近代科學教育的興起與發展（續六）

新喬 趙曉寧 任熙俊

（接上期）

面向社會大眾的科學普及教育? 面向大眾的科學普及教育起源于歐洲，后來波及美國、加拿大、澳大利亞、印度及其他殖民地國家和日本[9]64。18世紀末開始出現為勞動階層提供科學教育的嘗試。19世紀初，在法國大革命中，“人民”第一次出現在政治舞臺上，同時出現更為廣泛面向大眾的、主要為勞動階層提供科學教育的社會活動。[3]67

1）講座。1799年，作為該校自然哲學教授約翰安德森（1726—1796）的一份遺產，格拉斯哥大學的安德森學院開放了。它提供與大學類似的課程，但更具實用的傾向。1817年，英國創辦倫敦機械學院，旨在勞動階層中傳播科學知識，雖存續時間較短，卻是西歐各國爭相模仿的樣板。[3]67

在英國帶領下，其他國家逐漸跟上。18世紀90年代，法國教育改革家也曾嘗試設計一種新的學院和大學課程，它既可立足于科學，又能對所有可以從高等教育中獲益的人開放，但這種嘗試最終慘敗。后來，政府采用英國的方法，并且企望為勞動階層創立技術教育新機構，最著名的是巴黎藝術與貿易研究院，到1824年時有2000人參加它的夜校。[3]67

更具深遠意義的是，短期且注重個人偏好的講座課程形成并逐漸增長，其中政府又扮演了重要的贊助角色。18世紀，在俄國由政府保護下逐漸建立起80個左右的科學學院，它們被計劃為早期的研究機構，實驗哲學家可在此交換觀點和萌發新科學思想。雖然它們并沒有被設計成為教學中心，事實上也起到專業—科學教育交流中心的作用。許多科學學院還開始資助科學教育。僅有一所，建立于1724年的圣彼得堡科學院實際成為一所準大學，這反映出在1755年莫斯科大學創辦以前俄國教育機構的貧乏。不過，在描述性的解剖學、植物學和化學科學方面，學院的資助仍是普遍的。[3]64

1714年建立的博洛尼亞研究院擁有五個教授席位，在這方面特別權威。因而研究院可以在公共領域所建之初便建立信譽，并涌現出杰出人才和學習榜樣。通過提供易理解的科學課程，迎合了日益增長的植物學業余者的盧梭主義的興趣，并提供給企業工匠關于化學工業用途的信息，研究院證明了它們自身是富于熱情的公共機構的佼佼者。[3]65

化學方面的公共課程尤其豐富。18世紀末，它們不僅由科學學院講授，也由其他政府機構講授。在大革命前的法國，化學家和染料制造商沙普塔爾受雇在郎格多克莊園講授化學。在西班牙，化學課程由一些成立于卡洛斯三世（卒于1788年）時代的新經濟社團資助。[3]65

在法國，學者丹尼爾·羅什曾對法國各省的研究院做過統計，發現大約有6000名協會會員，其中大約37%是貴族，20%是高級牧師，43%是平民，但這些平民并不那么普通。并且因為學會采用一項嚴格的會員資格政策，實行名譽、普通和準會員的等級制度，所以需要在這方面進行更多說明：在各省，貴族占名譽會員的71%;對于普通會員而言，其主要部分，61%仍是貴族，而37%是資產階級;準會員（等級制度中的第三個層次）的大多數，55%來自資產階級，18%主要來自土地所有者、官僚、醫生、律師、牧師、教授，以及別的職業和紳士。的確，資產階級群體中有3/4屬于三個“黑袍階層”（神學、法律和醫學）中的一個，不到4%的資產階級成員則來自商人、工廠主和手工業行會。[3]193-194

18世紀中，有機會接受自然科學教育的人口比例成指數增長。倫敦和地方城鎮能夠參加科學講座的居民日益增多，講座向每一個能夠付得起入場費的人開放。咖啡館、寫作學校和地方協會都舉辦這樣的講座。比如在1725年，美國林肯郡斯波爾丁鎮紳士協會舉辦了由讓·西奧菲勒斯·德薩居利耶（1683—1744）作的系列自然哲學講座。德薩居利耶是一位流亡的胡格諾教徒和共濟會（共濟會是北美地區反英秘密結社組織，成立于18世紀中葉，其成員大部分為美國獨立戰爭中的中堅力量）會員，他通過講座讓人民了解牛頓原理和機械的實用性。正如拉里·斯圖爾特指出的那樣，這些講座的成功更多依靠其實用機械的內容而不是牛頓的學說，而這種方式有助于人們對牛頓學說和自然哲學的接受。德薩居利耶把一些機遇和利益結合起來，創造了自然哲學講座主講人這一新職業。[3]115

19世紀初，倫敦王家研究院的職員中卓越的科學家漢弗里·戴維（1778—1829）和托馬斯·楊（1773—1829，

英國物理學家），提供給大眾的物理學課程比私人課程更為嚴格[3]67。戴維有時使用的華麗語言很合聽眾的口味：科學往往依賴于不平等的財產分配，但其應用將給所有一切居民都帶來巨大好處。這并不等同于煉金術幻想者的虛幻夢想，他的聽眾都能期盼到光明的日子，而他們已經開始迎接這個黎明了，因為科學家（懷著敬畏的心情）深入到雷陣雨內部，探索海底，以滿足他們的愿望。戴維通過他關于制革法、肥料、地理學、電化學和酸性的研究報告而吸引觀眾;他在都柏林演講時，甚至有了演講門票的黑市出現。這種情形經過多年才發生變化。在倫敦社交季（London season）（冬、春）的周五晚上，一些杰出的科學家也應邀就他們自己的研究作公開演講，并輔以演示實驗。[9]66

布道的形式常被波義耳用于組織關于牛頓自然哲學的講座。講座特意在不同的倫敦教堂巡回演講以期得到更多的聽眾。第一個演講者理查德·本特利（1662—1742）希望把布道日期改到12月，因為那時候城鎮人口非常多，而九月份總是很少。雖然不可能還原這些口頭講演，但無疑和今天能夠得到的印刷作品會有出入，即使一個簡單的語調也可能蘊含許多含意。1726年，當伏爾泰遇到波義耳講座的演講者塞繆爾·克拉克（1675—1729）時，他被克拉克說出上帝名字時敬仰的語調所打動，克拉克聲稱這是從牛頓那里學來的習慣。[3]115

更為廣泛的大眾科學講座熱潮開始于1831年。在英國，為了吸引公眾，城市之間展開激烈競爭，紛紛主辦市民招待會，地方上的天文學會、博物學學會或其他科學機構紛紛舉辦類似的演講活動。人們在講座會場里能夠實實在在地看到法拉第和赫胥黎本人，傾聽他們的聲音，而不只是閱讀他們的作品;有時演講人可能會情緒激昂而出現很好看的爭論。[9]71這些爭論表明科學奇跡在整個19世紀吸引了貴族官員、工人以及各色人等，使他們成為聽眾，這是非常幸運的，因為在這樣一個充滿相互競爭的信仰和利益、充斥市場和工業資本的世界中，科學工作者需要激發支持者的熱情[9]72。

2）私人課程。除了諸如英國巡回講演者彼得·肖（1694—1763）那樣的專業講演者，私人物理課程預期聽眾多為業余的和缺乏數學知識的人。雖然有些教師，如倫敦王家學會會員詹姆斯·弗格森（1710-1776），1767年向聽眾承諾他們的電學部分將包含很多奇特和有趣的實驗，包括輕微的震動、用紙翼轉動小磨、在卡片上打孔、使帶正電和負電、振動鈴鐺、用亞麻線繩做支架使軟木球像蜘蛛一樣移動。[3]66-67

18世紀大學物理課程的發展，也反映到一些私人課程講授的內容中，但通常限制在近代物理學研究領域。與大學最普通的課程一樣，私人課程也講授實驗物理學，而不是數學物理學。典型的系列講演會從力學和水力學開始，然后到流體靜力學、氣體力學、磁學、電學和天文學，但比大學的內容更簡單、更夸張、更精彩。[3]66

當時的私人課程主要有兩種，即開工實踐教學和短期培訓學習。實踐教學是一種比較普遍的形式，一般用于傳播簡單的科學知識。[3]65

在醫學領域，一方面，私人教學在一定范圍內給初級醫師、外科醫師、藥劑師甚至助產士提供輔助醫學課程，以此作為現行制度所提供的知識（新舊都是）的補充。雖然醫學院和新的外科學院、藥學院在這個世紀更重視這些課程，但它們仍然很少提供學生“親手”實驗的機會。然而私人教師經常指導當地的從業者并提供院系不愿或不能（缺乏設備）提供的課程。[3]65

另一方面，私人課程都很短，一般只持續幾個星期的時間，而且沒有固定的周期。這些課程特別針對那些沒有機會在公共機構學習的人開設，并且男女學員一視同仁。主辦人認為哪里有足夠多的、有錢的聽課人，哪里就可以開辦私人課程，私人授課者是一個城鎮接著一個城鎮地定期開班授課。[3]66

由于私人和公眾科學課程數量不斷增多，更多的人，無論男女，必須接受一些可能的學科教育，但供應擴大的主要受益者仍是精英。特別是私人物理學的講演，只為特定的社會階層開設：在英國，他們每個系列講座的花費從不少于一英鎊，但即使醫學的私人講授也都只能被最富裕的學生所接受。18世紀60年代，當勒內-泰奧菲勒-亞森特（1781—1826）的叔叔、聽診器的發明者紀堯姆-弗朗索瓦拉埃內克在巴黎學習時，參加一門業余課程的平均花費是3～4英鎊。如此一來，英國的第一代工程師，諸如托馬斯泰爾福德和喬治史蒂文生，都是自學成才就不足為怪了。[3]67

3）大眾科學普及教育的重要形式——實驗、示范。實驗教育在近代的發展，不僅表現在高等教育、普通教育、職業教育等各級各類學校教育中，還表現在社會科學教育中，示范演示實驗曾一度成為大眾科學教育的主要形式。因此，17世紀實驗教育范圍的確不僅僅局限于學校之內，而是逐步向學校以外的領域擴展。除了在大學和科學院里找到了位置的部分實驗家之外，也有一小部分但是很重要的人靠作公共示范演講謀生。這些人士包括以實驗物理學為職業的科學家、部分教師、實驗家，還有工匠、職業男性，以及不依靠實驗為收入的獨立富人階層走出來的科學研究者和愛好者。

根據主題和規模，組織相應的實驗儀器設施開展科學演示活動，是當時大眾科學普及教育中必不可少的環節。毫無疑問，在18世紀的進程中，物質世界的研究（當時被說成是實驗的自然哲學）第一次真正地沖擊了公眾的意識。這是通過一種非同尋常的社會和教育現象即“示范講演”得以實現的。[3]443

以實驗為基本形式，“示范講演”背后的理念力量來自弗蘭西斯·培根（1561—1626）。這就是1660年11月28日建立的倫敦王家學會開展活動的基礎，而他們奉行的正是培根的座右銘：“拒絕空談”（Nullius in Verba）。培根在《新工具》（1620）中指出，科學真理肯定在真實的世界里有它的基礎，因為“赤手做工，不能產生多大效果;理解力如聽其自理，也是一樣。事功是要靠工具和助力來做出的”。培根宣稱：永不停止探索自然現象的哲學，不斷為實驗所驗證，同時也給社會帶來實際的好處。[3]443

很多方面表明，廣泛的社會性科學教育活動，特別是科學機構和民間共同參與、得到政府支持的科學教育，對推動科學教育發展起到十分重要的作用，尤其在兩個方面具有深層的重要性。

①這些變化保證了新科學從歐洲文化的邊緣地位移到中心地位。雖然科學史學家已特別地指稱17世紀為科學革命時代，但這種假定僅當注意力集中在實驗哲學家、天文學家和數學家小組的活動上時才可以成立，正是他們的研究奠定了近代科學的基礎。如果把科學革命視為更廣闊的文化時期，而在該時期內，伽利略、牛頓對自然世界的數學和現象論研究方法成為歐洲和美洲的杰出人物解決問題的思維習慣之一，那么這個革命一定發生在18世紀（1750年后主要在非英語地區）。[3]68

此外（要進一步強調大學所扮演的創造性角色），新科學的傳播得以實現，尤其是當其普及性已經超越大學和學院的范圍時，很大程度上是因為新物理學的出現。第一個例子，牛頓物理學中明確的實驗課程的構造對于只有有限數學知識的傳統學生實屬必要。[3]69

然而從長遠觀點來看，格雷弗桑德和他的同事創建了可以在大學之外輕松地把新的物理學（和其他科學）帶給更多的聽眾的教育模式。新的模式本質上是夸張的：它使科學教育娛樂化，把新科學以適當方式介紹給淑女和紳士們，并培養他們在消遣中尋找到愉快，而不是學習和教學，過分地集中注意力是賣弄學問的標志。因此，課堂上實驗物理學的發展，成為使新科學受到社會尊敬的關鍵。在消費時代，探索自然界的深奧的、理智的和非傳統的方法（甚至連相關專家也無法證明其被過分夸大的效用）是一個非常聰明的包裝，就像另一個可以生產喜悅和快樂的產品（相反，不考慮職業企業家的虛假宣傳）。[3]69

②牛頓主義——波義耳講座，面向婦女、面向孩子的大眾科學講座和演示，以及對古老療法的自詡為牛頓式的闡釋（或說是對牛頓思想的盜用）——都可以理解為牛頓思想的“大眾化形式”。聽眾對象以及講座形式是組織者所關注的問題。[3]119最初，科學講座的主講人經常運用清晰的牛頓原理建構他們的演示，對他們的講座具有決定性的是實驗表演和支配自然界的科學原理的戲劇性展現。但是演講者越來越多，為了吸引聽眾，他們在講座中對自然界給予更加寬泛的解釋并增加了娛樂性。[3]115

菲利普·雅克·德·魯斯伯格（1740—1812）曾演示電和其他自然哲學的奇跡，并短暫地開過一家用電進行治療的診所。當德薩居利耶把其自然哲學包裝成商業知識的時候，魯斯伯格利用其經驗進行商業展示的制作。他因為革新了舞臺設計而廣為人知，這些引人入勝的布置既展現了新技術的奇跡，又展現了博物學的奇跡。如在1786年的一個關于庫克船長塔希提旅行的啞劇中，魯斯伯格用了兩年前才發明的飛行氣球。當時，法律禁止在啞劇中運用口語對話。這樣，在這次演出中，魯斯伯格利用“塔希提”音樂和伴歌（塔希提歌詞的意思在節目單的腳注中標明）。氣球、穿著很少的女演員以及（從空中）降落到舞臺上的庫克船長羽化登仙式的巨幅畫像都是娛樂世界的一部分。但是《泰晤士報》的評論把這次演出描述為“值得每一個有理性的人——從兒童到年長的哲學家——深思的表演。這種表演最能顯示出上帝的智慧和設計”。[3]116

這些講演的課程，不論是什么人在什么地方講授，很快就套用第一代教材所建立的模式。在這種模式里，物理學的各個分支（運動定律、簡單機械的原理、靜力學、流體靜力學、氣體力學、熱學、光學、聲學 磁學、電學、太陽和行星系等）都用引人注目的和巧妙的演示詳加說明。講演者對其設備做了大量的投資。機械模型和太陽系模型被陳列展示，它們的工作原理被仔細闡明。用一具氣泵做的實驗總是演示的亮點，從羅伯特·波義耳（1627—1691）在17世紀60年代的先驅性工作（最早的氣泵實驗）一直都是這樣;接下來很快又有同樣引人入勝的摩擦起電機的實驗。[3]310-311

特別是在倫敦和巴黎那樣的大中心城市，各個講演者之間存在激烈的競爭，使他們不斷致力于課程的更新并設計出更吸引人的演示。一般說來，講演者宣稱他們只是說明已經確立的原理。然而，在被追問時，大多數人也會宣稱這些原理可以從他們演示的那類實驗里推演出來。包括晚年的波利尼埃和后來的諾萊在內的一些人，堅持認為物理學原理是（或應該是）直接從經驗中概括出來的。諾萊這樣寫道：“實驗物理學的目的在于了解自然現象，并且通過事實的證實來演示其原因。”[3]311

示范講演為受教育者提供了新的研究領域，也為好奇者提供了一種興奮和驚奇的來源——類似于放焰火帶給人們的感受。但是，示范講演有一個實際的好處。正如大衛·布魯斯特在另一位非常成功的講演者詹姆斯·弗格森所著的《講演錄》的第二版序言中所指出的：“我們必須將科學知識在這個國家的實用技藝中得到廣泛傳播歸因于‘巡回講演者，這在很大程度上消除了那些長期誤導目不識丁的工匠們的陳舊偏見和錯誤建構準則?！笔痉吨v演無可爭辯地證明，向那些沒有或幾乎沒有科學基礎知識的人講授科學，最好的途徑是向他們展示科學是如何起作用的。[3]452

4）示范實驗中的實驗儀器設施。在這些示范講演課程中，其所涉及的主題在整個18世紀始終是非常一致的，包括力學、磁學、天文學、流體靜力學、氣體力學、熱學、光學、電學和化學。[3]452

力學包括經典機械（杠桿、滑輪、天平）以及一些大件成套儀器，以演示力的平行四邊形、球的回彈和軌跡、擺線運動和離心力。一些講演者為了便于演示，還制作了用于演示物體平衡的復合儀器，格雷弗桑德的平衡力實驗桌就是一個很好的例子。力學往往還要包括在力學定律下運行的實用裝置模型，如絞盤、起重機、打樁機以及各種磨碎機。[3]452

磁學是一個頗受歡迎的奇妙主題，擁有了天然磁石，就擁有了不可思議的特性。所以示范演示要包括各種不同的磁鐵，還要講解磁引力在羅盤中的實際運用。[3]452

如果課程中包括天文學，就要使用地球儀，同樣也要使用天文望遠鏡;在18世紀末，肯定還要用到演示天體運動的機械裝置，如天象儀。[3]452

18世紀，因為人們嗜好人造噴泉和使用水的精致花園設計，所以流體靜力學和水力學在實際生活中受到極大的關注。這里的演示器件包括經典的希羅噴泉（Heros fountain）實驗、比重實驗、抽水機和壓力泵以及毛細管吸引。抽氣機是整個18世紀最著名的演示儀器之一，在講演氣體力學時就要用到，還要配上許多附件以顯示它所產生的作用。[3]452

熱效應的演示要通過像溫度計和濕度計之類的測量裝置，以及顯示蒸汽動力的儀器，尤其是紐康門設計的發動

機。[3]452

為了演示的需要，引發了很多發明和改進。光學儀器是這個世紀最流行的家用儀器，西歐近代國家的很多家庭都有一臺顯微鏡或望遠鏡，用于揭示微小的以及遙遠的世界。而且在光學講演中，為了演示，還要有變形鏡面、棱鏡和透鏡。[3]452

下面介紹兩個例子，說明示范演示及儀器設施應用的過程。

①萊頓瓶的應用。萊頓瓶是德國人埃瓦爾德喬治馮克萊斯特（約1700—1748）設計的，但荷蘭萊頓的皮特范馬斯成博羅克描述得最好，這個發明物的名稱就是來源于此。1746年1月，馬斯成博羅克寫信給巴黎科學院的勒內安托萬費爾紹徳雷奧米爾（1683—1757）說：“我想告訴你一個新的絕妙的實驗，我勸你絕不要親自去試，我也不會再做，那些經歷過并且靠上帝的恩惠而存活的人為整個法國在重復它?！瘪R斯成博羅克用一個由絲懸掛在天花板上的鐵管，收集來自旋轉著的球中的電，管子的一端掛著一根黃銅絲，把電帶進盛著水的燒瓶中。馬斯成博羅克用右手拿著燒瓶，試圖用左手從鐵管里引出火花。突然，他的手受到這樣的力一擊，使他“全身顫動，就像有人用閃電擊他一樣……手臂和全身都難受得無法描述。我以為我毀了”。他在實驗中發現人手并不必要，任何導體在瓶子的外面都行，不過要受到巨大的沖擊，同一個人就得同時接觸外面的導體和鐵管。[7]70

萊頓瓶長期保持著最普通的電容器的形式，不過，其他形式，諸如由平行的金屬片組成的富蘭克林方板（Frank-

lin squares），此后不久就在英格蘭出現了。幾個并聯的萊頓瓶可以使任何演示增強戲劇性。[7]70

②帶電的小男孩。電學實驗流行給科學愛好者的研究提供了機遇，如本杰明·富蘭克林的風箏、電蜘蛛和閃電鈴，斯蒂芬·格雷的絲線懸垂的帶電男孩（圖2）、無處不在的會電吻的“帶電維納斯”，讓·安托萬·諾萊神父為開導法國國王和王后而做的180個壯觀的起電裝置憲兵，似乎都使人相信啟蒙運動中的電科學只有娛樂價值，但事實上連最辛勤的舞臺主持人都在用他們的實驗去檢驗既存理論并提出新理論。[7]59■

（未完待續）