本文發表於《大眾科學》的前部落格網路，反映了作者的觀點，不一定反映《大眾科學》的觀點
“我們何時才能知道何時可以宣佈勝利？ 多年來，我一直假設勝利是男性和女性平等參與所有科學和工程領域。 今天，我不太確定...... 我們可能會逐漸認識到，女性在科學領域分佈中的某些不對稱性，例如女性在生命科學領域中的代表性遠高於物理科學領域，是女性為了在她們自己判斷中能夠做出最大貢獻的領域而選擇的結果。 作為科學家，我們必須對這種可能性持開放態度。”- 雪莉·蒂爾曼，普林斯頓大學校長，在女王大學的演講 [1]
科學領域中性別代表性的問題非常複雜。 總體而言，女性在科學領域中的代表性不足，尤其是在高階職位上，但是當我們將重點縮小到特定領域時，這種差距可能會更加顯著，或者在某些情況下會消失。
在過去的半個世紀中，招募和鼓勵女性從事科學事業的努力非常成功，但是這些努力的分佈並不均衡。 例如，在1966年，女性僅獲得了美國生物學本科生學位的四分之一。 但是，到2007年，女性人數超過男性，佔這些相同學位的60％。 但是，在物理學領域，這些數字幾乎沒有變化，在同一時期，女性獲得的本科學位百分比僅從14％上升到21％。 當然，問題是為什麼？
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最近的大多數研究表明，男女之間在與物理相關的能力方面幾乎沒有差異——遠不足以解釋巨大的參與差距。[2] 那麼是什麼阻止了女性進入物理學領域？ 正如蒂爾曼博士所暗示的那樣，是因為女性只是不選擇將精力投入到物理學中，因為她們認為可以在其他地方做出更大的貢獻嗎？ 或者，也許女性不感興趣是因為她們看不到科學如何與她們與人合作的願望相符，正如西蒙弗雷澤大學理學院院長克萊爾·庫普爾斯最近提出的那樣。
這些似乎是令人欣慰的解釋——沒有歧視，沒有刻板印象，只是選擇——但它們也過於簡單。
是什麼影響了學生攻讀物理學的決定？
早在八年級，學生對科學表現出的興趣就是預測他們是否會繼續獲得科學學士學位的最佳方法之一，這種聯絡甚至比他們同年齡段的數學成績更為重要。[3]
然而，個人興趣並不是唯一的因素。 學生對自己能力的信念極其重要。 自我效能感高、對自己在特定任務中取得成功的能力充滿信心的學生往往能更好地理解物理學並取得更好的成績。 這很有道理：如果學生不相信自己有能力掌握新思想和解決問題，那麼很容易理解為什麼他們可能不會堅持不懈地嘗試理解困難的概念。 這種關係對男女學生都適用，但是女學生往往對自己缺乏信心，這導致了她們在物理學中可能遇到的困難。[4]
父母、老師和同齡人也對學生對自己能力的看法產生強烈影響，從而影響學生的職業和學位選擇。 在一項研究中，研究人員跟蹤了學生從12歲到24歲的成長過程。 研究人員詢問了學生及其父母關於學生對數學和科學的興趣、能力和職業抱負。 他們發現，母親在7年級時越相信孩子在科學和數學方面的能力，這些學生就越有可能在24歲時從事科學事業。[5] 同齡人也會產生類似的影響，支援或削弱學生對自己能力的信念。 在另一項研究中，被認為在科學方面有天賦的農村女孩深受同齡人的認可和支援的影響。[6] 這些社會影響可能令人擔憂，因為父母、老師甚至同齡人通常對科學的興趣和能力持有刻板印象，這些觀點往往偏愛男學生。[7]
總而言之，這些研究表明，要找出女性在物理學領域代表性不足的單一原因是多麼具有挑戰性。 其中既有興趣和自信的因素，也有困難的社會壓力。 考慮到這些挑戰，現在需要的不是默許，而是繼續尋找解決方案。 我們仍然需要知道可以做些什麼來支援和鼓勵學生，尤其是女孩，去從事物理學事業和研究生學習。
在高中物理經驗中尋找解決方案
其中一項努力是“科學與工程專案中的毅力研究”[8]，由哈佛-史密森天體物理中心的 researchers 領導，旨在確定教學環境和策略對學生決定註冊並繼續在大學學習物理學的影響。 作為專案的一部分，他們對3800名美國本科生進行了調查，詢問了他們對物理學的興趣、信心和職業規劃，以及他們在高中物理課上的經歷。
根據這項調查資料，我的同事Zahra Hazari、Gerhard Sonnert、Philip Sadler 和我建立了一個衡量每個學生“物理身份”的指標，即他們認為自己是適合物理學型別的人的程度。[9] 成為合適型別的人意味著，例如，對他們完成正確任務的能力（例如，理解和解決困難的物理問題）有信心，對物理學有濃厚的興趣，讓其他人認可他們是合適型別的人，在物理學方面取得成功，以及選擇參與與物理相關的活動。 我們發現，我們對身份的衡量標準是預測學生繼續留在物理學領域並將其作為職業願望的非常好的方法。
一旦我們確信我們對物理身份的衡量標準是有效整合許多傾向於影響職業選擇的社會和個人因素的方法，我們就想知道可以做些什麼來改善它。 作為一名前高中物理老師，我特別有興趣找出哪些教學策略或課堂活動可以有助於增強和改善物理身份，尤其是對於女學生而言。
為了回答這些問題，PRiSE 問卷調查了學生們對他們高中物理經歷的記憶：他們在課堂上做了什麼，他們是如何被教導的，以及他們可以使用的資源型別。 除了關於實驗室時間與講座時間、強調的主題以及老師使用的教學策略等嚴格的教學問題外，我們還對學生是否記得他們的老師花時間討論通常不屬於通常物理概念的主題感興趣，例如討論從事物理學事業的好處和所需步驟、科學中的倫理考慮以及女性代表性不足的問題。
透過認識到代表性不足來支援女性
縱觀所有學生，無論男女，都有幾個與更強的身份相關的課堂因素。 從學生興趣的角度來看，引入當前和前沿物理學主題的老師有助於增強身份，這並不令人驚訝。 經常進行的實驗室解決學生對世界的信念、同伴教學的機會以及鼓勵學生提問也與更強的物理身份有關。 具有更強身份的學生也記得受到老師的鼓勵去從事物理學，並在課堂上討論成為科學家的好處。
但是女性呢？
通常，鼓勵女學生的策略包括提供積極的女性科學榜樣，創造合作小組工作的機會以及討論女科學家的生活。 然而，令我們非常驚訝的是，這些通常的解決方案對我們研究中的學生的物理身份沒有任何影響。 經歷過這些的女學生並不比其他人更有可能擁有強大或弱小的物理身份。
只有一種課堂經歷對女學生產生了獨特的強烈影響：明確討論女性在科學領域代表性不足的問題。 這不僅僅是強調像瑪麗·居里這樣的女科學家，而是直接談論物理學領域的女性很少這一事實。 在高中課堂上經歷過這些討論的女學生的物理身份明顯更強。 而且，這些討論對男學生沒有影響。 換句話說，對於經歷過明確討論物理學領域女性代表性不足問題的學生來說，潛在的物理學職業差距縮小了。
蒂爾曼博士在女王大學向聽眾發表演講時表示，我們可能會達到這樣一個地步，即某些科學領域中女性人數與想從事該領域的女性人數一樣多，任何剩餘的性別差距都是女性自己做出選擇的結果。 我們的分析表明，我們尚未達到這一步； 社會影響對於確定學生是否會從事物理學事業仍然非常重要。 學生的觀點遠非一成不變，優秀的科學老師可以對學生的物理身份產生重要影響。 最重要的是，承認物理學領域性別失衡的老師所做的簡單事情可能足以幫助鼓勵女學生從事物理學事業。
尾註
[1] 她的演講作為 CBC 廣播節目 Ideas 的一集 的一部分播出。
[2] Hyde, J.S., & Linn, M.C. (2006). 數學和科學領域的性別相似性. 科學, 314, 599–600. [doi: 10.1126/science.1132154]
[3] Tai, R.H., Liu, C.Q., Maltese, A.V., & Fan, X. (2006). 儘早規劃科學職業. 科學, 312, 1143–1144. [doi: 10.1126/science.1128690]
[4] Cavallo, A.M.L., Potter, W.H., & Rozman, M. (2004). 面向生命科學專業的結構化探究式大學物理學課程中學習結構、學習結構轉變及其與課程成績的關係中的性別差異。 學校科學與數學, 104, 288–300.
[5] Bleeker, M.M., & Jacobs, J.E. (2004). 數學和科學方面的成就：母親的信念在12年後仍然重要嗎？教育心理學雜誌, 96(1), 97–109.
[6] Jacobs, J.E., Finken, L.L., Griffin, N.L., & Wright, J.D. (1998). 有科學天賦的農村少女的職業規劃. 美國教育研究雜誌, 35, 681–704.
[7] Kessels, U. (2005). 符合刻板印象：原型同伴的性別刻板印象認知如何與對學校科目的喜愛相關. 歐洲教育心理學雜誌, 20, 309–323. [doi: 10.1007/BF03173559]
[8] 由美國國家科學基金會 (NSF) 資助的 PRiSE 在 2007 年秋季對全國具有代表性的大學/大學生樣本進行了調查，詢問了他們對科學的興趣和經驗。 該調查可以線上檢視：www.cfa.harvard.edu/sed/projects/PRiSE_survey_proof.pdf
[9] 這篇文章基於我們在論文中發表的發現：Hazari, Z., Sadler, P. M., Sonnert, G., & Shanahan, M.-C. (2010). 連線高中物理經驗、結果預期、物理身份和物理職業選擇：一項性別研究. 科學教學研究雜誌, 47, 978–1003. [doi: 10.1002/tea.20363]
關於作者： Marie-Claire Shanahan 是阿爾伯塔大學埃德蒙頓分校的科學教育助理教授，她在那裡研究人們在科學領域（在教室、會議室和線上）相互之間的互動。 她是加拿大科學教育研究小組的主席，也是數學、科學和技術教育中心的成員。 她的部落格是 Boundary Vision，推特是 @mcshanahan。 當她不教書、訪問研究地點或寫作時，她會和她的狗一起探索埃德蒙頓河谷，儘管她盡了最大努力，但她的狗還沒有培養出提出科學問題的能力。
所表達的觀點是作者的觀點，不一定代表《大眾科學》的觀點。