据上述知识学习和能力的心理发展顺序，以及知识学习与能力获得之间的关系，可以看出，儿童自然科的学习可以分为三个年龄发展阶段（或心理发展水平）：

阶段一（水平一）：通过观察、实验、比较、分类等认知活动，认识自然界个别事物的显著特征（形态、性质等）。

阶段二（水平二）：通过观察、实验、比较、抽象、概括、演绎推理等认知活动（其中抽象、概括是核心），认识自然界同类事物的共同特征，建立某种概念。

阶段三（水平三）：通过观察、实验、比较、归纳、概括、演绎推理等认知活动（其中归纳、概括是核心），认识自然事物之间的内在联系和运动变化规律。

据此，应该如何设计自然科学习过程（或自然科的科目组织结构）呢？先让我们来看以下两种组织方式：

一种组织方式是，将自然科的科目内容中８个领域的学科知识（生物、人体、水和空气等生命科学知识，力和机械、声光热、电和磁等物理科学知识、地球科学知识、宇宙和空间科学知识）依次排列于小学各年级之中，形成直线式排列的８个单元，而在每一单元的学习中，要求学生由浅入深、由易到难、由具体到抽象，依次完成水平一、水平二、水平三的学习活动。

另一种组织方式是，根据学生自然学习的年龄发展阶段特征，将自然科学习过程设计为相应的三个年级段。在每个年级段中，都在相应的水平上依次进行８个领域的自然学习（８个单元），从而使小学自然科的学习形成三个“阶梯”（共计２４个依次展开的单元），亦即：

低年级（小学一、二年级）：通过观察、实验、比较、分类等认知活动，认识自然界各领域中个别事物的显著特征（形态、性质等）。

中年级（五年制的三年级或六年制的三、四年级）：通过观察、实验、比较、抽象、概括、演绎推理等认知活动（其中抽象、概括是核心），认识自然界各领域中同类事物的共同特征，建立某种概念。

高年级（小学最后两个年级）：通过观察、实验、比较、归纳、概括、演绎推理等认知活动（其中归纳、概括是核心），认识各领域中自然事物之间的内在联系和运动变化规律。

这样，８个领域的自然学习就螺旋式地循环安排在低、中、高三个年级段中，从而使后继的学习不断在一个新的更高的水平上回复到先前的学习领域中去。（见下页图）

比较一下两种组织方式，尽管二者都体现了由浅入深、由易到难、由具体到抽象的学习顺序，但由于学生学习自然的三个阶段是一个心理发展的年龄特征，因此，要求自然的学习在整个小学阶段遵循由浅入深、由易到难、由具体到抽象的原则，而不仅仅在某个单元的学习中遵循这一原则。因此，螺旋式的科目组织结构比直线式更符合学生的认知发展心理规律。

实践证明，自然科的螺旋式组织结构是完全符合学生认知发展心理规律的，取得了很好的教育教学效果，受到了学生、教师和家长的一致肯定和普遍欢迎。

我国传统小学数学的科目组织从总体上说，是根据学生的年龄特点和学习内容的难易来设计的，如在低年级或较难的学习内容多采用螺旋式排列，高年级或较易的学习内容多采用直线式排列。但就某些部分的组织顺序来说，还存在一些可改进之处。例如（《小学数学教育改革文集》，第48、54-55页）：

整数和整数四则运算的学习，以前的五年制三年级认数从万一直扩展到千亿，不仅学习多位数四则运算，而且学习四则运算的意义和定律。结果三年级学生数学成绩较普遍地出现了“马鞍形”。这说明科目中安排的这一学习活动，不符合三年级儿童的抽象逻辑思维发展水平尚低的发展心理特征。新的科目组织结构中，把三年级认数的范围先扩展到亿，理论知识只限于四则运算各部分之间的关系，而把亿以上数的认识、四则运算的意义和定律移到了四年级。经实践证明，新的科目组织结构教学效果比较好，是符合儿童发展心理特征的。

我国的数学教育由于受苏联的影响，在过去较长一段时间里曾过分强调知识的系统性和严谨性，强调一项知识要么不学，要学就得“深、透、全”：数学概念一般给出严格定义，即使以运算为主的初中代数的概念（如代数式、有理式等）也不例外。结果科目内容的组织只能在初中、高中、大学各阶段呈直线上升，学习内容界限分明，不容交叉，也难于在初中或高中用浅显的方法去学习一些稍深但很有用的知识，缺乏必要的循环。数学课程设计者们在反思的基础上认识到，科目的组织在考虑内容的系统性、严谨性时有一个“度”的问题，也就是说要照顾到学习者的认知心理发展水平，注意必要的循环：