青少年時期由於生理上、心理上(尤其認知心理和社會心理)均 同時明顯發展，所以是個人人生中的一大關鍵。一般認為生理上的 發展有助於認知的發展條件，也會影響社會發展。而個人社會經驗與 社會對個人的期待，亦會影響個人的各項發展。在此我們關心如何 有效促使中學生學習科學概念，因此我們將探討重心擺在：在考量 生理的發展及社會心理的發展之影響下，如何促使認知的發展。
從腦部的成長研究發現青少年時期的幾個成長可能性(引自 Kwon
& Lawson,1999)：(1)從大腦重量增加和頭骨增大的證據，Epstein (1974,1978)認為在孩童時期和青少年時期，腦部的學習曲線應有一 系列的快速進展(spurts)和高原期(plateau)。而約 85% 人，在 12-14 歲大腦便停止增長了。更進一步的腦電掃描器的資料顯示，人的成長 過程有五個學習曲線的高峰，最後一次的快速進展約發生於 18 歲 以前，而這些學習曲線的特徵，與皮亞傑的發展階段研究大致相吻合 (Epstien,1986; Hudspeth & Pribram,1990;Thatcher,1991;
Thatcher,Walker,& Giudice,1987)。(2)雖然神經軸突的數目大抵在 出生時即被決定，但有研究顯示，在額前葉的軸突於青少年時期似乎 繼續成長(Schade & VanGroenigen,1961)。更具體些，在額前葉的
錐狀軸突，在長度及寬度上於青少年時期比運動前區和感覺運動區的 軸突明顯持續成長(Blinkov & Glezer,1968)。另外從腦波圖偵測到 的進發活動均於額前葉發生(Thatcher et al.,1987)，故十四至十六 歲的腦部發展主要發生於額前葉，而根據腦神經學的一些相關實驗，
[圖 2-2]重要理論間關係(Key theoretical relationships) 那麼青少年在社會心理方面的發展又如何影響認知發展？
Erikson 的社會心理理論將個體的發展分為八個主要階段。其中青少 年時期跨越兩個主要階段：「勤業對自卑(Industry vs. Inferior- ity ) 」與「自我認同對角色混淆(Identity vs. Role Confusion)」
(Manning,1988,1993；Swafford & Bryan,2000)。因此中學生有一個 主要的心理特徵：由對長輩的依賴轉而向同儕的依賴。舉凡態度、
行為表現、價值觀、社會經驗，以致於獲得友情及肯定，均大大受 同儕影響。在自我認同感的發展過程，來自於同儕及長輩的安全感及 被接納感是十分重的。因此營造同儕正向互動的教育環境有助於青少 年自我認同及學習態度的提昇。由於在此階段同儕的影響大大增加，
因此學生是否能從教育中發展出支持幫助同儕的社會技能，成為重要 的課題。以上這些社會心理層面的特徵，支持了課堂討論促進學習與 認知的效果。課堂討論提供個人表達及同儕互動的機會，於是滿足了 中學生自我肯定及被同儕認同的的心理需求，同時也能培養協助同儕 的能力。另外，在抽象科學理論的學習上，概念轉變的發生先決條件 之一就是必須有接納不同想法的心理層面能力之配合(Nesbit &
Rogers,1997；Swafford & Bryan,2000)。教師指導學生時，應將 青少年發展的特徵加以考慮。於是與同儕、師長的正向互動、參與 實際操作、精緻的抽象性、假設性思考的課程設計，是很重要的。
於是閱讀(reading)、討論(discussion)及寫作(writing)三種策略均 有助認知發展，也能配合青少年成長需求(Swafford & Bryan,2000)。
總而言之，生理上，腦部發展的條件使抽象概念的學習變成可能。
社會經驗也會促使認知上的發展，因為它提供本身身體經驗以外的 資訊及知識。而心理層面上的自我肯定和同儕認同的需求，則促進了 學習的動機。因此這些中學生的特質，支持了「表達」在科學概念 學習上的功能。