幼兒科學教育理論與實務：船為什麼會浮在水面上？
幼兒科學教育理論與實務：船為什麼會浮在水面上？
2003, 幼教資訊第152期, 頁28-31
幼兒科學教育一直是幼教界認為應該要加以重視的一環，然而很多幼兒教師對於實施科學教育的概念仍停留在準備試管、量杯、放大鏡、觀察箱等儀器讓幼兒操作的 階段。教師通常認為科學教育對於幼兒來說太抽象、困難，加上設計引導的課程內容沒有和幼兒的生活相連結，幼兒便因此覺得無趣且無意義。然而，幼兒的科學教育不應侷限在儀器的操作層面或科學知識的講述，在此篇文章我將先從理論面探討如何有效的實施幼兒科學教育，而在文章最後，我會提出我的一個幼兒科學教學經驗為例。
首先，有效的幼兒科學教育可以從以下四方面來看：
就幼兒發展階段來看，幼兒正處於對周遭事物好奇的階段，他試圖建立一套自己對週遭事物的邏輯。由於幼兒的邏輯推理能力有限，因此在建立自己對環境的認識當中，也同時產生許多與成人科學概念不同的素樸理論(naïve theory)或是迷思概念(misconception)，於是教師如何發現幼兒的錯誤觀念並引導他們做出合理的推理是科學教育很重要的一環。另外，皮亞傑(Piaget)的認知理論亦提到認知衝突(conflict)發生的重要性，當幼兒遇到衝突概念時，他會採取同化(assimilation)或順化(accommodation)的方式來解決內心的衝突，而衝突的產生正是他們認知的動力，教師在實施科學教育時，可以適當的製造讓孩子產生認知衝突的機會，讓他們去思考、去解決自己的衝突。例如同樣是玻璃製品，為什麼玻璃彈珠放入水中會沉下去，而玻璃杯卻可以浮在水面上？
就科學教育進行的方式來說，皮亞傑的理論提出，幼兒是以他的感官來理解世界，即利用眼耳口鼻及手的操作來認識周圍事物，教師在實施幼兒科學教育時，不要忘了讓幼兒使用他的感官，包括視覺、聽覺及嗅覺等，同時讓幼兒動手操作亦是不可或缺的方式之一。
就科學教育內容來說，幼兒生活周圍的事物都是科學的課題，不一定非要做實驗或背誦科學專有名詞或知識才算科學教育。幼兒的生活當中，他所觀察到的一花一草、各類昆蟲、物體墜落、小水窪上的葉片、飛過的鳥兒都是隱藏的科學教育的題材。
舉例來說，曾經有一位幼兒在放學時跟我有一段有趣的對話，｢老師，鳥會聽到我吹口哨的聲音，牠們一聽到我吹口哨就會飛過來。｣｢真的嗎?｣我很好奇她為什麼有這樣的推論。｢不信你看!｣ 接著她就吹起口哨，實際上她的口哨只發出微弱的聲音，她試第一次時並沒有鳥飛過去，試第二次時，我看到二、三十公尺外的樹梢上有一群鳥飛過去。｢妳看吧， 鳥真的聽到我吹口哨的聲音飛過來。｣她為自己擁有這樣的能力感到興奮。在告訴我她的這項｢特異功能｣之前，這位幼兒已經為自己這項能力反覆驗證了十分鐘左 右，她發現有好幾次她吹口哨的時候，就會有一群鳥飛過去，當下她推論鳥聽得到她的口哨聲。如前面所說，幼兒天生的好奇帶領他們探索和認知他們的周遭環境， 也由於認知發展的限制和先備知識(prior knowledge)的不足，他們很容易依著經驗而建構自己用來解釋日常生活現象的素樸理論(naïve theory)， 在此例中是認為鳥聽得到自己的口哨，也聽得懂自己的口哨。此時，教師可以思考如何改變幼兒的素樸理論，引導幼兒去思考自己的推論是否正確，例如讓另一位幼 兒站在二、三十公尺外的地方，看看另一位幼兒是否聽得到她的口哨聲，另一個思考的問題，是否所有的鳥都聽得懂人的口哨聲？鳥要聽得懂人的口哨是否要經過訓 練？而這個問題也可以進一步延伸到人和鳥的溝通上，若幼兒有看過養鴿人指揮鴿子回籠，養鴿人是怎麼辦到的？或鸚鵡是怎麼學會說話並和人溝通？
以維高斯基(Vygotsky)思 想為主體的社會建構理論指出，知識的建構應以日常生活所能接觸到的事物為基礎，唯有立基於此的知識才對個人有意義。幼兒科學教育的內容實應以幼兒生活周遭 事物出發，一來能引起幼兒的興趣，另一方面幼兒也較容易理解及建構相關科學知識及方法，另外，教師若能再佐以讓幼兒運用感官來學習科學，定能引導幼兒更深 入探討科學問題。
教師在教室的角色近年來在幼教界引起廣泛的關注，傳統的教學方式多是以老師授課為主，僵化的學習方式為人所詬病，近年來幼教界多倡導以幼兒為導向(child-directed)的教學方式，然而各方對幼兒導向的詮釋不同，走極端者，一聽到幼兒某樣作品或作法是老師的主意或由老師引導時，沒有不皺眉搖頭，剎那間，老師在教室失去了位置。然而，維高斯基的社會建構理論強調有知識的他人(knowledgeable other)包括教師與能力稍強的同儕，可以引導學生學習，在有知識他人的幫助下學生可以做到只靠本身能力做不到的事。教師的角色非放任學生自由發展，而是為學生搭設學習的｢鷹架｣(scaffold)，透過示範(modeling)與指導(coaching)，幫助並引導學生做更深入的學習。如前所述，實施科學教育時，教師必須主動發現學生有興趣的事物、素樸理論、製造學生認知衝突的機會，同時亦要在學習過程中提供豐富的資源和支持，必要時亦可由教師拋出新的觀念讓幼兒思考，而不是等著幼兒自己無中生有、產生興趣。
個人認為研讀教育研究者所建立的理論最重要是能將理論用於改進教學方式，讓學生有效的學習。在本篇文章最後，我將以我的一個科學教學經驗做為結語。
我班上的幼兒(中班)有 一天圍著置於水箱的一艘塑膠玩具小船議論紛紛，有些人忍不住去撥弄小船看看它會不會動，有些人壓壓那艘船看看會不會沉下去。我覺得這是一個很好的機會，既 然他們對船有興趣，我們可以進行一個船的計劃。我先要知道他們對船的了解有多少並和將船和他們的生活做聯結，於是幼兒們開始跟大家分享他們搭船的經驗，有 人在淡水搭過渡輪、有人搭過家人划的船、有人在電視裡看過船、有人有玩具船。對於船的形狀及功能幼兒沒有很多的描述，顯然對船的先備知識不是很充足，因此 我開始找尋相關的書籍及報導，然後唸給他們聽，此時，孩子提出為什麼船會浮在水面上這個問題，我開始思考要帶給孩子｢浮力｣這個概念。如前所述，讓幼兒動 手操作是教導他們抽象科學概念的關鍵方式，我著手準備讓他們動手實驗的相關物品，一開始我將木頭自我手中拋出，幼兒很明顯地可以觀察到木頭會垂直掉落地 面，接著我讓他們猜，若我將木頭拋入水中，它會沉還是浮在水面上？因著自己素樸理論(類推在空氣中的情況)，有一半的幼兒說會沉下去，也有一半的人猜會浮上來。有些人迫不及待要我將木頭丟入水中，結果揭曉，木頭先是沉入水中，後來竟神奇的浮到水面上了!幼兒像是有了重大發現，個個都興奮不已，每個人也急著自己動手玩玩看。在此時我製造了一個認知衝突的機會，讓幼兒去思考，同樣是木頭，在空氣中和在水中會有不一樣的結果。這樣的對比效果更能讓他們了解水有浮力可以抵抗地心引力。
當幼兒們了解有些船是由木頭做的，因此船可以浮在水面上，我又要幼兒進一步觀察船的形狀(提供船的圖片)， 有些觀察力強的孩子就說，船的底部像一個碗的形狀，我便要開始引導他們思考，是否物體的形狀會和浮或沉在水中有關。我提供的材料是玻璃珠和一個碗形的玻璃 杯，首先玻璃珠會沉入水中，同樣是玻璃製品，我要幼兒預測玻璃杯會沉還是浮在水面上？我又再次製造一個認知衝突的情境，同樣的有些小孩還是不能做出成功的 預測，當玻璃杯浮在水面上時，他們臉上泛著｢怎麼會這樣｣的笑容，我知道他們的小小腦袋已經開始重新思考、理解。
在對船的形狀、功能及浮力有初步的認識後，我們便開始船的創作，我們以小塑膠盒做為基本的創意材料，只見個個忙碌的小人兒有模有樣合力完成一艘船，我要他 們把船放在水中試試看會不會浮上來，頭一天的作品，有些組的船重心不穩，船上端太重或堆得太高，或是船底太過瘦小，因此放入水中後歪歪斜斜，險些沉船，我 要他們觀察別組成功的例子然後再加以改良，經過三天的努力，我們班便開始辦船展，並由班上幼兒向別班幼兒介紹自己的船，亦在同時複習總結自己的學習經驗。 在發表過程中，大多數的幼兒已能運用科學語彙描述他們的船與浮沈的過程，例如｢船會浮在水面上，因為水有浮力｣或是建議將已做好的船置於水中以驗證設計結 果。這個船體設計及浮沉實驗活動，似乎能成功引導幼兒建構浮沈相關概念並培養他們的科學態度。