高中物理教材中科学家素材选用的内容与方式，本文主要内容关键词为：中科论文,素材论文,学家论文,高中物理论文,教材论文，此文献不代表本站观点，内容供学术参考，文章仅供参考阅读下载。
物理学的发展过程中，涉及诸多的科学家的贡献。在不同时代的物理教材编写过程中，教材编写者都或多或少地纳入了不少与科学家相关的文字或图片信息。这些围绕科学家展开的文字或图片信息，无形之中为学生描绘出了一幅幅科学和科学家的形象。那么在新课程改革的背景下，各版本的高中物理教材是从哪些方面描绘出了科学家的形象呢？他们是如何利用与科学家相关的各种素材为教材编写服务的呢？本文选取由上海科技教育出版社、山东科学技术出版社、人民教育出版社出版的三个版本的高中新课程物理教材为研究对象，对新课程背景下物理教材中选用的科学家相关素材信息作统计分析，并进一步探讨这些信息传递给学生的科学和科学家形象，以期对高中阶段科学本质教育的开展和物理教材的修订有所启示。
一、教材中选用的科学家素材的内容分析
本文对三套教材具体分析的范围包括共同必修一、必修二部分，这两部分内容面向所有层次的学生，具有共性。该分析主要使用内容分析的方法，先进行定量的统计，是以处为单位计算的。只要在教材中不同位置出现的，即使是相同的内容也记作两处。另外，文中对相关信息详略统计的定义是这样规定的：文中凡是阐述了某位科学家所获某成果的详细过程的，即清楚说明该过程中所使用的方法的即定为“详”；对“方法”和“精神”的阐述能够结合成果的出现表述，并且对“方法”要说清楚是怎样使用的，即定为“详”。
从表1可以看出，在三个不同版本高中物理教材中共有351处内容选用了科学家素材。从不同版本的教材选用的科学家素材的数量来看，上科教版（n=172）＞人教版（n=109）＞司南版（n=70）。
将定量统计和定性分析两种方法结合起来，可以对高中物理教材中选用的科学家素材的内容做进一步的分析。
第一，各版本教材在选用科学家素材时，呈现得最多的科学家信息是科学家的科研成果，这些信息的数量超过总数的一半（55.3%）。这些信息基本上以“某某科学家某某年发现了或提出了……”的形式表述出来的，比如“这个规律是由英国科学家胡克发现的，叫做胡克定律”。但与以往的教材相比，新课程背景下的高中物理教材隐喻的个人英雄主义观念明显削弱，在三个版本的教材中都强调了不同科学工作者在某项科学成果的发现过程中所起的作用。比如“在此基础上，法国哲学家和科学家笛卡尔（1596—1650）把伽利略的结论推广到没有重力、没有摩擦力、没有空气阻力的更理想的情况，进一步补充和完善了伽利略的观点。他提出……”，“英国科学家牛顿在伽利略、笛卡尔等前辈科学家研究的基础上，在他的名著《自然哲学的数学原理》一书中，总结出了动力学的一条最基础的定律……”。这是新时代背景下教材编写者在展现科学发展历程描绘科学形象方面的一大进步。上科教版高中物理必修2在《研究功和功率》一节内容中专门开设了一个“信息浏览”栏目，在这个栏目之中介绍了“‘功’的概念是怎样建立的”，通过列举“卡诺，蒙日，科里奥利，庞斯莱”等数位科学家的成果，说明了“功”的概念是从机械功效的研究中引到了物理学中。这种教材编写方式不但给学生呈现出了整个概念的来龙去脉，便于学生理解，同时在讲述物理学史时注重科学成果取得过程中诸多科学家的贡献，在某种程度上也避免了科学教材中隐喻个人英雄主义观念的倾向。
第二，新课程教材中还融入了许多科学家的名言名句，格言类科学家素材占总数的14.5%，排在第二位。这一点在上科教版和人教版教材体现的较为明显。比如“对任何人来说，不关心科学就是甘受奴役——布朗诺夫斯基”和“不了解运动，就不了解自然——亚里士多德”这两句格言说明学习科学知识的重要性。还有一些格言是为了告诉学生科学方法的重要性，比如，“物理定律不能单靠‘思维’来获得，还应致力于观察和实验。——普朗克”。还有一些科学人物的格言，学生能够从中体会到科学家的科学精神，比如“如果我比别人看得更远一些，那是因为我站在巨人的肩膀上。——牛顿”。具体呈现形式，上科教版教材是以“旁白”的方式呈现的，这种方式能够帮助读者理解教材正文中的内容；人教版教材则通常以“题注”的形式放在章节的首页，并在“脚注”处详细介绍了所引格言的科学人物的相关信息，对整章内容的重点起到了导引的作用，另外在呈现格言的同时对作者给出了介绍，相当于是对格言的重要性进行了强调，能强化学生的认识；司南版教材中也引入了一些“格言”，其方式主要是穿插在正文和栏目的内容当中，与教材的内容交相辉映。
第三，如表1所示，三个版本的教材共选用了38张科学家图片。从数量上看，上科教版（n=20）＞司南版（n=11）＞人教版（n=7）。另外，各版本教材选用的科学家图片占所选用的科学家素材的比例差别较大，其中以司南版所占比例最高，达15.7%，排在所选科学家素材的第二位。
在三个版本的教材共选用的38张科学家图片中，共涉及18位科学家。总的来说，涉及伽利略、牛顿、亚里士多德、开普勒四位科学家的图片最多，其中牛顿和伽利略的不同图片在同一版本教材中也被多次选用到。从图片的类型上来看，三个版本的教材所选的图片，大致可以分为肖像画（65.8%）、油画（15.8%）、照片（10.5%）、漫画（7.9%）四类，其中三张漫画都来自上科教版，而且是同样的内容“牛顿的遐想”只是分别被放在目录、序言和正文三个不同的位置。
在38张图片中，明显可以看出图片背景的有12张。分析这12张图片中所选的科学家正在干什么，从中可以看出，三个版本教材的科学家图片给学生展示的背景信息以做实验（50.0%）和思考（25%）为主。三个版本教材中所引入的科学家信息基本上是积极向上的，比如呈现的图片是科学家辛勤工作的情景，彰显的也主要是科学家的优秀科学品质，对具有生活场景的科学家图片展示的较少。其中，只有司南版教材中有一张图片展示了与科学家工作无关的照片，其内容是：爱因斯坦正在骑自行车。这张表现科学家生活场景图片的出现，说明新时代背景下科学教科书为学生所塑造的科学家形象有很大的突破。总的来说，司南版教材展示的科学家图片信息比其他两个版本丰富，涉及观察、看书、骑自行车三种其他版本教材没有涉及的科学家活动。在众多科学家图片中，只有一张是女性科学家（吴健雄）被选中，内容是吴健雄正在调试实验仪器的照片。该张图片出现的位置是人教版教材附录《学生实验》中。
第四，有关科学人物的科学精神及其研究方法的信息，在教材中明显体现出来的并不多（两项所占总数百分比之和为16.5%），但仍然有教材在积极地探索和实践。比如，“丹麦天文学者第谷在他长达21年的观测中，对天体运动积累了丰富的资料。”用“长达21年”这些字眼暗示第谷坚持不懈、甘于奉献的科研精神。另外还有一些隐含在格言中（如上分析）、有些是隐含在课文叙述的字里行间的。
第五，关于科学人物的生平介绍，新课程教材一般安排在“小栏目”内容中，另外还略微提到了科学家的一些生平事迹，但都比较少（占2.8%）。以人教版必修2中“科学足迹——牛顿的科学生涯”为例，在这篇关于牛顿的传记中编者介绍了成长经历、科学成就、科学方法、科学精神、科学情怀等，值得我们关注的是在此文中，编者还指出“当然，并非他做的每件事情都值得尊重。他有许多年陷入炼金术及其他神秘探索，他犯过的错误和性格上的弱点也许比人们知道的更多，但他仍是一位无与伦比的巨人”，这其实是在向学生展示牛顿的多面形象，在某种程度上说是恢复了科学家的人性形象。
二、教材中呈现科学家素材的方式
新课程教材科学人物的信息主要分布在非正文的位置，主要是一些“栏目”中。而且新课程教材还注意在“序言”部分，即在引入环节插入科学人物的信息。
上科教版教材的开篇就通过物理学史上一连串的具有杰出成就的科学人物的成果、研究方法，甚至是简单的名字，简略地展示了经典物理学的发展历程，并适当地通过人物的特点对学生进行情感态度与价值观的渗透。比如“这位伟大的意大利物理学家善于观察，勤于思考，敢于藐视权威，倡导将实验、数学和科学推理相结合的研究方法，打开了通向近代物理学的大门”。
司南版教材在开篇中选择科学人物的特点与上科教版教材有相似之处，比如其中也引入了伽利略，强调其开创的实验探究方法。另外笔者通过比较这两套教材发现两者都引入了伽利略的天文望远镜，在上科教版教材中是用一句话带过，而司南版教材是用一幅图展示的，其作用在课文中都不是非常明显，但是笔者认为通过一些图片来展示历史更能引起学生的思考。
人教版教材的开篇引用科学人物的特点与前面两套教材明显不同。其用意在告诉学生要在学习的过程中培养自己的创新思想、创新精神。具体内容该教材是这样引入的：“综观世界科学技术发展史，许多科学家的重要发现和发明，都是产生于风华正茂、思想最敏捷的青年时期。这是一条普遍性的规律。哥白尼提出日心说时是38岁；李政道和杨振宁提出弱相互作用下宇称不守恒定律时分别是30岁和34岁……”
综上三点可以看出，教材开篇中选择科学人物时着重选择的是历史上一些做出重要贡献而且大众比较熟悉的科学家。教材编写者阐明了他们的物理思想方法，展示了其伟大的成就。这些内容几乎全部是积极向上的，展示的是科学家的伟大，科学成果对人类的贡献。
另外上科教版教材还以“问题”的方式，在课后的作业部分针对科学人物的信息作了一些要求，比如“在开普勒的成功中，你认为哪一处（或哪几处）对你的影响最深？”等。这些要求有专门针对其科研成果的，比如“请你简单表述一下牛顿是怎样得出万有引力定律的？”；有的是针对其研究方法的，比如“撰写一篇题为‘关于伽利略、牛顿的科学研究方法对物理学发展的意义’的小论文。”等等。这些信息基本都在“家庭作业与活动”栏目中呈现，供学生课后巩固内容，也有部分安排在“课题研究”中的，供学生通过活动学会研究分析问题。这一点与在课标的活动建议部分对物理学史的要求的基本思想是相吻合的。
从详略程度上看，三套教材中关于科学家信息的描述，无论是以“正文”还是以“栏目”形式呈现的，多数是以简略的笔墨叙述的。比如在阐述“科学成果”时，多数信息也只是简单地提到“谁谁提出了什么观点，在什么方面做出哪些贡献等”，对科学家提出某个观点的历史背景、做出某项科学贡献的过程提及不多。就其原因，一方面可能与教材篇幅有限有关，另一面方面也涉及教材编写者的科学观。
1.教材编写者以多样化的方式选用了大量的科学家素材，丰富了教材内容，但对某些类型的科学家素材关注不够
以三个版本教材必修1和必修2计，教材中共有351处内容选用了科学家素材，教材中选用的科学家素材的内容包括图片、格言、生平、成果、方法、精神六大类，具体的呈现方式包括在序言、正文、栏目、问题中使用四类。教材编写者选取这些科学素材并巧妙地在教材中使用，使得这些素材有机地与教材中的相关物理学知识等其他内容紧密地联系在一起，较好地丰富了各个版本的教材内容。不同版本的教材编写者都越来越重视选用科学家素材来编写课程标准背景下的物理教材。科学家（人）和科学家所做的事（科学知识）一起成为了教材编写者在编写新时代的物理教材的重要视域。
研究还表明，新课程教材在引入科学人物信息时都侧重介绍人物的成果，对科学家的思想方法、科学精神等方面的阐述比较薄弱。我国在2003年由教育部颁布的《普通高中物理课程标准（实验）》中，提出教材的编写“应重视科学的发生与发展过程，应对科学过程所凝练和升华的科学思维方式和科学研究方法有较为精到的展示，使学习者汲取前辈科学家科学思维和研究方法的滋养，也要以鲜活的资料弘扬其科学精神和献身于科学的意志品质，使学习者受到生动的情感、态度与价值观的熏陶和感染，有利于健全人格的养成。”我们相信，随着教材编写者对科学家素材的重视，教材编写者对物理课程标准的教材编写建议会在教材中体现得越来越透彻和深入。
2.新课程高中物理教材相对以往的科学教材在塑造科学家的形象方面是有进步的
有学者采用功能语言学分析方法对传统的科学教科书做了分析，该分析表明：科学教科书在隐喻一种个人英雄主义的观念，把科学发展描述为科学家个人通过决定性实验产生的结果。我们的研究则表明，新课程物理教材在讲述物理学史时注重科学成果取得过程中诸多科学家的贡献，在某种程度上也避免了科学教材中隐喻个人英雄主义观念的倾向。
库恩认为以往的科学教材“那种把科学的发展线性化的倾向，就掩盖了一个科学发展中最有意义的插曲的核心过程”。事实上，科学史显示，一种新生的科学思想和理论，没有不经过顽强斗争就能被确认的。在科学发展的过程中充满了对立和冲突，来自不同科学家个人及团体的争论时有发生，这种“生存竞争”的环境无论从认识论的角度还是从社会学、心理学的角度都有利于科学的发展和人才的成长，它迫使科学家们主动地为自己的学说和学派的生存权利而斗争，千方百计地证明和修正自己的学术观点。应该说知道这种对立和冲突不但有助于学生竞争意识的培养，而且有利于形成正确的科学观。
司南版高中物理必修2第93页在“讨论与交流”栏目中，提供了一副18世纪讽刺牛顿万有引力的漫画，在此基础之上编者让学生“请结合实例谈谈你是如何认识科学探索中的曲折与艰辛的”。类似这样的教材内容的出现，从一个侧面反映出当前的物理教科书编写体现了不少新的科学观。
通过对三个版本的共同必修教材的分析，可以发现科学家素材是一种非常宝贵的物理课程资源。当然，科学家素材要真正成为一种重要的物理课程资源，需要教师和教材编写者进一步的推动。
1.教师可以在教材基础之上进一步开发和利用科学家素材，使之为物理新课程三维目标的全面实现而服务
科学家生成和发展的过程是科学的发生和发展过程的重要组成部分，在这个过程中所凝练的科学态度、科学精神、科学研究方法以及科学思维方式都是学生学习科学的良好素材。由于教材篇幅有限，教材编写者不可能在教材中选用太多的科学家素材。当然，这也给物理教师预留了众多发挥的余地。在中学物理教育教学中，涉及不少的科学家，涉及科学家的地方就有挖掘科学家素材的丰富土壤。广大物理教师从科学家素材蕴含的教育价值出发去筛选、挖掘更多的有利于实现物理课程标准细化出来的教学目标的科学家素材，有意识地将精心筛选后的与科学家相关的各种文字、图片和视频素材纳入到物理教育教学的过程之中，不但能在有形或无形之中塑造较为合理的科学家形象，同时也能更加真切地促进物理新课程“知识与技能、过程与方法、情感态度与价值观”三维目标的全面实现，可谓一举两得。
在物理教学过程中，我们可以将科学家素材开发成例题与习题，从而加深学生对所学科学知识的理解，促进学生的科学知识学习；我们可以把科学家的经典实验设计成学生课堂上能够完成的探究型课题，让学生沿着科学家的探索思路，领悟科学家的思维过程，让学生了解科学家怎样发现问题、分析问题和解决问题，领会科学研究的一般方法，培养学生的探究能力；我们可以围绕科学家的科学发现成果及其应用，他的人生历程、思考与努力、爱国情感与道德观念、历史地位与荣誉，他从事科学研究的初衷与结局，向学生展现生活中的科学家的方方面面，让学生透视科学家的人性世界，丰富学生的情感世界。
2.从科学家素材走向科技工作者素材
由于科学家素材的选用与否要考虑到与教材主体知识内容的联系程度，教材编写者不能随意选用科学家素材。因此，当前的教材编写者更多的是选取了与科学史上的著名科学家相关的素材来编写教材，对新时期特别是当代健在的科学家的素材选取得较少，对当代科学技术工作者的素材选取较少。教材通过科学家素材展现出来的科学家形象较为陈旧，对当代科学技术工作者的形象展现不足。
科学家形象在学生今后是否选择从事与科学相关职业的决策过程起到重要影响。我国台湾学者Hsiao-ChingShe研究表明：“学生对科学和科学家的刻板印象也在很大程度上影响了学生从事科学的职业意愿。许多学生（特别是女生）对从事科学事业的兴趣在一定程度上来说是逐渐变小的。”而事实上，通过科学家或科学技术工作者的形象展示、通过当代科学技术工作者素材的合理运用，可以加深学生对科学技术的看法、对科学技术涉及的相关职业的认识、对科学家和技术人员的认识以及对科学技术的工作环境的认识，能够有利地推动学生的科学职业选择。
以教材中选用的科学家图片分析为例，我们可以看出教材从选用科学家素材到科学技术工作者的转变可能会对学生产生更大的积极影响。在三个版本的教材中选用的38张科学家图片中只有一张（吴健雄）是女性科学家，这在某种程度上会给学生造成科学家大多为男性的刻板印象，渐渐对科学职业和物理学习产生畏惧感。而事实上，科学史上有15位女性科学家获得诺贝尔奖，新中国成立以后从1955年开始，截止到2010年4月3日，中国科学院共产生了57位女院士。科学研究也并非女性的禁地，女性也能在科学研究领域取得辉煌的成就。
诚然，由于教材编写者在选用科学家图片时必须考虑与教材内容知识本身的联系，不能牵强附会随意地将科学史上的其他女性科学家图片选用到教材之中。但是，如果我们将视野扩大至整个科学技术工作者群体，就可以在教材图片中出现不少女性科技工作者的身影，不再仅仅局限于居里夫人和吴健雄，从而在某种程度上有力地提升女性学生学习物理（科学）的兴趣。
从科学家素材走向科技工作者素材，不断拓展教材编写的素材来源，拓宽物理教师课程资源开发和利用的视域，势必能给学生展现众多当代科学技术工作者真实多彩的工作和生活场景，丰富学生的科学技术形象，促进学生的科学职业选择和物理（科学）学习。