皮亞傑

皮亞傑（Piaget,1896-1980）

皮亞傑（Piaget,1896-1980）是瑞士的教育心理學家，他的認知發展理論(cognitive development) 是近代認知心理學中最重要的理論之一。皮亞傑根據他長期對於兒童的觀察與研究，認為兒童的認知發展係依照感官動作期(sensory-motor period)、前操作期(preoperational period)、具體操作期(concrete operation period) 和形式操作期(formal operation period) 循序發展而來的(Piaget,1974; Inhelder & Piaget,1958)。任何人的成長都需經歷此四個階段，其成長的快慢可能因為個人或文化的背景不同而有差異，但因每一階段的發展都是後一階段發展的基礎，所以四個時期的發展順序是不會改變的 (Flavell,1963；Piaget,1970,1969)。

各階段的年齡層
- 感官動作期(sensory-motor period)：出生到一歲半
- 前操作期(preoperational period)：約一歲半到七歲
- 具體操作期(concrete operation period)：約七歲到十一歲
- 形式操作期(formal operation period)：約十二歲到十五歲
這些階段是依照順序發展的，長得快的，一定就會長得好？
操作(operation)：

皮亞傑認為知識的本質是操作(operation)，思想及推理是內化的操作能力，它們係由感官動作期的外在操作能力或動作智慧發展而來(Piaget, 1971,p14-19)。

可逆性(reversibility)與 INRC 群：

皮亞傑又認為兒童真正客觀的推理能力係開始於具體操作期，這個時期最大的特性是其思考操作具有可逆性 (reversibility)。這個可逆操作又可區分為否定(negation)與對應(reciprocity)兩類 (Piaget & Inhelder ,1969,p136-138)，如泥團的拉長與縮短是互為否定操作，而泥團的長短與粗細的互補則是對應的操作。思想操作具有可逆性的最明顯表現是這時期的孩童具有各種守恆觀念，如長度守恆、液體量守恆、固體質量守恆、固體重量守恆、數量守恆等。然而，否定與對應這兩種可逆操作在具體操作期是互為孤立的，這時期的孩童無法交換結合運用這兩種操作，只有進入形式操作期後才具有這種推理能力。

這種交換運用兩種可逆操作的能力，其認知結構符合所謂的INRC群。I=Identity, N=Negation, R=Reciprocal C=NR=Correlation，它們滿足NR=C, CR=N, CN=R, NRC=I等相乘關係形成數學上所稱的4-Group或Klein group。(黃湘武等,1985)

體積守恆：

皮亞傑認為，孩童對於體積概念的發展是一個相當複雜的過程，並且也是形式操作期的推理能力。在體積發展的過程中，分為內體積(interior volume)和外體積(exterior volume)二個不同的發展層次。內體積是指一物體所包含的內部空間，而外體積則是指一物體所佔的外在空間或在液體中所排開的空間。皮亞傑發現孩童通常是先有內體積守恆，才發展到外體積守恆。

在外體積的發展過程中，皮亞傑觀察到孩童有三個階段的變化(Piaget,1930,p164-179)(Piaget & Garcia, 1974,p85 -94)(黃湘武等，1985) 。

在第一階段（7~8歲以下）的兒童會認為水面的升高是由於物體的重力所造成，認為浸在水中的物體的重量在水中會產生一個連續的壓力而使水面升高，因此他會認為一個小而重的物體在水中會使水面升高多於一個大而輕的物體。
在第二階段（9~10歲）的兒童開始根據體積的大小來預測水面的高低，但是他還是用重力的理由來做解釋，因此說明上充滿矛盾，但孩童本身並不自覺。
到了第三階段（10~11歲以後），也就是進入形式操作期後，開始能夠區分與組合重量與體積的觀念，以及具有比例能力時，似乎以上的困難都迎刃而解，知道水面的升高只和物體的體積有關。

影響認知成長快慢的因素

皮亞傑認為影響認知成長快慢的因素有四：生理成熟(maturation)、物理經驗(physical experience)、社會交流(social transmission)和平衡化（equilibration，也可稱為自我協調(self-regulation)）(Piaget,1964)。他認為認知成長是決定學習能力的必要條件，而合理的學習雖然能協助培養兒童的認知成長，但獨立的學習並不能即時改變兒童原有的認知結構。皮亞傑認為成長是一種多方面影響的整體結果，因此兒童生活的社會條件與文化背景是重要的決定因素。（黃湘武等，民74）

成長和學習的不同

皮亞傑強調成長和學習是二件完全不同的事情：成長可以決定學習的成效，但學習卻不能隨意改變成長的結構。皮亞傑認為兒童的學習能力有一定的成長順序，因此，教材與教法在不同的時期應有不同的安排與特性。因此，皮亞傑學派的教育理論認為需要受教者的生理成熟等待、強調物理經驗與人際關係的交互作用、需要提供學習者的自我省悟與自主學習機會。（黃湘武等，民74）

自我協調理論(self- regulation)：同化(assimilation)與調適(accomodation)

皮亞傑的認知發展理論中一個很重要的觀點是自我協調理論(self- regulation)(Piaget,1964,1971)。自我協調代表人在遭遇不能理解的事物時，一種主動找尋新的推動模式的認知本能。自我協調是促進孩童認知成長的原動力，也是人在學習及瞭解新事物時的認知模式（黃湘武等，民80）。

他認為二個自我協調的作用就是同化(assimilation)與調適(accomodation)。皮亞傑認為孩童在成長的過程中不斷的有外界環境的刺激，例如人際的交流、物理經驗的獲得等。這些外來的刺激會使學童本身的認知基模產生不協調的現象，人腦便會根據已有的知識去解釋這些外來的資訊，並整合到原有的基模或認知結構中，這便是同化的過程。但是若原來的知識體系解釋這類資訊有矛盾時，人腦便會修正自己原先的認知結構以重新解釋外來的資訊，這便是調適的過程。同化與調適之間是並存而且是雙向的，當外來的資訊不斷藉由自我協調的作用加以整合時，學童的認知結構便不斷的改變而成長。

影響學生自我協調的發生有三項因素：認知成長、人際意見交流、物理經驗。從教學的觀點來看，人際意見交流包括師生間的交流和同學間的交流，而物理經驗則為各種科學的實驗活動。人際意見交流和物理經驗的作用不是直接提供正確答案，而是希望經由這些交互作用能夠提供認知衝突的機會及達到重組知識的效果。（黃湘武等，民80）

根據自我協調，我們對人的學習活動有如下的瞭解：

學習是一種“主動”的活動，“自我”協調及“主動”找尋是它的特色。
學習者的出發點永遠是學習者舊有的知識體系，學習者根據已有的知識去解釋所遭遇的事物，如果發現不合理時則嘗試做適當的修正，如果沒有矛盾則增強對舊有知識的信心。
除了學校的教學外，學習者在日常生活中也可以建立某些知識體系去作為瞭解生活中經常遭遇之事物的工具。這些自發性的知識體系會與學院的知識體系相矛盾或相一致，而造成對在學校教學時的某種影響。
產生自我協調的首要關鍵在於學習者有否發生認知衝突的心理狀態，亦即學習者有否意識到原有知識體系的矛盾，而產生修正舊有想法的意願。認知衝突的發生意謂著對同一事物兩種知識體系的相互矛盾而產生的心理不平衡狀態，而自我協調則是重新協調組合舊有體系恢復平衡的心智活動。（黃湘武等，民80）

綜合皮亞傑的觀點，科學教育的教材教法應符合下列的原則：（黃湘武 , 1993）

教學的設計應以學生舊有的認知為依據，鼓勵並誘導學生用自己的想法處理並解決問題。當學生想法有錯誤時，應設法使學生體會原有知識體系的矛盾，然後在引導其修正或重新建構舊有的體系。
在教學的過程中，應提供學生彼此之間或學生與老師間互相討論及交換意見的時間，使學生有機會體驗到自己想法的矛盾及參考別人不同的想法。
實驗教學不應只是要求學生按指定的裝置，記錄儀器顯示的數據，然後驗證書本上的公式。實驗教學的設計應保留相當的自由度，讓學生能自由操作各種變因及觀察各種變化。實驗教學也應該著重於能夠使學生體會原有知識矛盾體系的設計。
應盡量使學生學習的知識與實際現象的意義相結合，如此學生所學的才有意義，才能謂之為理解。

我們要問，我們所採用的教材教法是否有配合學生的認知能力？在教學的過程中是否有提供適當的物理經驗和社會交互作用？在教室中學生有多少主動學習的機會？教師是否有能力診斷學生的學習困難或判斷教材的難易？（黃湘武等，民74）

從以上的瞭解，我們認為，教材及教學活動的設計必須符合學生的認知結構，因為任何的學習活動都是一種同化與調適的過程。合適的教材及活動能幫助兒童認知能力的發展，經過同化與調適的過程所獲得的知識才能持久與活用。本研究的教學部份即是以此原則所設計的。

皮亞傑理論對教學上的啟示

A、迷思概念的特性

錯誤的、普遍的、不易改變的

B、兒童科學概念與科學史的發展

C、成長與學習

錯誤與矛盾有什麼價值？
自我協調理論
同化、調適
生理成熟、物理經驗、人際交流
認知衝突的教學策略
教學典範、觀念、習慣的改變
學然後知不足教然後知困

皮亞傑的著作與論文

參考資料

黃湘武：皮亞傑認知心理學與科學教育，科學教育雙月刊，第37期，12~17頁，69年10月。
黃湘武等(1985)：國中生質量守恆、重量守恆、外體積觀念與比例推理能力的抽樣調查研究，中等教育，36(1),44-65。
黃湘武(1993)：皮亞傑理論在科學教育上的應用研究。西方社會科學理論的移植與應用，杜祖貽編，遠流出版社，53-62頁。
Piaget,J.(1930). The Child Conception of Physical Causality .Translated from the French by Gabain,M., Routledge & Kegan Paul, London. (originally published,1946). London: Routledge & Kegan Paul. (originally published,1927).
Piaget & Garcia,R.(1974).Weight and Its Compositions with Spatial Dimension, Understanding Causality, p85~94. New York : W.W. Norton & Company. (originally published in France,1971).

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