的因素或条件加以人为控制， 使其中的一些条件按照特定的要求发生变化或不发生变化，以利于在研究过程中，迅速寻找到事物变 化发展的规律，最终解决所研究的问题。是科学家进行科学研究过程中经常用到的方法9 。 能力”：指顺利完成学习和其他活动任务的个性心理特征。人们在活动中在解决问题时，会 表现出多方面的心理特征。所以从这个意义上讲，能力是个体的心理特征之一。 认知结构( c o g n i t i v es t r u c t u r e ) ：皮亚杰认为：以身体感官为基础的基本行为模式，可以视之 为个体用以了解周围世界的认知结构“。人的认知或者思维具有一定的结构。认识的获得是一个建构 的过程，最终形成一定的结构或图式( 格局) 。认知的发展是从一个较初级的结构过渡到一个不那么 初级的( 或较复杂的) 结构。皮亚杰的认知发展阶段理论根据结构的运算功能将认知划分为四个阶 段，每个阶段的认知结构或图式( 格局) 都有质的飞跃。布鲁纳认为认知结构是指个体过去对外界 事物进行感知、概括的一般方式或经验所组成的观念结构，它可以给经验中的规律以意义和组织， 并形成一个模式，构成认知结构的核心是一套类别以及类别编码系统。 认知发展( c o g n i t i r ed e v e l o p m e n t ) ：是指个体自出生后在适应环境的活动中，对事物的认 8 美国国家研究理事会著。美图国家教育科学标准科学技术文献出版社r9 9 年版p 1 9 i 曙光控制变量法研究和解决问题的重要方法物理教师2002 年第7 期 段金梅，武建时物理教学心理学北京师范大学出版社p4 5 “【白_ ； 萼】张春兴教育心理学浙扛教育出版社1 9 9 8 年版p 8 4 ， 识以及面对问题情境时的思维方式与能力表现随年龄增长而逐渐改变的历程”。也可以说是指主体获 得和解决问题的能力随时间的推移而发生变化的过程和现象” 二、相关理论基础和文献综述 l 、皮亚杰的认知发展理论 皮弧杰是2 0 世纪最著名的发展心理学家。他的理论思想博大精深、自成体系。皮亚杰采用了一 系列独特的实验方法来研究儿童的思维发展并创立了儿童的认知发展理论。皮亚杰把个体从出生 到青少年( 约1 5 岁) 这时期划分为四个相互衔接、依次山现而义各具特点的认知发展阶段，即：感 知运动阶段、前运算阶段、具体运算阶段利形式运算阶段。这四个阶段中每一个阶段均有独特 的认知结构，出现的次序固定不变，前一个阶段是后一阶段的前提，各个阶段是连续发展、相互重 叠的。下面对上述四个阶段做个概耍介绍”： ( 1 ) 感知运动阶段( 从出生到两岁左右) 处于这一阶段的儿童是利用感知和动作去征服其周围的整个宇宙。这一阶段的儿童的整体特征 是躯体动作的协调、前运算和前语言系统。在初生时，心理活动仅限于反射动作，这种反射一开始 就表现出真实的能动性，如婴儿把他的宇宙的一部分同化到他的吮吸活动中。在婴儿看来，他们的 世界是一个以自我为中心、主客体相混淆的世界，不具有客体的永久性。儿童最早的活动既是显示 出在主体和客体之间投有分化，也显示出一种根本的自我中心化。主体的各种活动尚未整个地彼此协 调起来，每一个活动各自组成一个把身体直接与客体联系起来的小小的孤立整体，如吮吸、注视、 把握等活动就是如此，从这里就产生主客体之间的缺乏分化。随着成长，在一岁到两岁这一时期， 发生了一种哥自尼式的革命，活动不再以主体的身体为中心。主体的身体开始被看作是一个空间中 诸多客体中的一个。儿童的活动逐渐由本能性反射活动过渡到有目的性和意向性的活动，活动不再 以主体为中心，而是发生了主体和客体的分化，主体的活动也得以协调而彼此关联起来，这种协调 以主动性为先决条件。另一方面，使活动取得协调就是使客体发生位移，只要这些位移被协调起来， 这样逐步加r 制作成的“位移群”就使得把客体安排在具有确定的先后顺序的位置上成为可能，于 是客体获得了一定的时空永久性，这又引起因果关系本身的空间化和客观化。 ( 2 ) 前运算阶段( 从两岁到七岁左右) 前运算阶段是一个承上启下的“组织和准备”时期，由于符号功能( 语言的产生) 的发展而使 动作逐渐内化，为运算的最终到来提供可能。在这一阶段表征客体和事件的能力得以发展，依次出 现了“延迟模仿象征性游戏画画心理表象”“口头语言”这五种表征。其中口头语言 2 皮亚杰蔓乏卡认识沦原理商务日】书馆1 9 9 7 年版p 2 4 3 陈英和认知发展心理学浙江人民出版社，1 9 9 6 年版p 6 4 下述内容综台： i ) 皮亚杰发生认识论原理商务印书馆1 9 8 i 2 ) 皮砸杰、英海尔德儿童心理学商务印书馆1 9 8 0 3 ) 皮亚杰著傅先统译儿童的心理发展山东教育出版社1 9 8 2 4 ) f 美】瓦兹沃思皮砸杰的认知和情感发展理论( b a r r y l w o o d s w o r t h p i a g e t lt h e o r y d ，c o g n “i v ea n d a f f e c t i v e d e v e l o p m e n t ) 高等教育出版社1 9 8 5 5 ) 李其维破解【智慧胚胎学】之谜皮亚杰的发生认识论湖北教育出版杜1 9 9 9 6 ) 左任侠，李其维主编皮亚杰发生认识论文选华东师范大学出版社1 9 9 i 8 的发展是一个最显著的变化，在两岁左右儿童开始使用口头语词汇，把它们当作符号来指代物体， 前面所列的四种表征，加上在语言的协助下的动作内化，加速了经验形成的速度。此时，思维可以 部分地通过动作的表象，而不单独依赖动作本身来进行，且不受直接经验的束缚。表征的发展，使 儿童能够将一系列的各自发生在特定瞬间的实物活动用一些表象系统完满地表征出来，内部表征 的出现在广度和速度上增强了思维的能力。 另一方面，处于这一阶段的儿童的思维仍存在“严重障碍”，即：自我中心化，儿童不能从 他人的角度去看问题，也不能理解他人的观点，他认为别人是和他一样地思考，似乎整个世界( 包 括他人和他物) 都在按照他的思维行动，如，儿童认为太阳和月亮是跟着他走而走的；集中化 ( c e n t f a t i o n ) ，在面对某一视觉刺激时，儿童倾向于把注意力集中或固定在这一刺激的某有限 的、他所知觉的方面。如，把一排糖果距离拉开，儿童会认为糖果多了，j 匕时感知的评价支配着认 知的评价：不可逆性( 1 r r e v e r s i b i l i t y ) ，不能回溯推理的路线到达它的出发点，即不能在头脑 中颠倒身体动作，使物体回复原状。由于儿童的思维具有集中化倾向以及不具备可逆性，缺乏非常基 本的从量上进行规定的方法，儿童迄今还没有集合体的守恒或物质的量的守恒，也就是说，在面对物 体在某些量度上的变化时，儿童不能坚持该物体在另一量度上的不变性。 ( 3 ) 具体运算阶段( 约7 岁左右到l l 岁左右) 在这一阶段儿童解除了集中于感知的倾向，在面对思维与感知的冲突时( 就像处理守恒问题时 那样) 他能够做出与感知的判断相反的认知逻辑的判断，不再为感知所束缚；合作的、非自我中心 的交流也发展起来；可以处理传递性关系，推出前运算阶段无法处理的“a b ，b c 得到a c ”的 关系 并能够理解整体与部分的关系，能够进行量上的规定和处理等，如类包含。 从具体运算阶段开始，儿童开始具有运算结构，作为运演可逆性之基础的预见和回顾融合成为 一个单一的活动。这一阶段的最大特点是：出现了可逆性。它的出现使得儿童开始具备守衡概念， 儿童能够毫无困难地解决守恒问题，并为自己的答案提供理由；在此阶段，儿童的推理过程已变成 逻辑的，但这些逻辑运算( 逆运算、分类、序列等) 只能被运用于解决涉及现在的、具体的( 显示 的、可见的) 物体和事件还不能把逻辑运算运用于假设的、完全用语言表达的抽象的问题；出现 了序列化结构，儿童能同时运用“ ”这两个关系。此时，七一八岁左右的儿童就能够毫无困 难地完成长度与大小序列的任务，一盲到九岁左右才能以类似的方法把重量排成序列，到十、二 岁，儿童才能把容积排列成序列的能力。 ( 4 ) 形式运算阶段( 约1 1 岁左右到1 5 岁左右) 在此阶段儿童的推理摆脱了“具体内容”的限制，相对于具体运算阶段的儿童来说，具有形式 思维能力的儿童的逻辑运算的类别有丰富得多、应用的范围要大得多。此时儿童能够处理各类问题， 如关于当前的、过去的、和将来的问题，假设性的问题和用词语表达的命题问题；能够进行反省； 能够把自己的思想和感情当作对象来进行思考。 形式运算的特点有；形式和内容的相对区分，思维己能摆脱具体事物的束缚，能把内容与形 式区分开来，能够就论题( 问题) 的独立于其内容的逻辑进行运算，已意识到凡是逻辑推导出来的 结果都有着一种独立于事实真实性的有效性；形式思维能进行假设一演绎的推理 ( h y p o t h e t i c d e d u c t i v er e a s o n i n g ) ，它是一种推理，它的“结论不是从得到证实的事实，而是 从未经确证的假设性前提推导出来的( 布赖纳得，1 9 7 8 。p 2 0 5 ) ”。处于形式运算阶段的儿童面对 问题情景时能够提出一系列的假设，然后根据假设进行验证，从而得到答案。如皮亚杰在研究钟摆 实验中发现，只有认知发展达到形式运算时期的儿童才能进行变量的分离和控制；形式思维能 够进行科学归纳推理，科学归纳推理的一个特征是，在统一时间内对一系列不同变量进行 思考。具有形式运算能力的儿童能够协调地进行这种思考，他们能够测定一系列变屠中的一个或全 部变量的结果也能测定变量的某种组合的结果。皮亚杰称这种推理为组合性推理。这种推理是处 在具体运算阶段的儿童所无法胜任的；形式思维实现了现实与可能之间的逆转，这些可能运算本 身不是孤立的，而是彼此联系构成一个组合系统。所谓“隔离变量”的策略的运用，就是在全部可 能组合之中寻找并确定某种关键的组合， “这种完全的组合系统是彤式思维的标志”( i n h e l d e r p i a g e t1 9 8 5p 5 8 ) 。 皮亚杰认为，影响儿童的智力发展的冈素有：机体的生理成熟，即生物因素，包括机体的成 长，特别是神经系统的成熟 个体动作与经验，即个体因素，是指个体在自然环境中对物体的实 际动作以及从中获得的经验，包括来自外界的物理经验和来自动作的数理逻辑经验；社会生活与 社会经验，即社会因素，指个体在社会关系、社会生活中通过教育文化传递获得的经；具有自我 调节的平衡作用，即平衡因素，皮亚杰认为它是发展中的晟主要的因素和决定因素”。 近几十年来，以皮亚杰为首的目内瓦学派对儿童思维发展的实验和研究，在国际心理学界受到 比较广泛的注意和重视，国内外许多学者和专家对皮亚杰的实验进行了验证性的研究。我国学者也 从各个角度对儿童的发展做了详细的研究。但时至今日，越来越多的研究者对皮亚杰的观点提出了 质疑”，如，格尔曼( g e l m a n ，1 9 6 9 ) 试图说明在典型的守恒难题中，年龄小的儿童的作业受注意缺 陷的阻碍；在关于传递的研究( b r y a n t t r a b a s s o ，1 9 7 1 等) 中，发现记忆缺陷对儿童是否表现传 递性推理能起关键性作用。虽然皮亚杰的理论受到许多的批评，但应当指出的是，其他的研究却证 实了皮亚杰假定的基本发展顺序( s m e d s l u n d ，1 9 6 1 等) 。不管怎样，皮亚杰的儿童认知发展理论 对很多国家的中小学教育、中小学的课程设置以及课程改革产生了一定的影响，而且他的研究的内 容及方法为后续研究提供了广阔的天地，对科学教育及其研究也有极大的参考价值。 2 、皮亚杰的心理逻辑学 皮亚杰主义者的格言是：“逻辑是思维的镜子”，逻辑的作用是详细的述说思维的过程。皮亚杰 在逻辑学与心理学一书中曾写道：“心理逻辑学的任务是运用逻辑代数去构造一个演绎理论，去 解释某些心理学的实验发现”。”皮亚杰正是做到如此，他借用逻辑学对思维的心理运算机制加以解 释和描述，特别是分析不同智慧发展水平所发现的思维结构。皮亚杰将从儿童到青少年的认知发展 划分为四个不同品行的阶段，并以不同性质的逻辑语言加以描述或以不同水平的逻辑数学范型 对之加以模式化”。 5 宙水牛、f ? 令， 等皮亚杰发生认识论述详人【心版 = | = t 9 8 7 i ，l 5 8 6 罗伯特l 索尔索著黄希庭等译认知心理学教育科学出版社1 9 9 0 p 3 8 1 7 皮亚杰：逻辑学与心理学( 英文版) p 2 5 2 6 曼彻思特大学出版社1 9 5 6 8 下面内容综合t ( 1 ) 李其维论皮亚杰的心理逻辑学华东师范大学出版社1g90 ( 2 ) 左任侠，李芟维主编皮亚杰发生认识论文选华东师范大学出版社1 9 9 1 ( 3 ) 皮亚杰、英海尔德儿童心理学商务印书馆1 9 8 0 1 0 与感知运动阶段相对戍的是动作逻辑，当主体能把一个动作包括在另一个动作之中，或当 一组动作与另一组动作之间有着一一对廊的关系时，这种逻辑就存在着。动作逻辑不是运算逻辑， 动作只能朝一个方向进行。动作逻辑反映的是动作的协调，即对动作之间所蕴涵的逻辑数学经 验的协调协调的产物是形成某种行动的格。 与前运算阶段对应的是知觉的逻辑，它仍属于动作逻辑范畴。它是一种基于表象调节基础上的 逻辑。在此阶段上，各种感觉运动图式开始内化成为表象或形象图式。由于未获得可逆性，动作不 能反向进行，因此皮亚杰称这种逻辑为半逻辑，他只能使儿童发现事物之间的依存或共变关系，而 不能导致守恒概念的获得。 感知运动阶段和前运算阶段又可合称为前逻辑阶段。因为在皮亚杰的认知阶段理论中逻辑是特 指运算的逻辑，运算是一种能在心理上进行的、内化了的动作，也是可逆的动作。所谓逻辑运算就 是对一系列内部元素转换规律的描述。 运算逻辑的低级形态是与具体运算想联系的类逻辑和关系逻辑。在此阶段上产生了两种可逆性： 反演可逆性干互反可逆性，但两种可逆性尚不能协调和综合，他们彼此独立行事，这导致儿童不能 产生命题间的运算，他们的命题仅涉及命题内的逻辑，表示的只是类和关系。皮亚杰曾写道：“一种 可逆动作的逻辑构造起来，其特征是形成了许多稳定的、相互紧密联系的结构”，这些结构就是指类 的运算结构和关系的运算结构。 具体运算具有运算所具有的特征，也有两个局限：一是具体运算没有与它所运用的具体材料相 脱离，这导致运算只能分别在各个领域内发展并导致这些领域的结构化；= 是它形成的系统还是不 完整的，儿童这时虽能借助具体运算进行分类、序列化、在客体之间建立等量或对应等关系，但这 些运算还没有组合成一个单一的结构整体( s t r u c t u r e dw h o l e ) ，这意味着运算还没有达到平衡。 运算逻辑的高级形态是命题逻辑，它是形式运算阶段的特征。在次阶段上两种可逆性彼此沟通、 相互胁调，此时就产生了一种全新的逻辑命题间的逻辑。它是对命题内的类和关系在更高层次 的反身和抽象：主体的活动不再限于分类和序列化的运算，主体通过对命题的各种组合，井把这些 组合与现实相对应，从而在确定其真假值的基础上形成更为复杂的认识。这时的思维不再限于具体 的实物，而能够以命题的形式进行。 皮弧杰认为形式运算阶段有二种认知结构模式：组合系统的格结构和1 n r c 四元转换群结构。 命题运算的组合系统格结构反映了形式运算结构总的系统特点，而i n r c 四元群结构则是从可逆性 这一特殊的角度山发，揭示系统内各运算之间的转换机制。 组合结构作为形式运算认知结构的形式化之一，它可以以“物体”或“因素”为元素，也可以 以“概念”或“命题”为元素。都可以得到一个组合系统。组合系统的最简单形式存在实际的具体 运算之中，即形成以客体( 因素) 为元素的组合系统如，在蹦球实验中，球与板的组合以及单摆 实验中的球与线的组合，这是以现实的、具体的实物为元素。 当儿童具有了组合性认知结构，他就能依据部分的或全部的可能组合( 视具体问题的需要) 去 推论某一特定的现实。在形式运算阶段将引入新的逻辑命题逻辑，下面以二元命题来说明命题 的组合系统。 4 ) 皮亚杰著傅先统译儿童的心理发展山东教育出版社1 9 8 2 _ 二元命题是含有一二个支命题( p 和q ) 的复合 命题，其中的每个支命题均可能取真、假二值，这 样我们就可以得到如下四种情况： p 真且q 假( p 目) ： p 真且q 真( ”目) ； p 假且q 真( p 。目) ： p 假且q 假( 口。目) ； 以欧拉一文氏图表示如左图： 对上述四种基本的结合进行再组合我们就得到1 6 种可能结合。下面我们将对本论文所剧到的几 种可能组合进行详细说明： 完全肯定( p4 q ) 与完全否定( 0 ) ：p 和q 的四种组合”目、p 目、p 目和p 。目同 时受到了肯定，同时为真。崩命题的词语来表达，完全肯定就被写成：( p + q ) ：( p 目) v ( p 虿) v ( f 口 v ( f 虿) 。它的真值是( 11 i 1 ) ；当四种组合同时受 到否定，也就是说这四种情况均不可能出现，均为伪。它是完全肯定的否定，因此完全否定相当于 一个四重空集的全排列，其真值为( 00 00 ) 。用命题的语言就是： ( 0 ) 2 ( p 目) v (