在探索中前進 在創新中發展*
——教育技術裝備發展研究的歷史啟示

◆趙曉寧 新喬 任熙俊

作者：趙曉寧、新喬、任熙俊，《中國教育技術裝備》雜志社（100081）。

1 教育技術裝備的發明、生產、供應、管理是教育技術裝備體系構成的基礎

教育技術裝備的發明、生產、供應、管理是構成教育技術裝備體系的重要內容，對這方面的情況也是本書（指將來出版的課題研究成果）重點關注的方面。為此，本書在各個章節依不同階段情況分別做了相應論述。筆者還重點考察了教育技術裝備形成時期，科學儀器設施與教學儀器設施的融合情況，重點關注了這一時期的發明、研制和流通的初期情況，以完整體現教育技術裝備的發生、發展過程。筆者感到，教育技術裝備的發明、生產、供應、管理對教育發展有重要影響，缺少了這一環節，不足以支持教育教學發展。

系統看待教育技術裝備作為教育技術裝備的實物產品供應端，是為滿足教育需求、應用而存在，并因需求、應用發展而發展的。相對于生產者，教育技術裝備在未投入教育應用前，更多是以產品形態存在；進入教育應用后，屬性即轉化為教育教學設施。管理則是貫穿于裝備生產、配置、應用、體系建設的全過程的動態調控優化行為。

教育技術裝備自身構成具體到教育技術裝備的物理形態構成與分類，一般可認為包括相互聯系的三個大的部分：一是一般通用設施，包括教育、教學普遍需要并采用的教具、用品，包括標本、圖書、掛圖等；二是實驗教學儀器設施；三是實踐、實訓類器材設備。1993年，張潤興先生編撰的我國教學儀器設備產品和教學用品分類標準，計分為12大類（如表1所示）。近年來，雖然教育信息化快速發展，教育技術裝備產品的信息化特征日益突出，但其基本上仍在這個分類范疇內，未有根本改變。

需求是推動教學儀器設施發明、生產的動因教育的變革和不斷發展，產生了對儀器設施的需求。雅各布·施莫克勒在《發明與經濟增長》一書中指出，在發明家構想發明以滿足某種人類需要或填補人類所欠缺之物時，總是要憑借先前已有的科技知識，發明都是過去的知識成就與未來的一種社會經濟的、功能性的東西的融合?？茖W與教育對儀器設施的需求，引發了人們的熱忱，也帶動了制造者、發明家的極大興趣，多方面的因素因需求而合力于一個方向上，借鑒前人和當時的科學成果、技術經驗積累，先是發明和生產出急需的主要儀器設施，然后是輔助設施，進而通過集成實現系統化，形成針對學科課程分類的教育技術裝備體系。這一體系又是動態變化的，不斷有新的發明、產品進入。教育技術裝備制造和流通業也在這個過程中產生，出現專業科研機構和工業生產，形成獨立的行業形態。

教育技術裝備發明、生產、供應、管理，始終處在一個不斷滿足教育需求的必然過程。教育目標如此宏大，科學發展如此迅速，以至于這個行業人們的認識始終難以到達其深處。為突破這一局限性，人們必須選擇深度融入教育教學，以前瞻和發展的視野，不斷向理論和實踐尋求支持，在技術、工藝、材料等諸方面時時都要做出適應性轉變。這一結論基本適應這一行業百年來的情況。

表1 產品（物資）編碼所用字母與對應的GB 7635—87代碼對照表

不可忽略的工匠群體的作用教育技術裝備的產生和發展也離不開具備長期技術傳統的工匠群體的努力。在漫長的人類發展史上，自然物的工具化利用是十分普遍的現象，但僅憑自然物利用還不足以推動人類進化，有些物種也可以做到這一點；而有意識地發明、制造和應用工具，開辟了人類自我進化的重要通道和階梯，并在這一過程中形成了悠久的技術文化和深厚的工匠傳統。以工具屬性來說，其源于人類古老的從石器時代以來利用石料制作生活、生產工具的傳統。

技術相對于科學，有著更為久遠的歷史和文化依據，教學儀器設施的發明制造，正是源于這一悠久的傳統和群體性的技能傳承。教育必須得到重視，但發明和制作教學儀器設施的人們同樣值得欽佩。這并不意味著教學儀器設施的發明制造者們有理由自傲，而是首先必須始終精益求精，產品品質能夠更具科學和教育的精密度、系統性、適用性特征，使應用者能夠通過產品感知制造者思想和技藝的溫度，并有理由樂于而不是勉強使用，進而影響教育教學保持持續發展。

工匠群體為教育技術裝備的產生和發展起到了重要的作用。維系這一群體對精密性孜孜不倦地追求，具備善于發現、創造的思維品質的工匠精神，使發明、生產、制造始終處于不間斷的狀態?？疾旖逃夹g裝備產生和發展的歷史，會感到有賴于這樣一個群體，他們之中不僅有出色的手工業者，還有教師、醫生、學者、學生，甚至有小商人。長期以來，特別是自16世紀望遠鏡發明開始，在這樣一個群體的努力之下，隨著教育與科學需求的擴大，教育技術裝備的發明和制造十分活躍，蔚成風氣。如萊頓瓶、顯微鏡、聽診器、記錄儀、溫度計等大量的儀器設施，在近代都是經過這些樂于發明的人們的奇思妙想，然后手工或個別加工出來，進而普及到廣泛應用。這一傳統應該在現代繼續得到傳承并不斷發揚光大。

2 科學理解教育技術裝備與教育的關系

教育技術裝備是因教育需要而形成而創造出來的，其產生和存在的全部意義就是參與教育與科學研究的過程，為實現教育的目的服務。教育與教育技術裝備的關系，是人們在實踐中經常關注到的問題，而在教育史的研究中又很少提及。之所以要作上述說明，是因為無論人們如何看待教育與教育技術裝備的確切關系，都不能否認教學儀器設施之于近現代教育形成和發展具有的重要意義?？茖W史上的科學儀器設施如此，教育史上的教育技術裝備也如此，盡管這方面的研究十分匱乏。因此，有必要從教育實踐出發，從歷史的角度來加深理解教育與教育技術裝備的關系。

教育技術裝備是近現代教育事業構成的重要基礎條件辦好教育一項重要的任務就是要抓好教育裝備建設。近現代教育的發展過程表明，教育技術裝備一直處于一種被高度關注的狀態，無論是歐洲近代教育變革時期，還是清末新學創辦、民國時期的教育、抗戰時期，以至于新中國成立以來的教育事業發展，教育技術裝備事業從未游離于科學教育人士、教育機構、政府決策部門的議事日程之外，有很多時候甚至可以成為主要矛盾方面，成為主要要解決的問題中心。清末新學創辦時期，解決辦學經費是主要問題，大臣奏折很多主要部分都列有如何解決裝備設施以及詳細預算內容，言之不可不謂切切，心情不可不謂殷殷。

1919年，司徒雷登受命創辦燕京大學，為解決校址問題，他經常騎著毛驢四處奔波。為了尋求美國富豪和中國官紳贊助，他四處化緣，一連幾天陪一個盲聾老太太聊天玩游戲，希望她在財產遺囑中別忘了燕大。他曾嘆息說：“我每次見到乞丐，就感到我屬于他們那一類?！苯涍^他的努力，一所近代中國規模最大、設施齊全、環境優美的校園終于建成，與哈佛、牛津和普林斯頓大學建立了合作關系，蜚聲中外。

抗戰期間，民國政府財政赤字極其嚴重，但仍未敢放棄對教育的投入，謂曰“戰時當作平時看”。西南聯大物資極度匱乏，經費高度緊張，以至于著名建筑學家梁思成先生不得不幾易其設計，將校舍屋頂改為茅草苫蓋。講課沒問題，但沒有精密儀器配合，則不免難以奏效。時任聯大物理教授吳大猷在回憶錄中談及，為了上實驗課，他懇請北大校方在崗頭村租了一個泥墻泥地的房子做成實驗室，請助教把三棱鏡等放在木制架子上，拼湊成一個最原始的分光儀，試著做一些拉曼效應實驗。利用簡陋木架做成的分光儀，在20世紀，在任何實驗室，可能都是絕無僅有的。依靠如此簡陋的儀器條件支持，教授和學生仍然堅持開課、做實驗、寫論文。

使用者與教育目標教育技術裝備本身就寓于教育教學之中，與其有不可分割的聯系。教育技術裝備本身就是教育的一部分，是教學內容的具體體現，是具象化的知識承載體系。而要體現出其這一內在特質，關鍵還在于使用者的理解、發現和創造性應用。

教育技術裝備又從來都不是單獨存在的，從它產生那一天開始，就與教育制度、教師、教材、課程共同構成相互影響、相互促進、有機聯系的動態體系，其中教師即主要使用者起著關鍵作用。教育技術裝備功能在何種程度上得到發揮，除了設備設施自身的品質水平狀況，還與使用者的狀態包括思維品質、專業水準和技能有重要關系。以實驗教學及設施為例，歷史上很多泰斗級的科學家、教學領軍人物本身既是包括實驗儀器設施在內的教學儀器設施的發明者或制造者，也是教學應用者，有的還多年深耕服務于實驗室，從事教學研究，組織實驗教學。相當一批著名的科學家、科學成果就是從教學實驗中產生的，包括伽利略、牛頓、愛因斯坦等一批大師及其載入科學史冊的成果。

發掘與創新應用樂器所用的弦，在科學研究領域多關注其材料構成及物理性能；而應用于教育教學時，除上述性能外，還延展至聲學、樂理、生理學等多學科的知識。17世紀初，馬林·默森（Marin Mersenne）的《普遍的和諧》一書記述了相關內容。據說畢可拉斯發現，音樂的和聲與物質材料的數學表達之間的密切關系集中表現在弦長和音高的關聯上，如把弦長減半，可提高一個正八度的音高。默森對此作了系統的實驗探索，證明音高取決于振動頻率，而后者又由弦的長度、張力和粗細決定，普遍和諧的概念可根據規則運動和悅耳聲音之間可驗證的關系加以論證。這里的“弦”顯然已不是一般的物質，而是物化了、具象化的知識流動體。

這一事例表明了使用者的思維品質、對于裝備知識的理解程度是如何深度影響教育目標的達成的，也可以看到創新應用之重要。顯然，教學所用裝備設施看似簡單，實則蘊含有豐富的科學教育內容。教育技術裝備的目標并非簡單應用，應對其內在的知識體系進行深入開掘和拓展，以達成教育提升受教育者素質的目標。教學儀器設施的應用實際上包含了教育者傳授知識的方法，要求按照教育規律，將教學儀器設施作為由此到彼的渡船或橋梁，體現教育者的教育理想，包括教育文化，而不僅僅是局限于課程體系所表示的內容。

教育技術裝備應用過程也表現為教育者對教學有效性、教育規律、途徑和方法、技術的探索。這方面的事例很多，包括長期以來一直在進行的，為彌補儀器設施功效性缺失或不足，大量教育者所做的自制教具的努力，以及教學儀器設備生產者根據教學內容、課程要求、教育文化所作出的適應性改進，及在原有基礎上推出新的產品和設施。

3 科學儀器設施與教育技術裝備的同一性

儀器設施與科學、教育的天然聯系科學儀器設施的不斷豐富和發展，有其內在的原因。科學發展與儀器設施有著十分密切的關系。400多年來，從哥白尼發表《天體運行論》，到費米的核心反應堆在芝加哥達到臨界，再到20世紀末圍繞地球的太空空間望遠鏡升空，對儀器的功能、精密性的追求從未停止，應用范圍越來越深入和廣泛。這主要有以下幾個原因。

一是現代科學本身就是在質疑中產生的?？茖W發展過程始終伴隨著不斷探索?？茖W家天生的偏好就是要證明給你看，尤其是在初期與宗教經典理論發生沖突時。在這些過程中，科學包括教育面臨的問題不僅是科學發現和研究有多少困難，而且是如何證明自身是正確的，而并非異端邪說。盡管這一表現和說明過程的結果極端殘酷，但科學并未因此摒棄正確的努力，甚至不惜以生命為代價。對發現和理論的最有力的證明無疑是證據性演示和說明，為了達到這一目標，除了理論的邏輯能夠達到之外，唯一能夠提供支持的選項就是制造和應用儀器設施，包括儀器設施的知識及其使用技能，否則要證明正確是幾乎不可能的。顯然這是一個過程，這一過程不僅是邏輯的，同時更應是可感知、可視化的，是一個無障礙、完整、緊密聯系的鏈條，并且是可重復、可再現的。就這一點而言，依托和發展儀器設施無疑又是符合認知規律的選擇。

二是科學的每一分支的發展，都具有其相對應的不同方法，方法論可以在科學家思維實驗中產生，也可以在實驗室中產生，但無論如何，最終都需要借助科學儀器設施的工具性技術來完成驗證。這一過程也表現為科學發展的過程，形成大量實驗研究的方法和案例，進而形成實驗科學及其實驗設施體系。

三是科學本身探索的實踐，對本質現象研究不斷產生新的發現和知識。

上述三個方面構成一個相互聯系、不斷深化的動態過程。論述、分析的過程，以及對現象和原理的說明、證明，構成不同的科學理論的初級形態和方法論的雛形。在科學探索中所產生的儀器設施，與為滿足教育本身需求所產生的教學儀器設施整合應用于教學，與教育目的和教學方法有著高度契合。因此，科學儀器設施向教育應用的流動也就成為一個自然的過程。

既相互影響又相對獨立應當進一步說明的是，科學儀器設施應用于教育、轉化為教育技術裝備，也是科學發展的自然過程。事實上，無論科學如何發展，科學儀器設施與教育技術裝備從未疏離，而是一直發展著更為積極的相互影響。歷史上的科研與教學儀器設施，有相當部分是由科學與教育工作者通過自發的創造性發明努力而產生的，共同推動形成了逐漸完善的教學儀器設施體系。尤為重要的是，在科學儀器設施產生的表象背后，實際上是科學理論、科學思想的寶貴實踐。應用科學儀器所進行的科學研究活動中所蘊含著的科學理論、知識成果、模式和方法，以及思維模式、發現過程，都對教育提供了必要借鑒，包括大量科學著述與教科書成為科學教育的基礎教材，在豐富科學教育課程體系內容的同時，也為教學儀器設施應用打下堅實的基礎，科學儀器設施也因之得以不斷轉化為教育教學設施，進入教學體系，有力支持了科學教育的發展。

同時應該看到，這一關系又是多元的，是相互呼應、相互補充、變化和發展的，相對于其中一方，不是簡單的附屬品或者可有可無，不僅是物理的、機械的，同時是文化的、科學的、教育的。例如，科學語言與教學語言、實驗科學與實驗教學是有聯系的，科學儀器與教學儀器有時甚至部分或全部相通，但這不等于是等同或簡單照搬，必須與不同的實踐領域、實踐目標、實踐過程相統一，因此，它們又是相對獨立的，僅僅在表象上有時是不好區分的。

教育技術裝備的相對獨立性教育技術裝備是有形設施與無形知識的完整結合。教育技術裝備在其產生、豐富、逐漸系統化的過程中，也逐漸顯現出其與科學及其他裝備的不同屬性，這主要表現在其主要用于知識傳授、交流和再發現、再創造，主要的作用對象是人而非物，通過教與學體現出其功能作用，主要是精神的、意識的、智力的，而非僅僅是物質的、人工的、有形的產品。教學儀器設施本身由于加工制造、材料、工藝技術的不同，構成不同的、可區別的有形物體，而其中所承載或被同步賦予的知識體系則是看不見的，看得見的有形的與看不見的無形的緊密結合，共同構成較為完善、生動、具有成長性的應用于教育的功能體系。這一內在要求意味著教育技術裝備形態不僅應該是技術設施本身，也應是科學知識的具象化、承載者，符合教育教學規律的再設計、轉化，而非簡單的移植、照搬、套用。

教育的目標在于人的科學文化素養的提高，多注重于通識性、基礎性的知識傳授，包括培養受教育者的科學素養、創造性的思維方式。教育技術裝備應用于教育，之所以不應是簡單的物化遷移，更多體現為知識的承載物，是因其多用于人的認知領域并引發思維方式變化的教育屬性決定的。因此，一個簡單的科學儀器設施在應用于教育教學時，簡單照搬是不適用的，因課程目標不同，其所包含的內容、應用形式等很多方面都發生根本轉變。

廣泛的抑或是嚴格的適用性則是教育技術裝備相對獨立的重要內在原因之一。教育技術裝備與科學儀器設施抑或是其他裝備的不同，還在于其廣泛的、近于規范化的以眾多學習者為面向對象的應用，而其他裝備則一般限于個別或局部、少數人的因不同需要的應用。與科學研究的深度探索、有所發現的追求目標不同，教學儀器設施的應用更在于知識的有效傳承，包括其方便有效和可延展。因此，將科研所用的，簡單轉化為教學所用，照搬照抄、拿來主義，顯然是不夠的，而應做適當的改造以適應應用方式的改變。

4 科學發展對教育技術裝備應用的積極影響

科學與教育的發展都與儀器設施的應用有著不可分割的聯系。儀器、設施、科學實驗，對科學發展起到重要的推進器作用，在人類科學探索、發現、研究中幫助人們突破直覺、感覺的局限性，科學發展舍此難以突破。這一結論同樣適用于教育技術裝備應用于近現代教育。

提供了科學理念的支持近代以來，實際上直到17世紀，近代科學發展與教育變革，尤其是近代科學進入教育教學，曾經歷了一個較長時期的與宗教神學的沖突時期，科學與教育大都仍然處在神學的統治之下，這是伽利略的時代科學與近代教育先驅者遇到的主要問題。新科學與新教育最終得以確立，有賴于當時一批學者不畏艱險地發展科學與教育的努力，有的甚至以生命的代價來堅持科學的信仰，傳播科學的主張，極大地推動了科學發展的進程。這一群體的整體貢獻改寫了科學與教育發展的歷史，改變了人們的知識領域，極大地拓寬了人們的視野。新科學最終獲勝，主要是因為其有了可以利用的儀器，其中望遠鏡和顯微鏡起到關鍵性作用[2]。

望遠鏡從伽利略最早用于觀察星空開始，就已經成為天文學不可缺少的儀器，它伴隨著天文學揭示宇宙的奧秘，構建關于宇宙的認識。顯微鏡在19世紀獲得成功應用，成為醫學和地質學等科學領域極其重要的儀器。得益于科學儀器、科學實驗的支持，以伽利略為代表的科學思想戰勝了教會，哥白尼的思想得以在天主教會中傳播，為牛頓的學說不受宗教約束地提出創造了條件。這一過程使科學理念得到認可，也為牛頓物理學等新科學順利進入教育教學起到有力支持。

提供了范式遵循對科學發展來說，進行觀察是基本的要求，在沒有文字的人類文化中，觀察能力受到兩方面的嚴重限制：一方面是地域的限制，包括地域文化、環境以及海洋和地殼變遷等地球物理條件的限制；另一方面是人的生理條件，特別是與視覺有關的生理條件的限制，這一切無論是從歷史的角度，還是從人類學的角度，都是如此。

憑記憶與文字記錄作為科學知識基礎是遠遠不能達到科學研究要求的，這是因為“視覺是離析的，而聽覺是綜合的”。視覺與聽覺形成的記憶，對知識傳承和理解、解析來說，往往只限于記住自然界中出現的部分事物，停留于表層或是不完整的。而科學儀器設施正是針對人類生理觀察的限制而產生的發明創造，不僅能夠支持深入觀察，突破人類的生理限制，產生發現、引發思考，而且包括對總是希望被實驗和觀測肯定的假設進行驗證。將這些過程理性解析并記錄下來，以完整、精確進行科學研究，形成系統的相對準確的認識，需要共同制定并形成一套規范要求。在這一過程中形成的規則、方法也是研究的一部分，共同構成同一知識架構。

科學研究中形成的規則、方法，為教育教學中儀器設施的應用提供了遵循。這些規則、方法與儀器設施一同遷移到教育應用領域，形成教育教學應用的基本模式。這是因為教學的主要任務不在于觀察事物表象，而是探究事物內部規律，對現象涉及什么做出解釋，且解釋與本質相符合，足夠誠實和公正，能夠承認任一結論都不是絕對的；事實與理論不一定總是完全符合，顯然沒有一定條件下的范式（包括方法、規則的統一要求），是很難完成教育教學的問題和任務的。范式包括規則、方法，有利于明晰儀器設施的工具手段、載體、輔助功能的定位，有利于有效應用，以促進教學目標的達成，鼓勵新發現，培育創新思維。

促進創造了統一的科學概念、語言表達體系造紙、印刷術的發明和新大陸的發現改變了人們的知識領域，并且極大擴展了學者的視野，數學語言、數學表格以及度量衡的日趨統一，都有利于科學與教育的進步。但這僅提供了初步的條件。

沒有統一規范的概念和語言，教育技術裝備應用特別是科學教育是難以為繼的。教育教學更需要一個與之相匹配的，統一于科學理論的，規范的、完整的，被共同理解、相對穩定的關于定義、概念、語言的體系。很難想象，一個沒有統一概念、定義、語言的科學教育會實現知識的傳承或創新；同樣，離開了這一基礎，任何教育教學設施也難以為實現教學目的所用。

16世紀以來，眾多科學和教育家將上述作為一個重要問題，為此付出大量努力。1800年，意大利物理學家亞歷

山德羅·伏特發明了第一塊電池，由此將電壓單位命名為伏特，電池最初被稱為伏特堆，而后統一稱為電池。電池的發明是科學史上的一個里程碑，為科學研究打開了一個廣闊的空間，科學開始分科，被劃分為不同的分支，科學體系獲得長足進展。法拉第創造出anode（陽極或正極）、cathode（陰極或負極）以及ion（離子）等術語；英籍新西蘭物理學家歐內斯特·盧瑟福把射線分成三種類型，分別命名為a、β和γ，并發現了原子核。望遠鏡的發現和使用，將宇宙的界限推向了幾乎難以企及的遠處，而在此基礎上產生的顯微鏡又使對物質世界的深入觀察到了更細微的程度，由此也產生細胞概念。伴隨著這一過程，科學、物理學等名詞逐漸成為教育包括日常生活使用的基本用語，特別是化學、電解、元素等語言也逐步流行起來。

科學的語言體系發展，表明了科學研究的不斷深入與教育發展的要求，標志著既有科學儀器設施的充分應用，理論的發展與實驗室觀察的結果正在不斷地相互影響?？茖W儀器設施的不斷產生，新的儀器設施的應用，不斷發生創新，不斷產生新的實驗觀察結果，又產生新的科學術語，推動包括實驗儀器設施在內的教育技術裝備走向越來越廣泛的科學實驗教育，教育技術裝備應用也由此獲得更為穩定的基礎，進而成為教育發展的基本問題之一。

（未完待續）