导师阿尔希那实验室:被遗忘的早期科学中心探索

2022-10-10 11:05马之恒
自然科学博物馆研究 2022年4期
关键词:展品展区导师

马之恒

创立于1937年的法国巴黎发现宫(Palais de la Découverte),作为世界上第一座成熟的科学中心(在中国也称“科技馆”或“科学馆”),是科学博物馆发展的里程碑。但在此之前,科学中心的部分核心元素,比如面向公众进行有解说的科学演示实验、基于科学原理和科研仪器创制展品、通过引导观众观察科学现象以学习科学等,都已经出现并逐渐走向成熟,并被认为是传播科学的有效手段。

20世纪初,西班牙发明家费朗·阿尔希那·帕莱雅达(Ferran Alsina i Parellada,1861—1908)(见图1)在建立科学教育机构的过程中,进行了集成这些成功经验的开创性工作。他创立的“导师”(Mentora)实验室,具有科学中心特征,旨在面向公众进行科学展示与传播,特别是服务于青少年科学教育。这座互动实验室的诞生,与阿尔希那所处的时代及个人经历密切相关。

图1 费朗·阿尔希那·帕莱雅达

一、 阿尔希那和他生活的时代

1833年,西班牙第一座使用蒸汽机提供动力的工厂,在西班牙东北部加泰罗尼亚地区的首府巴塞罗那建立。以此为标志,加泰罗尼亚在19世纪中叶成为西班牙工业革命的发源地[1]76。1848年,西班牙第一条铁路在巴塞罗那与马塔罗之间开通[1]77,加泰罗尼亚作为西班牙工业革命引擎的地位由此得以确立。直至19世纪70年代,巴斯克地区的钢铁工业兴起[2],使加泰罗尼亚的优势地位有所下降。

1861年,阿尔希那出生于巴塞罗那,他的父亲经营着一家小型纺织厂。在阿尔希那的青少年时代,巴塞罗那已是一座典型的工业城市。与当时很多家庭背景类似的同龄人一样,阿尔希那在成年之前,就由父亲传授了关于各种生产机械的工作原理以及管理工厂的知识,并被送往英国和德国的纺织厂进修[3]。他在20岁生日前夕回国,进入加泰罗尼亚北部的特尔河畔罗达的一家纺织厂实习[3-4]。

在青少年时代,阿尔希那已经展现出对机械结构和工作原理的极高领悟力,并且对纺织机械技术进步的历程兴趣浓厚。他不到20岁就发明了一种全新的灯芯绒织机,可以直接织造出平纹或条纹的衣料[3,5],并在1881年2月1日取得了为期20年的专利权[3]。

大体与此同时,发生在特尔河畔罗达的大规模罢工演变为骚乱,几乎摧毁当地的工业体系,也令阿尔希那深受震撼[4]145。他在研究分析后指出,罢工和破坏行为的根源,在于工人对工业革命缺乏全局性的认知,也不了解促成工业革命的技术。这使得植根于善意、旨在提升效率的技术改进,最终却“收获了令人沮丧的结果”。[4]146弥合分歧的第一步,是依托专利技术,创立一家纺织业合作社[4-6]。这将使工人能够通过诚实劳动,取得与雇主相近的经济地位,而不至于为保住工作承受透支生命的劳动,或者对雇主阿谀逢迎[4]146。但更为长远的解决方案,是提供更多的教育资源[4]146,使工人子弟能够对构成工业社会的基石有所了解。

1883年,阿尔希那将灯芯绒织机的发明专利卖给纺织业大亨欧塞比·古埃尔,用于巴塞罗那西南部圣徒地区的纺织厂[3,5],开启了两人持续10多年的合作。在此后若干年里,阿尔希那致力于纺织业技术和科学管理方面的研究,并担任技术经理,代表古埃尔管理纺织厂[4-5]。19世纪80年代后期,阿尔希那着手对生产机械、工艺流程和工人的工作方法进行全面改进,以提升生产效率[3,6],但此举会使车间需要的工人减半[4]150。一些工人无法适应变化,出于对失业的担心,他们强烈反对改进计划,并在1889年底持枪行刺阿尔希那,所幸并未击中[1,6]。

这一极端事件使古埃尔下决心将工厂迁出市区,在巴塞罗那西面,位于略夫雷加特河西岸的圣-科洛玛-德-塞尔韦洛的家族闲置土地上建设新厂,以及配套的工人生活区[1,6]。这个后来被称为“古埃尔村”的区域,拥有教堂、学校、诊所、咖啡厅、足球场等设施,是一座全新的工业化城镇[1]82-83。古埃尔认为,这样的安排可以让工人生活得舒适[1]82,同时有助于引导工人认同工业社会的价值观,并使工人子弟完全适应工业社会。

1891年,古埃尔村纺织厂建成投产,阿尔希那设计了它的技术架构和生产流程[5];但生活区并未同步建成。直到1918年古埃尔离世时,一部分建筑仍然未能完工[1,7],并被其后裔所废弃。尽管如此,阿尔希那作为古埃尔信赖的技术专家,有机会了解古埃尔村的全部建设理念;而遇刺和参与古埃尔村建设的经历,会促使他继续年轻时在特尔河畔罗达的思考,即教育在急剧工业化的社会中扮演的角色与面临的挑战。

这一时期,加泰罗尼亚社会的主流思潮是主张推广职业技术教育,即根据区域产业特点,优先发展传授农业、工业生产和商贸基本常识,训练常用劳动技能的教育[8]。这是因为,当时的西班牙基础教育体系深受宗教影响;特别是由耶稣会掌控的中学教育体系,在当时已经成为工业发展的阻力[9]。学校提供的百科全书式教育与工业社会的实际需要脱节;它们还要求学生必须通过升级考试,方能升入下一年级,这使学生很容易留级,或者至少为复习耗费大量精力,无谓地延长受教育时间[9]。另一方面,19世纪初萌芽于巴塞罗那的职业技术教育体系,通过吸收从法国陆续传入的经验,到19世纪末已经比较完善[10]8-9;在1867—1899年间,巴塞罗那更是西班牙唯一有能力培养工业企业工程师的城市[10]9-10。因此,加泰罗尼亚社会希望对既有的教育体系加以修正,扩大职业技术教育的优势,以尽快获得足够的工业人口。

阿尔希那认同这一思潮。他在1892年指出,推广职业教育是确保加泰罗尼亚繁荣的“第一种可行的举措”[3]。而且,他在19世纪末和20世纪初的活动表明,他倾向于扩充职业技术教育的范畴,将作为技术进步基础的科学原理也纳入其中。这是因为,自19世纪中叶以来,世界博览会等大规模的国际性博览会,越发成为具有重大政治、经济和社会影响力的活动[4]147。阿尔希那所处的岗位,使他有机会频繁参加博览会,从而能洞悉人类社会走向电气化的趋势和工程师群体对电气化的看法,并且了解科学界关注的前沿课题[4]147-148,从而认识到世界即将发生剧变。因此,加泰罗尼亚青少年需要为即将到来的变局做好准备;他希望寻找一种途径,帮助他们适应科技加速发展的未来世界。

二、 “导师”实验室诞生的基础

(一) 与丁达尔的会面

19世纪90年代初,阿尔希那前往英国皇家学会,在无人引荐的情况下,拜会了此前素不相识的爱尔兰实验物理学家约翰·丁达尔(John Tyndall,1820—1893)[11]5-6。阿尔希那青少年时代前往英国进修的经历,是他进行这次拜访的重要原因[4]153。

自19世纪中叶以来,英国物理学家迈克尔·法拉第进行了将实验物理学中面向公众的演示活动加以规范化的工作,创立了面向青少年的演示活动“圣诞讲座”,到19世纪末已经成为著名的传统[12]。丁达尔作为法拉第的接班人,不仅完成了出色的原创性研究,也承袭了法拉第传播科学的热情,并建立起更为完善的演示实验理论体系,使科学对公众特别是青少年更具吸引力。按照同时代的英国物理学家詹姆斯·克拉克·麦克斯韦的评价,丁达尔的工作是“用精心挑选的说明性实验,在人们的脑海中留下深刻印象”[13]。

考虑到丁达尔在科学传播方面的知名度,阿尔希那青少年时代在英国进修时,很可能就已经知晓丁达尔的工作。这使他在多年后决定故地重游,为加泰罗尼亚寻求青少年科学教育的解决方案。他认为,丁达尔选择的演示实验,或许不一定在科学史上有里程碑式的意义;它们的意义,在于通过简洁的方式,帮助人们洞悉自然的真相[11]6。

阿尔希那事后回忆,这次拜访源于自己对下一次科学革命的模糊预感,希望丁达尔能为他解惑。在19世纪后半叶的欧洲,物理学界致力于解释水星绕日公转轨道的进动现象(1)水星公转的轨道并非封闭的椭圆,而是以逆时针环绕太阳缓慢转动,如同万花尺绘出的图案,这一现象被称为“进动”。牛顿力学无法解释这一现象;阿尔伯特·爱因斯坦的相对论则指出,水星进动现象是太阳质量过大引起空间扭曲导致,这种扭曲也是万有引力的本质。,以及通过实验揭示光的本质。在研究这两个问题的过程中,物理学界隐约意识到,伊萨克·牛顿建构的物理学体系仍然不够完美。阿尔希那认为,这两个问题的答案将把人类导向一场新的科学革命,就像“日心说”取代“地心说”一样[11]5。

针对阿尔希那的疑问,丁达尔给出了启发式的回答。他指出,即使用“波动说”的理论可以解释所有光学现象,物理学界仍然不能对那些可以证明“微粒说”的实验现象视而不见。不可否认,喜帕恰斯(2)尼西亚的喜帕恰斯(Hipparchus of Nicaea,约公元前190—120),古希腊天文学家、地理学家、数学家,因天文学成就被誉为“天文学之父”, 亦是三角学的创始人。他认为地球是宇宙的中心,行星的运动是多个圆周运动的叠加。和托勒密等很多伟大的古代天文学家都笃信“地心说”,而这种在人类社会中曾经根深蒂固的观念,已经被天文观测和物理学的进步所推翻;未来的天文学发现或许还会使人类意识到,太阳也不是宇宙的中心。但“波粒之争”,亦即探索光的本质,并不存在像“日心说”取代“地心说”一样的非此即彼。万有引力定律不再能解释太阳系里所有天体的运行,并不意味着万有引力定律失效,也是一样的道理。而光传播机制的复杂程度,或许会百倍于太阳系天体的运行规律,因此物理学界不能草率地基于“波动说”否定“微粒说”,最终的结论有赖于更多的实验证据[11]7。

不仅如此,作为杰出的实验物理学家,以及通过演示实验向公众传播科学的大师,丁达尔显现出“阿尔希那毕生难忘的平易近人”[11]6,鼓励他投身于实验物理学研究,运用科学方法验证自己的假设。丁达尔表示,阿尔希那可以从制作与他所用相同的器材开始(学习设计实验的思路);但在实验可以重复、且现象能够得到合理解释之前,不宜向公众进行演示。他还介绍阿尔希那前往伦敦的艾略特兄弟公司,购买科学实验器材[11]6。

(二) 作为展教提纲的《新科学》

19世纪90年代中期,阿尔希那逐渐淡出工业技术创新领域。他找到了只用棉纤维,以及用棉纤维和其他廉价纤维混合来生产天鹅绒的方法,使这类织物摆脱了对蚕丝的依赖,并于1895年2月6日取得专利权,随后出售给古埃尔[3]。但在此之前,阿尔希那已经在丁达尔的影响下,转向了严肃的实验物理学研究。基于丁达尔的工作,阿尔希那设计了大量物理学和化学实验并加以分析,同时他也着手将它们与丁达尔的实验和学术观点辑录成册,写成了实验物理学专著《新科学》(NovasCientífiques),尝试解释物质世界运转的底层规律。

阿尔希那在机械方面的天赋,成为他设计实验的助力。他可以很快理解各种科学仪器的使用方法,并根据需要组合或创制新的实验器材。在写作《新科学》的过程中,他陆续购买或自行制作了大量科学仪器,收藏于维克(Vic)附近的坎托尼格罗斯镇(Cantonigrós)的房宅内[5];创制实验器材和设计实验的过程,也成为《新科学》正文的组成部分。

1897年,阿尔希那不幸患上肺结核,并因此丧失了劳动能力[6,11]。《新科学》的写作进度也随之大幅延后,直到1904年方才完稿出版[6]。

阿尔希那以谦逊的态度看待科学教育和科学传播,只扮演启发者的角色。正如丁达尔在面向青少年的著作《水的形状》(TheFormsofWaterinCloudsandRivers,IceandGlaciers)中,将自己定位为“助力读者攀登的手臂”[14],阿尔希那也在《新科学》的结尾写道:“如果我们大胆地展示出业已取得的劳动成果,那并不意味着科学已经臻于完美;它只是提供了一具脚凳,使那些比我们更聪慧、更强健的人可以循此而上,脱颖而出,更加接近自然的真相。”[11]137这段话不仅表明了他对科学教育功能的看法,也暗示他计划以《新科学》中的观点和实验作为提纲,建立面向青少年的科学教育机构。

三、 “导师”实验室的展区排布与核心展项设置

(一) “导师”实验室展项与展品概况

1904年,阿尔希那的肺结核病情恶化。在当时的医疗条件下,肺结核是无法医治的绝症,但前往山区进行疗养有可能延长生命。因此,他在巴塞罗那郊区提比达波山(Tibidabo)东麓建造了一座别墅,并将地面层建成“导师”实验室(见图2)。在别墅施工的最后阶段,他将之前收藏的科学仪器和实验装置陆续搬入其中,组成了103个演示实验展项[5]。1907年1月24日,“导师”实验室随别墅一起竣工[6],并开始接待青少年参观者。

图2 “导师”实验室所在的别墅

从历史照片分析,“导师”实验室使用了跨度较大而且轻薄的拱圈结构[6](见图3)。这样的设计可以在支撑上层建筑物质量的同时,减少墙体和立柱对室内面积的占用,并确保所有的科学仪器获得足够的采光,便于参观者在白天进行和观看演示实验。同时,立柱又可以作为布置电灯线路、水管与龙头,以及温度计的空间,便于参观者在上手操作实验时,获得必要的资源。

图3 “导师”实验室内景

按照阿尔希那基于丁达尔的工作和《新科学》列出的展示与科学教育提纲,仪器和实验装置被划分为6组,分别用来演示不同领域的实验,使青少年了解基本的物理学常识,以及空气压力、流体力学、声学、光学、电学等领域的知识。组成这些展项的展品,有60件保存至今[5]。

1908年,阿尔希那不幸离世。根据他的遗愿,包括“导师”实验室在内的全部遗产被移交给巴塞罗那市议会。“导师”实验室也被更名为“导师阿尔希那”实验室,以纪念它的创始人[6]。实验室的具体业务,如维护展项、传授展项的使用方法、组织面向青少年的演示实验等,则由阿尔希那的好友和助手拉蒙·略夫雷加特负责,直至其1964年离世[5-6]。

大约在第二次世界大战结束之后,略夫雷加特鉴于实验室部分展项老化、损坏,以及展教活动的实际需要,购买和重新制作了一部分展品,充实到6个展区当中[5]。此外,还有蒸汽机模型等少量展项没有归入任何一个展区,仅仅用来演示有趣的物理现象或营造“奇观感”,激发青少年对物理学的兴趣。

根据加泰罗尼亚科学与技术博物馆(Museu Nacional de la Ciència i de la Tècnica de Catalunya)的统计,截至略夫雷加特离世,导师阿尔希那实验室共拥有116个演示实验展项,涉及大约140件科学仪器和实验装置[5-6](见图4)。此外,还有13件科学仪器与演示实验无关,可能仅用于静态展示[5]。得益于巴塞罗那皇家科学与艺术学院(Real Academia de Ciencias y Artes de Barcelona)前院长拉蒙·帕雷斯·法拉斯(3)拉蒙·帕雷斯·法拉斯(Ramon Parés i Farràs,1927—2018),西班牙微生物学家、科学史家。他创立了巴塞罗那大学的微生物学系,并从事加泰罗尼亚地区科学技术史的研究。等科学史研究者的考证,这些展项的用途和使用方法得以流传至今[5]。

图4 加泰罗尼亚科学与技术博物馆收藏的导师阿尔希那实验室展项

(二) 力学展区[15]

本展区包括21件展品,可以组成18个展项,但内容并不局限于力学,而是涵盖了物体的质量和长度测定等物理学基本概念。因此,力学展区成为“导师”实验室事实上的“序厅”。本展区的重点展项为“撞球台”和“滑轮组实验”。

“撞球台”是带有刻度的半圆形木台,作用相当于量角器。参观者移动位于圆弧上的发球装置,将球以任意角度发射到撞球台的圆心,并观察球回弹后的位置,会发现入射角与反射角相同。该展项可以帮助参观者理解台球的击球战术,以及光的反射定律。

“滑轮组实验”由多个定滑轮和动滑轮,以及两者的组合体组成。在提升物体时,只用定滑轮不能省力,但可以改变力的方向;只用动滑轮可以省一半的力,但不能改变力的方向也不能省功。该展项意在帮助参观者理解不同滑轮与滑轮组可以发挥的作用,以及其中的力学原理。

(三) 空气压力现象展区[15]

本展区包括20件展品,均为独立展项,主要为参观者展示大气压力和真空现象,以及制造真空环境的方法。本展区的重点展项为“阿基米德螺旋泵”“马德堡半球”“帕斯卡定律”和“真空机”。

“阿基米德螺旋泵”是一种早期的机械泵,通过螺杆将水提升到高处。在这个过程中,不断旋转的螺杆形成了一个个腔室,水会因为重力而留在每个腔室底部,但因为大气压力的限制不会回流,而是随着螺杆旋转进入下一个腔室,直至抵达终点。“导师”实验室的展项为意在展示原理的模型。

“马德堡半球”是证明大气压力存在的经典实验。这项实验使用两个铜质半球拼成的空心球体,内部抽成真空,需要用16匹马才能拉开。“导师”实验室的展项为实验器材的缩尺复制品。

帕斯卡定律是流体静力学的重要定律。它指出,不可压缩的静止流体中任意一点遭受外力,压强增大后,会瞬间传至静止流体各点。“导师”实验室演示这一原理的展项,是一个表面钻有微孔的空心球和与之相连的活塞。如果将球内充满水直至与活塞接触,并轻轻推动活塞,水就会克服表面张力,以相同的速度从球上所有的孔中流出。

“真空机”是用来制造真空环境的装置,可以同“导师”实验室中的另一些展品,如“戴安娜雨”(4)在一根直立的粗玻璃管上方连接以木板或麂皮为底的容器,做好密封,而后在容器中放入汞,并从玻璃管下方抽去空气,汞会穿过麂皮的毛孔或木材中的维管束,以极细的液滴落下。这一现象,在西班牙语世界中被称为“戴安娜雨”(lluvia de Diana)。和“真空中的铃声”组合起来,演示真空中的各种物理现象。它带有一个无液气压计,通过弹簧感受到的大气压力,大致测定其他展品获得的真空度。

(四) 流体力学展区[15]

本展区包括5件展品,均为独立展项,演示物体浸没水中或者漂浮在水面时的受力情况,以及虹吸原理。本展区的重点展项为“抽吸泵”和“坦塔罗斯容器”。

“抽吸泵”是日常生活中压水机的微缩模型。这一装置通过由杠杆驱动的活塞,以及两个阀门的组合,使井水在大气压力的作用下被吸到地面。该展项可以展示大气压力在抽水过程中扮演的角色。

“坦塔罗斯容器”(5)坦塔罗斯(Tantalus)是希腊神话中主神宙斯之子,因受宠之后过于贪婪和捉弄众神而受到惩罚,被囚禁于施有魔法的湖泊中,只有头部露出水面。但湖水会在他口渴时自动降低水位,以示贪得无厌终会失去一切。该展品的名称即是取自这则典故。与中国古代的“公道杯”原理相同,是一种内置虹吸管的容器。当容器中的水没过虹吸管最高点的时候,便会触发虹吸现象,损失容器中盛装的绝大部分水。

值得注意的是,这一展区中的展项“水槽与木球”,代表着阿尔希那对科研仪器与科学现象进行“展品化”的尝试。该展项的主体,是一个超过30厘米深的水槽,与4~5枚直径2厘米或2.5厘米的轻木球;水槽一侧固定着一面用于制造波浪的金属网。在木球被浸湿且置于水面中央的情况下,它们会逐渐聚在一起;而后,实验室工作人员或参观者可以通过调整金属网摆动的频率这项仅有的变量,来改变波浪的波长。当波长接近木球直径的时候,球便会剧烈地震动起来,并且向四周分开[11]33-35。这一装置的金属网还可以拆下,换成小铲等手持小型工具,以进行拓展实验[11]35-36。

科研仪器是科学中心展品的源头之一,并且可以保证展品的实践性[16]。但科学中心需要发现科学现象的趣味与美感,并在此基础上再次创造,使展品从科研仪器中分化出来。除了“水槽与木球”,笔者认为下文提到的“凹面聚声”和“实验室风琴”,也有可能是科研仪器“展品化”的实例,但以现有的资料,尚无法确定这两个展项是否为阿尔希那或实验室团队原创。阿尔希那在“展品化”方面的工作,体现了他对科研仪器设计思想的领悟,彰显出创新智慧。

(五) 声学展区[15]

本展区包括14件展品,可以组成8个展项,用来展示声音的本质,即声音是源于振动的机械波,并通过介质向四面八方传递的事实。本展区的重点展项为“凹面聚声”“克拉尼板”和“实验室风琴”。

“凹面聚声”由两个相对放置的凹面,悬挂在凹面中间的怀表,以及一个用来接收声音的牛角组成。怀表运转发出的声波,会因为凹面的反射而聚拢,音量放大约10倍,使参观者可以通过牛角收听。

“克拉尼板”是一种用来展现声音本质的实验装置,为一组中心被固定在底座上的金属薄板,上面撒有一层细沙。使用小提琴的琴弓在薄板的侧面拉动来激励它,直到它达到共振,细沙便会因为薄板振动而形成“克拉尼图形”。

“实验室风琴”是日常生活中管风琴哨管的微缩模型,并根据实验需要进行了改造,可以帮助参观者了解教堂管风琴的工作原理。参观者首先充满展项的气囊,而后通过键盘接通风道,使空气进入哨管并发出振动,产生乐音。

(六) 光学与视错觉展区[15]

本展区包括26件展品,可以组成21个展项,用来展示光的传播规律,如传播中遇到不同介质分界面时的反射、折射等特性,不同形状的透镜对光路的影响,此外也涉及偏振光的产生和应用,以及牛顿色碟等视错觉演示实验装置。本展区的重点展项为“偏光显微镜”“分光镜”和“蔡司显微镜”。

“偏光显微镜”是一种通过偏振光来检验物质是否具有双折射性(各向异性)的显微镜。在阿尔希那生活的时代,偏光显微镜使用天然方解石制成的尼古拉棱镜,作为起偏器和检偏器,来检测样本的性质,比如葡萄酒或尿液样本中的糖含量。在“导师”实验室,参观者可以通过观察不同的样本,来体验偏光显微镜的用途和检验员的工作。

“分光镜”是一种研究光谱的装置,可以通过3个臂件和位于中心的棱镜,帮助人们对光进行分析,推知发光物体的物质成分。被研究的光通过第一个臂件照射到棱镜上,并被散射成光谱;第二个臂件则将刻度叠加在光谱上;参观者从作为目镜的第三个臂件中观察,就可以看到带有刻度的光谱图像。

“显微镜”可以帮助人们看到微观世界,是近代生命科学研究中常常用到的设备。“导师”实验室使用的显微镜由德国蔡司公司制造。它在供参观者体验之余,也有可能用于静态展示,以供工作人员讲述显微镜从放大镜中分化出来,并经过不断改进逐渐“定型”的历程。

(七) 电学展区[15]

本展区包括25件展品,可以组成24个展项,涵盖电学研究的各个方面,如静电、电流的磁效应、不同材料的导电性,以及一些早期的电动机和电池模型,展现人类电气时代的基石。本展区的重点展项为“巴罗轮”“伏打弧灯”和“鲁姆科夫线圈”。

“巴罗轮”是一种原始的电动机,但结构与后世使用的电动机不同,由英国物理学家彼得·巴罗(6)彼得·巴罗(Peter Barlow,1776—1862),英国数学家、物理学家。他发明了可以接入天文望远镜、照相机等光学系统,用以消除色差和改变放大倍率的透镜组,称为“巴罗透镜”。创制。它是一个可以自由转动的星形轮,悬浮在盛装汞的凹槽上,尖端浸入位于马蹄形磁铁两极之间的汞槽中。直流电会从轮毂出发,通过轮子与汞槽的触点流入汞槽形成回路。磁场的洛伦兹力则推动轮子转动,并因为惯性使下一个触点同汞槽接触;如果用手拨动轮子,它也会成为发电机产生电能。在19世纪中叶,巴罗轮常常被用来演示电动机和发电机的原理,以及两者间的联系,该展项的职能即是如此。

“伏打弧灯”是演示电弧(即“伏打弧”)放电产生可见光的装置。在电场过强的情况下,原本不导电的空气会形成等离子体,在电流通过时发出可见光并产生高温。在19世纪末,人们用电弧来加热金属,并为街道提供照明。该展项可以使参观者知晓电弧产生的位置,从而了解电弧灯如何工作。

“鲁姆科夫线圈”是德国精密仪器制作师海因里希·丹尼尔·鲁姆科夫(7)海因里希·丹尼尔·鲁姆科夫(Heinrich Daniel Ruehmkorff,1803—1877),德国精密仪器制作师,感应线圈商业化的先驱者。制作的一种感应线圈。感应线圈是世界上第一种变压器,鲁姆科夫则在前人的基础上改进它的结构,以得到更高的电压,用于高压电研究和高压放电表演。“导师”实验室的“鲁姆科夫线圈”,是为学校的演示实验制造的版本,加装了用于高压放电表演的组件。

四、 结语

进入20世纪60年代后,导师阿尔希那实验室的大部分展项严重老化,一部分展品由于化学试剂腐蚀或连续高强度使用而脆弱易损,或距离制造时间过于久远而成为文物,均不再适合进行互动展示[5,6,15]。有鉴于此,实验室放弃了演示实验和互动功能,成为展示自身历程的博物馆[5-6],只接待事先预约的团体参观,每周开放一次[6]。到1991年,由于展品保存条件不佳,状况有可能进一步恶化,巴塞罗那市议会决定将实验室永久关闭,所有展品就地封存。4年后,实验室的所有展品均被加泰罗尼亚科学与技术博物馆收藏[5-6]。

导师阿尔希那实验室在面向青少年开展科学教育,以及促进包括青少年在内的公众理解物理学原理等方面,做出了开创性的贡献[5]。它是启蒙运动时期诞生的、以收藏科学仪器和模型为任务的“物理室”的终章[6];同时,它作为一个活跃的科学教育中心,又为热爱科学的人提供了求知与交流的平台。通过作为展教提纲的《新科学》,它探索了将已有的多种科学传播手段进行融合,并形成体系的可能性,并且进行了将科学实验器材和生产工具“展品化”的初步探索与尝试,从而完成了从偏重收藏的“物理室”,向重视互动体验的公共教育场所的跃迁。

然而,导师阿尔希那实验室最终未能成长为具有广泛影响力的科学中心。这一令人遗憾的事实,要归结于阿尔希那本人早逝[5],互动实验室的理念过于超前,以及西班牙国内政治动荡等多方面因素的共同作用。笔者将从阿尔希那创立实验室的时代背景入手,继续探讨其精神层面上的建立动因,以及制约其进一步发展的因素。

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