科学家素材在中小学理科教科书中的融入

刘秀英 丁邦平

摘   要 教科书中的科学家素材对于提升学生的科学素质至关重要。当前我国中小学理科（科学）教科书中的科学家素材不能满足一线教师的教学需求。基于对部分理科教科书的调查，提出在教科书中融入科学家素材的变革性建议，即：教科书中科学家素材内容的选择须兼顾科学家的工作与生活，还原真实的科学家形象;充分挖掘教科书中隐形的科学家素材，提升教科书的育人价值;利用信息技术增加教科书中科学家音频和视频等电子资源，助力传统教科书向电子教科书的过渡。

关键词 教科书  科学家素材  科学素质  电子教科书

提高青少年科学素质是提高全民素质中非常重要的一部分。学校科学教育是提高青少年科学素质的重要途经，而教科书是学校科学教育的主要载体。教科书中的科学家素材指教科书中与科学家的生平、科学精神、科学方法等相关的内容，这些内容向学生展示了科学家的人性形象，真实生动，对提高学生科学素质起着重要作用，同时也会影响学生对科学技术职业的选择。

一、一线教师对教科书中科学家素材的诉求

通过网络问卷的方式调查了109位中小学科学教师，其中男教师21人，女教师88人。他们主要来自河南、北京和河北等省份，其中62名教师来自河南，16名来自北京，14名来自河北，其余各省份教师1到3人不等。

参与调查的教师分别教授小学、初中和高中学段，各学段的教师人数分别为：小学19人，初中52人，高中38人。

当教师被问及“您认为在科学教育中使用科学家素材（生平、研究经历、科学精神等）重要吗”，答案应用五级里克特量表由“很不重要”到“非常重要”分别赋分1～5分，教师平均得分为4.28分，51.38%的教师认为在科学教育中使用科学家素材非常重要。当被问及“您在教学的过程中使用科学家素材的频率如何”，答案仍应用五级里克特量表由“不使用”到“经常使用”分别赋分1～5分，教师平均得分3.23分，仅有12.84%的教師表示他们在教学中经常使用科学家素材。由此看出大部分教师在观念上认为在科学教育中使用科学家素材很重要，但在教学实践中教师应用科学家素材的情况却并不理想，或者说教师的实践与观念并不匹配。在对开放问题“您在使用科学家素材进行教学时遇到了哪些困难”的回答中，许多教师表示“没时间找材料”“找不到合适的材料”“教材中缺乏相关内容”等，因此在教科书中融入合适的科学家素材，便于教师教学使用，是一线教师的诉求。选择什么样的科学家素材融入教科书，如何将合适的科学家素材融入教科书，是值得教育工作者研究的重要课题。

二、我国理科教科书中科学家素材内容的呈现情况

要讨论“选择什么样的科学家素材内容融入教科书”和“如何将合适的科学家素材融入教科书”，首先要了解目前我国中小学理科教科书中包含哪些科学家素材以及其呈现情况。以人教版高中化学必修1和必修2为例。

高中化学必修1中明确提到科学家的只有三处，分别是丁达尔效应、布朗运动和氯气的发现与确认。但对科学家的介绍都比较简单，偏重于知识性内容的介绍。

如位于“科学史话”栏目中的丁达尔效应，对科学家的介绍只是一句话：丁达尔效应因英国物理学家丁达尔（J·Tyndall，1820-1893）于1869年发现而得名[1]。接着另起一段介绍为什么光束通过胶体能产生丁达尔效应但通过溶液却不能等知识性内容。

再如，位于页面脚注处的布朗运动，对科学家的介绍中写到：1827年，英国植物学家布朗（R·Brown，1773-1858）把花粉悬浮在水中，用显微镜观察，发现花粉的小颗粒在做不同的、无秩序的运动，这种现象叫作布朗运动[1]。接着便是知识性的内容。

高中化学必修1整本书中只在科学史话栏目中氯气的发现和确认部分有一副瑞典化学家舍勒的肖像画，没有其他科学家的画像。教科书中也没有对中国科学家的介绍。

高中化学必修2中共有六处明确提到科学家，包括“俄国化学家门捷列夫制出第一张元素周期表”“门捷列夫在周期表中预言了尚未发现的元素”“荷兰物理学家范德华首先研究了分子间作用力”“法国科学家勒夏特列经过深入研究揭开了炼铁高炉尾气之迷”“英国科学家法拉第首先发现了苯”及“苯的发现和苯分子结构学说”。这六处内容中只有位于科学史话栏目中的“苯的发现和苯分子结构学说”的介绍比较详细，并指出凯库勒能够成功地提出苯的结构学说并不是偶然的，强调了独立思考、直觉形象、以事实为依据、严肃的科学态度等科学本质方面的内容[2]。其它五处内容多是像必修1中呈现科学家素材的方式一样，以一句话说明科学家的成果，没有其它介绍。

整体而言，人教版高中化学必修教材中科学家素材相关内容非常少，虽有科学探究、科学视野、科学史话等栏目，但多是知识性内容，缺少科学精神、科学方法等科学本质方面的内容。

另外，已有的研究也反映了中学理科教科书中科学家素材使用情况的相似问题。如任悦和潘婉茹分析了2012年人教版初中生物（共四册）、物理（共三册）和化学（共两册）三门学科，共九本教材，发现所有教材中共有128处使用了科学家素材，其中包括成果（占43.62%）、图片（占14.18%）、方法（占12.41%）、影响（占11.7%）、地位（占9.57%）、精神（占6.03%）、生平（占2.48%）[3]。张正严和武小琴对比了上科版、人教版和司南版高中物理教科书中科学家素材使用的基本情况，发现三套教材中科学家素材的平均数量由多到少分别是成果（占55.3%）、格言（占14.5%）、图片（占10.8%）、方法（占9.4%）、精神（占7.2%）和生平（占2.8%）[4]，可见初高中理科教科书中科学家素材内容以科学家的成果最多。但须要指出的是，教材中对科学家成果的介绍实质上是对某个理论知识点的介绍，这类科学家素材在物理、化学和生物教材中使用的比例将近一半或超过一半，说明教材中科学家素材的使用仍是以陈述知识点为主，而对科学方法、科学精神等科学本质内容的介绍非常少。同时已有研究指出，教材在介绍科学家时，有96.09%的概率会介绍其成果，但查阅教材会发现，通常这些成果都是非常大的，甚至是里程碑式的成果，常以“XX科学家发现/研制出了XX”形式出现。这无形中会让学生认为科学家都是有很大成果的人，是非常厉害的人。但事实上，科学研究，尤其是基础科学研究通常需要很长时间，几十年甚至几百年才可能出现教材中所说的“成果”。这些伟大成果的出现是无数科学家默默奉献、点滴积累的结果，他们虽然没有获得突破性的成果，但是依然值得人们尊敬。也就是说，并非有很大成果的人才是科学家，才能成为科学家。教科书须要帮助学生认识到这一点，避免在科学教育中将科学家神圣化，因为科学家是人而不是神。只有这样，学生才可能走近科学家并成为科学家[5]。

另外，对幼小的孩子来说，科学家形象更重要，影响也更大。我国现行小学科学教科书中科学家素材的使用情况也不容乐观。以教育科学出版社出版的小学五年级下册《科学》[6]教科书为例，书中共有5处用到科学家素材，但讲述的均是已故的国外科学家的故事，全书没有提及任何中国科学家，无益于培养学生的国家自豪感，也不利于学生对我国科学家的认识与了解，不能很好地在学生心中“埋下科学的种子”。

三、在教科书中融入科学家素材的建议

1.教科书中科学家素材内容的选择须兼顾科学家的工作与生活，还原真实的科学家形象

丁邦平教授曾指出，我国学校的科学课程与教学基本上都不包含科学的局限性、科学的本质和精神，以及科学技术与社会的互动等重大问题[7]。通过上文对当前理科教科书中科学家素材的剖析能够发现，事实的确如此。因此在编写新的教科书时，须要切实关注这方面的内容。例如对科学家工作的介绍即对科学研究过程的介绍，不能只关注成果，还要包含科学工作中使用的科学方法、秉持的科学精神等非陈述性知识内容，因为这些知识可能很快会被遗忘，但科学方法、科学精神等文化性内容一旦被学生接受，就能够于无形中长久地影响学生的成长，对学生形成正确的科学观、提升科学素养等至关重要。

另外，科学家素材内容应当涉及真实的科学家社会生活。当前的理科教学中，一些教师表示他们使用科学家素材的目的就是为了激发学生学习的兴趣，因此，他们通常会找一些与科学家相关的“好玩”的甚至是“神奇”的故事与学生分享，但有些故事加重甚至导致了学生对科学家的刻板印象，教师却没有意识到。如科学哲学家吴国盛教授就曾强调帮助人们了解真实的科学家日常生活的重要性，他说：“长久以来，科学家被看作在某一方面有惊人的天赋，掌握了与自然界进行对话的神秘钥匙，但在日常生活中完全是低能儿，而且表现得离奇古怪。但事实上，科学家结束他们的研究工作时，与常人一样，而且在参与社会文化和从事艺术或宗教活动等方面，并不比一般人逊色，这一点有必要大大强调。因为我们陷入这类科学神话中太深了，不仅歪曲了科学家的形象，而且对培养自己的科学家相当不利。年轻人往往照公认的科学家形象规范自己，他可能不再关心社会、关心他人，不再关心道德和艺术，而甘于做一个对世事不闻不问、漠不关心，缺乏同情，只在某一狭窄领域当熟练工人的人。实际上，真正的科学家不仅能增长人类的自然知识，而且还传播一种在思想上独立思考、有条理地怀疑的科学精神，传播一种在人类生活中相当宝贵的协作、友爱和宽容精神，是最富有人性的”[8]。这些内容往往是教师在寻找科学家素材时没有考虑到的，却对学生是否愿意选择与科学相关职业有比较重要的影响。要在教材中合适的位置，呈现科学家在结束研究工作后的一些活动，帮助学生认识到科学家也是平凡人，他们关心社会、关心他人、关心道德和艺术等。

2.充分挖掘教科书中隐形的科学家素材，提升教科书的育人价值

教科书凝聚了诸多教育工作者的心血，应尽可能使每一部分都发挥教育作用。例如，教材中的编者信息是每本教材中必有的内容，人教版化学教材在扉页列出了教材的主编、副主编、编写人员等的名字，但并没有进行任何介绍，只是对编写人员的认可与尊重，起不到任何教育价值，学生甚至都不会注意，这实际上是教科书资源的一种浪费。反观美国高中主流理科教科书“科学发现者系列”化学概念与应用（Chemistry Concepts and Applications）[9]，在其扉页介绍了教材主要编写者（他们同时也是化学家、科学家）的详细信息;再如，美国Raymond Chang编写的AP《化学（Chemistry）》第十版教材中[10]，编者信息中较为详细地介绍了主编出生和成长的地方、求学经历、工作情况及社会兼职和兴趣爱好等，呈现方式显得丰富而温馨，且没有占据太多版面。这些信息也是科学家素材的一部分，它们不但增加了编者信息的可读性，也有助于学生了解真实的化学家、科学家，于无形之中起到教育作用。

3.利用信息技术增加教科书中科学家音频和视频等电子资源，助力传统教科书向电子教科书的过渡

电子教科书作为教科书发展的一种新形态，在信息技术高度发达的今天引起了世界各国教育工作者的关注。我国有学者认为对电子教科书的使用须慎重，并提出电子教科书研究的焦点不应集中于代替纸质教科书的研究取向上，而應该关注电子教科书和纸质教科书在教学中混合使用的基本功能，以“教育性”作为电子教科书引入与否的标准[11]。因此，电子教科书的引入须警惕各种风险，从纸质教科书到电子教科书不能一蹴而就。在传统纸质教科书中加入音频、视频等电子资源或许可以作为一种“过渡形态的教科书”，而加入合适的科学家音频和视频资料即是秉持“教育性”原则，是在教科书中引入电子教科书元素的一种探索。

具体而言，可在教材中采用二维码的形式，收录我国科学家的音频或视频。使用教科书时，教师或学生通过扫码即可使用这些电子资源。这也符合我国政府曾提出的“发挥课程教学主渠道作用，推动科技教育进课堂、进教材、列入教学计划，系统提升学生科学意识和综合素养”[12]的精神。这种方式有以下优点：

可以为科学家服务社会提供可行的方式方法，激发科学家参与科学传播的热情。国务院曾明确提出“鼓励科学家面向社会公众普及科学知识”[13]，而收录科学家音频或视频融入教科书中，可以说是一种连接科技界与教育界、连接科学家和学生的比较容易实现的方式。因为我国许多科学家已经意识到科学家的社会责任，愿意为科学普及和科学教育贡献自己的力量。如近年来著名科学家、曾获美国天文学卡尔·萨根奖的中国科学家郑永春多次呼吁，青年科学家作为最富有创新精神的一个群体，不仅要努力做科研，还要积极接触社会、投身社会，履行社会责任，积极面向公众传播科学，完成从科研到科普、再到科教的转变[14]。

可以展现真实的科学家形象，拉近学生与科学家的距离，吸引更多的青少年从事科学事业。2015年国际学生能力测试（PISA）结果显示，美国“将来期望进入科学相关行业从业的学生比例”为38%，而中国只有16.8%，还不及OECD国家24.5%的均值[15]。这是值得警惕的。因为科学研究是一个国家长久发展的重要动力，而青少年是未来科学事业的继承人。通过教科书中的音频或视频，学生可以与不同性别、不同领域的科学家“零距离接触”，亲耳听到科学家说的话，看到真实的科学家形象。科学家可以分享自己是如何走上科学研究的道路的，自己的工作有哪些吸引人的地方，自己对中学生有何建议等。学生通过了解不同的科学家，能在这些真实的科学家身上或多或少找到自己的影子，便有了勇于成为科学家的志气。

可以提供丰富的科学家素材，帮助教师促进科学本质的教学。通过音频或视频的形式，科学家可以讲科学精神、科学方法、科学的局限性，也可以讲自己的兴趣爱好、求学时的经历、科研过程中的趣事甚至是糗事等。不同的科学家还可以对同一个问题提出不同的看法，改变有学者曾指出的科学教科书中的问题：“现在的科学教科书都在宣扬一种个人主义的、实证主义的、归纳主义的、机械还原论的意识。开放多元的科学变得单一了，作为一种文化的科学，却变成了“真理”的化身，科学把人从宗教神学中解救出来，自己却又走进了神龛，只不过是用理性掩盖得更加高明罢了。”[16]从而还原本质上开放多元的科学形象。教师可以组织学生对科学家的观点进行讨论，或者在分享科学家音频前组织学生对某个主题进行讨论，然后再播放科学家的观点，这样也可以帮助教师了解学生对科学的看法，便于有针对性地组织学生讨论和学习。

可以促进教育公平，促进城乡教育均衡发展。对于大城市的孩子而言，他们或许有较多机会与科学家见面，了解真实的科研生活，甚至自己的父母或亲戚朋友就是科学家。但是对于贫困地区、农村地区的学生而言，他们则可能没有这样的机会。利用教材中的二维码，只要教师有一部手机，学生就能像大城市的孩子一样亲耳听到科学家的分享，或许某位科学家的某句话，就能给予某些学生无穷的鼓励，可能会改变孩子的一生。同时，作为未来电子教科书的一种过渡形态，利用二维码的形式在教科书中融入科学家素材，相对于推广电子教科书，在贫困地区更容易实现。因为，相对于每个贫困儿童都拥有一台电子设备而言，每个儿童都有一本书更容易实现。

事实上，无论教科书以何种形态出现，最重要的都是其所包含的内容，因为教科书的本质目的是传播知识，同时发挥育人价值。而科学家素材对于提升学生的科学素质、培育学生正确的科学观至关重要，但当前理科教科书中的科学家素材并不理想。因此，选择怎样的科学家素材以及如何将合适的科学家素材融入教科书中是值得思考的，希望引起更多教育工作者的关注。

参考文献

[1] 普通高中课程标准实验教科书，化学1（必修）[M].北京：人民教育出版社，2007.

[2] 普通高中课程标准实验教科书，化学2（必修）[M].北京：人民教育出版社，2007.

[3] 任悦，潘婉茹.初中科学教材中科学家信息的呈现与科学家形象分析——以人民教育出版社初中生物、物理、化学教材为例[J].科普研究，2016（05）.

[4] 张正严，武小琴.高中物理教材中科学家素材选用的内容与方式[J].教学与管理，2013（01）.

[5] 石中英，梁卿.20世纪中国科学教育的文化批评[J].教育学报，2005（01）.

[6] 义务教育课程标准实验教科书，科学（五年级下册）[M].北京：教育科学出版社，2003.

[7] 丁邦平.反思科学教育[J].中国教育学刊，2001（02）.

[8] 吴国盛.科学的历程[M].湖南：湖南科学技术出版社，1997.

[9] 菲利普（phillips，J.S.，）.化学概念与应用[M].王祖浩，译.杭州：浙江教育出版社，2008.

[10] Raymond Chang. Chemistry[M].美国：麦格劳希尔出版社，2010.

[11] 李芒，孙立会.关于电子教科书基本问题的探讨[J].教育研究，2014（05）.

[12]国务院办公厅关于印发全民科学素质行动计划纲要实施方案（2016—2020年）的通知.国办发〔2016〕10号.

[13] 国务院关于全面加强基础科学研究的若干意见.国发〔2018〕4号.

[14] 鄭永春.做影响社会的科普勇士——从卡尔·萨根谈起[J].中国科技教育，2018（02）.

[15] 操秀英.谁偷走了中国孩子的科学梦？[N].科技日报，2017-01-13.

[16] 石鸥，赵长林.科学教科书的意识形态[J].教育研究，2004（06）.

[作者：刘秀英（1989-），女，河南郑州人，首都师范大学教育学院，博士研究生;丁邦平（1960-），男，安徽怀宁人，首都师范大学教育学院科学教育研究中心主任，教授，博士生导师。]

【责任编辑  杨   子】