多年來，由專家組成的藍帶小組一直在發出警報，稱美國科學家、數學家和工程師即將面臨短缺——並對國家經濟受損、安全受到威脅以及在世界上的地位喪失做出了可怕的預測。似乎也存在一個有吸引力的解決方案：勸說更多女性進入這些傳統上由男性主導的領域。但在 2005 年之前，關於為何更多女性沒有在這些領域追求事業的公開討論並不多，當時任哈佛大學校長勞倫斯·薩默斯提出了他的個人觀察。
他在波士頓附近舉行的小型經濟學會議上向聽眾表示，女性在科學工作中不如男性更有可能取得最高成就的主要原因之一是，較少的女性在這些領域具有“天生的能力”。在對薩默斯挑釁性言論的反應之後，一場關於性別之間的內在差異是否是造成女性在數學和科學學科中代表性不足的原因的全國性辯論爆發了。
作為一個在性別差異領域具有不同背景的專家小組，我們歡迎這些正在進行的討論，因為它們正在將公眾的注意力吸引到這個重要問題上。在本文中，我們對有關女性參與這些領域問題的大量研究文獻進行了分析，這些資訊對於理解性別差異以及旨在吸引更多女性加入科學和數學工作隊伍的任何提議至關重要。與從薩默斯的言論中得出的含義相反，對於為什麼在某些科學和數學領域女性人數遠少於男性，沒有單一或簡單的答案。相反，可以確定多種影響職業選擇的因素，包括認知性別差異、教育、生物學影響、刻板印象、歧視和社會性別角色。
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不需要博士學位也能看出，更充分地利用女性人才將在很大程度上增加科學工作者的數量。例如，在美國，女性在 2007 年佔勞動力的 46%，但在科學和工程領域就業的人員中僅佔 27%。薩默斯的評論讓許多人感到不安的原因之一是，它暗示任何彌合這一差距的嘗試都是徒勞的。如果大多數女性天生科學能力不足，那麼還能做些什麼呢？但這種看似簡單的解釋包含兩個誤解。
首先，沒有一種可以被稱為“科學能力”的單一智力能力。（為簡單起見，我們將經常使用“科學”一詞來指代對科學、技術、工程和數學領域工作重要的技能。）科學成就所需的工具包括口頭能力，例如撰寫複雜的期刊文章和與同事良好溝通所需的能力；記憶技能，例如理解和回憶事件和複雜資訊的能力；以及數學建模、統計和物體、資料和概念視覺化的定量能力。
其次，如果女性和男性確實在這些才能方面表現出差異，這一事實並不意味著這些差異是不可改變的。事實上，如果培訓和經驗對我們學術技能的發展沒有影響，那麼哈佛大學等大學將以虛假的藉口接受學生的學費。
關於性別差異領域令人困惑的事情之一是，根據您決定如何評估能力，您可能會得出非常不同的結論。女性顯然有能力在學業上取得成功。自 1982 年以來，她們在美國的高等院校入學人數中佔多數，此後入學差距逐年擴大。許多其他國家也出現了類似的趨勢。此外，女性在學校的每門科目（包括數學和科學）中都獲得更高的平均成績。
然而，儘管女性在課堂上取得了成功，但在許多用於大學和研究生院入學的標準化考試中，女性的得分明顯較低。在教育系統的更高層次，科學及相關領域的男女入學差距越來越大。例如，在 20 世紀 90 年代後期，女性佔麻省理工學院科學專業本科生的 40%，但僅佔教員的 8%。
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定義性別差異
由於成績和總體考試分數取決於許多因素，心理學家已轉向評估定義更明確的認知技能，以瞭解這些性別差異。學齡前兒童似乎一開始或多或少是平等的，因為平均而言，女孩和男孩在與定量思維和周圍環境中的物體知識相關的早期認知技能方面表現同樣出色。
然而，大約在學校開始時，性別開始出現分歧。到小學畢業及以後，女性在大多數語言能力評估中表現更好。在 1995 年對有關寫作技能的大量文獻的回顧中，芝加哥大學的研究人員拉里·赫奇斯（現任西北大學）和艾米·諾威爾這樣寫道：“寫作方面巨大的性別差異……令人震驚。資料表明，平均而言，男性在執行這項基本技能方面處於相當嚴重的劣勢。” 女性在面孔記憶和情景記憶方面也具有優勢——情景記憶是指個人經歷過的事件的記憶，並且與每個事件的時間和地點資訊一起回憶起來。
然而，還有另一種能力，男孩在這方面佔據上風，這種技能組合被稱為視覺空間能力：一種在三維空間中進行心理導航和模擬物體運動的能力。在四到五歲之間，男孩在標準化考試中解決迷宮問題的能力明顯更強。男孩擅長的視覺空間技能的另一種表現形式涉及“心理旋轉”，即在記憶中保持一個三維物體，同時對其進行轉換 [見上圖]。正如可能預期的那樣，這些能力也使男孩在解決依賴於建立心理影像的數學問題時具有優勢。
事實上，在所有認知能力方面的性別差異中，定量能力的變化受到了最多的媒體關注。這種普遍的迷戀在一定程度上是因為掌握這些技能是物理學和工程學等數學密集型學科的先決條件。而且，正如薩默斯所暗示的那樣，如果女性在這些技能方面處於劣勢，這將大大有助於解釋為什麼女性通常在這些領域中代表性不足。但資料遠沒有那麼明確。
正如我們之前所說，女性在所有年級的數學課上都獲得更高的成績，並且在代數的國際評估中也略勝一籌，這可能是因為它的類語言結構。但男孩在 SAT 的數學部分表現出色——導致大約 40 分的差異，這種差異已經持續了 35 年以上。然而，當綜合評估所有關於定量能力的資料時，女孩和男孩之間平均定量能力的差異實際上非常小。讓男孩脫穎而出的是，他們中的許多人具有數學天賦。
起初，這種說法似乎幾乎是自相矛盾的。如果男孩和女孩的平均數學技能相同，那麼怎麼會有更多有天賦的男孩呢？出於尚未完全理解的原因，事實證明，男性在數學能力方面的變異性要大得多，這意味著任何年齡段的女性都更集中在技能分佈的中心，而男性則分散在兩端。因此，在分佈的非常高和非常低的末端，男性人數超過女性。來自“數學早慧青年研究”的資料證明了這種現象。在 20 世紀 80 年代，我們中的一位（本博）與已故心理學家朱利安·C·斯坦利（他在約翰·霍普金斯大學天才青年中心創立了這項研究）一起，觀察到數萬名智力超群的 12 至 14 歲兒童在數學推理能力方面的性別差異，這些兒童在典型年齡之前幾年參加了 SAT 考試。
在這個精英群體中，在 SAT 的語言部分沒有發現顯著差異，但在數學部分發現了有利於男孩的性別差異。數學成績達到 500 分或更高分（滿分 800 分）的男孩是女孩的兩倍，獲得至少 600 分的男孩是女孩的四倍，獲得至少 700 分的男孩是女孩的 13 倍（使這些考生在全國 12 至 14 歲兒童中排名前 0.01%）。
儘管媒體對此報道甚少，但在這些青少年數學奇才中，戲劇性的變化正在發生：其中女孩的相對數量正在飆升。在 20 世紀 80 年代首次觀察到的男孩與女孩的比例為 13 比 1，此後一直在穩步下降，現在僅約為 3 比 1。在同一時期，女性在其他一些科學領域的數量激增。在美國，女性現在佔新醫學院畢業生的一半，佔近期獸醫學院畢業生的 75%。我們無法確定女性進入這些以前由男性主導的領域的人數增加的任何單一原因，因為在過去幾十年中，社會發生了多重變化。
這一時期恰逢鼓勵女孩選修更高級別的數學和科學課程的特殊計劃和指導的趨勢。並且存在直接證據表明，有針對性的專門培訓可以進一步提高女性的表現。例如，密歇根理工大學的工程學教授謝麗爾·A·索比和數學教育專家貝弗利·J·巴特曼斯建立了一門專門針對提高視覺空間技能的特殊課程。所有在視覺空間能力測試中得分較低的一年級工程專業學生都被鼓勵參加這門課程。這種入學使這些學生在隨後的圖形課程中表現更好，並在工程課程中保留率更高，這表明這種影響持續了一段時間，並且至少對女性和男性都具有一定的實際意義。
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生物學的作用
來自不同動物物種研究的數十年資料表明，激素可以在決定男性和女性發展的認知能力方面發揮作用。例如，在典型的產前男性發育過程中，高水平的睪酮等激素會使發育中的大腦男性化，並導致男性典型的行為，可能還有男性認知表現模式。
最近的研究表明，激素在整個生命週期的認知發展中繼續發揮作用。在接受大量男性或女性激素以準備變性手術的個體中觀察到了這種變化。例如，研究人員發現，接受女性到男性激素治療的人在他們的認知模式中表現出“男性化”的變化：視覺空間處理能力的提高和語言技能的下降。
人腦受這些激素以及我們的遺傳和一生經歷的影響而塑造，因此在女性和男性大腦中出現許多差異也就不足為奇了。總的來說，女性擁有更高比例的灰質腦組織，即神經元密集堆積和血液流動迅速的區域，而男性則擁有更高體積的連線白質組織，即被一種稱為髓磷脂的白色脂肪蛋白絕緣的神經纖維。此外，男性往往在左半球擁有更高比例的灰質，而在女性中，這種不對稱性並不顯著。
評估大腦功能的影像學研究支援以下觀點：女性在語言處理等需要更對稱地啟用大腦半球的任務中表現更好，而男性在需要啟用視覺皮層的任務中表現出色。即使男性和女性在執行同一任務時表現同樣出色，研究表明他們有時會使用大腦的不同部分來完成它。
但重要的是要強調，發現大腦結構和功能方面的性別差異並不意味著這些是男性和女性之間觀察到的認知差異的唯一原因。由於大腦反映了學習和其他經驗，因此大腦中的性別差異可能受到女性和男性典型生活經歷差異的影響。
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女士的選擇
當然，即使你很聰明，你可能也不想成為一名科學家。對數學天才青年的研究對於理解職業選擇心理學特別有趣，因為在這個樣本中，毫無疑問，每個男孩和女孩都有能力在科學領域取得優異成績。是什麼導致一個小愛因斯坦選擇電氣工程，而另一個選擇法律？一項對 320 名才華橫溢的個體（萬分之一的頂尖人才）進行的為期 10 年的研究發現，那些數學技能強於語言技能的人（即使他們具有非常強的語言能力）表示數學和科學課程是他們最喜歡的，並且非常有可能在這些領域攻讀學位。另一方面，那些語言技能甚至高於數學技能的孩子表示人文課程是他們最喜歡的，並且最常在人文科學和法律領域獲得學歷。
由此看來，才華橫溢的孩子會問自己，“我更擅長什麼？”，而不是“我是否足夠聰明，可以在某個特定職業中取得成功？”。這一發現為性別差異提供了一些見解。在早慧兒童中，與語言能力相比，男孩更頻繁地表現出偏向數學和相關能力的“傾斜”。鼓勵更多平衡的天才學生保持對科學和技術領域的開放選擇，可能有助於為管道補充更多高成就的男女學生。
誠然，多種心理和社會因素在決定職業方向方面發揮作用。人們對成功的個人期望受到他們對自己技能的看法的塑造。形成我們自我認知的一個因素是教師和家長等權威人物如何看待我們並對我們做出回應。羅格斯大學心理學教授李·朱西姆和密歇根大學的傑奎琳·埃克爾斯在 1992 年進行的一項研究發現，教師在學年初對學生數學天賦的評級水平預示了後來的考試成績——即使客觀的能力衡量標準與教師的看法不一致。這項研究和其他研究表明，科學作為男性化的刻板印象可能會從一開始就對女孩產生偏見。
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持久的玻璃天花板
也許最令人不安的想法是，一位技術嫻熟、自信的科學家可以攀登到頂峰，但在到達頂峰時仍然面臨歧視。然而，大量研究表明，人們對工作的刻板印象（男性化或女性化）會導致在招聘和補償男性和女性候選人或員工方面存在偏見。儘管社會心理學家一致認為，幾十年前在美國和許多其他國家存在的公開性別歧視現在已經很少見，但他們說，在某些情況下，它已被無意識的性別歧視所取代。
隱蔽偏見對女性在科學領域成就的實際影響尚未得到充分研究，因為同行評審過程籠罩著一層神秘面紗，科學家的職業生涯的許多方面——資助金的授予、學術論文的發表以及關於招聘的決定——都由其他通常匿名的科學家小組來評判。
對現實世界的同行評審過程進行過一項徹底的研究。哥德堡大學的生物學家克里斯汀·溫納羅斯和艾格尼絲·沃爾德在法庭上經過一番鬥爭後，才得以訪問瑞典醫學研究委員會關於博士後獎學金獎勵的資料。就在調查人員於 1997 年發表他們的研究報告之前不久，聯合國已將瑞典命名為世界上男女機會均等方面的領先國家。即便如此，男性仍主導著瑞典科學界。當時，女性獲得瑞典生物醫學博士學位的比例為 44%，但僅佔博士後職位的 25% 和專業職位的 7%。
溫納羅斯和沃爾德的發現令人震驚。女性申請人在所有評估領域（科學能力、擬議方法的質量和研究計劃的相關性）獲得的平均分都較低。可能是女性申請人的資格較低。為了檢驗這種可能性，調查人員根據申請人的出版物總數、第一作者出版物數量、每種出版物的質量以及其他科學論文引用其工作的次數計算了科學生產力。透過這些衡量標準，最高產的女性研究人員群體的能力被評為與最低產的男性研究人員相當。所有其他女性的評分都低於所有男性。
這項研究的作者得出結論，在可以說是世界上性別最平等的國家，同行評審過程充斥著性別歧視。這些結果為使同行評審過程更加透明提供了強有力的理由。儘管這些研究結果發表在排名最高的國際科學期刊《自然》雜誌上，但在使同行評審過程更加開放方面仍未取得任何進展。
最後，如果不考慮家庭運作和維持家庭所需的努力，我們就無法考慮工作上的成功。即使夫妻雙方都全職工作，女性仍然承擔大部分的育兒責任，並承擔大部分照顧生病和年邁家庭成員的責任。與受教育程度相當的男性相比，女性平均每週工作時間更少，並且花費更多時間處理家庭和家務。對於女性來說，生育孩子與收入降低和獲得終身教職的可能性降低有關。相比之下，男性在成為父親後，往往會在職業上受益。因此，女性和男性在家庭照顧中扮演的不同角色也可以解釋他們在要求苛刻的職業中的參與度差異。
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我們何去何從
如果勞倫斯·薩默斯的評論有一個吸引人的特點，那就是它的簡單性。如果科學領域女性的缺乏在某種程度上反映了能力的不足，那麼最終的教訓似乎是，我們無能為力，只能接受事物的自然秩序。
然而，正如本文所示，事實並非如此簡單。平均而言，男女兩性都有自己的長處和短處。儘管如此，研究表明，為了幫助更多女性——以及男性——在科學領域取得優異成績並勸說她們選擇科學作為職業，仍然可以做很多事情。挑戰是多方面的，需要教育創新、有針對性的指導和職業指導，以及致力於發現和根除偏見、歧視和不平等。最終，解決這些問題將使女性、男性和科學本身受益。