趙曉寧 新喬 任熙俊

1 引言

近代科學教育發(fā)展中的教育技術裝備是一個包括多個方面的宏大的體系，在教育的多個方面都有體現(xiàn)，不僅僅局限于一般的教學用具。為敘述方便起見，以下主要關注近代發(fā)展起來的具有重要教育功能的基礎或基本設施，以不至于對某一重要方面有所疏漏。

2 因近代教學需要形成的教學設施

教學儀器設施應用于教學（這里指直接出于教學目的而非科學研究），在歐洲有記載的或可追溯至10世紀晚期。法國的熱爾貝（Gerbert d' Aurillac，約946—1003年），后來成為教皇西爾維斯特二世，利用同西班牙北部教會接觸的機會獲取少量阿拉伯文獻的拉丁譯本，從中學會了使用算盤和星盤，并寫了一篇珠算論文，或許他還論述了星盤。熱爾貝并不是一個原創(chuàng)性的思想家，他后來的影響主要來自他作為一個科學教師的能力。972—989年間，他在瑞姆斯教會學校教授七藝，教學中大量借助視覺形象，強調極其基礎的數(shù)學和天文學。熱爾貝在一個智力剝奪的時代應該獲得偉大教師的殊榮，他不僅解釋了如何建造一個球體來代表天空，實際上還建造了一個星球的運動模型，用固定在球面上的線來描繪恒星位形的輪廓。他的學生被他的天才和獻身精神所震撼，以極大的熱情繼承并拓展了他的教學工作，強調科學是人文學科中一個不可分割的部分。[1]14-15

17世紀以來，在以往科學儀器設施的基礎上，具有教育功能并以教育應用為主要目的的教育設施開始得到較快發(fā)展，如天文臺、植物園、實驗室、圖書館建設等得到重視。18世紀，科學教育體制、教育教學形式和交流形式逐步走向成熟完善，科學教育設施特別是在大學首先得到新的發(fā)展。18世紀初期時的大部分大學和不少學院業(yè)已裝備有相對較好的天文臺（最早的天文臺為法國巴黎天文臺和英國格林尼治天文臺，均建于1667年）、圖書館和實驗場所，創(chuàng)造了教學與研究大量結合的機會。[2]70

由于所有的新課程都以實驗為基礎，因此，近代教學極大地依賴教學設施。作為學科教學設施建設的植物園（最早的科學植物園是1635年建立的巴黎王家植物園）首次被建立或擴充起來，博物學展室與物理教授的儀器收藏一樣被創(chuàng)建、保存。最為豐富的一些收藏，諸如博物學教授約翰·沃克（1731—1803）于1779年在愛丁堡所建立的展示室，逐漸更新為博物館，并成為非專業(yè)人士進行研究的私人中心，同時是專業(yè)的知識庫。因為很多18世紀的植物學和博物學教授是具有高度創(chuàng)造性的科學家，與大學中的其他人相比，他們貢獻了更多的知識。[2]59

烏普薩拉大學的教授卡爾·林奈（1707—1778）很年輕時就創(chuàng)立了基于植物性別的革命性的植物分類方法，該方法在這個世紀下半葉幾乎被每個大學自然學家所接受。而正如無數(shù)事例所顯示的那樣，這位烏普薩拉大學的教授的成績正是由于充分利用大學的植物園才得到的，從18世紀20年代開始，他便在那兒教學、研究并組織了一批助手，甚至在那里住了很多年，圍繞著他的是他的植物標本和貝殼收藏。[2]59

教學設施建設及應用也一直為近代教育家所重視。為了促進教育發(fā)展，在美國，注重社會教育的富蘭克林主張社會教育與學校教育并進，他以共讀社為基礎，創(chuàng)立美國哲學學會，網(wǎng)羅美國本土一流的科學實驗工作者及其他領域的學者專家，研究本土的自然特性、實情以及印第安人生活狀況，并與歐洲各學會團體聯(lián)絡，以共同促進人類知識水平的提升。1749年，他在賓州設立學苑，課程分為實用科目與古典語文。實用科目部分是富蘭克林創(chuàng)辦學苑的本意，他設立的費城學院延續(xù)了學苑路線，為美國立國前九大高等學府中唯一不具教派色彩的學府，主張高等學府也不能與實際生活脫節(jié)。同時，為了滿足社會人士的求知欲，倡導讀書風氣，他在費城成立公共圖書館，這是北美殖民地時代一座藏書最豐富、借閱最方便、服務最周到、內容最實際的多功能圖書館。

1799年，美國托利黨人本杰明·湯普森（1753—1814）

因其為巴伐利亞州的服務而被授予拉姆福德伯爵爵位，并成功地得到約瑟夫·班克斯爵士（1743—1820）和其他顯貴們支持，促使皇家研究院接受在倫敦發(fā)展科學的建議。在時尚的阿爾伯馬爾大街上，他開設了吸引貴族參加并激發(fā)他們興趣和熱情的科學講座和一個實驗室，以及設有相關機械展覽，開展工匠教育的課堂[3]66。

3 近代教育基礎設施

科學史一般指稱17世紀為科學革命時代，一批杰出的實驗哲學家、天文學家和數(shù)學家奠定了這一時代的宏大基礎。但如果將這之后的情形置于更為廣闊的社會發(fā)展背景中考察時，會注意到他們的教學活動具有同樣的意義，甚至具有更深層的重要性：該時期內伽利略、牛頓等一批杰出人物對自然世界的數(shù)學和現(xiàn)象論研究方法，不僅保證了新科學從歐洲文化的邊緣地位移到中心地位，對后來歐洲和美洲的杰出人物解決問題的思維習慣、對人們思維方式的變化，產(chǎn)生極其重大而深遠的影響，而且由此引發(fā)的一系列教學及教學設施的發(fā)明發(fā)現(xiàn)，對近代教育的發(fā)展也起到極大的創(chuàng)建、推動作用，這也不能不說是這些科學教育先驅者們重要貢獻所在。[2]68

天文學設施

1）天文臺。作為科學機構的歐洲天文臺很重要的一個源頭是科學教育。天文臺是近代科學研究的具有開創(chuàng)性的重要成果之一，也是近代極為重要的教育基礎設施，具有突出的教育功能。

1700年前，在歐洲一些學院和大學里便有對天文學感興趣的教師在利用可利用的最高建筑物進行天文觀察。隨著近代科學及教育的發(fā)展，天文學逐漸興起，天文臺建設受到更多關注。[2]70

天文臺最初在伊斯蘭世界出現(xiàn)[2]84。近代科學及科學先驅為天文臺時代的到來開辟了道路。16世紀的三位天文學家尼科勞斯·哥白尼、第谷·布雷赫和約翰尼斯·開普勒協(xié)力為17世紀的天文學科學教育及設施建設奠定了基礎。這一過程始于哥白尼傾其畢生的工作總結《天體運行論》。[4]44

第谷則是天文臺建設的一位重要實踐者。因為與宮廷有聯(lián)系，當?shù)诠葘懥艘槐娟P于“新星”的小冊子并出版后，便引起丹麥國王弗雷德里克二世（16世紀時在位）的注意。1576年，這位國王賜給第谷天堂島這片領地（在丹麥與瑞典之間）和足夠建造一座空前宏偉的天文臺的資金。事實上，第谷先后建造了兩座天文臺，第一座是天堂島天文臺，當它隨著工作的進展而顯得不再能滿足要求時，又建造了星島天文臺。這兩座天文臺都裝備著在現(xiàn)場制作的儀器，儀器品質都達到前所未有的精確度，能夠測準到弧度的1′，是人能用肉眼進行觀測的極限。[4]47

之后萊頓（1632年）、哥本哈根（1641年）和烏得勒支（1642年）也開始建設天文臺。真正意義上的天文臺是1667年建立的巴黎和英國格林尼治皇家天文臺[4]342。到18世紀末，包括1741年在烏普薩拉為安德斯·攝耳修斯（1701—1744）建立的，在哥廷根和布拉格（1751年）、牛津（1773年）、都柏林（1783年，丹辛克天文臺）和科英布拉（1792年），已至少有12所大學建立起天文臺[2]70。在所有天文臺中裝備最好的當屬牛津大學的拉德克利夫天文臺（圖1）[2]455，它置有價值2.8萬英鎊的裝備[2]70。

天文臺在天文學教育中起到相當重要的作用。天文臺與物理、化學以及博物學的實驗室、博物館不同，表面上似乎不是主要教學場所，沒有直接起到教學作用，或者只是純粹地為提高大學的國際聲望和強調了大學的現(xiàn)代性，但毋庸置疑的是，它的存在及運行成果本身客觀上就為科學教育教學提供了多方面的支持。[2]70

2）天文臺儀器設施。天文臺的建設與儀器設施發(fā)展有密切聯(lián)系，與此密切相關的是近代出現(xiàn)了新的測量標準，如在1497年亨利七世制定的標準尺碼。在1497年以前，碼（yard）被稱為ulna（意為尺骨）。按照1305年的法令，1 ulna等于3英尺，1英尺等于12英寸，1英寸等于3個大麥粒的長度之和。[4]4416世紀時，具有革新精神的國際科學界已經(jīng)掌握了能夠以空前的高效率共享科研成果的方法，傳統(tǒng)儀器的工藝質量不斷地改進，使得它們的精確度越來越高[4]342。

第谷的天文臺最了不起的儀器是那臺固定在一面內墻上的四分儀，它安裝得與南北子午線方向精確地一致。它是用黃銅制成的一個1/4圓形物，它的半徑大于6英尺（約合1.83米）。如果把它看成一個鐘面，那么它就相當于從3點到6點的那一部分。有一個小的目鏡可以沿著它的外緣滑動，在外緣上標出弧度的90°，每一度又分成60′。這也就是說，它的邊緣被分成5400個刻度，刻度間距約為1/50英寸。另一面墻與四分儀以直角相交，在它上面的高處、四分儀的圓心所在的位置上有一個孔洞，目鏡被調整得正好對著這個孔洞。在這樣的設計下，任何星體在夜間經(jīng)過子午線時都可以被觀察到。[4]48

第谷的天文臺全部儀器設備于1577年投入使用。當年有一顆燦爛的彗星激起公眾巨大的興趣，第谷的觀測結果要比任何其他天文學家都準確得多，他測定了這顆彗星在亞里士多德認為是不可見的行星球中的軌道。這是一次革命性的發(fā)現(xiàn)，因為按照亞里士多德的理論，所有行星的軌道都在月下球區(qū)之內，這就意味著它們是氣象學的研究對象，而不是天文學的研究對象。這次發(fā)現(xiàn)使第谷認定，亞里士多德理論中的這些球根本就不存在。[4]48

3）天文臺建設與管理。由于天文臺的建筑、設備和人員方面需要巨大的費用開銷，因此，天文臺需要大量的資助。第谷本人曾夸耀說他的一臺設備就比一名大學教授的年薪還要高。而當1597年丹麥新的國王親政后中止了皇室對當時這個最偉大的天文學家的資助后，第谷的事業(yè)便難以為繼。此時的歐洲解決這樣的問題的辦法通常就是去求助于另一位國君。魯?shù)婪蚨溃床ㄏＣ讈喕实郏┙蛹{了第谷，于是第谷便移居布拉格，在那里重新開展觀測記錄、研究工作。[4]9

進入18世紀以后，天文臺不再依賴于文藝復興時期那種類型的王室資助，而是被直接并入國家機構，許多機構開始參與天文臺投資建設。在這方面，法國和英國領先一步，1668年，巴黎建立王家天文臺;1675年，英國也在格林尼治建立了皇家天文臺。隨后，柏林（1708年）、圣彼得堡（1725年）和斯德哥爾摩（1753年）等地陸續(xù)建立了國家天文臺，而在博洛尼亞（1723年）、烏普薩拉（1742年）、馬賽（1749年）、加的斯（1753年）、米蘭（1760年）、帕多瓦（1767年）和曼海姆（1774年）等地也建立了一些重要的地方性天文臺。[2]85

英、法政府建立格林尼治天文臺和巴黎天文臺，一個重要因素是為解決航海事務和經(jīng)度問題。巴黎天文臺，這個卡西尼家族四代相繼工作的所在地，也就成了長達一個多世紀的從事繪制法蘭西王國地圖等相關工作的機構中心。巴黎天文臺和其他一些國家天文臺都出版了天文歷表、歷法、歷書以及與天文和航海相關的、具有明顯實用價值的書籍。[2]85其中具有代表性的有18世紀中期托拜厄斯·邁耶制作的月歷。邁耶通過制圖學走進天文學，專心于描繪月球運動的實際問題。他利用歐勒的理論和大量的觀測數(shù)據(jù)，制出的圖表可以用來在海上測量經(jīng)度，而且誤差在1°之內。1765年，即邁耶去世后的第三年，英國經(jīng)度委員會在“經(jīng)度獎”中拿出2000鎊獎給邁耶的遺孀，作為對他的貢獻的承認。[5]46

到18世紀末，全球各地已分布有130個天文臺，使天文臺構成18世紀天文學科學教育賴以依存的設施之一[2]85。

大量非官方機構在天文臺建設中起到積極作用，是對官方天文臺的有益補充，其中包括由耶穌會士充當職員的一系列觀測站。這一時期近代教會學校的天文臺設施得到很大發(fā)展。到1700年，耶穌會已有700多所高等院校，僅在中部歐洲就有200多所;到1773年，耶穌會學校擁有大約25個天文臺。[2]190

科學機構對重要的天文臺有著密切且常常是正式的影響，反之亦然。倫敦皇家學會曾以視察員的身份對格林尼治天文臺行使監(jiān)察權。在巴黎，王家天文學家也獨占了科學院中的天文學部門，而科學院的學報事實上也為王家天文臺所利用。在柏林和圣彼得堡，國家天文臺都正式附屬于相應的科學學會，王家天文學家或帝國天文學家也在天文臺和科學院履行著雙重職責。在法國，第戎、馬賽、蒙彼利埃和圖盧茲等地的科學院也開始管理附屬的地方天文臺。1784年，英、法兩國的國家天文臺和一些學術學會開始了一項合作項目：協(xié)調格林尼治和巴黎的天文子午線。很明顯，這一項目對天文學家及其各自的政府都是互利的。[2]85-86

博物學設施

1）博物館。博物館是作為重要的公眾科學教育中心而產(chǎn)生的，具有代表性的有成立于18世紀的大英博物館，在那里既有出色的歷史上的人工制造品，也有博物學標本，但初期拒絕一般公眾的參觀，也沒有安排正規(guī)的教育項目。相比之下，在發(fā)生革命（18世紀法國大革命）的巴黎，博物學博物館卻是一個大型研究中心和演講重地。

進入19世紀以來，南肯辛頓以及柏林等英國和德國的博物館開始向正規(guī)教育中心和理性活動中心轉變，參觀博物館，在社會上成為一項重要的并逐步改善的活動，甚至如英格蘭這樣嚴守安息日主義的國家中，博物館也在星期日開放。

博物館可以附設有圖書館，以及致力于植物和動物分類的植物園和動物園。為讓動植物“適應”不同的環(huán)境，如把美利堅羊運到澳大利亞，把橡膠樹運到馬來西亞，把金雞納樹運到印度等。

圖2所示荷蘭哈勒姆的泰勒博物館是根據(jù)哈勒姆的絲綢商彼得·泰勒·凡·德·許爾斯特（1702—1778）的遺囑，由倫德·特菲爾·萬特建造的。橢圓的博物館大廳位于泰勒的住宅之后。博物館于1782年竣工，它的第一部分是一個綜合性建筑，設立了一個科學陳列室，還有礦物學的和古生物學的收藏品以及藝術品。[2]449

2）自然博物館。博物學總要涉及重要的標本收藏（此外還涉及設備或機器展品），長期以來，自然博物館就因擁有動植物標本而聞名，隨著時間的流逝，這些藏品越發(fā)顯示出歷史重要性。

自然博物館作為重要的生物學機構，長期以來一直是公共和私人資金最愿意投資的對象以及公眾最仰慕的地方。到了文藝復興時期，在當時收集各種各樣異域事物的熱情的影響下，自然博物館獲得振興。植物園通常收集干制的標本，對動物則由于管理保存問題而不那么樂于收藏。博物學藏品的收集最初是從國家機構出于研究和博物館收藏的雙重目的開始的。作為王家植物園的巴黎自然博物館建立于1635年;英國自然博物館建立于1753年，它的博物學收藏品在1881年時已具有特殊的、基本上獨立的地位。在美國，則是私人投資走在了前面。1812年，在市民的資助下，費城建立了自然科學館;19世紀50年代，路易斯·阿加西（Louis Agassiz，1807—1873）創(chuàng)立了哈佛大學比較動物學博物館，而全國規(guī)模的收集則一直到華盛頓史密森學會成立以后（1846）才成為現(xiàn)實。[6]6

3）植物園。在植物園中最古老的類型是醫(yī)用或藥用植物園，其根源可追溯到中世紀晚期。這些植物園與大學尤其是醫(yī)學院系有關，醫(yī)學教授管控著這些藥草植物園，在這些植物園里對植物所進行的科學研究也隸屬于藥物學中的制藥環(huán)節(jié)。在18世紀，藥用植物園的數(shù)量和重要性都下降了，特別是與其他種類的植物園比較而言更是如此。到18世紀末期，歐洲已擁有不同類型的1600所植物園。[2]87

數(shù)量最多且最為有名的是那些科學植物園，具有代表性的有巴黎的王家植物園（1635年）和英國克佑區(qū)的皇家花園（1759年）。這些場所都是由國家而不是大學創(chuàng)建的，并由植物學家和分類學家負責。作為國家植物園，像巴黎和克佑區(qū)這些較大的國家植物園成為植物學研究的國際中心，各種標本從考察探險的前沿和殖民定居地運送至此。盡管有人認為從水土適應和其他植物學實驗中能夠得出某些在經(jīng)濟學方面有益的結果，但是建立這些科學植物園的首要原則卻是對植物王國的客觀研究和分類。在植物學以及與之相關的化學、解剖學和地質學等知識領域中，科學植物園支持開展了大量的教學工作。[2]87

18世紀末期出現(xiàn)第三種類型的植物園，即應用植物園或經(jīng)濟型植物園。經(jīng)濟型植物園并非致力于對植物世界進行正規(guī)的科學研究，而是致力于積極開發(fā)具有潛在用途并有良好經(jīng)濟效益的商品。作為特色，這些植物園起源于幅員遼闊的法國、英國和荷蘭帝國的海外殖民地。如荷蘭于1694年在開普敦（南非）建立了植物園，18世紀在錫蘭（斯里蘭卡）和巴達維亞（雅加達）等地又建了植物園。英國則以克佑區(qū)為中心，建立了若干殖民地植物園，形成一個巨大的植物園網(wǎng)絡，如西印度群島的圣文森特（1764年）、牙買加（1775年）、加爾各答（1786年）、悉尼（1788年）以及馬來亞的檳城（1800年）。同時期法國也建立起一批分布廣泛的殖民地植物園，分布在加勒比海地區(qū)的瓜德羅普（1716年）、馬提尼克、圣多米尼克（海地）（1777年），南美的卡宴以及印度洋的法蘭西之島（后來的毛里求斯，三座植物園分別建于1735年、1748年和1775年）和波旁之島（后來的留尼汪島，1767年）等地。這些殖民地的植物園轉運包括甘蔗、香草和面包果樹在內的產(chǎn)品，而面包果樹被認為是給在西印度群島的種植園里工作的奴隸提供必需品時尤其有用的一種產(chǎn)品。在法國本土，建立了位于南特的王家植物園（一個狹小的大學藥用植物園）以及位于巴黎的王家植物園。1786年，西班牙也在墨西哥創(chuàng)建了大體上與法國模式相似的王家植物園。[2]88

醫(yī)學設施：解剖室 ?17世紀很多醫(yī)學院的課程中已經(jīng)有解剖學這一課程，但那時它的地位很低，只能作為興趣和好奇心的一部分，為醫(yī)學生提供具象認識，幫助他們了解人體內部和外部結構，以及傳統(tǒng)上用來治療疾病的植物結構。這個時期著名的帕多瓦大學、蒙彼利埃大學、烏普薩拉大學、萊頓大學先后建立解剖室。但很多大學不具備解剖室，如歐洲最好的解剖學家讓·里奧萊二世（1580—1657）曾在巴黎大學戶外進行解剖，當時即使設施良好的大學也很難得到尸體和植物標本。[2]45

圖書館設施 ?圖書館是古老的設施。在中世紀，圖書館以皇家藏書館、地方官衙文書資料檔案庫的形式一直存在。到了近代，很多圖書館雖然仍繼承和保留著皇家藏書庫的傳統(tǒng)，但由于科技發(fā)展，閱讀對象變化，藏書品種和內容大幅增加，圖書質量提升，其功能發(fā)生很大變化，尤其是教育功能已與中世紀不可同日而語。

中世紀后的西歐（特別是在英格蘭）對閱讀物的需求一直在增長。學校圖書館成為基本配置，社會上受過基礎教育的人們的圖書閱讀需要，引發(fā)面向大眾的公眾圖書館首先在工業(yè)城鎮(zhèn)和一些城市中發(fā)展起來，如倫敦的機械協(xié)會不僅向那些被皇家研究院所拋棄的工匠及其效仿者提供演講，也提供圖書館服務。[3]67

（未完待續(xù)）