新粵教版高中物理教科書科學家形象建構研究

李汶俊，許凱霞，區藝鋒，李安琪，肖 洋

華南師范大學物理與電信工程學院，廣州 510006

1 問題提出

自20世紀以來，科學教育的目標經歷了從“科學知識教育”“科學過程和方法教育”“科學素養教育”到“學科核心素養”的四次演變，從注重實體和工具延伸到了精神與價值領域。習近平總書記在科學家座談會上也指出，“科學家精神是科技工作者在長期科學實踐中積累的寶貴精神財富，要大力弘揚科學家精神”。

弘揚科學精神與價值的美好愿景的實現，除了要重視科學知識的教學方式，對青少年心目中的科學家形象建構也很重要。許多研究發現，青少年對科學家普遍存在刻板印象和“神圣”印象。例如，張楠和詹琰（2014）調查發現，北京地區中學生對科學家普遍存在“男性主導”“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家形象更具“神圣”色彩，學生心中的科學家已脫離普通職業的范疇，不僅是智慧和榮譽的化身，而且要具備淡泊名利、無私奉獻等精神品質。

教科書在青少年的科學家形象建構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家形象的描繪比較刻板。例如，張正嚴和武小琴（2013）發現教科版、人教版和司南版的高中物理教科書鮮有涉及科學家的思想方法和精神品質。郭桂周等人（2018）發現人教版初中物理教科書中的科學家形象單薄，而且缺失女性，有“歐洲中心主義”的傾向。

新頒布的課程標準明確提出，教材編寫應關注科學家在科學探索過程中所凝練的科學思維方式和科學研究方法，讓學生學習科學家的科學思維、研究方法及科學態度等。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家形象建構情況。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家形象建構情況，為教師在教學中完善科學家形象和編者未來修訂教科書提供建議。

2 研究設計

2.1 研究框架

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

表1 科學家形象分析檢查表與呈現頻次表

第一，人性特征包括科學家的人格特征、對待科研學術的態度以及他人對科學家的評價。

第三，職業特征包括科學家所在的學科領域、所承擔的行政職責以及表現出來的專業能力。

第四，背景特征考慮了科學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，研究者根據表1的檢查表逐項進行編碼、統計。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果，形成科學家形象建構各項指標上的總體表現。

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行試評，各自獨立選取文本材料并依據檢查表對各項指標逐項編碼。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。由此進入正式分析，每本教科書均由兩名研究者進行分析，結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，研究者們在協商后達成一致。研究者共選取了381個文本材料單元，各指標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家形象建構的特點

整體而言，新粵教版高中物理教科書注重科學家的專業能力（70.34%）、學術態度（57.48%）、學科領域（51.71%）。但是，關于科學家的他人評議（2.36%）、行政職責（2.89%）、工作環境（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。下面將先呈現教科書中最頻繁出現的科學家，然后依次從四個一級指標展現教科書中科學家形象建構的主要特點。

3.1 科學家形象從個體轉向共同體，凸顯近當代科學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科學家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，本研究還發現教科書中出現了大量指代不明確的科學家信息，諸如“科學家們”“科研人員”“研究團隊”等，這些科學家代稱出現的頻次高達37次。其中，科學家代稱的相關內容共有18次出現了明確的年代信息，16次為近現代（17世紀之后）。

這一結果表明，教科書對科學家的介紹已經開始超越個體，突出了團隊合作，表明科學研究往往不再是單一科學家孤獨的奮戰過程，而是更具集體性的社會活動。教科書的這種轉向，更容易讓學生感受到科學家作為一個社會群體是如何工作的，從而進一步認識到科學是整個人類努力奮斗的事業，逐步深化其科學本質觀。

2007年，淮河發生了流域性大洪水。面對嚴峻的汛情，在國家防總統一指揮下，淮河防總協調流域各省防指，堅持以人為本，實施了有效的洪水管理，科學調度防洪工程，取得了良好的效果。分析2007年淮河大洪水防御的實踐經驗，有利于進一步推進淮河洪水管理。

3.2 科學家的人性特征過于神圣化，忽視了科學家作為普通人的一面

教科書最注重描繪科學家人性特征中的學術態度（57.48%）。學術態度中提及最多的是“創新”（165次，75.34%）。對學術態度其他方面的描繪較少，關于“合作”和“長期堅持”的內容占比分別為15.07%和8.22%（分別為33次和18次），而對“不求名利”的描繪次數則屈指可數（3次，1.37%）。對學術態度描寫最為全面的素材來自選擇性必修第三冊——“而最早發現這一實驗現象的約里奧-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了“合作”，“拍攝了上萬張膠片，付出了很多的心血”體現了“長期堅持”，而“最早發現”則體現了“創新”。

教科書關于科學家人格特征以及他人對科學家的評議的描寫就相對較少，分別為53次和9次。其中，教科書對科學家人格特征的描繪注重“才干”（29次，54.72%），集中表現為科學家敢作敢為、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現者，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》（當時權威的科學雜志）投稿失敗后毫不氣餒……”（P64），通過“始終堅信”“毫不氣餒”等關鍵詞體現出其持之以恒、有始有終的“才干”特點。此外，教科書還關注到了“行事風格”（19次，35.85%），主要表現為科學家工作嚴謹、做事認真、樂于合作以及淡泊名利的特點。

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

3.3 科學家外在特征的刻板印象逐漸消融，民族自信得以進一步彰顯

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

首先，雖然男性科學家仍占絕大多數（128位），但教科書有意淡化了科學家的性別。一方面，教科書補充了一些女性科學家身著實驗服、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，不會特別強調其性別。例如，選擇性必修第三冊“J.J湯姆孫發現，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。雖然突出女科學家、女性等字眼能補全女性科學家的“在場證明”，但刻意的性別指代反而可能讓學生更關注到科學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。可能涉及刻板印象的外貌特征頻次均不高。在教科書中出現的45幅科學家圖片中，出現頻次較高的外貌特征是：“面部胡須和頭發”（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）]。從統計結果來看，除“面部胡須與頭發”這一指標外，其余指標出現的比例均低于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、客觀地呈現科學家的外在形象，有助于消除學生對科學家的刻板印象，拉近學生和科學家的距離。

最后，教科書中補充了大量我國的科學家，彰顯了民族自信心。科學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%）。我國科學家的數量已超過意大利、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家（如張衡），還加入了近當代科學家（如錢學森）。

3.4 科學家職業特征的學科領域分布廣泛，選用大量諾貝爾獎獲得者，彰顯專業能力

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

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

3.5 科學家背景特征的描繪整體不足，工作環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，鮮有關注科學家工作環境（僅3次），主要強調環境的艱苦來烘托出科學家不畏苦難、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（高鐵列車齒輪傳動系統）打破了國外壟斷”（P30）都體現了這一點。

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

4 結論與啟示

本文的分析結果表明，整體上，新粵教版高中物理教科書對科學家形象建構發揮了較為積極的作用。教科書對科學家的描繪突出了科學家的社會群體性、科學家人性特征的神圣性，同時選用的科學家素材力求逐漸消融外在特征的刻板印象，增加我國科學家的數量，平衡學科領域的分布，體現卓越的專業能力。基于研究結果，對未來教科書進一步加強科學家形象建構提出一些建議。

4.1 應生動鮮活地描述科學家的人性特征

教科書可適當關注科學家的情感、道德、生活等方面，展現科學家作為有血有肉的個體的獨特氣質，而不只是停留于科學家在研究過程中對科學事業所持有的穩定的心理傾向。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 進一步增添我國現代的科學家素材

教科書可以介紹更多中國現代的科學家，細致中國科學家的整體樣態，展現現代中國的科研實力。例如，與錢學森同為我國“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《萬有引力定律》中補充敘述錢學森與錢三強等人如何牽頭發起導彈和原子彈項目、如何突破重重障礙開始研究的故事。

4.3 完善對科學家背景特征的描繪

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

注釋：

①關于科學家的外在特征，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在該處科學家總數為142人，其中有10人為科學家代稱，分別包含了不同的國別信息。

③有58位科學家在諾貝爾獎設立前就已去世。