兒童如何學科學：再思皮亞杰的理論及其科學教育價值

皮亞杰的學術思想博大精深、歷久彌新，越經受時間淬煉越展現出恒久價值。在日益重視科學教育的今天，重新回到皮亞杰，重思皮亞杰的思想，重拾皮亞杰的理論，對于在學術上更好地理解皮亞杰，在實踐中更好地回答“兒童如何學科學”這一問題仍不失現實意義。

一、科學認識論與學習心理學在通往科學知識“發生”之路上的統一

1.科學概念的心理建構：基于“復演說”的學習心理學與科學認識論的統一

發生認識論是皮亞杰最重要的學術貢獻。皮亞杰將認知結構的起源問題作為發生認識論的研究對象[1]，從所謂“科學知識”的總體中取樣數學、物理學等作為樣本，研究它們在科學上的發展史，然后去與個體關于這些知識的心理建構相比較，尋找或互相印證它們的同構性，從而實現科學發展與心理發生的統一。作為邏輯實證主義的思想先驅，恩斯特·馬赫（ErnstMach）認為，要理解人的認識何以可能這個問題，兩個學科具有基礎性的意義，一個是物理學，另一個是心理學，而且這兩個學科在這一過程中是密切聯系在一起的。在馬赫看來，物理學是占優先地位的科學，而心理學則幫我們意識到自己的感覺，心理學無法脫離科學單獨存在，他自己對科學思想史的檢視說明了這些觀念是如何發展起來的2。皮亞杰在馬赫的基礎上更進一步，更清晰地揭示了物理學和心理學之間的聯系。

在《心理發生和科學史》一書中，他通過對科學史發展的分析，證明科學領域的認知過程的機制緊密地對應于其在心理發生領域發現的機制。在這本書中，皮亞杰系統梳理了從亞里士多德到牛頓的物理學的發展史，以及從畢達哥拉斯到歐拉的數學的發展史，揭示了物理學和數學知識的歷史發展與心理發生之間的密切聯系。

思想史上，有一種觀點認為個體認識的發生與發展在總體上是人類認識的發生與發展在個體身上的重演。這被稱為“復演說”。如此一來，對人的認識的發生與發展之基本規律的探求就可以通過對個體的認識的發生與發展的研究來實現。因此，哲學上的認識論問題就可以被轉化為科學上的心理學問題。從“復演說”這一基本假設出發，皮亞杰認為個人知識的發展（個體發生）與科學知識的發展（系統發生）二者之間是同構的3。為了回答科學知識是如何形成的這一哲學認識論問題，皮亞杰將研究視角拓展至心理學，專注于研究“人類個體的認識是如何發生與發展的”。他認為，仔細研究邏輯行為在其最簡單的層面，尤其是兒童身上以及在不同發展層面上的表現，將使我們能夠更好地理解成人的邏輯行為，因此他最終把目光聚焦到兒童心理學的研究。結果發現，個體思維的發展真的重演了人類認識的發展，比如兒童最先掌握的“一一對應”關系與人類早期以物換物遵循相同的邏輯。于是我們看到，皮亞杰為了回答一個哲學上的認識論問題，另辟蹊徑去研究科學上的心理學問題，為了成為一個哲學家而選擇首先成為一位心理學家，為了成為一位心理學家進而又主動成為一位研究兒童的學習理論家，即兒童心理學家。這正是作為哲學家的皮亞杰和一般意義上的哲學家最大的區別。

2.蛻去基礎科學概念的先驗色彩：建構主義在康德之后的第二次歷史性飛躍

皮亞杰的發生認識論是建立在對傳統認識論的繼承和批判的基礎之上的，尤其深受康德的影響[4。正如皮亞杰所坦言：“我把康德的范疇拿來重新檢查一遍，于是形成了一門學科：發生認識論”[5]。其重要性主要體現在以下兩個方面。

一是知性范疇成為皮亞杰理論的重要構成部分。皮亞杰從這一起點出發，繼承和發展了康德在回答“人的認識何以可能”這一問題時提出的是因為人有“先天綜合判斷能力”這一基本觀點。在尋找人類知識大廈如何建構的征途上，康德雖然開創性地提出了“空間”“時間”等一系列作為認識何以可能之先決條件的范疇，但卻未能正視這些“范疇”的來源而把其視為先驗的，因此導致看似把長期爭執不休的唯理論和經驗論熔于一爐卻最終走向了先驗論的避難所。具有生物學背景的皮亞杰作為一位“受先驗論啟示的非先驗論者”，在“發生”的問題上果決地與先驗論分道揚鑣，創造性地從主客體相互作用的“活動”中找到了一切認知最初的源頭，系統回答了諸如空間和時間之類的在康德那里被視為先驗的范疇的心理起源問題。

眾所周知，空間和時間概念的建立是所有科學知識建構的起點。不管是牛頓的經典力學還是愛因斯坦的相對論，都是如此。以牛頓的經典力學來說，其整個體系都是建立在三個不可以被進行操作性定義的概念一一空間、時間和質量一一的基礎之上的，即使用這三個不可以被以可觀察進而可測量的方式界定的概念，從牛頓第一定律、第二定律和第三定律這三個不證自明的公理出發，在數學上邏輯展開的結果。因此，牛頓的經典力學被視為一個典型的歐幾里得式的公理化演繹系統。但與歐幾里得幾何學是一個純粹數學的公理化演繹系統不同，牛頓的這個體系在數學上的邏輯展開因為上述三個不可被定義的概念和三個不證自明的公理具有物理意義而成為科學而不僅僅只是數學。在這一公理化演繹系統中，空間被稱為絕對空間，時間被稱為絕對時間，其絕對的意義在某種程度上即體現了這兩個概念在當時具有的先驗色彩。正是皮亞杰的研究，才真正揭開了空間和時間的神秘面紗，蛻去了這兩個概念身上的先驗色彩。

二是以此為起點，皮亞杰在接受了康德提出的“知性范疇為自然立法”“感性不能思維”“理性不能直觀”

等思想的基礎上，更進一步彰顯了其對認識中主體性的強調，把范疇理解為知識結構的形式基礎，使之成為“認知格式”的直接來源，從而避免像康德一樣走向先驗論的不歸路。值得注意的是，康德的先驗圖示與皮亞杰的認知格式都強調主體已有的認知裝備是認知活動得以開展的工具和條件，但不同之處在于，康德的先驗立場不可避免地回避了圖示“來源”的問題，皮亞杰的認知格式通過“活動”賦予了動作靈魂，因而是動態和交互的。正是在這一意義上，我們才說建構主義作為一種學習心理學和科學認識論，在康德之后經由皮亞杰迎來了第二次歷史性飛躍。

3.心理主義與歷史主義：科學哲學與學習理論在“發生”觀點上的和而不同

皮亞杰的發生認識論作為一種科學哲學是心理主義的。與皮亞杰從心理主義出發的科學哲學相比，庫恩對科學進步的研究具有鮮明的歷史主義色彩。盡管兩人都從發生學的視角出發，認為描述科學進步背后的動力對于推動科學實踐具有重要意義，但庫恩強調外部社會因素的作用及其影響，皮亞杰則專注于對內部知識形式的闡釋。在《科學革命的結構》一書中，庫恩提出，對于科學來說不僅存在著革命，而且還有另外一種結構：常規科學時期。在這一時期，科學的進步往往通過穩步擴展科學知識的廣度和精度來探索當前科學領域懸而未解的謎題，是一項高度積累、連續的事業。當常規科學遇到解決不了的問題，即產生所謂的反常現象時，這預示著科學危機的來臨，新提出的范式成為更好的解謎題工具，各種新范式相互競爭，最后有一種解謎題能力最強的范式勝出，這就是所謂的“科學革命”，由此產生的科學進步是非連續性的[8。如果把皮亞杰通過圖式的同化和順應這兩個關鍵概念描述的心理發生與發展的基本邏輯與庫恩描述的科學發生與發展的基本邏輯放在一起進行比較，就會發現這兩個基本進程存在著高度的家族相似。只不過，一個描述的是個體的心理，另外一個描述的是人類的認識。皮亞杰理論中的“圖式”對應著庫恩理論中的“范式”，“同化”對應著“常規科學”，“順應”對應著“科學革命”，圖式的改變對應著范式的變遷。二者奇妙地構成了一種同構和互補的關系。如果說皮亞杰的建構主義作為一種學習理論為庫恩的科學革命理論提供了心理發生意義上的注腳，那么反過來，庫恩的科學革命理論作為一種科學哲學則為皮亞杰的建構主義學習理論提供了歷史發生意義上的背書。

當然，我們也要看到二者之間的不同。皮亞杰并未停留在歷史發生學中范式的取代與更替上，而是認為存在支配這種轉變更為深層的“內部邏輯”，把目光投向科學的心理發生機制。皮亞杰指出，所有認知發展背后的驅動力都是“不平衡”。如果把認識視為一個復雜系統，不管是心理系統還是社會系統，它都是可以通過漲落進行演化的。從這種立場出發，他將個體知識結構的平衡與科學之間的同構關系清晰描繪了出來。首先，平衡是一個依賴于先前知識結構的連續過程。其次，平衡的追求源于某種失衡狀態，隨之繼起的“再平衡”階段，涉及將新元素同化到現有的知識結構中。第三，所有認識發展都與“優化平衡”這一概念緊密相關，這意味著隨著時間的推移，認知主體（科學結構）與認知客體（現實世界）之間將形成一種“日益平衡”的狀態，認知主體將越來越擅長于滿足自身的認識需求，科學知識將不斷豐富與完善。因為它們能夠解決更多問題，回答更多疑問，并解釋更多現象1。庫恩和皮亞杰對科學的發生學機制的解讀，是分別從歷史與心理這兩個層面進行的。但從某種意義上說，歷史的發生和心理的發生又是同構的，甚至是統一的。庫恩在《科學革命的結構》一書的前言中曾經明確指出，自己對科學發展歷史的看法受心理學家皮亞杰的影響很大[]，皮亞杰對兒童科學概念建構與發展的心理學描述成為庫恩以歷史主義理解科學發展進程的一把金鑰匙。同時，也有論者指出，庫恩以兒童建立在同化和順應基礎上的科學概念的轉變來類比科學發展進程中的科學革命和常規科學時期盡管不乏啟發意義，但從時間向度上看，二者的順序是相反的[12]。這正是歷史主義的科學哲學與心理主義的學習理論在“發生”觀點上的和而不同。

二、皮亞杰理論之于科學教育價值：兒童究竟如何建立時間的概念

1.皮亞杰對一些基礎科學概念的心理發生學研究具有重要的科學教育價值

眾所周知，20世紀60年代，在美蘇冷戰的大背景下美國發生的那場由布魯納領導的影響深遠的結構主義課程與教學改革運動，主戰場選擇的就是數學和科學。當時，在推進科學教育改革的過程中，領軍人物施瓦布（JosephJ.Schwab）曾經提出過一個基本的改革綱領，即“作為探究的科學”和“作為探究的科學教學”[13]。在施瓦布看來，科學本身就是一項探究的事業，科學教學顯然應該也是一個探究的過程。而要做到這一點，首先要回答的一個基本問題是：如果科學本身就是一項探究的事業，那么這究竟是一種怎樣的探究。這顯然是個科學認識論問題，只有科學史和科學哲學才能回答。只有搞清楚了科學究竟是一種怎樣的探究過程，才有可能讓學生在科學教育中重演這種過程。但僅有科學史和科學哲學在認識論層面上對這個問題的回答仍然是不充分的，還必須搞清楚這一探究過程在個體心理層面上的發生和發展的機制。正如前面的討論所指出的那樣，對這一問題的回答，正是由皮亞杰做出的。

在皮亞杰看來，盡管科學認知呈現出千差萬別的特點，但如果從心理學認知發展的角度來審視，就會發現它們展現出驚人的相似4。皮亞杰圍繞兒童空間、時間、速度等概念的形成，采用群組研究法，以臨床觀察為手段開展了大量實驗研究。具體做法是，在演示事件發生的動態過程后，針對發生的事件提出相關問題，通過兒童的回答判斷其對這一概念的掌握水平，并進一步探究影響兒童認知發展背后的心理機制。這里還有一段淵源值得提及。20世紀40年代，皮亞杰在達沃斯遇到了愛因斯坦。愛因斯坦告訴皮亞杰，自己的相對論的理論建構在數學上已經沒有問題了，但仍在科學家群體中面臨質疑，原因在于相對論本身不能回答其心理起源的問題。當時，愛因斯坦在一個有關哲學和心理學的講座中提出了有關于時間的幾個基本問題：比如，我們對時間的直觀理解究竟是原始的還是派生的？它是否與我們對速度的直觀理解相同？這些問題對兒童時間概念的產生和發展有什么影響？受愛因斯坦提出的這些問題激發，皮亞杰隨后圍繞兒童究竟是如何建立時間概念的展開了長期研究。但當初他并沒有期望能得到任何結果，因為“幼兒構建的時間關系在很大程度上是基于他們從成人那里聽到的內容，而不是基于他們自己的經驗”[5]。直到對兒童數字和數量概念進行了研究之后，他才找到了一種方法來理清時間概念的各個方面，并將其特定內容與有關空間和運動的概念區分開來。皮亞杰前后一共花了二十余年的時間，對物理學中的一系列基本概念與范疇，諸如空間、時間、速度等進行了發生學意義上的深度探索，在系統回答了兒童究竟是如何建立這些科學概念的同時，也回答了經典力學、特別是相對論的心理起源問題。這不僅是科學史上的一段佳話，而且也為科學教育提供了新的啟發。其中尤其值得關注的莫過于對兒童究竟是如何建立時間概念的研究。管中窺豹，可見其一斑。

2.皮亞杰揭示時間在本質上是兩種運動的同步：正午的炮聲及其教育意蘊

皮亞杰認為時間在本質上是兩種運動的同步。他發現，兒童的時間概念經歷了從“直覺時間”到“運算時間”的發展階段[1。與傳統上具有先驗性質的時間概念不同，皮亞杰認為普通且度量均勻的時間觀并非天生具備，而是在個體的早期發展中通過感覺印象或者知覺形成“直覺時間”。隨著與宏觀環境互動的不斷推進，兒童逐漸超越單純的感覺材料，運用邏輯逐步形成更加成熟的“運算時間”概念。他提出“時間是協調性位移的圖式”[17]，兒童最初對時間的理解是局部的、具體的，每種“時間”都與某一特定的運動或事件相關聯，它無法將這些局部的事件整合成一個統一的普遍時間[8]，而這種普遍時間是支撐所有局部時間的基礎，只有兒童將不同的運動或事件進行協調，才能真正理解時間的概念，這個協調的過程本身就是時間的體現。這意味著，如果要通過教學幫助兒童建立時間的概念，最好的辦法就是提供兩種不同的運動，其中一種運動是兒童自身肢體的運動，另外一種運動則是具有典型意義的用來計時的鐘表的指針的運動，然后讓兒童想辦法把這兩種不同的運動協調起來，而這一協調的過程，就是兒童對時間進行感知進而建立起時間概念的過程。

因此，在科學教育中，幫助兒童建立時間概念，一種典型的教學策略是教兒童認識鐘表。具體來說，就是先提供一種外在于兒童的運動，即鐘表的指針的運動，同時要求兒童以自己的肢體提供另外一種內在于本身的運動，比如走步。當兒童聽著鐘表指針的滴答聲向前邁步時，他很自然地就會把自己腳步的節奏與鐘表指針運動的節奏協調起來，這種踩準點就是兩種運動的同步，而這一過程本身就意味著時間。在這里，筆者不由得想起克里斯（RobertP.Crease）在《度量世界：探索絕對度量衡體系的歷史》一書中講到的一個故事，即“正午的炮聲”[9]。在某個遙遠國度有個村莊。當地有個軍營，軍營有個炮臺。每天正午，在完全相同的時間，大炮會轟鳴一聲，村民便知道下午開始了。幾個世紀以來，一直如此。一個十多歲的孩子特別想弄清楚，大炮為何會在正午那個時間點準時打響。一天，那孩子去問炮手，他每天是怎么弄響那尊大炮的。炮手對孩子說，他是在指揮官的命令下放炮，而指揮官的職責之一包括佩戴最精準的手表，精心確保手表與準確時間同步。那孩子又去找指揮官，指揮官驕傲地向孩子展示了工藝精良、走時準確的手表。孩子問怎么校準時間呢？指揮官告訴孩子，他每周前往小鎮一次，每次都走同樣的路線。鎮上的鐘表匠開的小店坐落在那條路旁，鐘表店的櫥窗里有個巨大、貴重的座鐘，每次他都會站在窗前校準時間。第二天，孩子前去拜訪鐘表匠，詢問如何校準櫥窗里的大鐘。“就用這地方每個人都用的唯一可靠的方式啊，”鐘表匠說，“根據正午的炮聲校對。”這個故事揭示了時間的本質，其中蘊含著幾種不同的運動，當人們試圖把這幾種不同的運動同步起來時，時間的概念就出現了。

3.兒童為什么認不清鐘表：小學科學教育其實并沒有我們想象的那么簡單

時間是一個具有基礎性的科學概念，因此也是科學教育要教授的基本內容。但在實踐中我們經常會發現，低幼階段的兒童普遍認不清鐘表。其實，這是有原因的。鐘表是計時的工具。兒童要認得清鐘表，首先要建立起時間的概念，即兒童要能夠意識到時間是兩種運動的同步。但是，即使兒童能夠做到這一點，他也無法以幾點幾分的方式正確地讀出表盤上的指針所指示的時間。原因何在？是因為在上述這個階段，兒童建立的時間概念還只是“直覺時間”而不是“運算時間”。對于這一階段的兒童來說，如果表盤上較短的時針指向3而較長的分針指向12，他就會說現在的時間是三點整。如果表盤上較短的時針指向3而較長的分針指向6，他就會說現在的時間是三點半，而全然意識不到后面的這個鐘表出了問題。這是因為成人告訴他，分針指向12就是整點，指向6就是半點，時針指向幾就是幾點。這就是前面提到的皮亞杰所屬的“幼兒構建的時間關系在很大程度上是基于他們從成人那里聽到的內容，而不是基于他們自己的經驗”。這就讓時間概念的教學變成了教師簡單機械地灌輸而學生生搬硬套地應用的過程。這種類型的硬教在科學教育中是普遍存在的。事實上，要正確讀出鐘表上的時間，僅有“直覺時間”的概念是不夠的，還要建立“運算時間”的概念。皮亞杰的研究啟發我們，兒童之所以不能夠正確讀出鐘表上的時間，是因為不能建立分鐘和小時之間的關系，而這涉及到進制，這已經超越直覺時間依賴的單純的感覺材料，而必須上升到運用邏輯的“運算時間”的層次上。也就是說，不建立進制的概念，兒童無法正確讀出鐘表指示的時間，而不理解位值，又不可能真正懂得進制。由此，我們便可以理解為什么皮亞杰當初在開始對時間的研究時并沒有期望能夠得到任何結果，直到對兒童數字和數量概念進行了研究之后，他才找到了一種方法來理清時間概念的各個方面，并將其特定內容與有關空間和運動的概念區分開來了。

皮亞杰有關數學的研究昭示我們，對于一個兒童來說，建立自然數的概念，在難度上遠遠超過一個成人學習微積分。這句話對于科學教育來說，同樣成立。越是低幼階段的兒童，科學教育的難度越大。在小學科學中，涉及到一系列非常基礎的概念，而越是基礎的概念就越難理解。比如什么是時間、什么是空間，這些看似不言自明的概念恰恰是最難理解的，不僅對兒童來說如此，對成人來說如此，對科學家來說也是如此。越基礎的概念在科學史上出現的時間越晚，就是這個原因。皮亞杰的研究不但展現了這些這些基礎概念在科學史上演進與發展的基本邏輯，而且還揭示了這些基礎概念在個體身上具體的心理發生機制，從而為我們如何在科學教育中幫助兒童建立起這些基礎的科學概念，進而利用這些科學概念展開科學推理提供了指南。皮亞杰的理論對科學教育最大的啟發，在于幫助我們破除這樣一種誤解，即小學科學很簡單，任何接受過中學教育的成人都可以教，事實上根本不是這樣。看似簡單的科學概念背后，蘊含著非常深刻的思想內涵，要經歷一個非常復雜的心理過程，才能夠真正理解這些看似簡單的科學概念背后蘊含的深刻內涵。記住一個科學上的名詞不是科學教育，而是語文教育，搞懂這個名詞究竟是什么意思才是科學教育。

三、對科學教育的當代啟示：從“表述的邏輯”走向“發現的邏輯”

1.以學習心理學和科學認識論的統一讓科學史與科學哲學真正走進科學教育

科學教育工作者接受皮亞杰的理論是有充分的認識論理由的：它是一種自然主義和心理學的認識論，從根本上關注知識的增長2。如此一來，皮亞杰的建構主義對于科學教育而言便具有雙重意義。它不僅在心理學的意義上像一般的學習理論那樣解釋了學習究竟是如何發生的從而為如何改進學習奠定了科學基石，還在哲學的意義上為在科學教育中究竟學什么賦予了深厚的認識論底蘊，更在這一過程中完美實現了二者的統一，解決了學什么和怎么學之間長期割裂的問題。教育史上，自近代以來，便一直存在著“學科中心”和“兒童中心”之間曠日持久的爭論與對崎，雖然杜威提出以“活動中心”來整合學科中心和兒童中心，以消弭二者之間的對立，但真正在理論上講清楚這種統整究竟如何可能，從而實現學科本位和兒童本位兩種不同邏輯之統一的，還是皮亞杰。因為皮亞杰的發生認識論從根本上論證了科學知識的邏輯和兒童心理發展的邏輯是一致的。從這一意義來說，兒童學習科學的過程只不過是科學發展的歷史進程在個體心理層面上以具體而微的方式重演而已。正因如此，皮亞杰才說“理解即發明”“智慧通過組織自己來組織世界”[21]。對于科學教育來說，兒童對科學概念的理解，在本質上是一個和科學家當初發明這些概念來對這個世界進行組織一樣的過程。

科學教育追求的并不僅僅只是讓學生習得具體的科學知識，更重要的是讓他們對“科學究竟是什么”這一問題即“科學本質”（NatureofScience）形成基本的理解與認知。而對科學究竟是什么這個問題的回答主要是由科學哲學而不是由具體的哪一門科學來完成的。因此，科學哲學對于科學教學便有了非同一般的意義。一般科學認識論在回答這一問題時往往都是采用歷史的方法，即從科學歷史演進中尋求科學知識不斷增長的內在邏輯。黑格爾在《哲學史講演錄》中曾經指出哲學與哲學史不可分。他的意思是如果要寫一部哲學史，首先要回答哲學是什么這個問題。因為只有先定義了哲學是什么以及不是什么，才能寫出一部真正屬于哲學的歷史。但反過來，要想回答哲學究竟是什么這個問題，又必須首先對過去的、現在的各種各樣不同的哲學有一個總體把握，只有這樣才能真正搞清楚哲學究竟是什么。其中體現的辯證法，內在地蘊涵著歷史與邏輯同一的思想方法。同樣，科學與科學史也不可分。對科學究竟是什么這個問題的回答離不開對科學發展歷史進程的梳理和把握，而對科學發展歷史進程的梳理和把握又不可避免地要以對科學究竟是什么這個問題的回答為前提。如此一來，科學史便也對科學教學具有了重要意義。在科學教育中，呼呼引入科學史和科學哲學并把其作為達成對科學本質之理解的基本指南的聲音此起彼伏，始終不絕于耳[22]，原因便在于此。

事實上，自20世紀40年代以來，科學史便開始以各種不同方式被引入科學教育，科學哲學也借此機會得以滲透進科學教學，在促進學生的“科學理解”（UnderstandingofScience）上發揮了重要作用。先是在時任校長柯南特（James Bryant Conant）引領下，哈佛大學把科學史課程引入本科通識教育。20世紀60年代，在推進結構主義課程與教學改革的歷史進程中，科學史又被作為中小學科學教育課程建構與教學革新的重要資源。在這一過程中，庫恩在《科學革命的結構》一書中提出的學術思想發揮了廣泛影響。科學史不斷進入科學課程，在以下兩個方面塑造了科學教育的歷史面貌。第一，影響了學生對科學的態度，這是情感層面的；第二，形塑了學生對科學方法的理解，這是認知層面的。20世紀80年代以后，伴隨著科學素養被作為科學教育的目標得到廣泛認同和普遍重視，科學史和科學哲學在科學教育中的地位進一步凸顯。進入21世紀，自庫恩開始發軔的這股潮流更是蔚為大觀，對兒童概念轉變、建構主義、科學技術與社會研究以及科學教育的文化研究這四個科學教育的新興領域發揮了極為深刻的影響[23]。時至今日，科學教育中需滲透和蘊含HPS（HistoryandPhilosophyofScience）理念，已經成為普遍共識。但是，我們必須認識到，即使科學哲學和科學史對“科學究竟是什么”這個問題做出了令人滿意的回答，也不能保證在科學教育中就可以實現讓學生對科學本質有所理解與認知的目的。因為要做到這一點，還必須回答另外一個問題，即兒童在對科學究竟是什么這一問題進行探求的過程中，其具體的心理機制究競是怎樣的。沒有對這個問題的探索，科學教育往往就會把科學哲學和科學史對科學究竟是什么這一問題上獲得的認識作為知識以簡單機械的方式硬教給學生。由此導致即使學生能夠在口頭上回答出科學究竟是什么，但仍然對這一問題難以形成真正的理解。皮亞杰通過對兒童科學概念建構和科學推理能力發展的心理過程與機制的研究，對這一問題進行了有效回應。從這一意義上來說，真正讓科學史和科學哲學走進科學教育，還是皮亞杰。

2.從表述的邏輯走向發現的邏輯：科學課程建構與教學實施的“哥白尼革命”

皮亞杰的發生認識論在對數學和科學之心理發生的具體研究中獲得的一系列結論表明，兒童建立科學和數學概念的基本過程在總體上是對這些概念在科學和數學史上發展進程的重演，而且這種重演在時間順序上正好是反過來的。比如，就幾何學的歷史來說，是先有歐式幾何，再有射影幾何，最后才有拓撲幾何。但兒童對幾何概念的建構遵循的卻是相反的順序，即先從拓撲概念的建構開始，經過射影幾何的中間階段，最終建立起歐式幾何的概念。再比如，在經典物理學中，時間是一個比速度更基礎的概念，但對兒童來說，是首先建立起速度直覺，而后才建立起時間概念。這體現了科學發展進程中存在著的兩種不同的邏輯，一種是發現的邏輯，另一種是表述的邏輯。發現的邏輯遵循的是從具體到抽象的歸納式路徑，而表述的邏輯遵循的是從一般到具體的演繹式路徑。一個形象的比喻就是剝洋蔥和做洋蔥。科學發現的過程是一個從外向里不斷深人的過程，而科學表述的過程則是從里向外不斷拓展的過程。越是基礎的科學概念，在科學史上出現的就越晚。比如空間和時間之于經典力學，電子和電荷之于電學，都是如此。如此一來，對于數學和科學教育來說，先教什么后教什么就一目了然了。

這對于科學課程和數學課程的建構及教學的實施無疑具有基礎性的意義。比如，在電學中，讓學生感受到靜電后馬上就用電荷的概念對其做出解釋，這無疑是一種上帝視角。在電的科學史上，人們是最早認識到靜電不假，但當時并不能以抽象的科學概念對其做出有效的科學解釋，只能做到對現象的經驗描述。一直到了伏打的年代，才初步建立起了電荷的概念，并使用這個概念來解釋電現象。其后，麥克斯韋完成了經典電動力學的建構，但成功描述了電磁場的經典現象，實現了電和磁的統一，對電現象本質的認識向前邁進了一大步，但在微觀層面仍面臨一些挑戰，特別是在高能粒子碰撞和放射性過程的解釋上。等到了20世紀之后，伴隨著核物理學的研究不斷取得突破，特別是量子力學的進步，科學家對電現象的解釋在空間和時間尺度上就更近了一步，最典型的代表就是量子電動力學的出現，才能更深入地理解電現象的微觀機理。這意味著，在科學教育中，電學課程的建構應該遵循電學發展歷史的邏輯，即發現的邏輯，而不是表述的邏輯，即演繹的邏輯。否則便違背了兒童心理發展的邏輯，其結果只能是讓探究和發現變得不可能，或者純粹流于形式。因為這種帶有后見之明的發現連當時絕頂聰明的科學家尚且都做不到，何況我們年紀尚幼的學生？

如果說科學課程的建構是一個教師做洋蔥即從抽象到具體的過程，那么科學教學的實施則是一個學生剝洋蔥即從具體到抽象的過程。這也正是杜威所謂“教育即經驗的改組與改造”這句話的真正含義。杜威有關“教育即經驗”的斷言廣為人知，卻也被經常誤讀。在科學教育中，很多人為了抨擊針對科學概念抽象晦澀的灌輸式教學，甚至認為僅僅只是讓兒童動手體驗就行。這是錯誤的。正如杜威自己指出的那樣，所有的教育都需要從經驗出發，但并不是所有的經驗都具有教育價值。所謂“經驗”，是一個從具體到抽象不斷上升的過程。如果教學只是停留在具體的經驗上，那叫做玩耍；如果教學直接從抽象的概念出發，那叫做灌輸。皮亞杰的發生認識論在心理學上揭示了如何從具體的經驗出發，通過兒童肢體動作的協調，逐步上升抽象的經驗，從而在心理發展上臻于形式運算的水平。對于科學教育來說，課程的建構必須服務于教學的目的，即促進兒童從樸素的直覺概念出發一步一步走向科學的抽象概念。這個過程在心理上重演的正是科學家科學發現的過程。而這才是科學教育中所謂“探究”的真正含義。

作為知識體系的科學表現為命題網絡[24]。康德就把科學定義為一個由被證實為真的陳述構成的系統[25]。它作為一個公理化演繹系統，遵循的是表述的邏輯，但當我們把它轉化為課程時，就不能再采用這種邏輯，而應該采用發現的邏輯。因為只有科學發現的邏輯和兒童心理發生的邏輯才具有一致性。其更深層次的原因在于，科學發現的邏輯本身也是一種心理發生的邏輯。科學史家伯納德·科恩（I.BernardCohen）曾經指出：“近代科學一直在發生變化，這種動態性是它的主要性質或獨特性質。不幸的是，初等教科書和一般科學著作都強調對它的邏輯呈現”[26]。更加不幸的是，這種狀況時至今日仍還都沒有根本的改觀。20世紀60年代，布魯納在領導結構主義課程與教學改革運動時，曾經提出螺旋式課程，試圖通過基于學科結構的螺旋式課程來統一科學知識本身的邏輯和兒童心理發展的邏輯，進而實現杜威沒有能夠做到的以活動中心來統整學科中心和兒童中心的夢想。這顯然是不可能完成的任務。因為作為一個公理化演繹系統，科學知識呈現的邏輯實際上是表述的邏輯，而不是發現的邏輯。只有皮亞杰通過發生認識論在心理學上揭示了科學中蘊含著這兩種不同的邏輯，這一目標才有真正達成的可能。正如康德通過純粹理性批判發動了認識論和形而上學的哥白尼革命一樣，皮亞杰的理論也必將給科學課程的建構和教學的實施帶來一場新的哥白尼革命，推動其從表述的邏輯走向發現的邏輯。

四、結語

在這個一路狂的年代，人們對創新的追求讓我們過度沉迷于對“新”的渴望而忽視了對“舊”的品味。這一點在教育學的理論建構及其向實踐中的應用轉化上體現得尤其明顯。層出不窮的教育新概念和新理論讓人目不暇接，然而真正能夠經受住時間考驗的卻寥寥無幾。皮亞杰的理論算不上完美，自提出以來便一直面臨著各種批評。但這個世界上本來就沒有完美無缺的理論，否則學術何以進步？或許，我們在批評皮亞杰和提出新理論的同時，也需要投人更多時間和精力來理解和踐行皮亞杰。在不斷重讀皮亞杰的過程中，筆者常常反思，哪怕皮亞杰的理論在教育實踐中僅有小一部分能夠真正落地生根，能夠走進課堂教學，而不僅僅只是停留在論文里，我們的科學教育就會取得巨大的歷史進步。

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作者簡介：

鄭旭東：教授，博士，博士生導師，研究方向為教育技術學基礎理論。王楠鑫：在讀本科，研究方向為科學教育。周子荷：講師，博士，研究方向為學習科學、教育信息技術。

How ChildrenLearn Science：Rethinking Piaget's Theory and Its Value in Science Education

ZhengXudong，WangNanxin，Zhou Zihe

FacultyofArtificialInteligence inEducation，Central China Normal University，Wuhan，43oo79，Hubei

Abstract：Piaget'sgeneticepistemologyrepresentsaunificationoflearningpsychologyandscientificepistemologyItelucidatesthe psychologicalmechanismsbehindtheconstructionofscientificconceptsandremovestheapriorinatureofsomefundamentalscientific conceptsrevealingthbasicgicofttocalevelopentofsiene.Thispperexplorsowldreestablsthoncptofteto illstratefrooseeofget’sofieuatioogthatprayieeduatiosotest mightseem.Teostimportantisigtofaget’sthyforotemparysieeeducatiostitegatioofttydilooy ofscienceintoscienceeducationthroughtheunfationofleaingpsychologyandscientificepistemologyThisapproachpromotesthe constructionofsciencecuriculaand theimplementationof teaching fromthelogicofpresentationtothelogicof discovery.

Keywords：geneticepistemology;leamingpsychology;logicofdiscovery;logicofpresentation;scienceeducation

收稿日期：2025年1月1日責任編輯：宋靈青