1、 第八章第八章 兒童的生物學兒童的生物學黃湃翔整理 黃雅瑄繕打縱使欠缺完備的訊息，一個學習 者仍嘗試將世界中發生的各種事件，尋求其意義並找出其規則性及秩序；這意味著學生在學習過程中之所以會建構出自己的質樸理論的緣由。Resnick(1983)兒童是怎麼觀看生物的世界？青少年至成年時期這些觀點是如何發展的？第一階段(三七歲)的兒童認為一切有活動(activity)(例如：落下的石頭；有聲響的玩具)或有用處(usefulness)的東西都是有生命的物體。第二階段(七八歲)的兒童視移動(movement)為生命象徵，如：汽車、搖椅。第三階段(九十一歲)的兒童則認為自發運動(spontaneous m
2、ovement)的物體，才是有生命的物體，如：河流、太陽等。第四個階段(十一十二歲)的兒童是將生命鎖定在植物和動物上來討論。在非西方文化中，有些研究則無法獲得和皮亞傑理論相一致的結果(Jahoda,1985)。其他有些研究發現50的成人，會將有些無生命(inanimate objects)的物體認為有生命。近年由認知發展的概念改變(conceptual change)觀點的研究取代了以往以皮亞傑生命概念的研究及階段理論(Carey,1987)；這些觀點指出兒童時期生物概念的獲得(acquisition)反映出七歲至十歲時知識的基本重建(fundamental reorganization)。(
3、)前人為化階段前人為化階段(preartificialistic(preartificialistic)：這時期的兒童沒有起源(origin)的概念。()人為化階段人為化階段(artificialistic(artificialistic stage)stage)：這時期的兒童已知道什麼是開始(beginnings)，但是仍否定父母的角色。()自然階段自然階段(naturalistic stage)(naturalistic stage)：這個階段，母親的角色先被承認，而稍晚之後，才會認定父親的角色。最近Kreitler的研究，發現四至五歲的以色列兒童認為嬰兒是媽媽吃東西後，由媽媽的肚子出來的
4、。Moore和Kendall的研究裡發現美國中產階級的孩童認為小嬰兒是上帝所賜。兒童生物學的研究兒童生物學的研究l我們從小學高年級我們從小學高年級(五年級五年級)，國中，國中(九年九年級級)，高中，高中(十年級十年級)和大學一、二年級的和大學一、二年級的學生抽樣，依序進行了動物分類、人類學生抽樣，依序進行了動物分類、人類循環系統、光合作用等概念的研究。循環系統、光合作用等概念的研究。兒童動物分類的研究兒童動物分類的研究l 什麼是動物？什麼是動物？以線條繪畫以線條繪畫(line drawings)(line drawings)的牛、海鷗、魚、的牛、海鷗、魚、蝴蝶、松樹和洋菇的一組圖片，要求學生辨
5、蝴蝶、松樹和洋菇的一組圖片，要求學生辨識實例。識實例。幾乎所有的受試者都同意牛是動物，大部分幾乎所有的受試者都同意牛是動物，大部分的受試者也把海鷗歸屬為動物，然而除了主的受試者也把海鷗歸屬為動物，然而除了主修生物學的大學受試者外，四分之一的受試修生物學的大學受試者外，四分之一的受試者並沒有選擇魚是動物，且三分之一到二分者並沒有選擇魚是動物，且三分之一到二分之一的受試者忽略了蝴蝶也是動物。所有參之一的受試者忽略了蝴蝶也是動物。所有參與者都不認為松樹或洋菇是動物。與者都不認為松樹或洋菇是動物。l 相當令人訝異的是，約有三分之二的學生列相當令人訝異的是，約有三分之二的學生列出僅限於脊椎的動物。出僅限
6、於脊椎的動物。1.1.大部分受試者在其列表內，約有六個以上大部分受試者在其列表內，約有六個以上是哺乳類動物，及約一個為魚類的動物。是哺乳類動物，及約一個為魚類的動物。2.2.在每個年齡層，最常被列出的動物有貓、在每個年齡層，最常被列出的動物有貓、狗、鳥、牛、馬這些典型的家庭寵物和狗、鳥、牛、馬這些典型的家庭寵物和農場的動物。農場的動物。l 所謂動物常只是指一般的脊椎動物，特別是所謂動物常只是指一般的脊椎動物，特別是哺乳類或鳥類。哺乳類或鳥類。l 哪些是具有脊椎骨的動物？哪些是具有脊椎骨的動物？包括有常見的脊椎動物，如：企鵝、鯨、蝙蝠、包括有常見的脊椎動物，如：企鵝、鯨、蝙蝠、蛇等，還有一些非脊
7、椎動物，如：螯、蝦、蜘蛇等，還有一些非脊椎動物，如：螯、蝦、蜘蛛等。蛛等。l 很多的學生認為哺乳動物很多的學生認為哺乳動物(人、鼠、海狗人、鼠、海狗)還有還有鳥類鳥類(貓頭鷹貓頭鷹)都是脊椎動物都是脊椎動物；至於蚯蚓和蝸牛至於蚯蚓和蝸牛則是無脊椎動物。則是無脊椎動物。()整體看來，這些發現顯示出各年級多半的整體看來，這些發現顯示出各年級多半的學生是依據生物外表的型態來區分脊椎動學生是依據生物外表的型態來區分脊椎動物和無脊椎動物。物和無脊椎動物。()此外學生對一開始就感到困惑，含糊不清此外學生對一開始就感到困惑，含糊不清或衝突的問題，會依據身體大小的相對性或衝突的問題，會依據身體大小的相對性或重
8、要的特徵來做決定。或重要的特徵來做決定。l至於較頑強不易改變的概念，就如海龜至於較頑強不易改變的概念，就如海龜易被視為兩棲類易被視為兩棲類(amphibian)(amphibian)，企鵝被，企鵝被視為哺乳類視為哺乳類(mammal)(mammal)，這可能是因為海，這可能是因為海龜兼具可生活陸地和水中生活的特性，龜兼具可生活陸地和水中生活的特性，而企鵝不能飛，且與南極海狗有相似生而企鵝不能飛，且與南極海狗有相似生態地理環境棲所的理由吧。態地理環境棲所的理由吧。來源：維基百科來源：網路資料1.出心臟為動脈；入心臟為靜脈出心臟為動脈；入心臟為靜脈2.血液進來為心房；出去為心室血液進來為心房；出去
9、為心室3.胎兒心臟之左、右心房以卵圓心孔相通，初生後封閉胎兒心臟之左、右心房以卵圓心孔相通，初生後封閉兒童的血液循環系統的概念兒童的血液循環系統的概念l 血液看起來像什麼？血液看起來像什麼？年紀較長的學生會設法將知覺知識年紀較長的學生會設法將知覺知識(血液是血液是紅色液體紅色液體)與在學校所學的知識與在學校所學的知識(血液含有細血液含有細胞胞)的概念相互調適。的概念相互調適。l 血液有什麼功能？血液有什麼功能？最為一般所論及的功能，先是血液運送氧氣，最為一般所論及的功能，先是血液運送氧氣，繼之，是運送養分，這些反應隨著級別而有繼之，是運送養分，這些反應隨著級別而有穩定增加的趨勢，而朝往科學上可
10、接受的觀穩定增加的趨勢，而朝往科學上可接受的觀點。點。l 心臟的內部看來像什麼？心臟的內部看來像什麼？初中和高中的學生中，選擇三個或四個心初中和高中的學生中，選擇三個或四個心房房(室室)的心臟圖的人數相似。的心臟圖的人數相似。大學生裡，選擇四個心房大學生裡，選擇四個心房(室室)的要比選擇的要比選擇三個心房三個心房(室室)的心臟圖要來的多，比例約的心臟圖要來的多，比例約為：。有趣的是為：。有趣的是1010的參與者選擇插的參與者選擇插有管子的實體心臟。有管子的實體心臟。l 心臟有什麼功能？心臟有什麼功能？約有三分之一的學生還多加了心臟的其他約有三分之一的學生還多加了心臟的其他功能，包括：清洗、過濾
11、、製造和儲存血功能，包括：清洗、過濾、製造和儲存血液。液。l 血液離開心臟後到哪裡去？血液離開心臟後到哪裡去？小學生和高中生中，選擇小學生和高中生中，選擇(心心腳趾腳趾心心)的的人數最多，他們想到的只有體循環形式而已。人數最多，他們想到的只有體循環形式而已。有趣的是有相當顯著比例的小學生選擇的答有趣的是有相當顯著比例的小學生選擇的答案案(心心腳趾腳趾)，而大學生會提到肺循環的路徑，而大學生會提到肺循環的路徑以及到其他非心臟的器官。只有少數學生以及到其他非心臟的器官。只有少數學生(15(15以下以下)提到血液運送有兩種形式提到血液運送有兩種形式(體循環和肺體循環和肺循環循環)。l：最後談到有關開
12、放式和閉鎖式循環的：最後談到有關開放式和閉鎖式循環的問題！問題！兒童的光合作用的概念兒童的光合作用的概念l 土壤、水和二氧化碳在植物的生長和營養土壤、水和二氧化碳在植物的生長和營養的功能為何？的功能為何？1.1.凡赫芒凡赫芒(Van Helmont(Van Helmont)是在是在200200磅的土壤上，磅的土壤上，種了種了5 5磅的柳樹，五年之後，發現樹重約磅的柳樹，五年之後，發現樹重約164164，而土壤並沒有損失重量，因此得到養，而土壤並沒有損失重量，因此得到養分並非來自土壤的結論。分並非來自土壤的結論。百分之十以下的學生認為植物從二氧化碳百分之十以下的學生認為植物從二氧化碳中製造食物。
13、一個深思的大學生，中製造食物。一個深思的大學生，MatthewMatthew提到植物利用二氧化碳進行光合作用，製提到植物利用二氧化碳進行光合作用，製造糖。但是不是日光是更好的答案呢？造糖。但是不是日光是更好的答案呢？2.2.至於談到在碳循環中，植物和動物相互依至於談到在碳循環中，植物和動物相互依賴賴(interdependence)(interdependence)的關係，也就是植的關係，也就是植物在碳循環中扮演什麼樣的角色？物在碳循環中扮演什麼樣的角色？由普利斯來由普利斯來(Priestley)(Priestley)所提出的一項實所提出的一項實驗廣口瓶內的老鼠。在科學上可接受驗廣口瓶內的老鼠
14、。在科學上可接受(兩者皆可存活兩者皆可存活)的答案受試者人數，是隨的答案受試者人數，是隨著年級的遞增而增加的。著年級的遞增而增加的。3.3.最後要討論的是構造和功能在植物營養最後要討論的是構造和功能在植物營養上的關係。上的關係。從這些兒童的生物學研究中，我們發現有從這些兒童的生物學研究中，我們發現有一個共同點，就是兒童有矛盾的信念一個共同點，就是兒童有矛盾的信念(可可以同時有葉子製造食物及食物來自土以同時有葉子製造食物及食物來自土壤的概念壤的概念)。葉子喝雨水喝露水葉子的工作：為植物保溫葉子可以將陽光改變成食物葉綠素是植物的血液植物將水改變為糖植物吃土壤因為植物的關係，土壤失去許多重量。人類提
15、供植物肥料的食物光合作用製造蛋白質葉子將根吸吸的食物儲藏起來植物以水為食物氣體與製造食物無關兒童光合作用十二項最兒童光合作用十二項最常見的迷思概念常見的迷思概念這些另有觀點這些另有觀點(alternative views)的來源：的來源：l 是源自於一般語言的習慣用法。是源自於一般語言的習慣用法。孩子及大人們易於將人類的特性類推到植物孩子及大人們易於將人類的特性類推到植物上，如：一位年輕的媽媽可能對孩子說，給上，如：一位年輕的媽媽可能對孩子說，給植物一點水喝、賣肥料的花店內含有植物植物一點水喝、賣肥料的花店內含有植物的食物的食物(plant food)的物品名。的物品名。l 孩子會認為看不見的
16、東西就是不存在。孩子會認為看不見的東西就是不存在。雖然氣體雖然氣體(二氧化碳和氧二氧化碳和氧)在光合作用中扮演在光合作用中扮演舉足輕重的角色，但仍較傾向於在清楚可見舉足輕重的角色，但仍較傾向於在清楚可見的事物上的事物上(肥料、土壤和水肥料、土壤和水)建構出常識性的建構出常識性的解釋解釋(commonsence explanations)。兒童的生物學兒童的生物學 的教學法的教學法一、學習者是以主動地建構意義方式來瞭解物理和生物的環境，他們緊緊聯繫了感官的資訊(sensory information)和先備知識(prior knowledje)，並構成意義。二、成功的教師是概念改變的動因(age
17、nts of conceptual change)。過去十幾年中，幾個研究者，如：Driver和Oldham(1986)，Erickson(1979)，ewson(1981)和Nussbaum及Novick(1982)就提出一些中 介策略(intervention strategies)，以協助學 生能由兒童的學科(childrens science)遷移至科學家的科學(scientists science)。形成及共享概念的目標形成及共享概念的目標概念圖可以成為引導我們教學時的 地圖，若呈現給學生看時，則可作為 前置組織因子(advance organizer)，以促進學生的學習。使學生投入
18、感官經驗的活動使學生投入感官經驗的活動不管在哪個年紀，由直接的、動手的方式來學習生物，學生們獲益較多。介紹光合作用的單元是帶學生至當地的溫室 參觀，在課堂中由學生親自利用廣口 瓶種植物，並用膠泥封住瓶口，觀察 植物在密閉容器中的生長情形。誘導和澄清學生的觀念誘導和澄清學生的觀念科學的學習就像科學本身，是在不同的看法紛紛被排除，並由眾人共同檢視定下促進形成的。在這方面，若有科學史的背景會好些。有些學生持有的但不能被現在科學界接受的想法，其實在人類科學史的發展中還曾被重視一時呢(Wandersee,1986)。重構學生的觀念重構學生的觀念新概念是學習者將已有的概念和外來的(import)或發明的(
19、invent)新概念連鎖(linkage)製造或折斷下而形成的。動物分類動物分類 概念狹宰化(undergeneralized concepts)如：動物是有毛的生物，這種情形下，教學策略則注重 拓寬概念運用的範域。學生顯然地過度通則(overgeneraliz)或則無法區分兩個類似概念，如海龜是兩棲類的例子。循環系統循環系統 Driver建議有時候在教學直接解說前應先 解開問題本身的概念。在我們解開這 閉鎖系統 的概念難題時，首先，我們是以變形蟲的代謝物的擴散情形為導引。光合作用光合作用 自己製造營養(autotrophic nutrition，自營)的觀念應先深入了解，它可以作為生態系和動物消化作用之間能量的流動的課題中概念改變的橋樑，這樣植物就會被視為是自然能量的轉換器。學生被告知植物製造食物且以澱粉的 方式儲存。查理士達爾文(Charles Darwin)在 物種源起(The origin of species,1989)一書中告訴我們：
