科學家素材在中小學理科教科書中的融入

劉秀英 丁邦平

摘? ?要 教科書中的科學家素材對于提升學生的科學素質(zhì)至關(guān)重要。當前我國中小學理科（科學）教科書中的科學家素材不能滿足一線教師的教學需求。基于對部分理科教科書的調(diào)查，提出在教科書中融入科學家素材的變革性建議，即：教科書中科學家素材內(nèi)容的選擇須兼顧科學家的工作與生活，還原真實的科學家形象;充分挖掘教科書中隱形的科學家素材，提升教科書的育人價值;利用信息技術(shù)增加教科書中科學家音頻和視頻等電子資源，助力傳統(tǒng)教科書向電子教科書的過渡。

關(guān)鍵詞 教科書? 科學家素材? 科學素質(zhì)? 電子教科書

提高青少年科學素質(zhì)是提高全民素質(zhì)中非常重要的一部分。學?？茖W教育是提高青少年科學素質(zhì)的重要途經(jīng)，而教科書是學?？茖W教育的主要載體。教科書中的科學家素材指教科書中與科學家的生平、科學精神、科學方法等相關(guān)的內(nèi)容，這些內(nèi)容向?qū)W生展示了科學家的人性形象，真實生動，對提高學生科學素質(zhì)起著重要作用，同時也會影響學生對科學技術(shù)職業(yè)的選擇。

一、一線教師對教科書中科學家素材的訴求

通過網(wǎng)絡問卷的方式調(diào)查了109位中小學科學教師，其中男教師21人，女教師88人。他們主要來自河南、北京和河北等省份，其中62名教師來自河南，16名來自北京，14名來自河北，其余各省份教師1到3人不等。

參與調(diào)查的教師分別教授小學、初中和高中學段，各學段的教師人數(shù)分別為：小學19人，初中52人，高中38人。

當教師被問及“您認為在科學教育中使用科學家素材（生平、研究經(jīng)歷、科學精神等）重要嗎”，答案應用五級里克特量表由“很不重要”到“非常重要”分別賦分1～5分，教師平均得分為4.28分，51.38%的教師認為在科學教育中使用科學家素材非常重要。當被問及“您在教學的過程中使用科學家素材的頻率如何”，答案仍應用五級里克特量表由“不使用”到“經(jīng)常使用”分別賦分1～5分，教師平均得分3.23分，僅有12.84%的教師表示他們在教學中經(jīng)常使用科學家素材。由此看出大部分教師在觀念上認為在科學教育中使用科學家素材很重要，但在教學實踐中教師應用科學家素材的情況卻并不理想，或者說教師的實踐與觀念并不匹配。在對開放問題“您在使用科學家素材進行教學時遇到了哪些困難”的回答中，許多教師表示“沒時間找材料”“找不到合適的材料”“教材中缺乏相關(guān)內(nèi)容”等，因此在教科書中融入合適的科學家素材，便于教師教學使用，是一線教師的訴求。選擇什么樣的科學家素材融入教科書，如何將合適的科學家素材融入教科書，是值得教育工作者研究的重要課題。

二、我國理科教科書中科學家素材內(nèi)容的呈現(xiàn)情況

要討論“選擇什么樣的科學家素材內(nèi)容融入教科書”和“如何將合適的科學家素材融入教科書”，首先要了解目前我國中小學理科教科書中包含哪些科學家素材以及其呈現(xiàn)情況。以人教版高中化學必修1和必修2為例。

高中化學必修1中明確提到科學家的只有三處，分別是丁達爾效應、布朗運動和氯氣的發(fā)現(xiàn)與確認。但對科學家的介紹都比較簡單，偏重于知識性內(nèi)容的介紹。

如位于“科學史話”欄目中的丁達爾效應，對科學家的介紹只是一句話：丁達爾效應因英國物理學家丁達爾（J·Tyndall，1820-1893）于1869年發(fā)現(xiàn)而得名[1]。接著另起一段介紹為什么光束通過膠體能產(chǎn)生丁達爾效應但通過溶液卻不能等知識性內(nèi)容。

再如，位于頁面腳注處的布朗運動，對科學家的介紹中寫到：1827年，英國植物學家布朗（R·Brown，1773-1858）把花粉懸浮在水中，用顯微鏡觀察，發(fā)現(xiàn)花粉的小顆粒在做不同的、無秩序的運動，這種現(xiàn)象叫作布朗運動[1]。接著便是知識性的內(nèi)容。

高中化學必修1整本書中只在科學史話欄目中氯氣的發(fā)現(xiàn)和確認部分有一副瑞典化學家舍勒的肖像畫，沒有其他科學家的畫像。教科書中也沒有對中國科學家的介紹。

高中化學必修2中共有六處明確提到科學家，包括“俄國化學家門捷列夫制出第一張元素周期表”“門捷列夫在周期表中預言了尚未發(fā)現(xiàn)的元素”“荷蘭物理學家范德華首先研究了分子間作用力”“法國科學家勒夏特列經(jīng)過深入研究揭開了煉鐵高爐尾氣之迷”“英國科學家法拉第首先發(fā)現(xiàn)了苯”及“苯的發(fā)現(xiàn)和苯分子結(jié)構(gòu)學說”。這六處內(nèi)容中只有位于科學史話欄目中的“苯的發(fā)現(xiàn)和苯分子結(jié)構(gòu)學說”的介紹比較詳細，并指出凱庫勒能夠成功地提出苯的結(jié)構(gòu)學說并不是偶然的，強調(diào)了獨立思考、直覺形象、以事實為依據(jù)、嚴肅的科學態(tài)度等科學本質(zhì)方面的內(nèi)容[2]。其它五處內(nèi)容多是像必修1中呈現(xiàn)科學家素材的方式一樣，以一句話說明科學家的成果，沒有其它介紹。

整體而言，人教版高中化學必修教材中科學家素材相關(guān)內(nèi)容非常少，雖有科學探究、科學視野、科學史話等欄目，但多是知識性內(nèi)容，缺少科學精神、科學方法等科學本質(zhì)方面的內(nèi)容。

另外，已有的研究也反映了中學理科教科書中科學家素材使用情況的相似問題。如任悅和潘婉茹分析了2012年人教版初中生物（共四冊）、物理（共三冊）和化學（共兩冊）三門學科，共九本教材，發(fā)現(xiàn)所有教材中共有128處使用了科學家素材，其中包括成果（占43.62%）、圖片（占14.18%）、方法（占12.41%）、影響（占11.7%）、地位（占9.57%）、精神（占6.03%）、生平（占2.48%）[3]。張正嚴和武小琴對比了上科版、人教版和司南版高中物理教科書中科學家素材使用的基本情況，發(fā)現(xiàn)三套教材中科學家素材的平均數(shù)量由多到少分別是成果（占55.3%）、格言（占14.5%）、圖片（占10.8%）、方法（占9.4%）、精神（占7.2%）和生平（占2.8%）[4]，可見初高中理科教科書中科學家素材內(nèi)容以科學家的成果最多。但須要指出的是，教材中對科學家成果的介紹實質(zhì)上是對某個理論知識點的介紹，這類科學家素材在物理、化學和生物教材中使用的比例將近一半或超過一半，說明教材中科學家素材的使用仍是以陳述知識點為主，而對科學方法、科學精神等科學本質(zhì)內(nèi)容的介紹非常少。同時已有研究指出，教材在介紹科學家時，有96.09%的概率會介紹其成果，但查閱教材會發(fā)現(xiàn)，通常這些成果都是非常大的，甚至是里程碑式的成果，常以“XX科學家發(fā)現(xiàn)/研制出了XX”形式出現(xiàn)。這無形中會讓學生認為科學家都是有很大成果的人，是非常厲害的人。但事實上，科學研究，尤其是基礎(chǔ)科學研究通常需要很長時間，幾十年甚至幾百年才可能出現(xiàn)教材中所說的“成果”。這些偉大成果的出現(xiàn)是無數(shù)科學家默默奉獻、點滴積累的結(jié)果，他們雖然沒有獲得突破性的成果，但是依然值得人們尊敬。也就是說，并非有很大成果的人才是科學家，才能成為科學家。教科書須要幫助學生認識到這一點，避免在科學教育中將科學家神圣化，因為科學家是人而不是神。只有這樣，學生才可能走近科學家并成為科學家[5]。

另外，對幼小的孩子來說，科學家形象更重要，影響也更大。我國現(xiàn)行小學科學教科書中科學家素材的使用情況也不容樂觀。以教育科學出版社出版的小學五年級下冊《科學》[6]教科書為例，書中共有5處用到科學家素材，但講述的均是已故的國外科學家的故事，全書沒有提及任何中國科學家，無益于培養(yǎng)學生的國家自豪感，也不利于學生對我國科學家的認識與了解，不能很好地在學生心中“埋下科學的種子”。

三、在教科書中融入科學家素材的建議

1.教科書中科學家素材內(nèi)容的選擇須兼顧科學家的工作與生活，還原真實的科學家形象

丁邦平教授曾指出，我國學校的科學課程與教學基本上都不包含科學的局限性、科學的本質(zhì)和精神，以及科學技術(shù)與社會的互動等重大問題[7]。通過上文對當前理科教科書中科學家素材的剖析能夠發(fā)現(xiàn)，事實的確如此。因此在編寫新的教科書時，須要切實關(guān)注這方面的內(nèi)容。例如對科學家工作的介紹即對科學研究過程的介紹，不能只關(guān)注成果，還要包含科學工作中使用的科學方法、秉持的科學精神等非陳述性知識內(nèi)容，因為這些知識可能很快會被遺忘，但科學方法、科學精神等文化性內(nèi)容一旦被學生接受，就能夠于無形中長久地影響學生的成長，對學生形成正確的科學觀、提升科學素養(yǎng)等至關(guān)重要。

另外，科學家素材內(nèi)容應當涉及真實的科學家社會生活。當前的理科教學中，一些教師表示他們使用科學家素材的目的就是為了激發(fā)學生學習的興趣，因此，他們通常會找一些與科學家相關(guān)的“好玩”的甚至是“神奇”的故事與學生分享，但有些故事加重甚至導致了學生對科學家的刻板印象，教師卻沒有意識到。如科學哲學家吳國盛教授就曾強調(diào)幫助人們了解真實的科學家日常生活的重要性，他說：“長久以來，科學家被看作在某一方面有驚人的天賦，掌握了與自然界進行對話的神秘鑰匙，但在日常生活中完全是低能兒，而且表現(xiàn)得離奇古怪。但事實上，科學家結(jié)束他們的研究工作時，與常人一樣，而且在參與社會文化和從事藝術(shù)或宗教活動等方面，并不比一般人遜色，這一點有必要大大強調(diào)。因為我們陷入這類科學神話中太深了，不僅歪曲了科學家的形象，而且對培養(yǎng)自己的科學家相當不利。年輕人往往照公認的科學家形象規(guī)范自己，他可能不再關(guān)心社會、關(guān)心他人，不再關(guān)心道德和藝術(shù)，而甘于做一個對世事不聞不問、漠不關(guān)心，缺乏同情，只在某一狹窄領(lǐng)域當熟練工人的人。實際上，真正的科學家不僅能增長人類的自然知識，而且還傳播一種在思想上獨立思考、有條理地懷疑的科學精神，傳播一種在人類生活中相當寶貴的協(xié)作、友愛和寬容精神，是最富有人性的”[8]。這些內(nèi)容往往是教師在尋找科學家素材時沒有考慮到的，卻對學生是否愿意選擇與科學相關(guān)職業(yè)有比較重要的影響。要在教材中合適的位置，呈現(xiàn)科學家在結(jié)束研究工作后的一些活動，幫助學生認識到科學家也是平凡人，他們關(guān)心社會、關(guān)心他人、關(guān)心道德和藝術(shù)等。

2.充分挖掘教科書中隱形的科學家素材，提升教科書的育人價值

教科書凝聚了諸多教育工作者的心血，應盡可能使每一部分都發(fā)揮教育作用。例如，教材中的編者信息是每本教材中必有的內(nèi)容，人教版化學教材在扉頁列出了教材的主編、副主編、編寫人員等的名字，但并沒有進行任何介紹，只是對編寫人員的認可與尊重，起不到任何教育價值，學生甚至都不會注意，這實際上是教科書資源的一種浪費。反觀美國高中主流理科教科書“科學發(fā)現(xiàn)者系列”化學概念與應用（Chemistry Concepts and Applications）[9]，在其扉頁介紹了教材主要編寫者（他們同時也是化學家、科學家）的詳細信息;再如，美國Raymond Chang編寫的AP《化學（Chemistry）》第十版教材中[10]，編者信息中較為詳細地介紹了主編出生和成長的地方、求學經(jīng)歷、工作情況及社會兼職和興趣愛好等，呈現(xiàn)方式顯得豐富而溫馨，且沒有占據(jù)太多版面。這些信息也是科學家素材的一部分，它們不但增加了編者信息的可讀性，也有助于學生了解真實的化學家、科學家，于無形之中起到教育作用。

3.利用信息技術(shù)增加教科書中科學家音頻和視頻等電子資源，助力傳統(tǒng)教科書向電子教科書的過渡

電子教科書作為教科書發(fā)展的一種新形態(tài)，在信息技術(shù)高度發(fā)達的今天引起了世界各國教育工作者的關(guān)注。我國有學者認為對電子教科書的使用須慎重，并提出電子教科書研究的焦點不應集中于代替紙質(zhì)教科書的研究取向上，而應該關(guān)注電子教科書和紙質(zhì)教科書在教學中混合使用的基本功能，以“教育性”作為電子教科書引入與否的標準[11]。因此，電子教科書的引入須警惕各種風險，從紙質(zhì)教科書到電子教科書不能一蹴而就。在傳統(tǒng)紙質(zhì)教科書中加入音頻、視頻等電子資源或許可以作為一種“過渡形態(tài)的教科書”，而加入合適的科學家音頻和視頻資料即是秉持“教育性”原則，是在教科書中引入電子教科書元素的一種探索。

具體而言，可在教材中采用二維碼的形式，收錄我國科學家的音頻或視頻。使用教科書時，教師或?qū)W生通過掃碼即可使用這些電子資源。這也符合我國政府曾提出的“發(fā)揮課程教學主渠道作用，推動科技教育進課堂、進教材、列入教學計劃，系統(tǒng)提升學生科學意識和綜合素養(yǎng)”[12]的精神。這種方式有以下優(yōu)點：

可以為科學家服務社會提供可行的方式方法，激發(fā)科學家參與科學傳播的熱情。國務院曾明確提出“鼓勵科學家面向社會公眾普及科學知識”[13]，而收錄科學家音頻或視頻融入教科書中，可以說是一種連接科技界與教育界、連接科學家和學生的比較容易實現(xiàn)的方式。因為我國許多科學家已經(jīng)意識到科學家的社會責任，愿意為科學普及和科學教育貢獻自己的力量。如近年來著名科學家、曾獲美國天文學卡爾·薩根獎的中國科學家鄭永春多次呼吁，青年科學家作為最富有創(chuàng)新精神的一個群體，不僅要努力做科研，還要積極接觸社會、投身社會，履行社會責任，積極面向公眾傳播科學，完成從科研到科普、再到科教的轉(zhuǎn)變[14]。

可以展現(xiàn)真實的科學家形象，拉近學生與科學家的距離，吸引更多的青少年從事科學事業(yè)。2015年國際學生能力測試（PISA）結(jié)果顯示，美國“將來期望進入科學相關(guān)行業(yè)從業(yè)的學生比例”為38%，而中國只有16.8%，還不及OECD國家24.5%的均值[15]。這是值得警惕的。因為科學研究是一個國家長久發(fā)展的重要動力，而青少年是未來科學事業(yè)的繼承人。通過教科書中的音頻或視頻，學生可以與不同性別、不同領(lǐng)域的科學家“零距離接觸”，親耳聽到科學家說的話，看到真實的科學家形象?？茖W家可以分享自己是如何走上科學研究的道路的，自己的工作有哪些吸引人的地方，自己對中學生有何建議等。學生通過了解不同的科學家，能在這些真實的科學家身上或多或少找到自己的影子，便有了勇于成為科學家的志氣。

可以提供豐富的科學家素材，幫助教師促進科學本質(zhì)的教學。通過音頻或視頻的形式，科學家可以講科學精神、科學方法、科學的局限性，也可以講自己的興趣愛好、求學時的經(jīng)歷、科研過程中的趣事甚至是糗事等。不同的科學家還可以對同一個問題提出不同的看法，改變有學者曾指出的科學教科書中的問題：“現(xiàn)在的科學教科書都在宣揚一種個人主義的、實證主義的、歸納主義的、機械還原論的意識。開放多元的科學變得單一了，作為一種文化的科學，卻變成了“真理”的化身，科學把人從宗教神學中解救出來，自己卻又走進了神龕，只不過是用理性掩蓋得更加高明罷了?！盵16]從而還原本質(zhì)上開放多元的科學形象。教師可以組織學生對科學家的觀點進行討論，或者在分享科學家音頻前組織學生對某個主題進行討論，然后再播放科學家的觀點，這樣也可以幫助教師了解學生對科學的看法，便于有針對性地組織學生討論和學習。

可以促進教育公平，促進城鄉(xiāng)教育均衡發(fā)展。對于大城市的孩子而言，他們或許有較多機會與科學家見面，了解真實的科研生活，甚至自己的父母或親戚朋友就是科學家。但是對于貧困地區(qū)、農(nóng)村地區(qū)的學生而言，他們則可能沒有這樣的機會。利用教材中的二維碼，只要教師有一部手機，學生就能像大城市的孩子一樣親耳聽到科學家的分享，或許某位科學家的某句話，就能給予某些學生無窮的鼓勵，可能會改變孩子的一生。同時，作為未來電子教科書的一種過渡形態(tài)，利用二維碼的形式在教科書中融入科學家素材，相對于推廣電子教科書，在貧困地區(qū)更容易實現(xiàn)。因為，相對于每個貧困兒童都擁有一臺電子設備而言，每個兒童都有一本書更容易實現(xiàn)。

事實上，無論教科書以何種形態(tài)出現(xiàn)，最重要的都是其所包含的內(nèi)容，因為教科書的本質(zhì)目的是傳播知識，同時發(fā)揮育人價值。而科學家素材對于提升學生的科學素質(zhì)、培育學生正確的科學觀至關(guān)重要，但當前理科教科書中的科學家素材并不理想。因此，選擇怎樣的科學家素材以及如何將合適的科學家素材融入教科書中是值得思考的，希望引起更多教育工作者的關(guān)注。

參考文獻

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[4] 張正嚴，武小琴.高中物理教材中科學家素材選用的內(nèi)容與方式[J].教學與管理，2013（01）.

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[12]國務院辦公廳關(guān)于印發(fā)全民科學素質(zhì)行動計劃綱要實施方案（2016—2020年）的通知.國辦發(fā)〔2016〕10號.

[13] 國務院關(guān)于全面加強基礎(chǔ)科學研究的若干意見.國發(fā)〔2018〕4號.

[14] 鄭永春.做影響社會的科普勇士——從卡爾·薩根談起[J].中國科技教育，2018（02）.

[15] 操秀英.誰偷走了中國孩子的科學夢？[N].科技日報，2017-01-13.

[16] 石鷗，趙長林.科學教科書的意識形態(tài)[J].教育研究，2004（06）.

[作者：劉秀英（1989-），女，河南鄭州人，首都師范大學教育學院，博士研究生;丁邦平（1960-），男，安徽懷寧人，首都師范大學教育學院科學教育研究中心主任，教授，博士生導師。]

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