非正式環境下兒童科學知識建構環境的構建

胡金艷，蔣紀平

（1.河南師范大學 教育學部，河南 新鄉 453000；2.河南科技學院，河南 新鄉 453003）

新冠肺炎疫情的復雜變化使得整個社會防疫常態化，家庭成了兒童主要的學習和活動場所。那么兒童在家庭這個非正式學習環境下所感興趣的問題與學校有什么不同，其探究活動有什么樣的獨特流程，如何創設支持性的家庭科學學習知識建構環境等問題就成為刻不容緩的問題。兒童自出生后就開始積極認識世界，不斷建構對自然界的直覺性理解，在正式的學?？茖W教育開始之前充斥著大量的科學學習機會。兒童時期是人的一生中問出“為什么”最多的階段，這些問題幾乎都深深植根于日常真實場境，然而父母往往會錯失支持孩子學習的機會，[1]使得兒童未能很好地發展科學興趣、理解科學知識、提升推理能力、參與科學實踐。相對于正式的學校教育環境，非正式環境（如家庭這個主要的社會構型）中的兒童科學學習的潛在價值常常是被忽視和低估的。我國教育部于2012 年正式發布的《3～6 歲兒童學習與發展指南》從健康、語言、社會、科學、藝術五個領域描述兒童的學習與發展，指出兒童的科學學習是在探究具體事物和解決實際問題中，嘗試發現事物間的異同和聯系的過程，其核心是激發探究興趣，體驗探究過程，發展初步的探究能力。

科學家和非科學家對于科學最常見的一個認知差異在于：很多兒童和成人傾向將科學視為一套既定的事實，而不是一種持續的知識建構過程。[2]這一差異阻礙了兒童進行科學學習的嘗試和養育者提供支持的積極性。知識建構（Knowledge Building）是加拿大學者Scardamalia, M 和Bereiter,C 于上世紀80 年代提出的知識創新學習理論。[3]該理論基于12 條原則，強調從真實問題出發，反對知識告知式的傳授，能夠包容學習者的“非科學的”“幼稚的”甚至是“錯誤的”觀點，認為這些產生于真實場境中問題和觀點是具有生命的，能夠持續改進和升華。知識建構的理念和實踐特征很好地契合了兒童階段偶發性科學問題的教與學，科學的教與學的機會總是以不可預測的、偶然的方式出現在人們的日常生活中。[4]本文通過跟蹤一個8 歲男孩子S 的多個家庭科學學習案例來分析非正式環境的構建。

一、非正式科學學習問題的特征

已有研究將學習者探究的問題分為預先設計的腳本問題（scripted problem）、自然而然出現的生成性問題（emerging problem），[5]認為培養認知存在的關鍵在于提出有效的問題。Sadaf&Ertmer（2012）等發現確保兒童所提出的問題是真實的且源于他們的個人經歷，有助于培養他們的認知。[6]日?？茖W學習也具有兩種截然不同的類型：一類是不經意間發生的、偶發性的即時性學習；另一類是發生在圍繞科學學習而精心設計的，主題明確的場所中的預設性學習，[7]由兒童在生動的家庭日常場境中自發提出的科學問題所引發的建構性學習通常屬于前者?？茖W學習具有社會性本質，團體認知主要是從社會學視角來理解人類的學習，本研究借鑒了Stahl[8]的團體認知分析的維度，比較了偶發性問題和預設性問題的異同（見表1）。

表1 偶發性問題與預設性問題對比

從問題產生的情境來看，非正式環境中的場境是非人為的、未經過刻意安排的自然情境，學校課堂教育中一般是基于人工創設的情境，具有正式性、預設性。如S 在某天清洗西瓜時提出“西瓜放到水里會沉下去還是浮上來？”這一初始問題，家庭成員與S 一起進行了簡單的討論，并未達成一致意見，之后共同設計實施了“不同水果在浴缸中浮沉的實驗→空心或其他材質物體的浮沉實驗→混合物體的浮沉實驗→有關浮力的故事會→簡易潛水艇模型制作”等一系列漸進式、基于家庭情境的探究活動。

從問題提出的主體看，非正式環境中的問題通常是由兒童主動自發提出，正式環境的學校教育中的問題一般由教師或者師生依據課程目標提出。

從學科來看，與學校教育中界限分明的學科教學不同，兒童自然形成的問題顯示出一定的復雜性和綜合性，[9]可能會涉及多個領域與學科。如S 提出的“為什么晚上剛關燈時感覺特別黑，過一會兒就沒那么黑了”這一問題的持續迭代知識建構活動中，涉及到了物理知識（光線的強弱與傳播）、生理學知識（瞳孔的自我調節）、心理學知識（明適應和暗適應）等多學科交叉領域的內容。

從偶發性問題的內容看，偶發性問題的提出往往猝不及防、難以預測，多是植根于生動有趣的直接經驗中自然生成的，反映了兒童最真實最原始的認知和興趣。

從活動組織形式來看，與學校教育中高度結構化、順序的、預設的活動組織形式不同，偶發性問題很難提前設計出系統的教學活動，使得活動的組織具有非結構化的、即興的和機會主義的特點。如在探究“動物的牙齒和消化”問題時，得到一個偶然的機遇去參觀了獸醫實驗室。

從有無專家指導來看，不同于學科教師經過精心的教學設計，偶發性問題的復雜性和綜合性導致了成人很難依據自己的經驗完整地直接回答，兒童對家庭成員也不像對傳統教師那樣視為高高在上的權威，基于知識建構對等的知識發展、民主化的知識成了一個可能的選擇。使得家長從傳統的“權威”轉向“自由”，家長在兒童所提科學問題領域“非專家”的身份，使得兒童的提問更加敢于冒險，不用擔心被嘲笑。已有研究者發現，人們往往會去征求非專業人士的意見，因為他們看上去更親近友好，向外行人求助時會比向領域專家求助時感覺更舒適。[10]家庭科學學習的知識建構過程成為真正的民主化過程。在這個過程中，不僅兒童的科學興趣與科學思維得到發展，社區其他成員的知識也得到了提升。

從評價方式來看，預設性問題的教學更適合低階技能培養，一般用標準化測量來衡量，而與之相對應的偶發性問題教學，強調創造性等高階技能，其結果很難用量化方法評估。[11]偶發性問題的這些特點決定了它需要更具有創造性的方式來解決。

二、非正式科學學習與知識建構原則的映射關系

知識建構是基于原則的教學，反對程式化的教學模式，從而具有極大的靈活性。作為21 世紀學習科學領域具有代表性的理論，其對知識創造的強調給那些在傳統教育體制下逐漸喪失的主體批判能力和創造性等帶來了復蘇的希望，也使得主體固有的對標準化知識盲目吸收的麻木態度、平庸刻板的認知方式、人云亦云的思維模式、視一切日常知識為理所當然和顯而易見的素樸信念有了重塑的可能。將本研究的個案探究過程與知識建構的12 條原則進行映射對比，發現二者高度契合，進一步印證了知識建構用在家庭非正式環境中的科學探究是適合的。映射總結見表2。

表2 知識建構12 條原則在非正式環境個案中的映射

三、兒童非正式科學學習的一般流程

知識建構是基于原則的、以觀點為中心的教學，雖沒有固定程式化的模式，但在觀點持續改進的過程中，有其一般的發展規律和流程。非正式環境下的科學問題的提出往往猝不及防，植根于兒童真實的社會化生活，與學校教育中知識建構課堂由社區成員人工創設的類社會化的、半真實的情境有所不同，因此非正式環境下的知識建構流程不能從學校課堂教育模式中簡單移植，本研究在張義兵（2018）[12]知識建構課堂教學過程五階段的基礎上（形成問題情境→提出個人觀點→持續改進觀點→形成社區知識→融入過程的知識建構評價），在對案例進行多次迭代的過程中，逐步摸索出針對非正式環境下的兒童偶發性問題知識建構的五個步驟。

（一）提出偶發性問題

非正式環境下的兒童科學學習常常是由兒童自發提出的疑惑或觀點作為知識建構的起點，是基于非人為設計的場境提出的真實問題，具有非線性、開放性的特征，代表兒童原始的認知以及迫切想要了解的知識。即使是幼小的孩子提出的科學問題，家庭社區的成員往往也不能立即給出準確的答案，但是要給予足夠的鼓勵、肯定與重視，將兒童自己的問題當成家庭社區中要緊的事情，為問題的探究和解決提供了條件與可能。如S 提出的“所有的動物都是由母親生的嗎？有沒有動物是父親生的？”，家長也需要查詢權威資料才能確定答案（小海馬由雄海馬的育兒袋孵育）。

（二）倒推問題情境，捕捉真實問題

由于表達能力的局限以及對自然世界固有的迷思概念，兒童在代際群體中的話語權較弱，他們往往不能準確地描述疑惑，會使用錯誤的詞語、無邏輯的句子，或使用支離破碎的關鍵詞描述片段化的場景，甚至僅用動作、表情等非語言的形式表達。所以這些情況下的真實問題捕捉就顯得尤其重要，父母常常會錯失支持他們孩子學習的機會。[13]這種“錯失”在很多情況下是從未能捕捉到兒童的真實問題開始的，這樣不但會喪失該科學問題的知識建構良機，還會使兒童有一種挫敗感，產生更多的疑惑，從而降低對科學探索的興趣，抹殺他的好奇心和冒險精神。問題的捕捉需要還原到真實問題產生的情境中去，這個步驟是學校課堂知識建構的第一步，但在非正式環境下需要由問題倒推問題產生的情境。如S 最初提出的一個問題：“晚上關了燈為什么會很黑？”，爺爺直接回答關了燈當然黑了，認為這根本不是個問題，他繼續描述：“就是晚上臨睡前，剛關了燈時比不開燈更黑，我已經觀察好幾個晚上了?！边@個描述依然不是非常清晰，他說“觀察好幾個晚上”，說明他反復確認這不完全是自己的主觀感受，是確實有這種現象才提出這個問題的。通過鼓勵他仔細描述疑問產生的過程，確定問題是：“剛關燈的時候感覺特別黑，過一會兒后，感覺沒有那么黑了，但是并沒有開燈增加光線?！?/p>

（三）提煉科學問題，確定最近發展區

維果斯基的“最近發展區”理論認為，兒童的發展主要是通過與成人或更有經驗的同伴的社會交往而獲得的。最近發展區理論解決了知識建構中個體的認知起點問題，與學校教育中細致的分科不同，來源于非正式環境下的真實問題總是充滿了復雜性與綜合性，兒童的疑惑與觀點并沒有表述為一個清晰確定的問題，往往是模糊而混亂的陳述，或一系列問題組成的問題群，需要針對孩子當時的年齡、興趣、認知特點等提煉出適合進行探究的科學問題，隨著一個焦點問題的逐步深入理解，再根據兒童的最近發展區，設計新的知識建構活動，推動觀點的提升。如三歲時S 提出“雞蛋是從哪兒來的”“小雞是蛋孵出來的，為什么我不是？”等問題時，需要依據三歲兒童的認知發展，提煉出焦點問題“人（哺乳動物）和雞（卵生動物）的最主要的區別”。針對六歲時提出的“剛關燈時感覺特別黑”的問題可以從生理學、心理學、醫學以及很多文學作品中找到解釋的依據，但對于六歲兒童而言，用實驗觀察的方法讓其參與到知識建構過程中，去直觀地感受瞳孔的變化是最好的辦法。

（四）持續改進觀點，形成社區知識

兒童偶發性科學問題的提出雖然未經過設計，并不意味著家庭成員在捕捉到這些問題后依然放任自流而不加干預，需要在知識建構原則的指導下，以兒童提出的科學觀點為中心，一輪又一輪地進行迭代探究，持續促進觀點的演進。知識建構中的活動要以兒童的社會化經驗為主，鑲嵌在他們所熟悉的社會文化境脈中的經驗比如游戲、故事和熟悉的物體，這些活動形式為促進兒童回憶和反思起到了有力的媒介作用。[14]讓兒童在近似于“玩?！敝羞M行科學學習，提升其參與科學探索的狂熱度，在這種背景下，學習被界定為“在兒童和對其有影響的成人所構成的代際群體中，一種共同的、協作的努力”。[15]如“西瓜與浮力”案例持續3 年之久，第一輪僅用水果放入水中做實驗，回答最初的問題；引發了“非水果或其他材質”的浮沉的探究；進一步的實驗結果和反思在第三輪的空心和混合物體的浮沉實驗中引出了浮力的概念；第四輪的探究活動上升到了應用和創新層次，使用廢棄的空礦泉水瓶子設計與制作潛水艇模型。

（五）暫時凍結問題，等待解凍時機

當兒童在現有認知水平下對問題不能再繼續深入理解，并表現出熱情降低、興趣減弱、不能接受概念、持續無新問題提出的時候暫時凍結，凍結不是知識建構的終點（事實上學校課堂中的知識建構也沒有終點），此時涉及的科學內容和目標很可能已經超越了兒童的最近發展區，如果無視兒童的這些表現強行進行講解，就會變成傳統學校教授主義課堂中的灌輸，是“拔苗助長”的行為，與知識建構基于原則的學習相悖。等兒童認知發展到一定的階段，再解凍此問題繼續下一輪的知識建構，周而復始，一直持續下去。如“西瓜與浮力”案例中嘗試給四歲半的S 引入浮力的概念，他并不能很好地理解，第三次實驗后他自己能夠將現象描述為“又重又小的東西會沉；又輕又大的東西會浮”時，再次引入浮力和密度的概念時，他才能夠理解。

四、兒童非正式科學學習環境的創設

非正式學習重新塑造了兒童接觸科學的方式，處于非正式環境中的兒童是積極主動的、興趣引導的、自愿的、持續的、與境脈相關的、協作的、非線性的和開放的，[16][17]因此，民主、安全、寬松的非正式環境的創設就成了兒童非正式科學學習實施的關鍵。菲利普·貝爾(Philip Bell)等運用包含了認知和社會文化理論的生態學框架，描述了非正式學習環境的三個橫截面特征：人、場所和文化[18]，把每一個特征作為一個透鏡來考察學習環境。

（一）人的方面

在非正式環境中，兒童結合自己對生活的理解提出自發性的問題，他們作為像科學家一樣的研究者、積極的社會參與者和科學教育中的主體人，[19]與家庭成員、媒體資源等進行頻繁地非正式交互。家長除了運用自身較為豐富的知識來解答兒童的疑問外，更重要的是要傾聽兒童對世界的理解、觀察他們的行為，激發兒童科學學習的動機、興趣和好奇心，和孩子一起體驗學習自然世界和物質世界的現象時的興奮、激動或沮喪、失落。

從知識建構的角度來看，兒童非正式環境中的學習不僅要以兒童為中心，更要通過重構非正式學習的經驗，將視角從單一的個體轉到學習性群體，通過共同的、協作性的努力從而組成科學學習的“代際社區”，這個家庭實踐社區中每個人都是學習者，共同建構科學知識。例如S 提出“所有的動物都有兩只眼睛嗎？”這一問題時，母親發動所有的家庭成員一起討論、查資料、詢問專家、參觀動物醫院，形成了“動物眼睛數量”的知識社區，所有的家庭成員都在這一社區中獲得了很多知識，如大部分動物有兩只眼睛，蛔蟲沒有眼睛、有的蜘蛛有八只眼睛，一些昆蟲擁有成百上千只復眼……這種家庭中的科學討論可以持續很長的時間，在長期的社區探索中兒童和社區中的代際成員都發展了關于世界的直覺性概念。

學齡前兒童識字量和信息技術水平有限，家長除了要有足夠的耐心和包容心之外，還可以采用的促進策略，例如使用搜索引擎的語音功能、利用一起制作概念圖的方式、設計家庭小實驗、創造旅行的機會、進行實地考察、運用支架幫助兒童表達等方法來支持家庭社區的科學學習。

（二）場所的方面

相比于學校場境，兒童有可能在日常場境中展開更完善的對科學和自然世界的推理（Bell et al.，2006；Sandoval，2005），[20][21]依據社會文化理論，學習發生的具體場所，包括物理場所、可得的學習材料等對非正式學習的發生非常重要。家庭、場館等日常的非正式學習場所中，兒童不必受到學校教室嚴格的物理空間的限制，可以擁有較大的活動空間，觀察感興趣的對象，以更科學的方法重組獨特的想法，使用多樣的科學探究方法將其運用到特定的境脈和問題之中，隨時向其他成員尋求幫助等，這些都為非正式環境下的科學學習提供了前提，能夠使代際群體將自己沉浸到良好的生態環境中。

這種植根于日常生活場景中栩栩如生的科學問題比傳統學校教育中去情境化的傳授更加符合知識建構“真實的觀點，現實的問題”的原則，兒童絕大部分的時間消耗在非正式情境中，傳統學校課程教育通常是穩定的環境、明確的任務和分工、官僚管理和權力中心的關系為基礎的機械結構。[22]從知識建構的角度來看，除了日常非正式環境（如家庭、博物館）外，還可以有經過設計的環境，如知識建構墻（Knowledge-Building Wall），使用便利貼寫下觀點或者問題，張貼到墻上，相互閱讀、分享，共同建構、推進觀點的改進。還可以使用微博或者朋友圈作為虛擬環境進行在線交流等。

（三）文化的方面

知識、實踐和科學學習啟動于人生早期，并貫穿于一生而發展，非正式環境中的科學學習本身是鑲嵌在文化假設之中的，[23]這種文化促使兒童以自然的方式提出栩栩如生的科學問題。波士頓大學教授彼得·格雷（Peter Gray）專門研究兒童自然學習的方法。他認為傳統教學嚴重違背了人類的認知機制。格雷指出，兒童受好奇心和玩樂心驅使，會自發認識世界，習得大量知識。但是當他們到了上學的年齡，我們卻剝奪了他們的學習本能，并以課程強加灌輸?！拔覀儌鬟_給孩子的信息是，他們的問題無關緊要，真正要緊的是課程里規定的問題。這可不是通過自然選擇繼承而來的學習方式。我們的本能應該是去了解和解決現實生活中遇到的實際問題”。[24]知識建構中強調以“觀點”為中心，反對對“標準答案”的過分癡迷與盲目崇拜。埃德加·莫蘭在《復雜性理論與教育問題》一書中指出：任何認識本身都包含著產生錯誤和幻覺的危險，未來的教育應該正視錯誤和幻覺兩個方面的問題，所有身負教育之責的人們應該走向迎擊我們時代的“不確定性”的最前哨。這種理念能夠為兒童非正式環境下的科學學習營造民主、對等、寬容的文化環境。

傳統的授受主義教學是見不得學生之間的差異，總是希望將“正確”的、具有“標準答案”性質的知識生硬地傳輸給學生，殊不知這樣既挫傷了兒童主動探索建構知識的積極性，使得學習始終處在已知知識共享的淺層階段，更是違背了兒童生活世界的哲學本質。21 世紀以來，學習科學領域倡導的兒童像科學家一樣進行探究，肯定了兒童作為研究者和積極的社會參與者身份，不僅是對于兒童主體身份的尊重，同樣也是對既往僅注重學習結果的理念的反抗，兒童主動探究的過程、交互主體互動合作過程中形成的豐富體驗和情感，都是認識過程中重要的組成部分。哪怕過程中所生成的知識是“錯誤”的、“幼稚”的，對今后的學習仍然是有積極意義的。兒童作為研究者主動進行探索的興趣、熱情和好奇心需要得到呵護，在這個過程中成功、失敗、激動、挫折等情緒體驗和真正的科學家進行科學研究的過程是一樣的，其認識結果是否正確的價值判斷反而顯得不是那么重要，例如當今學習科學領域的知識建構理論認為學生的觀點是基于現實情境提出的真實的、多樣化的觀點，所有觀點都是可以接受的，是需要持續改進的，[25]也是對兒童表征出的知識的差異性給予了足夠的尊重和呵護。

五、總結

非正式環境比學校正式環境具有更強的社會性，使得知識建構的實施具有了天然的優勢，家庭真實情境中的問題是兒童學習的“自然資源”。兒童在非正式環境下進行科學學習，會對自身產生多方面的影響，首先是發展了對科學的興趣，親身觀察、體驗、操作、驗證、探索周圍的自然世界，反思自己認知自然的過程和方式，學習與他人協作參與科學活動和學習實踐，感受成為社區共同體的一員的興奮……在這一過程中，兒童和其他成員對科學概念和事實的逐步概括、理解、記憶以及對論點和模型的應用成為知識建構中的副產品。更重要的是，兒童將自己視為科學學習者和研究者，會發展出一種獻身科學事業的身份認同感，為日后成為真正的認識科學、運用科學、為科學做出貢獻的知識工作者奠定了基礎。

知識建構社區知識并非像大多數學習理論認為的存在于人的大腦中，而應該被看作獨立于有形的物體和人的思維過程的社區公共財產，[26]知識建構過程充滿了探究性和創造性，在一個人的概念變化中，快速形成正確的學科答案不如遵循一種科學的知識建構過程來得重要。將兒童最初的想法視為一種創造性的資源非常關鍵，即使是在日常場境中發展出的錯誤概念，對知識建構而言仍然是有意義的。在教師有絕對控制權的、可預測的、高度結構化的傳統課堂，很難有即興或偶發。[27]家庭中兒童偶發性問題的不可預測性使得兒童能夠以更科學的方法重組他們的想法，在知識建構的過程中認識到科學知識的不確定性，使用多樣化的科學研究策略和方法，[28]這是知識建構中最重要的，而兒童科學知識的習得成為不斷探索過程中的副產品。