近代科学教育的兴起与发展（续六）

新乔 赵晓宁 任熙俊

（接上期）

面向社会大众的科学普及教育  面向大众的科学普及教育起源于欧洲，后来波及美国、加拿大、澳大利亚、印度及其他殖民地国家和日本[9]64。18世纪末开始出现为劳动阶层提供科学教育的尝试。19世纪初，在法国大革命中，“人民”第一次出现在政治舞台上，同时出现更为广泛面向大众的、主要为劳动阶层提供科学教育的社会活动。[3]67

1）讲座。1799年，作为该校自然哲学教授约翰安德森（1726—1796）的一份遗产，格拉斯哥大学的安德森学院开放了。它提供与大学类似的课程，但更具实用的倾向。1817年，英国创办伦敦机械学院，旨在劳动阶层中传播科学知识，虽存续时间较短，却是西欧各国争相模仿的样板。[3]67

在英国带领下，其他国家逐渐跟上。18世纪90年代，法国教育改革家也曾尝试设计一种新的学院和大学课程，它既可立足于科学，又能对所有可以从高等教育中获益的人开放，但这种尝试最终惨败。后来，政府采用英国的方法，并且企望为劳动阶层创立技术教育新机构，最著名的是巴黎艺术与贸易研究院，到1824年时有2000人参加它的夜校。[3]67

更具深远意义的是，短期且注重个人偏好的讲座课程形成并逐渐增长，其中政府又扮演了重要的赞助角色。18世纪，在俄国由政府保护下逐渐建立起80个左右的科学学院，它们被计划为早期的研究机构，实验哲学家可在此交换观点和萌发新科学思想。虽然它们并没有被设计成为教学中心，事实上也起到专业—科学教育交流中心的作用。许多科学学院还开始资助科学教育。仅有一所，建立于1724年的圣彼得堡科学院实际成为一所准大学，这反映出在1755年莫斯科大学创办以前俄国教育机构的贫乏。不过，在描述性的解剖学、植物学和化学科学方面，学院的资助仍是普遍的。[3]64

1714年建立的博洛尼亚研究院拥有五个教授席位，在这方面特别权威。因而研究院可以在公共领域所建之初便建立信誉，并涌现出杰出人才和学习榜样。通过提供易理解的科学课程，迎合了日益增长的植物学业余者的卢梭主义的兴趣，并提供给企业工匠关于化学工业用途的信息，研究院证明了它们自身是富于热情的公共机构的佼佼者。[3]65

化学方面的公共课程尤其丰富。18世纪末，它们不仅由科学学院讲授，也由其他政府机构讲授。在大革命前的法国，化学家和染料制造商沙普塔尔受雇在郎格多克庄园讲授化学。在西班牙，化学课程由一些成立于卡洛斯三世（卒于1788年）时代的新经济社团资助。[3]65

在法国，学者丹尼尔·罗什曾对法国各省的研究院做过统计，发现大约有6000名协会会员，其中大约37%是贵族，20%是高级牧师，43%是平民，但这些平民并不那么普通。并且因为学会采用一项严格的会员资格政策，实行名誉、普通和准会员的等级制度，所以需要在这方面进行更多说明：在各省，贵族占名誉会员的71%;对于普通会员而言，其主要部分，61%仍是贵族，而37%是资产阶级;准会员（等级制度中的第三个层次）的大多数，55%来自资产阶级，18%主要来自土地所有者、官僚、医生、律师、牧师、教授，以及别的职业和绅士。的确，资产阶级群体中有3/4属于三个“黑袍阶层”（神学、法律和医学）中的一个，不到4%的资产阶级成员则来自商人、工厂主和手工业行会。[3]193-194

18世纪中，有机会接受自然科学教育的人口比例成指数增长。伦敦和地方城镇能够参加科学讲座的居民日益增多，讲座向每一个能够付得起入场费的人开放。咖啡馆、写作学校和地方协会都举办这样的讲座。比如在1725年，美国林肯郡斯波尔丁镇绅士协会举办了由让·西奥菲勒斯·德萨居利耶（1683—1744）作的系列自然哲学讲座。德萨居利耶是一位流亡的胡格诺教徒和共济会（共济会是北美地区反英秘密结社组织，成立于18世紀中叶，其成员大部分为美国独立战争中的中坚力量）会员，他通过讲座让人民了解牛顿原理和机械的实用性。正如拉里·斯图尔特指出的那样，这些讲座的成功更多依靠其实用机械的内容而不是牛顿的学说，而这种方式有助于人们对牛顿学说和自然哲学的接受。德萨居利耶把一些机遇和利益结合起来，创造了自然哲学讲座主讲人这一新职业。[3]115

19世纪初，伦敦王家研究院的职员中卓越的科学家汉弗里·戴维（1778—1829）和托马斯·杨（1773—1829，

英国物理学家），提供给大众的物理学课程比私人课程更为严格[3]67。戴维有时使用的华丽语言很合听众的口味：科学往往依赖于不平等的财产分配，但其应用将给所有一切居民都带来巨大好处。这并不等同于炼金术幻想者的虚幻梦想，他的听众都能期盼到光明的日子，而他们已经开始迎接这个黎明了，因为科学家（怀着敬畏的心情）深入到雷阵雨内部，探索海底，以满足他们的愿望。戴维通过他关于制革法、肥料、地理学、电化学和酸性的研究报告而吸引观众;他在都柏林演讲时，甚至有了演讲门票的黑市出现。这种情形经过多年才发生变化。在伦敦社交季（London season）（冬、春）的周五晚上，一些杰出的科学家也应邀就他们自己的研究作公开演讲，并辅以演示实验。[9]66

布道的形式常被波义耳用于组织关于牛顿自然哲学的讲座。讲座特意在不同的伦敦教堂巡回演讲以期得到更多的听众。第一个演讲者理查德·本特利（1662—1742）希望把布道日期改到12月，因为那时候城镇人口非常多，而九月份总是很少。虽然不可能还原这些口头讲演，但无疑和今天能够得到的印刷作品会有出入，即使一个简单的语调也可能蕴含许多含意。1726年，当伏尔泰遇到波义耳讲座的演讲者塞缪尔·克拉克（1675—1729）时，他被克拉克说出上帝名字时敬仰的语调所打动，克拉克声称这是从牛顿那里学来的习惯。[3]115

更为广泛的大众科学讲座热潮开始于1831年。在英国，为了吸引公众，城市之间展开激烈竞争，纷纷主办市民招待会，地方上的天文学会、博物学学会或其他科学机构纷纷举办类似的演讲活动。人们在讲座会场里能够实实在在地看到法拉第和赫胥黎本人，倾听他们的声音，而不只是阅读他们的作品;有时演讲人可能会情绪激昂而出现很好看的争论。[9]71这些争论表明科学奇迹在整个19世纪吸引了贵族官员、工人以及各色人等，使他们成为听众，这是非常幸运的，因为在这样一个充满相互竞争的信仰和利益、充斥市场和工业资本的世界中，科学工作者需要激发支持者的热情[9]72。

2）私人课程。除了诸如英国巡回讲演者彼得·肖（1694—1763）那样的专业讲演者，私人物理课程预期听众多为业余的和缺乏数学知识的人。虽然有些教师，如伦敦王家学会会员詹姆斯·弗格森（1710-1776），1767年向听众承诺他们的电学部分将包含很多奇特和有趣的实验，包括轻微的震动、用纸翼转动小磨、在卡片上打孔、使带正电和负电、振动铃铛、用亚麻线绳做支架使软木球像蜘蛛一样移动。[3]66-67

18世纪大学物理课程的发展，也反映到一些私人课程讲授的内容中，但通常限制在近代物理学研究领域。与大学最普通的课程一样，私人课程也讲授实验物理学，而不是数学物理学。典型的系列讲演会从力学和水力学开始，然后到流体静力学、气体力学、磁学、电学和天文学，但比大学的内容更简单、更夸张、更精彩。[3]66

当时的私人课程主要有两种，即开工实践教学和短期培训学习。实践教学是一种比较普遍的形式，一般用于传播简单的科学知识。[3]65

在医学领域，一方面，私人教学在一定范围内给初级医师、外科医师、药剂师甚至助产士提供辅助医学课程，以此作为现行制度所提供的知识（新旧都是）的补充。虽然医学院和新的外科学院、药学院在这个世纪更重视这些课程，但它们仍然很少提供学生“亲手”实验的机会。然而私人教师经常指导当地的从业者并提供院系不愿或不能（缺乏设备）提供的课程。[3]65

另一方面，私人课程都很短，一般只持续几个星期的时间，而且没有固定的周期。这些课程特别针对那些没有机会在公共机构学习的人开设，并且男女学员一视同仁。主办人认为哪里有足够多的、有钱的听课人，哪里就可以开办私人课程，私人授课者是一个城镇接着一个城镇地定期开班授课。[3]66

由于私人和公众科学课程数量不断增多，更多的人，无论男女，必须接受一些可能的学科教育，但供应扩大的主要受益者仍是精英。特别是私人物理学的讲演，只为特定的社会阶层开设：在英国，他们每个系列讲座的花费从不少于一英镑，但即使医学的私人讲授也都只能被最富裕的学生所接受。18世纪60年代，当勒内-泰奥菲勒-亚森特（1781—1826）的叔叔、听诊器的发明者纪尧姆-弗朗索瓦拉埃内克在巴黎学习时，参加一门业余课程的平均花费是3～4英镑。如此一来，英国的第一代工程师，诸如托马斯泰尔福德和乔治史蒂文生，都是自学成才就不足为怪了。[3]67

3）大众科学普及教育的重要形式——实验、示范。实验教育在近代的发展，不仅表现在高等教育、普通教育、职业教育等各级各类学校教育中，还表现在社会科学教育中，示范演示实验曾一度成为大众科学教育的主要形式。因此，17世纪实验教育范围的确不仅仅局限于学校之内，而是逐步向学校以外的领域扩展。除了在大学和科学院里找到了位置的部分实验家之外，也有一小部分但是很重要的人靠作公共示范演讲谋生。这些人士包括以实验物理学为职业的科学家、部分教师、实验家，还有工匠、职业男性，以及不依靠实验为收入的独立富人阶层走出来的科学研究者和爱好者。

根据主题和规模，组织相应的实验仪器设施开展科学演示活动，是当时大众科学普及教育中必不可少的环节。毫无疑问，在18世纪的进程中，物质世界的研究（当时被说成是实验的自然哲学）第一次真正地冲击了公众的意识。这是通过一种非同寻常的社会和教育现象即“示范讲演”得以实现的。[3]443

以实验为基本形式，“示范讲演”背后的理念力量来自弗兰西斯·培根（1561—1626）。这就是1660年11月28日建立的伦敦王家学会开展活动的基础，而他们奉行的正是培根的座右铭：“拒绝空谈”（Nullius in Verba）。培根在《新工具》（1620）中指出，科学真理肯定在真实的世界里有它的基礎，因为“赤手做工，不能产生多大效果;理解力如听其自理，也是一样。事功是要靠工具和助力来做出的”。培根宣称：永不停止探索自然现象的哲学，不断为实验所验证，同时也给社会带来实际的好处。[3]443

很多方面表明，广泛的社会性科学教育活动，特别是科学机构和民间共同参与、得到政府支持的科学教育，对推动科学教育发展起到十分重要的作用，尤其在两个方面具有深层的重要性。

①这些变化保证了新科学从欧洲文化的边缘地位移到中心地位。虽然科学史学家已特别地指称17世纪为科学革命时代，但这种假定仅当注意力集中在实验哲学家、天文学家和数学家小组的活动上时才可以成立，正是他们的研究奠定了近代科学的基础。如果把科学革命视为更广阔的文化时期，而在该时期内，伽利略、牛顿对自然世界的数学和现象论研究方法成为欧洲和美洲的杰出人物解决问题的思维习惯之一，那么这个革命一定发生在18世纪（1750年后主要在非英语地区）。[3]68

此外（要进一步强调大学所扮演的创造性角色），新科学的传播得以实现，尤其是当其普及性已经超越大学和学院的范围时，很大程度上是因为新物理学的出现。第一个例子，牛顿物理学中明确的实验课程的构造对于只有有限数学知识的传统学生实属必要。[3]69

然而从长远观点来看，格雷弗桑德和他的同事创建了可以在大学之外轻松地把新的物理学（和其他科学）带给更多的听众的教育模式。新的模式本质上是夸张的：它使科学教育娱乐化，把新科学以适当方式介绍给淑女和绅士们，并培养他们在消遣中寻找到愉快，而不是学习和教学，过分地集中注意力是卖弄学问的标志。因此，课堂上实验物理学的发展，成为使新科学受到社会尊敬的关键。在消费时代，探索自然界的深奥的、理智的和非传统的方法（甚至连相关专家也无法证明其被过分夸大的效用）是一个非常聪明的包装，就像另一个可以生产喜悦和快乐的产品（相反，不考虑职业企业家的虚假宣传）。[3]69

②牛顿主义——波义耳讲座，面向妇女、面向孩子的大众科学讲座和演示，以及对古老疗法的自诩为牛顿式的阐释（或说是对牛顿思想的盗用）——都可以理解为牛顿思想的“大众化形式”。听众对象以及讲座形式是组织者所关注的问题。[3]119最初，科学讲座的主讲人经常运用清晰的牛顿原理建构他们的演示，对他们的讲座具有决定性的是实验表演和支配自然界的科学原理的戏剧性展现。但是演讲者越来越多，为了吸引听众，他们在讲座中对自然界给予更加宽泛的解释并增加了娱乐性。[3]115

菲利普·雅克·德·鲁斯伯格（1740—1812）曾演示电和其他自然哲学的奇迹，并短暂地开过一家用电进行治疗的诊所。当德萨居利耶把其自然哲学包装成商业知识的时候，鲁斯伯格利用其经验进行商业展示的制作。他因为革新了舞台设计而广为人知，这些引人入胜的布置既展现了新技术的奇迹，又展现了博物学的奇迹。如在1786年的一个关于库克船长塔希提旅行的哑剧中，鲁斯伯格用了两年前才发明的飞行气球。当时，法律禁止在哑剧中运用口语对话。这样，在这次演出中，鲁斯伯格利用“塔希提”音乐和伴歌（塔希提歌词的意思在节目单的脚注中标明）。气球、穿着很少的女演员以及（从空中）降落到舞台上的库克船长羽化登仙式的巨幅画像都是娱乐世界的一部分。但是《泰晤士报》的评论把这次演出描述为“值得每一个有理性的人——从儿童到年长的哲学家——深思的表演。这种表演最能显示出上帝的智慧和设计”。[3]116

这些讲演的课程，不论是什么人在什么地方讲授，很快就套用第一代教材所建立的模式。在这种模式里，物理学的各个分支（运动定律、简单机械的原理、静力学、流体静力学、气体力学、热学、光学、声学 磁学、电学、太阳和行星系等）都用引人注目的和巧妙的演示详加说明。讲演者对其设备做了大量的投资。机械模型和太阳系模型被陈列展示，它们的工作原理被仔细阐明。用一具气泵做的实验总是演示的亮点，从罗伯特·波义耳（1627—1691）在17世纪60年代的先驱性工作（最早的气泵实验）一直都是这样;接下来很快又有同样引人入胜的摩擦起电机的实驗。[3]310-311

特别是在伦敦和巴黎那样的大中心城市，各个讲演者之间存在激烈的竞争，使他们不断致力于课程的更新并设计出更吸引人的演示。一般说来，讲演者宣称他们只是说明已经确立的原理。然而，在被追问时，大多数人也会宣称这些原理可以从他们演示的那类实验里推演出来。包括晚年的波利尼埃和后来的诺莱在内的一些人，坚持认为物理学原理是（或应该是）直接从经验中概括出来的。诺莱这样写道：“实验物理学的目的在于了解自然现象，并且通过事实的证实来演示其原因。”[3]311

示范讲演为受教育者提供了新的研究领域，也为好奇者提供了一种兴奋和惊奇的来源——类似于放焰火带给人们的感受。但是，示范讲演有一个实际的好处。正如大卫·布鲁斯特在另一位非常成功的讲演者詹姆斯·弗格森所著的《讲演录》的第二版序言中所指出的：“我们必须将科学知识在这个国家的实用技艺中得到广泛传播归因于‘巡回讲演者，这在很大程度上消除了那些长期误导目不识丁的工匠们的陈旧偏见和错误建构准则。”示范讲演无可争辩地证明，向那些没有或几乎没有科学基础知识的人讲授科学，最好的途径是向他们展示科学是如何起作用的。[3]452

4）示范实验中的实验仪器设施。在这些示范讲演课程中，其所涉及的主题在整个18世纪始终是非常一致的，包括力学、磁学、天文学、流体静力学、气体力学、热学、光学、电学和化学。[3]452

力学包括经典机械（杠杆、滑轮、天平）以及一些大件成套仪器，以演示力的平行四边形、球的回弹和轨迹、摆线运动和离心力。一些讲演者为了便于演示，还制作了用于演示物体平衡的复合仪器，格雷弗桑德的平衡力实验桌就是一个很好的例子。力学往往还要包括在力学定律下运行的实用装置模型，如绞盘、起重机、打桩机以及各种磨碎机。[3]452

磁学是一个颇受欢迎的奇妙主题，拥有了天然磁石，就拥有了不可思议的特性。所以示范演示要包括各种不同的磁铁，还要讲解磁引力在罗盘中的实际运用。[3]452

如果课程中包括天文学，就要使用地球仪，同样也要使用天文望远镜;在18世纪末，肯定还要用到演示天体运动的机械装置，如天象仪。[3]452

18世纪，因为人们嗜好人造喷泉和使用水的精致花园设计，所以流体静力学和水力学在实际生活中受到极大的关注。这里的演示器件包括经典的希罗喷泉（Heros fountain）实验、比重实验、抽水机和压力泵以及毛细管吸引。抽气机是整个18世纪最著名的演示仪器之一，在讲演气体力学时就要用到，还要配上许多附件以显示它所产生的作用。[3]452

热效应的演示要通过像温度计和湿度计之类的测量装置，以及显示蒸汽动力的仪器，尤其是纽康门设计的发动

机。[3]452

为了演示的需要，引发了很多发明和改进。光学仪器是这个世纪最流行的家用仪器，西欧近代国家的很多家庭都有一台显微镜或望远镜，用于揭示微小的以及遥远的世界。而且在光学讲演中，为了演示，还要有变形镜面、棱镜和透镜。[3]452

下面介绍两个例子，说明示范演示及仪器设施应用的过程。

①莱顿瓶的应用。莱顿瓶是德国人埃瓦尔德乔治冯克莱斯特（约1700—1748）设计的，但荷兰莱顿的皮特范马斯成博罗克描述得最好，这个发明物的名称就是来源于此。1746年1月，马斯成博罗克写信给巴黎科学院的勒内安托万费尔绍徳雷奥米尔（1683—1757）说：“我想告诉你一个新的绝妙的实验，我劝你绝不要亲自去试，我也不会再做，那些经历过并且靠上帝的恩惠而存活的人为整个法国在重复它。”马斯成博罗克用一个由丝悬挂在天花板上的铁管，收集来自旋转着的球中的电，管子的一端挂着一根黄铜丝，把电带进盛着水的烧瓶中。马斯成博罗克用右手拿着烧瓶，试图用左手从铁管里引出火花。突然，他的手受到这样的力一击，使他“全身颤动，就像有人用闪电击他一样……手臂和全身都难受得无法描述。我以为我毁了”。他在实验中发现人手并不必要，任何导体在瓶子的外面都行，不过要受到巨大的冲击，同一个人就得同时接触外面的导体和铁管。[7]70

莱顿瓶长期保持着最普通的电容器的形式，不过，其他形式，诸如由平行的金属片组成的富兰克林方板（Frank-

lin squares），此后不久就在英格兰出现了。几个并联的莱顿瓶可以使任何演示增强戏剧性。[7]70

②带电的小男孩。电学实验流行给科学爱好者的研究提供了机遇，如本杰明·富兰克林的风筝、电蜘蛛和闪电铃，斯蒂芬·格雷的丝线悬垂的带电男孩（图2）、无处不在的会电吻的“带电维纳斯”，让·安托万·诺莱神父为开导法国国王和王后而做的180个壮观的起电装置宪兵，似乎都使人相信启蒙运动中的电科学只有娱乐价值，但事实上连最辛勤的舞台主持人都在用他们的实验去检验既存理论并提出新理论。[7]59■

（未完待续）