新粵教版高中物理教科書科學(xué)家形象建構(gòu)研究

李汶俊，許凱霞，區(qū)藝鋒，李安琪，肖 洋

華南師范大學(xué)物理與電信工程學(xué)院，廣州 510006

1 問題提出

自20世紀(jì)以來，科學(xué)教育的目標(biāo)經(jīng)歷了從“科學(xué)知識教育”“科學(xué)過程和方法教育”“科學(xué)素養(yǎng)教育”到“學(xué)科核心素養(yǎng)”的四次演變，從注重實體和工具延伸到了精神與價值領(lǐng)域。習(xí)近平總書記在科學(xué)家座談會上也指出，“科學(xué)家精神是科技工作者在長期科學(xué)實踐中積累的寶貴精神財富，要大力弘揚科學(xué)家精神”。

弘揚科學(xué)精神與價值的美好愿景的實現(xiàn)，除了要重視科學(xué)知識的教學(xué)方式，對青少年心目中的科學(xué)家形象建構(gòu)也很重要。許多研究發(fā)現(xiàn)，青少年對科學(xué)家普遍存在刻板印象和“神圣”印象。例如，張楠和詹琰（2014）調(diào)查發(fā)現(xiàn)，北京地區(qū)中學(xué)生對科學(xué)家普遍存在“男性主導(dǎo)”“熬夜、通宵工作”“長期在實驗室工作”“戴眼鏡”等刻板印象。周晴等人（2017）的研究表明，我國青少年心目中的科學(xué)家形象更具“神圣”色彩，學(xué)生心中的科學(xué)家已脫離普通職業(yè)的范疇，不僅是智慧和榮譽的化身，而且要具備淡泊名利、無私奉獻(xiàn)等精神品質(zhì)。

教科書在青少年的科學(xué)家形象建構(gòu)中扮演著十分重要的角色。不少研究指出，部分物理教科書對科學(xué)家形象的描繪比較刻板。例如，張正嚴(yán)和武小琴（2013）發(fā)現(xiàn)教科版、人教版和司南版的高中物理教科書鮮有涉及科學(xué)家的思想方法和精神品質(zhì)。郭桂周等人（2018）發(fā)現(xiàn)人教版初中物理教科書中的科學(xué)家形象單薄，而且缺失女性，有“歐洲中心主義”的傾向。

新頒布的課程標(biāo)準(zhǔn)明確提出，教材編寫應(yīng)關(guān)注科學(xué)家在科學(xué)探索過程中所凝練的科學(xué)思維方式和科學(xué)研究方法，讓學(xué)生學(xué)習(xí)科學(xué)家的科學(xué)思維、研究方法及科學(xué)態(tài)度等。在這一背景下，有必要研究新修訂的普通高中物理教科書中的科學(xué)家形象建構(gòu)情況。本研究選取2019年出版的粵教版普通高中物理教科書，通過描繪新版教科書中的科學(xué)家形象建構(gòu)情況，為教師在教學(xué)中完善科學(xué)家形象和編者未來修訂教科書提供建議。

2 研究設(shè)計

2.1 研究框架

本研究對教科書中科學(xué)家形象建構(gòu)情況的分析指標(biāo)兼具國際和本土特色，采納了Chambers設(shè)計的DAST測試（Draw a Scientist Test）和張芳喜等人（2016）在研究《人民日報》中的科學(xué)家形象時構(gòu)建的指標(biāo)，上述指標(biāo)已廣泛用于教科書分析。本研究在此基礎(chǔ)上構(gòu)建了如表1所示的分析檢查表，從人性特征、外在特征、職業(yè)特征和背景特征四個維度分析科學(xué)家形象。

表1 科學(xué)家形象分析檢查表與呈現(xiàn)頻次表

第一，人性特征包括科學(xué)家的人格特征、對待科研學(xué)術(shù)的態(tài)度以及他人對科學(xué)家的評價。

第三，職業(yè)特征包括科學(xué)家所在的學(xué)科領(lǐng)域、所承擔(dān)的行政職責(zé)以及表現(xiàn)出來的專業(yè)能力。

第四，背景特征考慮了科學(xué)家作為社會生活中的實在個體，包括其家庭背景、教育背景和工作環(huán)境。

2.2 分析程序

本研究選取廣東教育出版社2019年出版的普通高中物理教科書作為研究樣本（以下簡稱新粵教版高中物理教科書），共分為必修第一冊、第二冊、第三冊及選擇性必修第一冊、第二冊、第三冊，共六冊。

本研究主要采用內(nèi)容分析法，分析過程包括三個階段。第一步是選取對象，研究者瀏覽教科書后，選出涉及科學(xué)家形象的文本材料單元作為分析對象。在選擇的過程中，將相對獨立、完整敘述科學(xué)家事跡的一段話或資料卡片記為一個單元。第二步是文本材料分析，對每個文本材料，研究者根據(jù)表1的檢查表逐項進(jìn)行編碼、統(tǒng)計。表2提供了一個文本材料單元及其分析示例，采用類似的方式，對所有的文本材料進(jìn)行分析。第三步是教科書整體分析，研究者匯總所有文本材料的編碼結(jié)果，形成科學(xué)家形象建構(gòu)各項指標(biāo)上的總體表現(xiàn)。

表2 文本材料單元及其分析示例

上述分析過程由四名研究者一起完成。研究者們在充分研讀分析檢查表后對必修第二冊進(jìn)行試評，各自獨立選取文本材料并依據(jù)檢查表對各項指標(biāo)逐項編碼。試評的評分者信度（Cohen’s Kappa）為0.691，任意兩名研究者之間的一致率在92.21%至93.08%之間。由此進(jìn)入正式分析，每本教科書均由兩名研究者進(jìn)行分析，結(jié)果依然具有良好的評分者信度（Cohen’s Kappa：0.912至0.949）和較高的一致率（95.03%至98.10%）。對編碼不一致的地方，研究者們在協(xié)商后達(dá)成一致。研究者共選取了381個文本材料單元，各指標(biāo)的頻次與百分比如表1所示。

3 新粵教版高中物理教科書中科學(xué)家形象建構(gòu)的特點

整體而言，新粵教版高中物理教科書注重科學(xué)家的專業(yè)能力（70.34%）、學(xué)術(shù)態(tài)度（57.48%）、學(xué)科領(lǐng)域（51.71%）。但是，關(guān)于科學(xué)家的他人評議（2.36%）、行政職責(zé)（2.89%）、工作環(huán)境（0.78%）的信息非常少，家庭背景和教育背景的信息甚至處于空白狀態(tài)。下面將先呈現(xiàn)教科書中最頻繁出現(xiàn)的科學(xué)家，然后依次從四個一級指標(biāo)展現(xiàn)教科書中科學(xué)家形象建構(gòu)的主要特點。

3.1 科學(xué)家形象從個體轉(zhuǎn)向共同體，凸顯近當(dāng)代科學(xué)研究的集體性與社會性

總體來看，新粵教版高中物理教科書中共出現(xiàn)科學(xué)家132人次，其中指代明確的前五位為牛頓（21 次）、伽利略（20 次）、愛因斯坦（18 次）、麥克斯韋（15次）和法拉第（11次）。此外，本研究還發(fā)現(xiàn)教科書中出現(xiàn)了大量指代不明確的科學(xué)家信息，諸如“科學(xué)家們”“科研人員”“研究團隊”等，這些科學(xué)家代稱出現(xiàn)的頻次高達(dá)37次。其中，科學(xué)家代稱的相關(guān)內(nèi)容共有18次出現(xiàn)了明確的年代信息，16次為近現(xiàn)代（17世紀(jì)之后）。

這一結(jié)果表明，教科書對科學(xué)家的介紹已經(jīng)開始超越個體，突出了團隊合作，表明科學(xué)研究往往不再是單一科學(xué)家孤獨的奮戰(zhàn)過程，而是更具集體性的社會活動。教科書的這種轉(zhuǎn)向，更容易讓學(xué)生感受到科學(xué)家作為一個社會群體是如何工作的，從而進(jìn)一步認(rèn)識到科學(xué)是整個人類努力奮斗的事業(yè)，逐步深化其科學(xué)本質(zhì)觀。

2007年，淮河發(fā)生了流域性大洪水。面對嚴(yán)峻的汛情，在國家防總統(tǒng)一指揮下，淮河防總協(xié)調(diào)流域各省防指，堅持以人為本，實施了有效的洪水管理，科學(xué)調(diào)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實踐經(jīng)驗，有利于進(jìn)一步推進(jìn)淮河洪水管理。

3.2 科學(xué)家的人性特征過于神圣化，忽視了科學(xué)家作為普通人的一面

教科書最注重描繪科學(xué)家人性特征中的學(xué)術(shù)態(tài)度（57.48%）。學(xué)術(shù)態(tài)度中提及最多的是“創(chuàng)新”（165次，75.34%）。對學(xué)術(shù)態(tài)度其他方面的描繪較少，關(guān)于“合作”和“長期堅持”的內(nèi)容占比分別為15.07%和8.22%（分別為33次和18次），而對“不求名利”的描繪次數(shù)則屈指可數(shù)（3次，1.37%）。對學(xué)術(shù)態(tài)度描寫最為全面的素材來自選擇性必修第三冊——“而最早發(fā)現(xiàn)這一實驗現(xiàn)象的約里奧-居里夫婦，雖然為這一實驗拍攝了上萬張膠片，付出了很多的心血……”（P116），通過描寫居里夫婦共同工作體現(xiàn)了“合作”，“拍攝了上萬張膠片，付出了很多的心血”體現(xiàn)了“長期堅持”，而“最早發(fā)現(xiàn)”則體現(xiàn)了“創(chuàng)新”。

教科書關(guān)于科學(xué)家人格特征以及他人對科學(xué)家的評議的描寫就相對較少，分別為53次和9次。其中，教科書對科學(xué)家人格特征的描繪注重“才干”（29次，54.72%），集中表現(xiàn)為科學(xué)家敢作敢為、敢于決斷、持之以恒以及有始有終的特點。例如，選擇性必修第三冊中 “……亥姆霍茲是能量守恒的另一位獨立發(fā)現(xiàn)者，他始終堅信‘永動機’是不可能的……1847年，他論述能量守恒的重要論文《力的守恒》在給《年鑒》（當(dāng)時權(quán)威的科學(xué)雜志）投稿失敗后毫不氣餒……”（P64），通過“始終堅信”“毫不氣餒”等關(guān)鍵詞體現(xiàn)出其持之以恒、有始有終的“才干”特點。此外，教科書還關(guān)注到了“行事風(fēng)格”（19次，35.85%），主要表現(xiàn)為科學(xué)家工作嚴(yán)謹(jǐn)、做事認(rèn)真、樂于合作以及淡泊名利的特點。

關(guān)于科學(xué)家人格特征中，與普通人較為共通的部分的描繪則寥寥無幾，如“處世態(tài)度”3次（5.66%）、“人際關(guān)系”2 次（3.77%），而完全沒有提及“外向性”“善良”和“情緒性”。上述的結(jié)果表明，教科書強調(diào)科學(xué)家偉大的人格魅力，但忽視了科學(xué)家作為普通人的一面，有科學(xué)家人性特征“神圣化”的傾向，可能會讓學(xué)生形成“科學(xué)家遠(yuǎn)離普羅大眾”的錯覺，影響其樹立全面、正確的科學(xué)態(tài)度與價值觀。

3.3 科學(xué)家外在特征的刻板印象逐漸消融，民族自信得以進(jìn)一步彰顯

教科書對科學(xué)家外在特征的描繪有意消除男性中心主義、唯西方主義的科學(xué)觀，同時選用更真實的科學(xué)家圖片（如生活照、工作照等）以消除科學(xué)家外貌特征的刻板印象。

首先，雖然男性科學(xué)家仍占絕大多數(shù)（128位），但教科書有意淡化了科學(xué)家的性別。一方面，教科書補充了一些女性科學(xué)家身著實驗服、處于實驗室的真實工作情景照片，如圖1（a）所示。另一方面，教科書試圖采用一種“去性別化”的描述，不會特別強調(diào)其性別。例如，選擇性必修第三冊“J.J湯姆孫發(fā)現(xiàn)，對于不同的……”（P107）和“宇稱不守恒……被吳健雄等人的實驗所證實”（P129），都采用姓名來指代。雖然突出女科學(xué)家、女性等字眼能補全女性科學(xué)家的“在場證明”，但刻意的性別指代反而可能讓學(xué)生更關(guān)注到科學(xué)家群體中男性和女性席位不等的問題。因此，教科書這種“去性別化”的描述可能反而更能夠消除男性中心主義。

圖1 新粵教版教科書中科學(xué)家圖片素材示例

其次，教科書中選用的圖片也在有意消除可能存在的刻板印象?？赡苌婕翱贪逵∠蟮耐饷蔡卣黝l次均不高。在教科書中出現(xiàn)的45幅科學(xué)家圖片中，出現(xiàn)頻次較高的外貌特征是：“面部胡須和頭發(fā)”（17次，37.78%），“禿頂”（8次，17.78%），“實驗室及實驗器材”（7次，15.56%），“眼鏡”（5次，11.11%）。這一類圖片典型代表是伽利略的頭像[圖1（b）]。從統(tǒng)計結(jié)果來看，除“面部胡須與頭發(fā)”這一指標(biāo)外，其余指標(biāo)出現(xiàn)的比例均低于20%；而課本采用如圖1（a）所示的真實工作情景照片可以更為真實、客觀地呈現(xiàn)科學(xué)家的外在形象，有助于消除學(xué)生對科學(xué)家的刻板印象，拉近學(xué)生和科學(xué)家的距離。

最后，教科書中補充了大量我國的科學(xué)家，彰顯了民族自信心?？茖W(xué)家所屬國家排名前五的分別是英國（31人，21.83%）、美國（20.5人，14.44%）、德國（20人，14.08%）、法國（19人，13.38%）、中國（17人，11.97%）。我國科學(xué)家的數(shù)量已超過意大利、荷蘭等歐洲國家。而且教科書也不再局限于我國古代的科學(xué)家（如張衡），還加入了近當(dāng)代科學(xué)家（如錢學(xué)森）。

3.4 科學(xué)家職業(yè)特征的學(xué)科領(lǐng)域分布廣泛，選用大量諾貝爾獎獲得者，彰顯專業(yè)能力

從科學(xué)家所屬的學(xué)科領(lǐng)域來看，其研究內(nèi)容分布廣泛。涉及的學(xué)科領(lǐng)域分別是原子分子物理學(xué)（35人次，17.77%），天文學(xué)（33人次，16.75%），電磁學(xué)（28 人次，14.21%），力學(xué)（26 人次，13.20%），光學(xué)（21 人次，10.66%），熱學(xué)（19 人次，9.64%），理論物理學(xué)（18人次，9.14%），剩余17人次來自于高能物理學(xué)、航空航天科學(xué)技術(shù)基礎(chǔ)學(xué)科和無線電物理領(lǐng)域。教科書不僅精選了經(jīng)典物理科學(xué)家，增加了大量原子物理、理論物理的素材，還加入了當(dāng)代的、前沿的科學(xué)研究者。例如，必修第二冊“……霍伊爾（F.Hoyle，1915—2001）等人提出的穩(wěn)恒態(tài)宇宙模型……”（P131），補充了提出現(xiàn)代宇宙模型的科學(xué)家。由此可見，教科書已不再停留于經(jīng)典物理科學(xué)家的形象建構(gòu)。

而教科書涉及到的大部分科學(xué)家素材都凸顯了其專業(yè)能力（268處，70.34%）。例如，必修第一冊中“牛頓……系統(tǒng)地總結(jié)出動力學(xué)的一條基本定律，稱為牛頓第一定律”（P100）。值得注意的是，對于近現(xiàn)代科學(xué)家而言，諾貝爾獎是科學(xué)家融入教科書的重要指標(biāo)。132位科學(xué)家中，有74位有機會獲得諾貝爾獎，其中43位已獲諾貝爾獎（58.11%）。諾貝爾獎是科學(xué)家專業(yè)能力得到廣泛認(rèn)可的最佳指標(biāo)，選用大量諾貝爾獎獲得者作為素材在肯定科學(xué)家專業(yè)能力方面具有重要說服力。同時，諾貝爾獎一般頒發(fā)給最具價值、最前沿的科研成果，一定程度上代表著科學(xué)發(fā)展的方向。從這一角度來看，教科書選用大量獲得諾貝爾獎的科學(xué)家，可以增強學(xué)生對科學(xué)發(fā)展的信心，點燃學(xué)生致力于科學(xué)研究的熱情。

3.5 科學(xué)家背景特征的描繪整體不足，工作環(huán)境描寫凸顯攻堅精神

教科書無明顯家庭背景與教育背景描寫，鮮有關(guān)注科學(xué)家工作環(huán)境（僅3次），主要強調(diào)環(huán)境的艱苦來烘托出科學(xué)家不畏苦難、不懈追求的精神。必修第一冊的“在伽利略時代，技術(shù)比較落后，通過直接測定瞬時速度來驗證一個物體是否做勻速運動是困難的……”（P35）、必修第二冊的“該系統(tǒng)（高鐵列車齒輪傳動系統(tǒng)）打破了國外壟斷”（P30）都體現(xiàn)了這一點。

科學(xué)家呈現(xiàn)的特征與背景密切相關(guān)，缺少背景信息可能使學(xué)生無法考慮到歷史局限性，無法認(rèn)識到家庭和社會對個人的影響，不能形成對科學(xué)家的完整認(rèn)知。

4 結(jié)論與啟示

本文的分析結(jié)果表明，整體上，新粵教版高中物理教科書對科學(xué)家形象建構(gòu)發(fā)揮了較為積極的作用。教科書對科學(xué)家的描繪突出了科學(xué)家的社會群體性、科學(xué)家人性特征的神圣性，同時選用的科學(xué)家素材力求逐漸消融外在特征的刻板印象，增加我國科學(xué)家的數(shù)量，平衡學(xué)科領(lǐng)域的分布，體現(xiàn)卓越的專業(yè)能力?；谘芯拷Y(jié)果，對未來教科書進(jìn)一步加強科學(xué)家形象建構(gòu)提出一些建議。

4.1 應(yīng)生動鮮活地描述科學(xué)家的人性特征

教科書可適當(dāng)關(guān)注科學(xué)家的情感、道德、生活等方面，展現(xiàn)科學(xué)家作為有血有肉的個體的獨特氣質(zhì)，而不只是停留于科學(xué)家在研究過程中對科學(xué)事業(yè)所持有的穩(wěn)定的心理傾向。如通過更生活化的照片塑造更為鮮活的形象，如必修第二冊的愛因斯坦的照片[圖2（a）]可以嘗試更換為展示愛因斯坦活潑個性的照片[圖2（b）]。

圖2 愛因斯坦照片修改的建議

4.2 進(jìn)一步增添我國現(xiàn)代的科學(xué)家素材

教科書可以介紹更多中國現(xiàn)代的科學(xué)家，細(xì)致中國科學(xué)家的整體樣態(tài)，展現(xiàn)現(xiàn)代中國的科研實力。例如，與錢學(xué)森同為我國“兩彈一星”元勛獲得者的錢三強、于敏等人也可以被寫入教科書，可在必修第二冊第三章第四節(jié)《萬有引力定律》中補充敘述錢學(xué)森與錢三強等人如何牽頭發(fā)起導(dǎo)彈和原子彈項目、如何突破重重障礙開始研究的故事。

4.3 完善對科學(xué)家背景特征的描繪

在教科書中適當(dāng)加入對科學(xué)家家庭背景、教育背景和工作環(huán)境的描述。美國初中主流科學(xué)教科書《科學(xué)探索者》在此方面給了我們啟示，該書通過每冊書開篇的“走進(jìn)科學(xué)”欄目介紹、訪談一位科學(xué)家，充分展示家庭和學(xué)校教育對其產(chǎn)生的影響、如何走上科學(xué)之路、科學(xué)家對科學(xué)工作的認(rèn)識等。

注釋：

①關(guān)于科學(xué)家的外在特征，通過查閱資料盡可能補全了性別、國別和出生年代信息，補充后的頻次分別為342、354和172次。

②在該處科學(xué)家總數(shù)為142人，其中有10人為科學(xué)家代稱，分別包含了不同的國別信息。

③有58位科學(xué)家在諾貝爾獎設(shè)立前就已去世。