彭杜宏，田麗麗，張 迅

(蘇州科技大學 教育學院，江蘇 蘇州 215009)

科學的核心在于探究，科學教育的核心在于科學思維(Scientific Thinking)?？茖W思維是一種建立在事實和邏輯基礎(chǔ)上的理性的思維方式[1]，是一個循環(huán)和累積的目的性知識尋求過程[2-3]?？茖W思維是兒童認知發(fā)展的一個核心特征[4]，是兒童領(lǐng)域知識獲得的重要機制[5]。與科學過程相關(guān)的一些技能早在嬰兒期便開始出現(xiàn)，如兒童用他們的感覺器官和提出各種問題來探索他們周圍的世界。[6]啟蒙兒童一些基本科學思維能力既是順應(yīng)兒童發(fā)展的需要，又是適應(yīng)21世紀人才發(fā)展的需要。由此，國際上一些有關(guān)兒童早期學習與發(fā)展標準的文件，如美國開端計劃和威斯康星等州的兒童早期學習標準，都將科學領(lǐng)域的學習與發(fā)展目標界定為“科學思維”。[7]國內(nèi)專家也提出，科學教育的目標之一就是啟蒙孩子的科學思維、教兒童科學地思考。[8]然而，目前我國幼兒園在如何開展科學教育方面仍存在一些問題。例如：過多關(guān)注科學知識掌握而忽略幼兒簡單問題解決能力的培養(yǎng)[9]；看似熱鬧的教學卻不能體現(xiàn)科學教育的探究本質(zhì)，缺少“科學思維”這一靈魂[1]；將探究混為“動手操作”，為探究而探究的現(xiàn)象屢見不鮮[10]；讓兒童穿梭在各種活動和材料中而較少引發(fā)深度思考[11]；等等。鑒于當前國內(nèi)較缺乏著眼幼兒科學思維發(fā)展測評的實證探索，筆者擬對國外聚焦幼兒科學思維發(fā)展測評的研究進行全面梳理，引進與提煉相應(yīng)的觀測與評估方法，為我國幼兒園兒童科學思維的發(fā)展評估提供支持，為有效了解幼兒科學思維發(fā)展特點、個性化支持幼兒科學思維發(fā)展提供保障，也為幼兒園科學教育活動設(shè)計的優(yōu)化、幼兒園科學教育政策決策提供借鑒。

一、幼兒科學思維的本質(zhì)與內(nèi)涵

科學思維通常被認為是一種有目的的知識尋求，包括提問、檢驗假設(shè)、進行觀察、識別模式、做出推論[12]；成熟的科學思維本質(zhì)上是通過有意控制的方式使理論與證據(jù)協(xié)調(diào)的[13]?？死?Klahr)指出，科學推理包含三個核心成分：提出假設(shè)、實驗和證據(jù)評估。[14]之后，庫恩(Kuhn)等進一步明確提出成熟的科學思維有三個不可或缺的重要基礎(chǔ)：實驗能力，如厘清多種因果關(guān)系對結(jié)果影響的策略能力；論證能力，即理論與證據(jù)協(xié)調(diào)的能力；對科學本質(zhì)的認識論理解。[15]

那么，年幼兒童的科學思維由哪些成分構(gòu)成？有學者指出，兒童的科學思維能力包含了基于理論、數(shù)據(jù)以及對過程的反思而提出、檢驗與評價假設(shè)的系列能力。[16]從心理學領(lǐng)域考察兒童科學思維的研究主要聚焦于形成假設(shè)、設(shè)計與執(zhí)行實驗、觀察、評價證據(jù)。[17]例如：朱厄特(Jewett)等著重從變量控制策略(Control of Variables Strategy,簡稱CVS，即設(shè)計非混淆實驗的能力)考察兒童的實驗能力[18]；科爾伯(Koerber)等主要從實驗、數(shù)據(jù)解釋(或證據(jù)評估)、對科學本質(zhì)的理解等方面考察了兒童的科學思維。[19]這些研究中的“兒童”多為年齡長于幼兒的兒童，新近一些指向幼兒園兒童科學思維的研究可提供更為針對性的信息。例如：格拉夫(Graaf)等從實驗、證據(jù)評估、領(lǐng)域知識三個維度對幼兒的科學思維進行了考察[5]；科爾伯等從實驗、數(shù)據(jù)解釋/證據(jù)評估、對科學本質(zhì)的理解三個維度對幼兒科學思維進行了考察[4]。在上述跨度十余年的相關(guān)研究中，學者們對于通過形成假設(shè)、檢驗假設(shè)、實驗(如變量控制策略等)、證據(jù)評估/數(shù)據(jù)解釋、對科學本質(zhì)的理解、科學領(lǐng)域知識等來測評兒童科學思維形成一定的共識。這些過程性能力也是幼兒科學思維的本質(zhì)表現(xiàn)，為我們認識幼兒科學思維的發(fā)展表現(xiàn)、測量與評估幼兒科學思維的具體內(nèi)容提供了直接參考。

二、幼兒科學思維發(fā)展的評估方法

思維的發(fā)展具有抽象性、隱蔽性等特點。因此，對個體科學思維進行準確與動態(tài)的測評無論對研究者還是教育者都有挑戰(zhàn)性。[20]對學齡前幼兒的科學思維評估更是如此?；诖?，筆者著重對國外面向幼兒科學思維發(fā)展研究中的測評方法與技術(shù)進行梳理提煉。

(一)基于動手操作實驗的動態(tài)評估

該方法取向是讓幼兒自己動手操作來設(shè)計實驗進行假設(shè)-檢驗和變量控制，是基于動手操作的評估(Hands-on Assessment)，由此考察幼兒的科學思維能力。例如，格拉夫等運用兩個斜坡來考察幼兒對變量控制的理解(實驗能力)。[21]評估使用兩個木制斜坡，斜坡包括坡道、坡道下的平坦區(qū)域(表面有標記距離的線條)。實驗主試先讓幼兒觀察斜坡上的起點門打開后球會怎樣滾下去；然后讓幼兒自己打開門來觀察球會滾下去多遠(通過數(shù)平坦區(qū)域的線條格可以看到球滾了多遠)；接著告訴幼兒，這兩個坡道很特別，可以用不同的方式來改變，并考察做了某個改變后球可以滾多遠。用來考察幼兒變量控制策略的變量共有四類:(1)斜坡的陡度(陡/不陡)；(2)球在斜坡上的起始點(高/低)；(3)斜坡表面(粗糙/光滑)；(4)球的質(zhì)量(重/輕)。動態(tài)評估的過程體現(xiàn)在：幼兒先從一類變量(水平1)設(shè)計實驗，然后可以逐漸增加變量(最多四類變量)。每一水平設(shè)計4個實驗，每個實驗考察不同的變量。水平1設(shè)計4個實驗，每個實驗考察一類變量，如實驗1考察其他條件一致的情況下球在光滑還是粗糙的坡面上滾得更遠，實驗2考察球在起點高的位置還是起點低的位置放下時滾得更遠，依此類推；水平2同時設(shè)計兩類變量，如坡度和坡面；水平3設(shè)計三類變量，如坡度、坡面和起始點；水平4設(shè)計四類變量。評估共設(shè)計16個實驗，涉及40個變量。測試提供兩次機會，幼兒只有在第一次嘗試不正確的情況下才能進行第二次嘗試；同時，幼兒只有至少正確設(shè)計了上一個水平中的一個實驗，才允許進入下一水平的實驗設(shè)計，否則停止測試。對幼兒實驗能力的評估是基于幼兒正確設(shè)計實驗的總數(shù)和正確設(shè)置變量的總數(shù)，即幼兒可獲得實驗正確得分和變量正確得分。實驗得分即設(shè)計正確實驗的個數(shù)，最高16分，無論是第一次還是第二次嘗試，每個正確設(shè)計得1分，不正確得0分。變量得分即所有實驗中正確設(shè)計變量的個數(shù)，最高40分，每正確設(shè)計一個變量得1分，不正確得0分。

此外，設(shè)置影子任務(wù)、閃爍探測器任務(wù)(the Blicket Detector Paradigm)等也是基于動手操作實驗的動態(tài)評估。設(shè)置影子任務(wù)包含物體的大小、物體與光源的距離兩個變量；如果要設(shè)計一個非混淆的實驗，就需要控制其中的一個變量，由此探測幼兒對變量控制的理解。閃爍探測器任務(wù)是一臺可以發(fā)光和播放音樂的機器，只有在上面放某種特定物品時才會發(fā)光和播放音樂，它也被一些學者用來考察幼兒的假設(shè)-檢驗水平。[22-23]

該評估取向的突出特點體現(xiàn)在：(1)自主動手操作的真實驗；(2)聚焦控制變量的實驗能力評估；(3)水平遞進的動態(tài)評估。基于動手操作的評估讓我們能觀測到幼兒如何觀察情境、如何運用材料、如何控制變量等，由此可以直觀地看到幼兒解決問題的過程、方法與水平。相對于用問卷(要求回答有關(guān)實驗設(shè)計的問題)來考察兒童對CVS的理解，該方法具有更直觀、更有趣、更不受語言表達能力限制等優(yōu)勢。我國《3—6歲兒童學習與發(fā)展指南》提出“引導幼兒通過觀察、比較、操作、實驗等方法，學習發(fā)現(xiàn)問題、分析問題和解決問題”，基于動手操作實驗的動態(tài)評估方法與該指南的理念不謀而合，其動手操作、觀察比較、實驗設(shè)計與調(diào)整嘗試等完全符合幼兒階段的認知特點與學習規(guī)律。同時，這一評估方法存在很大的問題空間和水平層級，是一個可以引發(fā)深度思考、深度學習的問題情境與評估任務(wù)。例如，實驗的自變量可以不斷增加，實驗設(shè)計可以不斷變得復雜，任務(wù)可以實現(xiàn)遞進式探測與評估。整個過程幼兒有很大的自主性，可以由幼兒當前的操作水平來決定進退。因此，該評估方法能有效實現(xiàn)動態(tài)的、個性化的測評，挖掘幼兒的科學思維潛力。

(二)基于故事情境的遞進性訪談評估

該方法取向是先設(shè)置故事情境，在此情境下連續(xù)設(shè)置幾個問題(結(jié)合圖片呈現(xiàn))詢問幼兒，然后根據(jù)幼兒的回答情況來評估其科學思維能力。以口香糖任務(wù)為例，該任務(wù)是通過幼兒的回答表現(xiàn)來測評幼兒的證據(jù)評估能力或數(shù)據(jù)解釋能力，即幼兒如何評估各類證據(jù)(如確鑿性證據(jù)、部分證據(jù)、不確定性證據(jù))、如何理解各類證據(jù)。[24-25]具體操作程序為：首先，一堆印著小朋友的卡片顯示著小朋友的牙齒或好或壞，每張卡片印有一個手里拿著或紅色或綠色口香糖的小朋友；告訴幼兒，有一只小白兔名叫萊昂，它認為綠色的口香糖會導致牙齒不好，之后就萊昂的這一“信念”對幼兒提問，即萊昂認為咀嚼哪種顏色的口香糖會導致牙齒不好？當幼兒沒有回答“綠色”時，給幼兒解釋萊昂的“信念”三次，如果幼兒仍沒有正確回答問題，就停止測試。其次，給幼兒出示卡片，呈現(xiàn)確鑿證據(jù)卡片，即所有卡片都指向是紅色而不是綠色口香糖會導致壞牙，向幼兒提問：“你認為當萊昂仔細看過這些卡片后，他此刻相信什么？萊昂會認為哪種顏色的口香糖導致壞牙齒？”最后，讓幼兒回顧一下萊昂最初的想法。測試共8個問題，如果幼兒在回答上述3個問題時錯了一個或兩個，那么測試就停止；如果答對，就繼續(xù)問幼兒5個問題，其中，3個問題是關(guān)于部分證據(jù)的，即大部分卡片指向同一個結(jié)論(如20張卡片中有16張指向同一個結(jié)論)，1個問題是關(guān)于確鑿證據(jù)的，還有1個問題是關(guān)于不確定證據(jù)的，即不能作出結(jié)論的證據(jù)(如4張卡片指向一個結(jié)論，另4張卡片指向另一個結(jié)論)，這5個問題交替出現(xiàn)，每個問題回答正確得1分。在考察幼兒數(shù)據(jù)解釋能力(證據(jù)評估能力)時，科爾伯等也通過提問性訪談來考察[4]，另有學者采取非結(jié)構(gòu)化的深度訪談考察學習者的科學思維[26]。

該評估取向的突出特點體現(xiàn)在：(1)以某個特定故事情境展開，并以圖片方式呈現(xiàn)問題情境；(2)所設(shè)計的問題均圍繞該故事情境，聚焦評估幼兒科學思維某一維度的表現(xiàn)(如證據(jù)評估能力或數(shù)據(jù)解釋能力)；(3)以提問-回答的方式進行評估。該測評方法以簡要的故事情境導入，借助圖片展現(xiàn)故事中的人物與具體表現(xiàn)，圍繞故事情境一步步詢問幼兒的意見/反饋，繼而集中考察幼兒科學思維某個方面的表現(xiàn)。這樣的情境導入與測評程序既符合幼兒具體形象認知的發(fā)展特點，也能吸引幼兒的興趣與注意。

(三)基于多個獨立問題的選擇性評估

該方法取向是對幼兒提出多個簡短的獨立問題后，提供多個(一般3個)以圖片方式呈現(xiàn)的選項，讓幼兒從中選出一個他/她認為正確的，據(jù)此評估幼兒科學思維多個方面的表現(xiàn)。以科爾伯等的研究為例，問題1：如果紅紅想知道明明是否擅長拼圖，那么她需要做什么呢？給幼兒提供三個選項：一是讓明明把他喜歡的拼圖拼起來；二是讓明明把只含幾塊圖片的拼圖拼起來；三是讓明明把含許多圖片的拼圖拼起來(正確選項)。這個任務(wù)需要幼兒能區(qū)分檢測條件(如給受測者許多拼圖圖片由此考察他是否擅長拼圖)與效果產(chǎn)生條件(如給受測者很少的拼圖圖片由此可以看到他能很快地拼好)。如果幼兒運用了科學思維，他們就能正確區(qū)分，由此考察幼兒對結(jié)論性實驗的理解程度(如理解產(chǎn)生效應(yīng)與檢驗假設(shè)的區(qū)別)。問題2:如果紅紅想檢測植物是在冷水中還是在溫水中生長得更好，那么她需要進行哪種實驗？給幼兒提供三個選項：一是給一棵棕櫚樹澆溫水，給另一棵棕櫚樹澆冷水(正確選項)；二是給一棵棕櫚樹澆溫水，給一棵雪花蓮澆冷水(缺乏實驗控制)；三是給一棵玫瑰樹澆溫水，給另一棵雪花蓮澆溫水(隔離了錯誤變量)。由此考察他們能否在多種變量中找出某個變量的效果，或是否能應(yīng)用變量控制策略，如知道分離變量、控制變量的原則(幼兒對CVS的掌握情況)。問題3:這兒有三個小朋友，他們哪一個是在做科學研究呢？呈現(xiàn)三個圖片選項：一是紅紅在思考為什么黃色與藍色顏料混合會變成綠色(正確選項)；二是明明看他的爸爸把不同顏色的顏料混合起來；三是丁丁幫他爸爸給墻壁刷上顏料。由此考察幼兒對科學本質(zhì)的理解，如能否區(qū)分科學是思考為什么還是幫助他人，或幼兒是否理解科學家們努力提出關(guān)于世界現(xiàn)象的解釋(而不是簡單地收集關(guān)于世界狀況的事實)，以及科學家以系統(tǒng)的方式描述世界以產(chǎn)生系統(tǒng)的證據(jù)。[4]另外，格拉夫等在考察幼兒特定領(lǐng)域知識(如植物與生長、漂浮與下沉、太陽與影子、紙飛機)時設(shè)計了40個問題，都是先提出簡短問題，然后以圖片形式呈現(xiàn)三個答案選項，讓幼兒從中進行選擇，每選對一個題得1分，由此評估幼兒的領(lǐng)域知識掌握情況。[5]

該評估取向的突出特點體現(xiàn)在：(1)以某個假設(shè)情境提出問題或以圖片方式呈現(xiàn)選項；(2)問題之間相互獨立，如要評估幼兒科學思維不同方面的表現(xiàn)可設(shè)計不同的獨立問題；(3)以幼兒在多個選項(均以圖片方式呈現(xiàn))中做出的選擇情況進行評估。該方法可以設(shè)計多個獨立問題，不同問題涉及幼兒科學思維的不同方面，由此實現(xiàn)對幼兒科學思維多個方面的考察。

綜上所述，這些評估方法以幼兒感興趣的方式和符合幼兒認知發(fā)展特點的形式展開，具有良好的年齡適宜性(如動手操作、故事情境、圖片呈現(xiàn)問題與選項等)；評估的終極目標具有一致性，即都是對幼兒科學思維能力的評估，探測的都是科學思維本質(zhì)以及指向綜合的科學思維能力(如實驗能力、證據(jù)評估能力等)；測評都需要采用一對一的方式。當然，不同評估方法各有特點，包括評估的具體維度和內(nèi)容范圍、評估的操作程序、任務(wù)的難度大小、具體適宜的年齡段等等。比如，基于動手操作實驗的動態(tài)評估，該取向抓取了科學思維的關(guān)鍵與重點——實驗，通過設(shè)置變量或控制變量的真實實驗來考察幼兒的科學思維，這無論是對于準備材料的實驗者還是對于接受測評的幼兒都具有一定的挑戰(zhàn)。相比之下，另外兩種取向的評估是從其他構(gòu)成要素或維度來考察科學思維的，其每一個測評過程相對獨立、清晰和簡單。相比于動手操作的實驗評估，后兩者在測評任務(wù)準備和實際測評時間上顯得更為經(jīng)濟。當然，研究或?qū)嵺`中根據(jù)特定目標可以選用不同的評估取向與測量任務(wù)，或者綜合使用多種方法。

三、結(jié) 語

當今時代，大國之間尖端科技競爭日益激烈，科學創(chuàng)新人才培養(yǎng)十分迫切。高素質(zhì)創(chuàng)新大軍的建立與科技原創(chuàng)能力的涌現(xiàn)都離不開全民科學素養(yǎng)的普遍提高。2021年國務(wù)院印發(fā)《全民科學素養(yǎng)行動規(guī)劃綱要(2021—2035年)》，正是為日后拔尖科技創(chuàng)新人才涌現(xiàn)夯實群眾基礎(chǔ)。激發(fā)每一個兒童的科學探究熱情，培養(yǎng)每一個兒童的科學思維能力，形成重視科學的教育環(huán)境與文化氛圍，具有深遠的社會價值和現(xiàn)實意義。尤其是在當前我國幼兒園科學教育實踐極少觸及兒童科學思維的現(xiàn)實背景下，筆者所歸納的幼兒科學思維發(fā)展評估方法可為我國幼兒園兒童科學思維的觀察測評打開一扇窗。具體的啟發(fā)與借鑒包括：

(1)科學思維在幼兒期已開始萌芽，幼兒園科學教育需啟蒙兒童的科學思維、滿足兒童的認知發(fā)展需求。

(2)幼兒的科學思維不僅包括觀察、比較、分類、測量、交流等基本的科學思維[27]，或提問、假設(shè)、檢驗、觀察、作結(jié)論、分享等一般過程性思維；而且包括綜合的科學思維，如變量控制思維、基于結(jié)果或數(shù)據(jù)的證據(jù)評估思維、對科學本質(zhì)理解的思維。

(3)幼兒園一日活動可以實現(xiàn)幼兒基本科學思維的觀察記錄。例如：在一日活動的不同環(huán)節(jié)中，有的兒童愛提問，提出科學性問題，提出自己的假設(shè)，或要求老師幫忙一起檢驗/驗證自己的預測等等，此時可以用核查表的方式做記錄，或用“學習故事”方式做記錄——文本、圖片、視頻記錄下當時的情境和兒童科學思維的具體表現(xiàn)。園所教師與幼兒家長可以在日常生活情境中隨時觀察并保持記錄，形成鮮活生動的評估。

(4)對于平時非系統(tǒng)的隨機觀察記錄所發(fā)現(xiàn)的基本科學思維發(fā)展突出個體，可以運用一對一測評或小組測評方式，進一步評估考察幼兒綜合科學思維水平、科學創(chuàng)新創(chuàng)造潛力。具體評估方法可采用“基于動手操作實驗的動態(tài)評估”取向，選用斜坡任務(wù)，可實現(xiàn)對幼兒綜合科學思維能力發(fā)展的充分評估。當然，時間和條件允許的情況下，綜合運用本文歸納的其他方法，可以提供更豐富的數(shù)據(jù)參考。

(5)對于平時非系統(tǒng)的隨機觀察記錄所發(fā)現(xiàn)的科學思維發(fā)展滯后個體，可以運用一對一測評方式，進一步考察該個體幼兒科學思維具體滯后的程度和表現(xiàn)。具體評估方法可采用“基于多個獨立問題的選擇性評估”或“基于故事情境的遞進性訪談評估”，以獲得確切的數(shù)據(jù)參考。

(6)幼兒園大范圍的幼兒科學思維發(fā)展正式評估和實證測評可以通過與相關(guān)機構(gòu)研究人員或高校專家學者合作來實現(xiàn)。當前，我國幼兒園班級規(guī)模大，師幼比相對較小，單純依托幼兒園班級教師會有較大的難度。大范圍的觀測與評估并非不需要，但更需要區(qū)域?qū)用娴恼?、人力和財力支持?/p>

青少年科學創(chuàng)造力的國際比較研究發(fā)現(xiàn)，英美德青少年科學創(chuàng)造力均顯著高于中國青少年。[28]那么，我國青少年的科學創(chuàng)造力在哪里丟失了？又在哪里受挫了？對幼兒科學思維發(fā)展的觀察與測評有助于我們追溯問題的源頭，有助于園所機構(gòu)、家庭和社會啟蒙所有兒童的科學思維，也有助于園所、學校對科學創(chuàng)造力資優(yōu)兒童的早期發(fā)掘和及時支持，為日后青少年科學思維與科學創(chuàng)造力的整體發(fā)展奠定基石，為拔尖創(chuàng)新人才早期呵護與培養(yǎng)奠定基石。由此，未來研究可以考察兒童早期科學思維發(fā)展對日后成熟的科學思維能力的影響[29]，或探索我國幼兒科學思維的發(fā)展機制、影響因素、早期培養(yǎng)與支持質(zhì)量等。