幼儿园阶段具备的通用科学推理能力能够独立预测小学生们的数学能力

《British Journal of Developmental Psychology》：Domain-general scientific reasoning abilities in kindergarten independently predict the mathematics ability of elementary school children

科学推理的领域通用性研究：一项跟踪53名德国儿童从幼儿园到三年级的纵向研究发现，幼儿园科学推理能力能独立预测三年级数学成绩（p<0.01），但对德语能力无显著影响。该结果支持科学推理作为跨学科通用技能的理论，其效应不亚于早期数学知识（β=0.367，p<0.01），且不受家庭教育水平调节。

　　科学推理能力是教育领域关注的核心议题之一，它在学生的学习过程中扮演着重要角色。关于科学推理是否属于跨领域（domain-general）能力还是特定领域（domain-specific）能力，学术界一直存在争议。这项研究通过追踪德国53名6至9岁儿童从幼儿园到小学三年级的发展过程，探讨了科学推理、智力以及学科知识如何影响他们在小学三年级的数学和德语能力。研究结果显示，幼儿园阶段的科学推理能力能够独立预测三年级的数学能力，而德语能力则主要受到幼儿园阶段语言能力的影响，而非科学推理能力。这些发现支持了科学推理是一种跨领域的科学技能，且在小学阶段的数学学习中具有重要意义。

### 科学推理的定义与重要性

科学推理通常被定义为一种有意的知识探索行为，它不仅涉及实验设计和数据分析，还包括对科学本质的理解。这种能力被认为是21世纪重要的学习技能之一，尤其在科学、技术、工程和数学（STEM）教育中尤为重要。科学推理能力帮助学生理解如何通过系统的方法解决问题，并在不同学科中应用这些技能。然而，是否科学推理能力具有跨领域性，即能否在不同学科中通用，仍是一个未解的问题。

支持跨领域观点的研究者认为，科学推理的核心概念和方法在不同学科之间具有一定的共通性，例如实验设计、数据分析和科学思维的基本原则。这种能力可以帮助学生在学习不同科学领域时，更有效地掌握新知识。而支持特定领域观点的研究者则认为，每个学科都涉及独特的知识体系和推理方式，因此科学推理的培养应更侧重于学科知识本身，而非泛泛的推理技能。

### 研究背景与方法

为了更好地理解科学推理是否具有跨领域性，本研究采用了纵向追踪的方法，观察儿童从幼儿园到小学三年级的发展过程。通过这种方式，研究人员能够更准确地评估科学推理能力在不同学科中的预测作用。研究对象为53名儿童，其中31名女性和22名男性，他们来自德国的一个中型大学城，且在家中使用非德语语言的儿童占9.6%。所有参与者的父母均提供了知情同意，研究过程中也确保了儿童的参与意愿。

为了测量科学推理能力，研究使用了两个综合性的工具：《幼儿园科学推理量表》（SK-I）和《小学科学推理量表》（SPR-I）。SK-I包含30个问题，评估儿童在实验设计、数据分析和科学理解方面的初步能力；而SPR-I则评估更高级的科学推理能力，如实验操作、数据解释和科学本质的理解。此外，研究还测量了儿童的数学能力和语言能力，包括幼儿园阶段的数学知识和语言理解能力，以及三年级的数学和德语成绩。智力评估则通过标准化测试进行，包括类比推理和矩阵推理等子测试。

### 研究结果与分析

研究结果表明，幼儿园阶段的科学推理能力在控制了智力和先前学科知识的情况下，仍然能够显著预测三年级的数学能力。这说明科学推理作为一种跨领域的科学技能，可能在数学学习中起到重要作用。而德语能力则主要受到幼儿园阶段语言能力的影响，科学推理能力在其中并未表现出显著的预测作用。这表明，科学推理虽然在数学学习中具有一定的通用性，但在语言学习方面可能并不适用。

进一步的分析显示，科学推理和数学能力在幼儿园阶段对三年级数学成绩的解释力相当，说明两者在STEM学习中具有相似的重要性。然而，智力在预测数学成绩时的影响被科学推理和数学知识所部分抵消，这表明先前的知识和技能在学习过程中起到了更关键的作用。这种发现支持了科学推理作为一种跨领域科学能力的观点，而不是一种普遍的认知能力。

### 讨论与启示

研究结果对教育实践具有重要的启示意义。首先，科学推理能力的培养应尽早开始，尤其是在幼儿园阶段，这有助于学生在小学阶段更好地掌握数学知识。其次，科学推理能力的稳定性较高，表明这种能力在个体之间存在显著差异，并且在不同学科中可能具有一定的通用性。然而，研究也指出，科学推理能力在语言学习中的作用并不明显，这可能是因为语言学习更依赖于特定的语言技能和知识，而非泛化的推理能力。

此外，研究发现，幼儿园阶段的智力水平虽然对三年级数学成绩有一定影响，但这种影响在科学推理和数学知识的共同作用下被削弱。这说明，智力虽然在学习过程中起到一定作用，但并不是决定性因素。相比之下，科学推理和学科知识的相互作用更为关键，尤其是在STEM学习中。

### 结论与未来方向

本研究的结论是，科学推理能力在幼儿园阶段就表现出对小学阶段数学学习的显著预测作用，且这种作用独立于智力和先前的学科知识。这一发现支持了科学推理是一种跨领域的科学技能，而不是一种普遍的认知能力。然而，研究也指出，科学推理在语言学习中的作用有限，这可能与语言学习的特殊性有关。

未来的研究应进一步探讨科学推理在更广泛年龄段中的表现，特别是随着学生年龄增长，科学推理在不同学科中的作用是否会有所变化。此外，研究还应考虑不同文化背景下的科学推理能力发展情况，以更全面地理解其在教育中的普遍适用性。同时，引入标准化测试来评估数学和语言能力，将有助于进一步验证科学推理在学习过程中的预测作用。

总的来说，这项研究为理解科学推理在学习过程中的作用提供了重要的实证支持，强调了在早期教育阶段培养科学推理能力的重要性。科学推理作为一种跨领域的科学技能，不仅有助于数学学习，还可能对其他STEM学科产生积极影响。然而，它在语言学习中的作用则相对有限，这提示教育者在设计课程时，应根据学科的特点，合理分配科学推理能力的培养重点。