科学资本与高中生物理选科的关联性——基于重庆与云南四所中学的调查研究.pdf

5 2023年第4期高考改革与探索郑若玲主持作者简介：张正严，男，云南祥云人，西南大学教师教育学院、科学教育研究中心教授，西南大学教育学部博士后，主要研究方向为物理教育、科学教育（重庆 400715）；胡鑫，男，重庆长寿人，西南大学教师教育学院硕士研究生，主要研究方向为物理教育（重庆 400715）；洪岩璧，男，浙江德清人，东南大学人文学院副院长、教授，主要研究方向为教育社会学（南京 211189）；梁雷，男，四川乐山人，西南大学附属中学教务处副处长，中学高级教师，主要研究方向为物理教育、教育管理（重庆 400715）*基金项目：本文系重庆市人文社会科学重点研究基地项目“青少年心目中的科学家形象研究”（项目编号：18SKB037）；西南大学教师教育学院 2020 年度院级科研培育基金项目（项目编号：JSJY2020011）；西南大学附属中学卓越教师培养对象研修项目建设专项资助的研究成果科学资本与高中生物理选科的关联性*基于重庆与云南四所中学的调查研究张正严 胡 鑫 洪岩璧 梁 雷摘 要：“科学资本”包括科学文化资本、科学行为实践和科学社会资本三个维度。文章通过对重庆市与云南省共四所中学高二年级 1019 名学生进行问卷调查，在已经有学者验证了科学资本与科学从业意愿相关性的前提下，研究了科学资本与科学从业意愿对高中生物理选科的关联性。通过单因素方差分析和二元 logistic 回归模型研究发现：科学从业意愿与物理选科关联性显著；科学资本对学生的物理选科有显著的正向预测效应。在重庆地区，科学文化资本与科学社会资本对学生的物理选科概率影响效果显著，而科学行为实践对学生物理选科概率影响呈负相关。在云南地区，科学文化资本与科学社会资本对学生的物理选科概率影响效果显著，而科学行为实践对学生物理选科概率影响不显著。关键词：科学资本；物理选科；科学从业意愿；高考；科学行为实践一、问题的提出创新强则国运昌，创新弱则国运殆；青年兴则国家兴，青年强则国家强。党的十八大提出实施创新驱动发展战略，强调科技创新是提高社会生产力和综合国力的战略支撑，必须摆在国家发展全局的核心位置。党的十九大报告指出，加快建设创新型国家。加强国家创新体系建设，强化战略科技力量；建设创新型国家必须从青少年抓起。2018 年，习近平总书记在两院院士大会上指出：要让科技工作成为富有吸引力的工作、成为孩子们尊崇向往的职业。然而，2019 年 12 月，世界经济合作与发展组织（OECD）公布的 2018 年国际学生能力测试（PISA）结果显示1，美国“将来期望进入科学相关行业从业的学生比例”为 45%，中国只有 25%，远不及 OECD 国家的均值（32%）。我国未来科技创新人才的储备令人担忧。科技创新人才的培养与就业，是国家创新能力的根本。面对百年未遇之大变局，中美贸易战、科技战的爆发，诸多关键核心技术受制于人，也进一步凸显我国科技创新人才的欠缺和不足。随着我国劳动力数量的下降，如何将人口红利转化为人才红利，是当前教育研究亟需应对和解决的问题。2014 年，我国开启新一轮高考综合改革。自 2014年以来，共有五批次、29 个省市陆续公布新高考方案。张正严 胡 鑫 洪岩璧 梁 雷：科学资本与高中生物理选科的关联性张正严 胡 鑫 洪岩璧 梁 雷：科学资本与高中生物理选科的关联性 6 前两批次的省市采用“3+3”模式。第三批次（2018 年启动）的 8 个省市则实施的是“3+1+2”模式，考生必须在物理与历史中选择一门等级考试科目。2021 年 9月，甘肃、黑龙江、吉林、安徽、江西、贵州、广西等 7 个省份也进入“3+1+2”的新高考模式。高中生物理选考，俨然成为新高考改革的一个趋势。选考物理的人数多少，在某种程度上是我国未来理工科人才数量的一个风向标。2014 年，浙江实施新高考改革后，选择物理科目的学生急剧减少，科学科目的“萎缩”现象受到了广泛关注。2-3在以高考总分录取的制度下，由于物理获得高分的难度明显高于其他学科，导致一些爱好物理、数理思维能力强的学生也不敢选择物理，造成物理选考人数逐年下降。4许多学者指出，功利性因素以及物理本身的难度是导致“弃物理”现象的主要原因之一。浙江的考生调查显示：除了中低成绩段、女生选择物理的概率更低之外，农村学生选择物理的比例明显低于城市学生。52017 年中国人民大学调查组在云南大理白族自治州和怒江傈僳族自治州对学生文理分科的调查显示：贫困县高中的理科学生比例明显低于非贫困县，普通中学理科学生比例低于重点中学，农村学生理科生比例低于城镇生源。6影响学生选择物理科目的原因多种多样，我们希望寻找到一个合适的理论来解释学生是否会愿意选择物理作为高考科目或者继续学习物理。目前已有研究均从选科时教师与家长的建议、同学的选择以及自己受到的功利性因素的影响等作为探究学生“弃物理”现象的出发点，没有充分借鉴科学职业期望的社会学相关研究。物理作为科学学科中最具有代表性的学科，科学职业期望与物理选科的概率应当具有相当的内在关系。鉴于科学职业期望的社会学研究已经取得了丰硕成果，本文将结合科学职业期望研究的相关理论和经验，通过对重庆和云南 4 所高中的调查数据，探究高中生物理选科的影响因素，为解决“弃考物理”现象提供一个新思路。二、理论依据与研究假设（一）理论依据家庭对儿童学业的影响十分巨大。已有学者的研究发现家庭对学生教育效果的影响是不可忽视、不可避免的，7且家庭对学生学习的影响甚至超过学校与社区。8在此基础之上，另有学者研究发现父母会显著影响学生的科学职业期望。9那么家庭是如何影响和形塑职业期望的呢？布迪厄的资本理论指出，学生在早期以家庭环境为主要生存环境的情况下，会受到家庭与父母的影响从而完成一个早期文化资本积累的过程，这个过程将影响着学生在未来学习中的成败，文化资本积累的程度也会直接影响学生的教育获得情况。在教育资源存在差异的情况下，高文化资本的学生所获得的教育资源将比低文化资本的学生要好。在 21 世纪信息时代，科技的飞速发展给生活、教育带来了许多革命性的改变，文化资本概念的内涵也得到一定的发展。普瑞尔（Prieur）认为现代的科学信息技术渗透到各个领域的方方面面，文化资本也应更多地包含与科技有关的内容，如科技特长、信息技术知识等。10一定程度上，现在的文化资本与科学技术连接更为紧密。因此，现在的文化资本将比以前更能够解释家庭如何影响学生的科学方面的职业期望。阿切尔（Archer）团队作为英国 ASPIRES 项目的主导团队，从社会学视角出发，经过了五年的持续研究，尝试使用文化资本、社会资本理论对人口信息学变量影响科学职业期望的机制进行探究。在使用布迪厄的资本理论对结果进行阐释的过程中他们发现，文化资本与社会资本理论本身不足以阐释其影响机制。在大量跟踪调查研究的基础上，阿切尔团队吸收了文化资本与社会资本中与科学有关的内容，提出了科学资本这一理论化概念，用来指称有助于个体在科学学习和科技职业领域取得优势的相关资本。11科学资本并不是一个独立于经济、文化、社会资本外的单独资本类型，而是从文化资本、社会资本中抽取的概念，故而囊括了文化资本、社会资本中一切与科学有关的内容。科学资本关注的是可以使个体更多、更好地参与到科学学习中并更好地理解科学的内容与概念。具体而言，阿切尔把科学资本划分为三个维度：科学文化资本、科学社会资本、科学行为实践。值得注意的是，科学资本中的科学文化资本与科学社会资本并不等同于布迪厄的文化资本与社会资本。通过实证研究，射手团队发现，科学资本是一个比文化资本更为合理、可以更好预测学生未来科学参 7 2023年第4期与情况的变量。12在国内，也已有学者研究科学资本对学生科学职业期望的影响。李玲认为，高科学资本的学生从事科学职业的期望更加强烈，且高科学资本的学生在做出有关科学参与的选择时更不易受外界教育期望的影响。13杜欣发现家庭社会经济地位影响学生的 STEM 职业抱负是通过家庭所拥有的各项资本，进而更加关注科学资本在其中所扮演的中介地位，并证实了科学资本对任何阶层学生的科学职业期望都有显著的影响作用。14科学资本概念的提出，进一步丰富完善了布迪厄的资本理论，科学资本的影响也在诸多实证研究中被证实。而在中国，目前没有学者利用科学资本概念研究物理选科方面的内容。既然已有研究表明科学资本会对不同阶层的学生产生科学职业期望与科学参与方面的影响。那么，对于高考物理选科，科学资本是否能够像影响科学职业期望那样来影响学生的物理选科，是本文所要研究的重点。学生物理选科背后的影响因素一定是多元化的，本文旨在为探究物理选科背后的影响因素多探索提供一种新视角。（二）研究假设“弃物理”现象必然有其原因，前文也总结了部分学者对“弃物理”现象的研究结果。考虑到我国高考几乎是高中生学习的最终目标，得分必然是学生们的首要任务。在这样的情况下，一个投入产出比较低的科目“困难的物理”被抛弃也就不足为奇了。但这样的功利性考量绝不是唯一原因。许多教育获得和职业选择方面的研究指出，家庭对学生的影响不容忽视。一般来说，高考物理选考是学生未来从事科学相关职业的重要前提。因此，科学从业意愿与学生是否会选择继续学习物理息息相关。基于此，本文提出假设 1。假设 1：科学从业意愿对学生选择物理科目有显著影响，具体表现为科学从业意愿越强烈，学生选择物理的概率越大。家庭经济社会地位通过影响学生早期文化资本积累来显著影响学生学业成就，同时也会影响学生的职业选择与教育获得。随着科技的飞速发展，布迪厄的文化资本概念将更多的包含与科学有关的部分。这一点布迪厄也在一定程度上意识到了，他在后来提出了技术资本这一概念，然而也许是因为科技在那时的发展远不如当下社会。他认为技术资本仅仅会体现在科技领域顶尖的权威专家身上。15阿切尔在布迪厄的资本概念上发展而来的科学资本将比文化资本理论更加贴近于描述学生有关科学参与的具体情况。在已有研究已经证实科学资本对科学职业期望的显著影响后，本文认为科学资本的高低也将影响学生对是否学习物理的抉择。阿切尔等人在提出科学资本后，也对科学资本的具体维度进行了划分：科学文化资本、科学社会资本、科学行为实践。如若科学资本对选择学习物理的概率有显著影响，那么其蕴含的三个维度必将对在这样的影响中有所体现。因此，本文提出假设 2。假设 2：科学资本对学生高考是否选择物理科目有显著正向影响。前者得分越高，选择物理的概率就越大。假设 2 又可细分为三个子假设。假设 2a：科学文化资本得分越高，学生选考物理概率越大。假设 2b：科学社会资本得分越高，学生选考物理概率越大。假设 2c：科学行为实践得分越高，学生选考物理概率越大。三、数据采集与研究方法（一）数据采集本文数据分别来自重庆、云南两个地区的各两所高中，共四所高中。抽样方式为随机抽选分科后的高中班级学生。重庆为新高考改革“3+1+2”的物理选考模式，云南为“3+X”文理分科高考模式。剔除无效样本后，有效样本量共为 1019 份。由于研究需要探究科学资本与科学从业意愿是否对物理选科有影响，所以样本包括了 697 份选择了物理科目的学生与 322 份未选择物理、选择了历史科目的学生。鉴于云南与重庆目前的高考模式并不相同，在研究中，将会把两个地方的高中分开研究，重庆地区的样本包括 297 位选择了物理科目的学生、209 位没有选择物理的学生；云南地区的样本包括 400 位选择了物理的学生、113 位没有选择物理的学生。（二）因变量本研究的因变量为学生在分科时是否选择物理张正严 胡 鑫 洪岩璧 梁 雷：科学资本与高中生物理选科的关联性 8 学科。在区分文理科的时期，学生不会单独选择各个科目，而是理科文科分开“打包”选择，那时并没有出现“弃物理”现象。随后新高考改革，部分地区将高考模式由文理分科转变为了“3+3”模式，也就是学生需要学习 3 门主科（语文、数学、外语）与 3 门副科（从物理、化学、生物、政治、历史、地理中按照自己的喜好挑选 3 门科目）。在“3+3”模式中便出现了“弃物理”现象，许多学生拒绝选择物理学科。为了改善这一状况，随后进行新高考改革的地区转变了策略，将科目的选择变成了“3+1+2”模式，也就是 3 门主科不变，“1”指物理、历史两门科目选其一进行学习，“2”指政治、历史、化学、生物四门科目选择两门进行学习。本文中的物理选科指“3+1+2”模式以及“3+X”文理分科模式下，学生是否选择了物理，其类型为二分类变量，即选择了物理与未选择物理。样本中选择物理的占 68.4%，未选择物理（选择历史）的占 31.6%。（三）自变量1.科学从业意愿科学从业意愿也可叫做科学职业期望，其意指在目前的情况下，想继续进行科学学习或未来想进入科学相关领域工作的意愿强烈程度。本文参考 PISA 测试，使用 5 个具体问题来对学生的科学从业意愿进行测量，分别是“我想在未来学习更多科学知识”“我希望未来可以获得一个应用到科学知识的工作”“未来我希望进入科学领域进行研究”“我想要成为一名科学家”“我认为未来我能当好一名科学家”。5 个问题均采用五级李克特量表，由 1-5 进行赋分，分值越高代表其科学从业意愿越强烈。5 个问题通过了信效度检验要求（Cronbach=0.901；KMO=0.812）。2.科学资本科学资本用来指称有助于个体在科学学习和科技职业领域取得优势的相关资本。科学资本的问卷在 Archer 的问卷基础上，针对样本地区的学生特征进行了一定的修改而制成。科学资本包含的具体维度包括：科学文化资本、科学社会资本、科学行为实践。其中，科学文化资本包括与科学有关的倾向或偏好，科学在就业市场中的有效性认知；科学行为实践包括与科学有关的媒体消费，非正式科学学习环境的参与程度；科学社会资本包括父母、老师对待科学的态度，父母的科学资历，日常生活中谈论科学。有关科学资本的测量题目均采用五级李克特量表，根据教育测量的要求，科学资本量表的信效度检测均达到要求（Cronbach=0.862；KMO=0.842）。（四）控制变量本研究的控制变量包括性别、父母学历水平。性别。目前国内外对有关科学从业意愿或选择学习物理学科的研究均表明性别差异对以上问题有显著影响，于是性别在本研究中纳入控制变量。父母学历水平。目前已有许多研究表明父母学历水平会导致学生学业的差异，所以本文将父母学历水平纳入控制变量。值得注意的是，经单因素方差检验（父亲学历 p=0.192，母亲学历 p=0.313），云南地区父母的学历水平并不显著影响学生的物理选科，所以云南地区的控制变量仅性别。表 1 变量的描述性统计变 量平均值标准差最小值最大值重庆性别（1=男；2=女）1.60.49012父亲学历（1=高中及以下；2=大专或本科；3=研究生及以上）1.37.56213母亲学历（1=高中及以下；2=大专或本科；3=研究生及以上）1.30.50813您父母（一位或两位）是否是科学家或从事科学相关工作（1=是；2=否）3.641.14215您在分科时是否选择了物理（0=否；1=是）0.590.4901科学从业意愿2.921.0015科学资本3.350.571.114.94云南性别（1=男；2=女）1.58.49412父亲学历（1=高中及以下；2=大专或本科；3=研究上及以上）1.41.57613母亲学历（1=高中及以下；2=大专或本科；3=研究上及以上）1.34.56915您父母（一位或两位）是否是科学家或从事科学相关工作（1=是；2=否）3.781.09315您在分科时是否选择了物理（0=否；1=是）0.780.4201科学从业意愿2.950.901.005.00科学资本3.440.531.504.72 9 2023年第4期（五）研究方法由于目前研究均为针对科学从业意愿的研究，所以本文首先验证科学从业意愿与物理选科之间的正向关联性，采用二元 logistic 回归模型对其影响进行分析。随后对科学资本与物理选科的关系进行研究，本研究包括三个部分，第一是使用卡方检验，判断低、中、高不同的科学资本的学生在选择物理方面是否有明显差异。第二是利用二元 logistic 回归方程，具体测算总科学资本对物理选科的影响。最后是再次利用二元logistic 回归方程考察科学资本所含三个维度对学生物理选科的影响。四、数据分析结果（一）科学从业意愿与物理选科根据日常生活经验推断，科学从业意愿与物理选科的关联性应该是显著且正向的，于是使用二元logistic 回归方程对科学从业意愿与学生物理选科之间的联系进行探究，数据均经过标准化处理。结果如下表。表 2 科学从业意愿与物理选科二元 logistic分析结果重庆B标准误 瓦尔德 显著性Exp（B）常量.497.10821.227.0001.644自变量科学从业意愿.996.12365.922.0002.708控制变量父亲学历.108.155.482.4881.114母亲学历.180.1541.364.2431.198性别.548.11024.815.0001.729表 3 科学从业意愿与物理选科二元 logistic分析结果云南B标准误瓦尔德显著性Exp（B）常量1.814.161126.771.0006.136自变量科学从业意愿1.267.15963.406.0003.550控制变量性别.594.14516.698.0001.812重庆、云南地区的检验模型均通过 Hosmer-Lemeshow 检验（P0.05），重庆地区的拟合模型伪 R2 值为 0.324（NagelkerkeR2）；云南地区的拟合模型伪 R2值为 0.331（NagelkerkeR2）。排除控制变量的干扰后，重庆地区的学生科学从业意愿对物理选科的对数比（OR 值）Exp（B）=2.708（p0.05），云南地区的学生科学从业意愿对物理选科的对数比（OR 值）Exp（B）=3.550（p0.05）。这意味着无论云南还是重庆，科学从业意愿强烈的人更倾向于选择物理学科，这也验证了本文的第一个假设，即“科学从业意愿与学生物理选科概率呈显著正相关”。（二）不同科学资本学生的物理选科差异从数据结果的描述性统计可以看出，科学资本得分高的人选择物理的比例要大于科学资本得分低的人。在科学从业意愿的研究当中，也有学者指出了科学资本不同的人的科学从业意愿是不相同的。于是本文根据科学资本得分将科学资本划分为低、中、高三个层次，使用卡方检验探究三个组别在物理选科中的差异。根据测量结果，重庆地区科学资本得分从1.114.94 分不等，依照组距 d=（4.94-1.11）/3=1.28，我们将其分为低科学资本：1.11，2.39 共 26 人，占比 5%；中科学资本：2.39，3.67 共 342 人，占比 68%；高科学资本：3.67，4.94 共 138 人，占比 27%。云南地区学生科学资本的分从 1.504.72 分不等，根据组距 d=（4.72-1.50）/3=1.07，将其划分为低科学资本：1.50，2.57 共32 人，占比 6.2%；中科学资本：2.57，3.64 共 299 人，占比 58.3%；高科学资本：3.64，4.72 共 182 人，占比35.5%。卡方检验结果中，重庆地区卡方值 2=29.3（p0.001），云南地区卡方值 2=20.9（p0.05），重庆地区拟合模型伪 R2 值为 0.226（NagelkerkeR2）；云南地区拟合模型伪 R2 值为 0.191（NagelkerkeR2）。排除控制变量干扰后，科学资本对两个地区的学生是否选择物理学科均有显著的预测效果（p0.05），重庆地区拟合模型伪 R2 值为 0.312（NagelkerkeR2）；云南地区拟合模型伪 R2 值为 0.201（NagelkerkeR2）。对重庆的学生而言，科学资本三个维度均对其选择物理学科的概率有显著影响（p0.05），其中科学文化资本与科学社会资本两个维度均对物理选科产生显著正向影响，而科学行为实践对物理选科产生的是显著负面影响。对云南的学生而言，科学文化资本与科学社会资本均对其选择物理学科有显著正向影响（p0.05），而科学行为实践对其并无显著影响（p 0.923）。本文假设 2a、2b 得证，2c 在重庆与云南地区均没有得到证明。五、结果讨论本文根据前人针对家庭背景因素对学业成就与科学从业意愿的研究提出：家庭背景因素影响学生的 11 2023年第4期物理选科理应与科学从业意愿的路径类似。而杜欣的研究成果16证实了家庭社会经济地位与科学资本之间的联系，又有大量的研究成果支撑了科学资本与科学从业意愿之间的联系，于是本文认为科学资本也应对学生的物理选科产生类似的影响。在本文后续的实证研究中，也证实了第一个假设：科学从业意愿与物理选科的正向相关性。究其原因，科学从业意愿在一定程度上包含了学生在未来想继续学习科学学科的意愿，所以科学从业意愿比较强烈的学生也就更加倾向于选择物理学科，哪怕从日常经验推断，这样的结论也并不奇怪。数据已经证实了科学从业意愿与物理选考的正向关联性。分析发现，无论是重庆的学生还是云南的学生，科学资本会对其是否选择物理学科产生显著的影响。进一步对数据进行分析发现，重庆地区的学生是否选择物理会被科学资本三个维度显著影响，其中，科学文化资本与科学社会资本为正向影响，科学行为实践为反向影响；云南地区的学生是否选择物理仅受到科学资本中科学文化资本与科学社会资本两个维度的显著正向影响，科学行为实践未对云南地区的学生产生显著影响。科学资本是学生在生活中有意或无意积累起来的资本。在高科学资本环境下成长的学生，日常中听长辈们提起或亲身接触到的科学内容将远大于低科学资本的学生，这样的环境差异带来的学生对科学认知的影响会日积月累，导致不同科学资本的学生在选择科学学科时的巨大差异：高科学资本的学生在日常生活中便已经建立起对科学正确的认知以及比低科学资本的学生更为深入的理解。潘昆峰认为学生选择学习物理以长久的眼光来看绝对是利大于弊的。17结合本文的研究可以认为，低科学资本的学生并不能深刻地认识到学习科学所带来的长远利益，所以在选择学科时更多的受到功利性因素（如分数高低）的影响；高科学资本的学生则十分清楚学习科学带来的长远利益，于是在选择学科时将更倾向于选择物理学科。就科学资本三个维度而言，科学文化资本与科学社会资本对学生选择物理学科的正向影响已经得到证实，但科学行为实践部分却出现了不同的结论。科学行为实践，主要包括学生日常去博物馆、科技馆的频次以及日常阅读科学杂志或观看科学视频的频次。对于重庆以及云南地区的学生而言，科技馆与博物馆的数量本就不多，所以学生日常能够接触到科技馆与博物馆的频率也就比较低，但科学杂志或科学视频学生日常容易接触到。因而，本文认为，科学行为实践之所以对重庆地区学生选择物理学科具有反向影响可能基于以下原因：学生通过大众媒体接触到较多的科学知识以及增强了对科学家的了解后，认为科学工作较为辛苦，科学内容学习较为困难，这在很大程度上会影响学生对科学内容的看法。已有研究表明，大众媒体可能塑造了一些负面的科学家刻板印象。何光喜等在调查得出我国公众的科技工作者形象后进一步分析认为，我国科技工作者刻板形象神圣化与脸谱化并存的特点，可能与大众媒体和宣传部门在报道科技工作者时形成的固定化模式有关。这种模式为了宣扬科技工作者的崇高性，通常会突出强调科技工作的艰难与辛苦，把科技工作者描绘成只知埋头工作而不问世事的“圣人”，进而拉大了公众与科技工作者间的距离感。18另一个可能的原因是我们问卷采集的信息有限，导致存在遗漏变量的问题。参考文献：1OECD.PISA2018Results（VolumeII）EB/OL.（20191220）20201217.https：/doi.org/10.1787/888934038191.26 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