第 1 章 绪论
1.1 研究背景
科学和技术是推动社会进步和文化发展的重要源头。而科学思维能力则帮助人们更好的理解、预测和控制塑造我们所在世界的自然力量(Zimmerman &Klahr, 2018)。科学素养被视为科学高度发达的社会其公民必须具备的能力之一(Bybee, 2015)。无论是公民、政策制定者还是学生都需要理解如何探究、评估和整合科学内容(比如天气变化、动物进化)、科学过程(比如如何检验假设的有效性等)、以及科学结果(比如从评估某种治疗方案的有效性到思考外星生物存在的可能性等)。随着世界各国对科学技术的重视，针对公民科学思维能力的培养成为国家发展中必须解决中的重大事件(OECD, 2013)。不仅如此，即使对于个人而言，科学思维能力也是个体立足于二十一世纪瞬息万变、不断突破边界的社会所必须具备的基本技能(Zimmerman & Klahr, 2018; 王忠军, 温琳, & 龙立荣, 2015)。因此，科学推理和思维能力的培养成为当代科学和技术教育的核心。
1.1 研究背景
科学和技术是推动社会进步和文化发展的重要源头。而科学思维能力则帮助人们更好的理解、预测和控制塑造我们所在世界的自然力量(Zimmerman &Klahr, 2018)。科学素养被视为科学高度发达的社会其公民必须具备的能力之一(Bybee, 2015)。无论是公民、政策制定者还是学生都需要理解如何探究、评估和整合科学内容(比如天气变化、动物进化)、科学过程(比如如何检验假设的有效性等)、以及科学结果(比如从评估某种治疗方案的有效性到思考外星生物存在的可能性等)。随着世界各国对科学技术的重视，针对公民科学思维能力的培养成为国家发展中必须解决中的重大事件(OECD, 2013)。不仅如此，即使对于个人而言，科学思维能力也是个体立足于二十一世纪瞬息万变、不断突破边界的社会所必须具备的基本技能(Zimmerman & Klahr, 2018; 王忠军, 温琳, & 龙立荣, 2015)。因此，科学推理和思维能力的培养成为当代科学和技术教育的核心。
儿童天性好奇，被称为“朴素的科学家”(Gopnik, 2012)。越来越多的研究证实了学前儿童也能够以一种抽象思维能力做出推断(Piekny & Maehler, 2013)。科学思维能力包括形成假设、假设检验和评估证据的能力(Klahr, Zimmerman, & Jirout,2011)，研究表明三部分能力在学前阶段快速发展起来(Clements & Sarama, 2016)。有研究者指出当给予一定的外部学习条件时，学前儿童可以掌握惊人的复杂的数学知识，采用各种复杂的解决方案来试图解决某一个数学难题(Vandermaas-Peeler, Massey, & Kendall, 2016)。
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第 3 章 研究设计···································19.......................
1.2 问题提出
学前儿童已经具备一定的科学思维能力几乎成为研究者的基本共识，这也为从教育实践上开发各种有效的教学方法或工具以促进其科学思维能力的发展提供了理论基础。但目前关于学前儿童科学思维能力的研究仍存在一些不足，比如总体而言国内关于学前儿童科学思维能力的研究尚处于起步阶段，仍有需要基础性问题有待解决。个体科学思维能力的形成与发展和其所生活的社会文化环境、家庭学校氛围密不可分。由于社会经济的快速发展，学前教育甚至产前教育在我国蓬勃发展起来，但相对而言，社会大众对幼儿科学思维能力的重视程度明显不够，这种不足是否会自上而下影响婴幼儿的科学思维能力发展。外国相关的研究结论是否适合于我国学前儿童的基本情况，这一点仍有待探究。基础性研究必不可少，但若基于现实考虑，开发针对我国学前儿童即幼儿园的科学思维教学方法系统更为实际和有意义。从中国知网等学术检索网站上以因果推理、儿童等为关键词进行检索，结果发现针对学前儿童科学思维能力的训练研究非常少，其中龚银清，李红和盛礼萍（2006）采用“二进二出”装置对 3 岁儿童进行规则因果推理能力的训练，结果表明训练可以在一定程度上提高 3 岁左右的儿童其交叉规则推理能力。但该研究只是在实验室情境下对小规模儿童进行的干预训练，对实验条件的控制较多，推广难度也较大，因此考虑如何改进现有的幼儿园科学教学体系不仅有利于将基础性研究成果进行应用，而且有利于大范围的推广好的教学方法以为最大程度地促进学前儿童科学思维的发展
学前儿童已经具备一定的科学思维能力几乎成为研究者的基本共识，这也为从教育实践上开发各种有效的教学方法或工具以促进其科学思维能力的发展提供了理论基础。但目前关于学前儿童科学思维能力的研究仍存在一些不足，比如总体而言国内关于学前儿童科学思维能力的研究尚处于起步阶段，仍有需要基础性问题有待解决。个体科学思维能力的形成与发展和其所生活的社会文化环境、家庭学校氛围密不可分。由于社会经济的快速发展，学前教育甚至产前教育在我国蓬勃发展起来，但相对而言，社会大众对幼儿科学思维能力的重视程度明显不够，这种不足是否会自上而下影响婴幼儿的科学思维能力发展。外国相关的研究结论是否适合于我国学前儿童的基本情况，这一点仍有待探究。基础性研究必不可少，但若基于现实考虑，开发针对我国学前儿童即幼儿园的科学思维教学方法系统更为实际和有意义。从中国知网等学术检索网站上以因果推理、儿童等为关键词进行检索，结果发现针对学前儿童科学思维能力的训练研究非常少，其中龚银清，李红和盛礼萍（2006）采用“二进二出”装置对 3 岁儿童进行规则因果推理能力的训练，结果表明训练可以在一定程度上提高 3 岁左右的儿童其交叉规则推理能力。但该研究只是在实验室情境下对小规模儿童进行的干预训练，对实验条件的控制较多，推广难度也较大，因此考虑如何改进现有的幼儿园科学教学体系不仅有利于将基础性研究成果进行应用，而且有利于大范围的推广好的教学方法以为最大程度地促进学前儿童科学思维的发展
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第 2 章 文献综述
2.1 科学思维能力的相关研究
2.1.1 科学思维能力的概念和领域
第 2 章 文献综述
2.1 科学思维能力的相关研究
2.1.1 科学思维能力的概念和领域
“思维”是对输入的客观刺激进行判断和推理，形成对事物概括性和间接的认识。科学思维是从具体事物或现象中归纳、推理、演绎出新的认识或概念。Woodworth(1899)要求理解人的思想和行为的因果机制，这被视为科学思维概念的最早起源。Guilford(1967)提出的“智力三维结构模型”理论将智力概念中的创造性和发散性思维结合起来，是对科学思维的进一步深入研究。创造性思维是科学思维的主要特点。创造性问题解决模式(CPS model)的特点就在于强调发散性思维，而发散性思维的核心就是广泛假设、大胆验证，这正是科学思维的基础(Wood& Bilsborow, 2014)。Schafersman(1997)认为科学思维和科学方法密不可分，科学思维需要基于经验证据，逻辑推理，试验结论。Kuhn 和 Pearsall (1998)研究表明科学思维的两个阶段为设计实验并检验理论的研究阶段；用所得结果支持理论的推论阶段。Zimmerman (2007) 认为科学思维能力包括探究、实验、检验证据、推理能力。Klahr 和 Dunbar (1988)在一系列实验研究的基础上提出了科学发现双过程模型（Scientific Discovery as Dual Search，简称 SDDS）为科学思维的形成和培养提供了一个基本模型，其基本假设是科学思维需要两方面的问题空间：其一是假设空间包括在发现过程中所产生的各种假设；其二是检验空间，包括为证明假设所做出的各种检验和评估。并且他们提出了科学思维能力包括三项基本的认知成分：形成假设、假设检验以及证据评估(Klahr, 2000)。总之，科学思维的过程就是一个由点及面，由一个“中心”辐射扩散不同的角度，寻找科学知识，进行科学论证，创造性地探索多种科学解释的可能性(Deanna Kuhn, 2010)。这是一个理论与证据相协调的过程。
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2.2 综合教学法的相关研究
2.2.1 综合教学法的提出背景
在当代的教育实践中，尽管幼儿园开设了相关科学课程，甚至设置了专门的“科学角”等方式(Hanley et al., 2009)，但科学能力的培养仍旧局限于某些少量的教学活动或个体中，即使教师在呈现科学指导时也往往以一种无效或抽象的方式呈现，导致学前儿童对科学过程的卷入程度较低(Brenneman, Stevenson-Boyd,& Frede, 2009)。这就将科学教育间接变成了知识获得的过程，而实际上科学过程是一个分解知识、理解本质的过程。因此科学的提问方式可以帮助儿童投入到经验中并将儿童所学到的语言、文字、数学等概念整合在一起。 Gerde，Schachter 和 Wasik（2013）特别强调教学情境的重要性，而且研究表明幼儿园教师在教学情境中会使用更多的科学语言，这说明科学课堂为创设有效的沟通环境提供了便捷条件。当学前儿童沉浸在科学探索中，已有的科学知识将会帮助他们增加他们的词汇容量。在这种良好的沟通氛围下，教师通过鼓励儿童描述他们的观察、体问并预测结果等将会极大促进儿童科学思维的发展(Dickinson &Porche, 2011)。与其他教学方法不同的是，Gerde（2013）等人强调每个教师都可以鼓励学前儿童去观察、提问、预测、实验和讨论发现的结果。这就极大的提高了教学方法的灵活性和实用性，充分发挥教师在儿童科学探究过程中的辅助作用和儿童自身的主动作用，并且在灵活的教学过程中既可以促进儿童形成假设的能力、假设检验的能力也可以促进儿童评估证据能力的发展，为比较不同教学方法对促进科学思维能力三种基本成分提供了依据。
2.2.1 综合教学法的提出背景
在当代的教育实践中，尽管幼儿园开设了相关科学课程，甚至设置了专门的“科学角”等方式(Hanley et al., 2009)，但科学能力的培养仍旧局限于某些少量的教学活动或个体中，即使教师在呈现科学指导时也往往以一种无效或抽象的方式呈现，导致学前儿童对科学过程的卷入程度较低(Brenneman, Stevenson-Boyd,& Frede, 2009)。这就将科学教育间接变成了知识获得的过程，而实际上科学过程是一个分解知识、理解本质的过程。因此科学的提问方式可以帮助儿童投入到经验中并将儿童所学到的语言、文字、数学等概念整合在一起。 Gerde，Schachter 和 Wasik（2013）特别强调教学情境的重要性，而且研究表明幼儿园教师在教学情境中会使用更多的科学语言，这说明科学课堂为创设有效的沟通环境提供了便捷条件。当学前儿童沉浸在科学探索中，已有的科学知识将会帮助他们增加他们的词汇容量。在这种良好的沟通氛围下，教师通过鼓励儿童描述他们的观察、体问并预测结果等将会极大促进儿童科学思维的发展(Dickinson &Porche, 2011)。与其他教学方法不同的是，Gerde（2013）等人强调每个教师都可以鼓励学前儿童去观察、提问、预测、实验和讨论发现的结果。这就极大的提高了教学方法的灵活性和实用性，充分发挥教师在儿童科学探究过程中的辅助作用和儿童自身的主动作用，并且在灵活的教学过程中既可以促进儿童形成假设的能力、假设检验的能力也可以促进儿童评估证据能力的发展，为比较不同教学方法对促进科学思维能力三种基本成分提供了依据。
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3.1 研究目的·································· 19
3.2 理论基础································· 19
3.3 研究一 磁铁实验······························20
第 4 章 讨论····································· 31
4.1 学前儿童科学思维能力发展的差异性························ 31
4.2 综合教学法对学前儿童科学思维能力的促进作用···························31
4.3 教学内容的差异性··························· 32
第 4 章 讨论
4.1 学前儿童科学思维能力发展的差异性
根据本研究结果可知，无论是在综合教学法还是传统教学法组，还是在不同的科学探索活动中（沉浮实验、磁铁实验），学前儿童三种科学思维能力上表现出了一致性差异即假设检验能力的发展水平要明显好于假设检验能力和证据评估能力的发展水平。本研究结果与 Siegler 和 Chen（1998）的研究结果相一致。在 Siegler 和 Chen（1998）的研究中，研究者使用平衡木实验材料要求 4 岁和 5岁的儿童回答他们认为平衡木会发生什么样的变化。绝大多数孩子可以正确预测和解释当平衡木的一边被控制后，另g 边会下降或上升的趋势。而且经过有反馈的连续 16 次练习后，4 岁儿童可以和 5 岁儿童做的一样好。但是当增加一个新的变量后比如增加距离，4 岁儿童的反应准确率显著降低了，而且即使 5 岁儿童经过反复练习后成绩依然不理想。这说明了 4 岁或 5 岁儿童在整合不同变量以综合化的视角思考变量之间的关系能力上发展不足。
4.1 学前儿童科学思维能力发展的差异性
根据本研究结果可知，无论是在综合教学法还是传统教学法组，还是在不同的科学探索活动中（沉浮实验、磁铁实验），学前儿童三种科学思维能力上表现出了一致性差异即假设检验能力的发展水平要明显好于假设检验能力和证据评估能力的发展水平。本研究结果与 Siegler 和 Chen（1998）的研究结果相一致。在 Siegler 和 Chen（1998）的研究中，研究者使用平衡木实验材料要求 4 岁和 5岁的儿童回答他们认为平衡木会发生什么样的变化。绝大多数孩子可以正确预测和解释当平衡木的一边被控制后，另g 边会下降或上升的趋势。而且经过有反馈的连续 16 次练习后，4 岁儿童可以和 5 岁儿童做的一样好。但是当增加一个新的变量后比如增加距离，4 岁儿童的反应准确率显著降低了，而且即使 5 岁儿童经过反复练习后成绩依然不理想。这说明了 4 岁或 5 岁儿童在整合不同变量以综合化的视角思考变量之间的关系能力上发展不足。
本研究中所有参与实验的儿童平均年龄为 4 岁左右，且本研究结果表明 4 岁儿童形成假设的能力明显低于其假设检验的能力。这一点与以往研究也相一致。Piekny 和 Maehler（2013）在其研究中给儿童呈现一系列的动物图片，并要求儿童进行分类，且研究者会提示每种动物与其所属种类之间的关键特征。即使如此，研究结果仍发现 4-6 岁的儿童在完成这项任务中表现困难，而 7 岁儿童在此类任务中的成绩有所提高，但研究者指出形成假设的能力可能要到 11 岁才能正式出现。
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结论
本研究选取某幼儿园平均年龄 4.5 岁的儿童进行实验，实验组接受综合教学法，对照组接受传统教学法。两组均接受两次内容不同的教学（磁铁实验和沉浮实验）。考察不同教学方法对学前儿童科学思维能力具体为形成假设能力、假设检验能力、证据评估能力的促进作用。研究结果表明，综合教学法对学前儿童科学思维能力的促进作用高于传统教学法；4.5 岁儿童科学思维能力中假设检验能力水平最高，形成假设和证据评估能力水平较低；综合教学法对学前儿童科学思维能力的促进作用受到教学内容的调节，沉浮实验中学前儿童假设检验能力提升程度要高于磁铁实验。
参考文献(略)
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结论
本研究选取某幼儿园平均年龄 4.5 岁的儿童进行实验，实验组接受综合教学法，对照组接受传统教学法。两组均接受两次内容不同的教学（磁铁实验和沉浮实验）。考察不同教学方法对学前儿童科学思维能力具体为形成假设能力、假设检验能力、证据评估能力的促进作用。研究结果表明，综合教学法对学前儿童科学思维能力的促进作用高于传统教学法；4.5 岁儿童科学思维能力中假设检验能力水平最高，形成假设和证据评估能力水平较低；综合教学法对学前儿童科学思维能力的促进作用受到教学内容的调节，沉浮实验中学前儿童假设检验能力提升程度要高于磁铁实验。
参考文献(略)