科學過程技能與學生認知發展

教科書中課程的設計必須配合心理學的理論才能夠達到最佳的教學效果，我國科學 課程的設計深深受到皮亞傑和蓋聶等心理學家理論之影響。蓋聶認為學習有難易順序的 存在，也就是前一個學習是後一個學習的預備條件，各類型學習之間構成一個由下而上 的學習階層，課程編排和教學設計必須先瞭解各學習類型之間的學習階層（魏明通，

2006）。SAPA 課程中也認為科學過程技能的學習是有階層組織的，如果學生早一點學習，

就可以早一點獲得較高層次的過程技能(AAAS,1970)。

對於學生認知發展的論述，一般學術界都認為皮亞傑的理論最有系統。皮亞傑將認 知發展分為四個階段：感覺動作期、前運思期、具體運思期和形式運思期。其中具體運 思期是指七至十一歲的兒童，大約是國小一到五年級的學生，這個時期的學生能夠進行 簡單的邏輯思考，能夠進行加減乘除的運算，能夠按照某一個標準順序來排列物體，也 能夠根據物體的不同特性來分類物體。具體運思期的兒童有以下的特徵（魏明通，2006）：

1. 能夠進行簡單的邏輯思考。

2. 能夠進行加減乘除的運算。

3. 能夠從事分類、再分類。

4. 能夠透過具體的物體來思考。

5. 能夠做可逆性思考。

6. 能夠做一對一的相對應。

7. 對於數量、重量、長度和容積具有守恆概念。

形式運思期是指十二至十五歲的少年，大約是國小六年級到國中三年級的學生，這 個時期的學生開始能夠像大人一樣進行抽象的思考，可以進行假設演繹推理，也可以進 行控制變因的實驗。形式運思期的少年有以下的特徵（魏明通，2006）：

1. 能夠進行假設、演繹的思考。

2. 能夠進行命題的思考。

3. 能夠進行反省的思考。

4. 能夠綜合大量的訊息並且加以創新。

5. 能夠進行抽象及非具體的概念思考。

6. 能夠瞭解機率。

7. 能夠對道德和價值提出疑問。

8. 能形成理論。

9. 對時間概念更擴大，包括無限的時間。

10.空間的觀念可包括宇宙和分子的空間。

學校課程的設計必須要考量學生的認知發展到達什麼程度，這樣教學的效果才能提 高，如果在學生的認知發展尚未達到形式運思的階段就進行抽象教學，有可能會讓學生 感到挫折而失去學習意願。科學過程技能的學習也必須遵照這樣的原則，許榮富（1990）

認為科學過程技能彼此之間有階層性的關係，而毛松霖（1995）也認為科學過程技能的 學習有其順序，並依照這個順序發展，其順序如圖 2-1 科學過程技能學習順序圖（毛松 霖，1995）。

由圖 2-1 我們可以看出科學過程技能中的觀察、傳達、分類和應用數字是屬於低年 級，應用時空關係、測量、推理、預測和解釋資料是屬於中年級，而控制變因和形成假 設是屬於高年級應該要學習的科學過程技能。依據六十四年版課程標準中的分段目標，

其中指出低年級應培養觀察、應用時空關係、應用數字、測量和分類，中年級培養傳達、

預測、推理、解釋資料和控制變因，高年級培養形成假設、下操作型定義和實驗（國立 編譯館，1981）。因此，教科書出版商在編撰國小自然與生活科技領域教科書時，應該 要瞭解學生的認知發展階段，先培養學生基本過程技能，再培養統整過程技能，如此才 能夠編輯出適合學生認知發展階段的教科書，達到最佳的學習效果。

一 年 級 二 年 級 三 年 級 四 年 級 五 年 級 六 年 級

（分類）

特性

辨認 一級分類 二級分類 多級分類 打洞卡檢索表

圖 2-1 科學過程技能學習順序圖 異同比較

使用儀器 變化觀察

感官擴展

自擬比較

（觀察） 估計

自訂標準

歸納共通點

（測量）

摘要說明

控制變因

推理 解釋資料

形成假設 登錄

預測 ^{描述關係趨勢}

應用時空

（傳達）

表格記錄

口頭發表 （應用數字）