新粤教版高中物理教科书科学家形象建构研究

2022-08-16李汶俊许凯霞区艺锋李安琪

物理教学探讨 2022年7期

李汶俊，许凯霞，区艺锋，李安琪，肖洋

华南师范大学物理与电信工程学院，广州 510006

1 问题提出

自20世纪以来，科学教育的目标经历了从“科学知识教育”“科学过程和方法教育”“科学素养教育”到“学科核心素养”的四次演变，从注重实体和工具延伸到了精神与价值领域。习近平总书记在科学家座谈会上也指出，“科学家精神是科技工作者在长期科学实践中积累的宝贵精神财富，要大力弘扬科学家精神”。

弘扬科学精神与价值的美好愿景的实现，除了要重视科学知识的教学方式，对青少年心目中的科学家形象建构也很重要。许多研究发现，青少年对科学家普遍存在刻板印象和“神圣”印象。例如，张楠和詹琰（2014）调查发现，北京地区中学生对科学家普遍存在“男性主导”“熬夜、通宵工作”“长期在实验室工作”“戴眼镜”等刻板印象。周晴等人（2017）的研究表明，我国青少年心目中的科学家形象更具“神圣”色彩，学生心中的科学家已脱离普通职业的范畴，不仅是智慧和荣誉的化身，而且要具备淡泊名利、无私奉献等精神品质。

教科书在青少年的科学家形象建构中扮演着十分重要的角色。不少研究指出，部分物理教科书对科学家形象的描绘比较刻板。例如，张正严和武小琴（2013）发现教科版、人教版和司南版的高中物理教科书鲜有涉及科学家的思想方法和精神品质。郭桂周等人（2018）发现人教版初中物理教科书中的科学家形象单薄，而且缺失女性，有“欧洲中心主义”的倾向。

新颁布的课程标准明确提出，教材编写应关注科学家在科学探索过程中所凝练的科学思维方式和科学研究方法，让学生学习科学家的科学思维、研究方法及科学态度等。在这一背景下，有必要研究新修订的普通高中物理教科书中的科学家形象建构情况。本研究选取2019年出版的粤教版普通高中物理教科书，通过描绘新版教科书中的科学家形象建构情况，为教师在教学中完善科学家形象和编者未来修订教科书提供建议。

2 研究设计

2.1 研究框架

本研究对教科书中科学家形象建构情况的分析指标兼具国际和本土特色，采纳了Chambers设计的DAST测试（Draw a Scientist Test）和张芳喜等人（2016）在研究《人民日报》中的科学家形象时构建的指标，上述指标已广泛用于教科书分析。本研究在此基础上构建了如表1所示的分析检查表，从人性特征、外在特征、职业特征和背景特征四个维度分析科学家形象。

表1 科学家形象分析检查表与呈现频次表

第一，人性特征包括科学家的人格特征、对待科研学术的态度以及他人对科学家的评价。

第三，职业特征包括科学家所在的学科领域、所承担的行政职责以及表现出来的专业能力。

第四，背景特征考虑了科学家作为社会生活中的实在个体，包括其家庭背景、教育背景和工作环境。

2.2 分析程序

本研究选取广东教育出版社2019年出版的普通高中物理教科书作为研究样本（以下简称新粤教版高中物理教科书），共分为必修第一册、第二册、第三册及选择性必修第一册、第二册、第三册，共六册。

本研究主要采用内容分析法，分析过程包括三个阶段。第一步是选取对象，研究者浏览教科书后，选出涉及科学家形象的文本材料单元作为分析对象。在选择的过程中，将相对独立、完整叙述科学家事迹的一段话或资料卡片记为一个单元。第二步是文本材料分析，对每个文本材料，研究者根据表1的检查表逐项进行编码、统计。表2提供了一个文本材料单元及其分析示例，采用类似的方式，对所有的文本材料进行分析。第三步是教科书整体分析，研究者汇总所有文本材料的编码结果，形成科学家形象建构各项指标上的总体表现。

表2 文本材料单元及其分析示例

上述分析过程由四名研究者一起完成。研究者们在充分研读分析检查表后对必修第二册进行试评，各自独立选取文本材料并依据检查表对各项指标逐项编码。试评的评分者信度（Cohen’s Kappa）为0.691，任意两名研究者之间的一致率在92.21%至93.08%之间。由此进入正式分析，每本教科书均由两名研究者进行分析，结果依然具有良好的评分者信度（Cohen’s Kappa：0.912至0.949）和较高的一致率（95.03%至98.10%）。对编码不一致的地方，研究者们在协商后达成一致。研究者共选取了381个文本材料单元，各指标的频次与百分比如表1所示。

3 新粤教版高中物理教科书中科学家形象建构的特点

整体而言，新粤教版高中物理教科书注重科学家的专业能力（70.34%）、学术态度（57.48%）、学科领域（51.71%）。但是，关于科学家的他人评议（2.36%）、行政职责（2.89%）、工作环境（0.78%）的信息非常少，家庭背景和教育背景的信息甚至处于空白状态。下面将先呈现教科书中最频繁出现的科学家，然后依次从四个一级指标展现教科书中科学家形象建构的主要特点。

3.1 科学家形象从个体转向共同体，凸显近当代科学研究的集体性与社会性

总体来看，新粤教版高中物理教科书中共出现科学家132人次，其中指代明确的前五位为牛顿（21 次）、伽利略（20 次）、爱因斯坦（18 次）、麦克斯韦（15次）和法拉第（11次）。此外，本研究还发现教科书中出现了大量指代不明确的科学家信息，诸如“科学家们”“科研人员”“研究团队”等，这些科学家代称出现的频次高达37次。其中，科学家代称的相关内容共有18次出现了明确的年代信息，16次为近现代（17世纪之后）。

这一结果表明，教科书对科学家的介绍已经开始超越个体，突出了团队合作，表明科学研究往往不再是单一科学家孤独的奋战过程，而是更具集体性的社会活动。教科书的这种转向，更容易让学生感受到科学家作为一个社会群体是如何工作的，从而进一步认识到科学是整个人类努力奋斗的事业，逐步深化其科学本质观。

2007年，淮河发生了流域性大洪水。面对严峻的汛情，在国家防总统一指挥下，淮河防总协调流域各省防指，坚持以人为本，实施了有效的洪水管理，科学调度防洪工程，取得了良好的效果。分析2007年淮河大洪水防御的实践经验，有利于进一步推进淮河洪水管理。

3.2 科学家的人性特征过于神圣化，忽视了科学家作为普通人的一面

教科书最注重描绘科学家人性特征中的学术态度（57.48%）。学术态度中提及最多的是“创新”（165次，75.34%）。对学术态度其他方面的描绘较少，关于“合作”和“长期坚持”的内容占比分别为15.07%和8.22%（分别为33次和18次），而对“不求名利”的描绘次数则屈指可数（3次，1.37%）。对学术态度描写最为全面的素材来自选择性必修第三册——“而最早发现这一实验现象的约里奥-居里夫妇，虽然为这一实验拍摄了上万张胶片，付出了很多的心血……”（P116），通过描写居里夫妇共同工作体现了“合作”，“拍摄了上万张胶片，付出了很多的心血”体现了“长期坚持”，而“最早发现”则体现了“创新”。

教科书关于科学家人格特征以及他人对科学家的评议的描写就相对较少，分别为53次和9次。其中，教科书对科学家人格特征的描绘注重“才干”（29次，54.72%），集中表现为科学家敢作敢为、敢于决断、持之以恒以及有始有终的特点。例如，选择性必修第三册中 “……亥姆霍兹是能量守恒的另一位独立发现者，他始终坚信‘永动机’是不可能的……1847年，他论述能量守恒的重要论文《力的守恒》在给《年鉴》（当时权威的科学杂志）投稿失败后毫不气馁……”（P64），通过“始终坚信”“毫不气馁”等关键词体现出其持之以恒、有始有终的“才干”特点。此外，教科书还关注到了“行事风格”（19次，35.85%），主要表现为科学家工作严谨、做事认真、乐于合作以及淡泊名利的特点。

关于科学家人格特征中，与普通人较为共通的部分的描绘则寥寥无几，如“处世态度”3次（5.66%）、“人际关系”2 次（3.77%），而完全没有提及“外向性”“善良”和“情绪性”。上述的结果表明，教科书强调科学家伟大的人格魅力，但忽视了科学家作为普通人的一面，有科学家人性特征“神圣化”的倾向，可能会让学生形成“科学家远离普罗大众”的错觉，影响其树立全面、正确的科学态度与价值观。

3.3 科学家外在特征的刻板印象逐渐消融，民族自信得以进一步彰显

教科书对科学家外在特征的描绘有意消除男性中心主义、唯西方主义的科学观，同时选用更真实的科学家图片（如生活照、工作照等）以消除科学家外貌特征的刻板印象。

首先，虽然男性科学家仍占绝大多数（128位），但教科书有意淡化了科学家的性别。一方面，教科书补充了一些女性科学家身着实验服、处于实验室的真实工作情景照片，如图1（a）所示。另一方面，教科书试图采用一种“去性别化”的描述，不会特别强调其性别。例如，选择性必修第三册“J.J汤姆孙发现，对于不同的……”（P107）和“宇称不守恒……被吴健雄等人的实验所证实”（P129），都采用姓名来指代。虽然突出女科学家、女性等字眼能补全女性科学家的“在场证明”，但刻意的性别指代反而可能让学生更关注到科学家群体中男性和女性席位不等的问题。因此，教科书这种“去性别化”的描述可能反而更能够消除男性中心主义。

图1 新粤教版教科书中科学家图片素材示例

其次，教科书中选用的图片也在有意消除可能存在的刻板印象。可能涉及刻板印象的外貌特征频次均不高。在教科书中出现的45幅科学家图片中，出现频次较高的外貌特征是：“面部胡须和头发”（17次，37.78%），“秃顶”（8次，17.78%），“实验室及实验器材”（7次，15.56%），“眼镜”（5次，11.11%）。这一类图片典型代表是伽利略的头像[图1（b）]。从统计结果来看，除“面部胡须与头发”这一指标外，其余指标出现的比例均低于20%；而课本采用如图1（a）所示的真实工作情景照片可以更为真实、客观地呈现科学家的外在形象，有助于消除学生对科学家的刻板印象，拉近学生和科学家的距离。

最后，教科书中补充了大量我国的科学家，彰显了民族自信心。科学家所属国家排名前五的分别是英国（31人，21.83%）、美国（20.5人，14.44%）、德国（20人，14.08%）、法国（19人，13.38%）、中国（17人，11.97%）。我国科学家的数量已超过意大利、荷兰等欧洲国家。而且教科书也不再局限于我国古代的科学家（如张衡），还加入了近当代科学家（如钱学森）。

3.4 科学家职业特征的学科领域分布广泛，选用大量诺贝尔奖获得者，彰显专业能力

从科学家所属的学科领域来看，其研究内容分布广泛。涉及的学科领域分别是原子分子物理学（35人次，17.77%），天文学（33人次，16.75%），电磁学（28 人次，14.21%），力学（26 人次，13.20%），光学（21 人次，10.66%），热学（19 人次，9.64%），理论物理学（18人次，9.14%），剩余17人次来自于高能物理学、航空航天科学技术基础学科和无线电物理领域。教科书不仅精选了经典物理科学家，增加了大量原子物理、理论物理的素材，还加入了当代的、前沿的科学研究者。例如，必修第二册“……霍伊尔（F.Hoyle，1915—2001）等人提出的稳恒态宇宙模型……”（P131），补充了提出现代宇宙模型的科学家。由此可见，教科书已不再停留于经典物理科学家的形象建构。

而教科书涉及到的大部分科学家素材都凸显了其专业能力（268处，70.34%）。例如，必修第一册中“牛顿……系统地总结出动力学的一条基本定律，称为牛顿第一定律”（P100）。值得注意的是，对于近现代科学家而言，诺贝尔奖是科学家融入教科书的重要指标。132位科学家中，有74位有机会获得诺贝尔奖，其中43位已获诺贝尔奖（58.11%）。诺贝尔奖是科学家专业能力得到广泛认可的最佳指标，选用大量诺贝尔奖获得者作为素材在肯定科学家专业能力方面具有重要说服力。同时，诺贝尔奖一般颁发给最具价值、最前沿的科研成果，一定程度上代表着科学发展的方向。从这一角度来看，教科书选用大量获得诺贝尔奖的科学家，可以增强学生对科学发展的信心，点燃学生致力于科学研究的热情。

3.5 科学家背景特征的描绘整体不足，工作环境描写凸显攻坚精神

教科书无明显家庭背景与教育背景描写，鲜有关注科学家工作环境（仅3次），主要强调环境的艰苦来烘托出科学家不畏苦难、不懈追求的精神。必修第一册的“在伽利略时代，技术比较落后，通过直接测定瞬时速度来验证一个物体是否做匀速运动是困难的……”（P35）、必修第二册的“该系统（高铁列车齿轮传动系统）打破了国外垄断”（P30）都体现了这一点。

科学家呈现的特征与背景密切相关，缺少背景信息可能使学生无法考虑到历史局限性，无法认识到家庭和社会对个人的影响，不能形成对科学家的完整认知。

4 结论与启示

本文的分析结果表明，整体上，新粤教版高中物理教科书对科学家形象建构发挥了较为积极的作用。教科书对科学家的描绘突出了科学家的社会群体性、科学家人性特征的神圣性，同时选用的科学家素材力求逐渐消融外在特征的刻板印象，增加我国科学家的数量，平衡学科领域的分布，体现卓越的专业能力。基于研究结果，对未来教科书进一步加强科学家形象建构提出一些建议。

4.1 应生动鲜活地描述科学家的人性特征

教科书可适当关注科学家的情感、道德、生活等方面，展现科学家作为有血有肉的个体的独特气质，而不只是停留于科学家在研究过程中对科学事业所持有的稳定的心理倾向。如通过更生活化的照片塑造更为鲜活的形象，如必修第二册的爱因斯坦的照片[图2（a）]可以尝试更换为展示爱因斯坦活泼个性的照片[图2（b）]。

图2 爱因斯坦照片修改的建议

4.2 进一步增添我国现代的科学家素材

教科书可以介绍更多中国现代的科学家，细致中国科学家的整体样态，展现现代中国的科研实力。例如，与钱学森同为我国“两弹一星”元勋获得者的钱三强、于敏等人也可以被写入教科书，可在必修第二册第三章第四节《万有引力定律》中补充叙述钱学森与钱三强等人如何牵头发起导弹和原子弹项目、如何突破重重障碍开始研究的故事。