新喬 趙曉寧 任熙俊

3 新科學為科學教育奠基

科學發(fā)展為推動新科學融入教育提供了強大活力? 一般被認為始于17世紀的科學革命，經(jīng)過幾代人的努力，到19世紀取得巨大成功，收獲了一系列輝煌的成就。許多化學元素被發(fā)現(xiàn)，化學工業(yè)開始出現(xiàn)，化學理論日益完善;牛頓體系達到其完美的頂峰，電學和熱學研究實現(xiàn)理論化。伴隨這一進程，科學從哲學的母體中分離出來，科學教育進一步分化成各種學科，教育得到進一步發(fā)展。各種自然科學學科如物理、化學、生物學、地質(zhì)學等皆逐漸成形，并影響到社會科學的誕生與重塑（包括社會學、人類學、歷史學等）?？茖W技術(shù)的發(fā)展，新的自然科學理論的完善，為人們的思考和判斷提供了新的思想武器，使理性學說有了科學的依據(jù)，同時為科學教育注入強大的生命力。人們認識到人類社會是不斷進步的，自然是可以認識的。

1801—1900年，西歐科學技術(shù)獲得突飛猛進的發(fā)展。這一期間最顯著的是西歐與北美因工業(yè)革命促成的技術(shù)與經(jīng)濟上的進步，工業(yè)化得到進一步發(fā)展。蒸汽機的發(fā)明引發(fā)火車的普及，使交通運輸大眾化;電力工業(yè)開始出現(xiàn)，發(fā)電機、電動機、電燈、電報、無線電相繼問世;大型企業(yè)快速形成，逐漸形成規(guī)模不斷擴大、居民更為穩(wěn)定和集中的新興城市。

19世紀30年代，德國植物學家施萊登（1838年）和生物學家施旺（1839年）分別創(chuàng)立植物和動物細胞學說;19世紀40年代，德國青年醫(yī)生邁爾發(fā)現(xiàn)能量轉(zhuǎn)化定律;19世紀50年代，達爾文提出生物進化論，這一理論自18世紀沃爾弗對物種不變提出異議（1759年）時起，在大約百余年的時間里，經(jīng)過拉馬克等人不斷研究，最后由達爾文完成并在1859年出版《物種起源》，闡述了以自然選擇學說為主要內(nèi)容的生物進化理論。列寧指出：“達爾文推翻了那種把動植物種看作彼此毫無聯(lián)系的、偶然的、‘神造的的東西的觀點，第一次把生物學放在完全科學的基礎(chǔ)上?！盵4]

新科學的發(fā)展伴隨著近代科學體系的建構(gòu)，如化學逐漸從醫(yī)學中脫離出來，生物學逐漸從博物學中分離出來……以牛頓體系為代表的自然哲學的新方法不僅在科學中彰顯威力，而且被積極引進科學之外的社會問題的研究中，乃至塑造了人們的思維方式。達朗貝爾描述了他所目睹的自然哲學中的革命：“我們的世紀被稱為卓越的哲學世紀……新的哲學方法的發(fā)現(xiàn)和應用，與各種發(fā)現(xiàn)相伴隨的那種熱情，宇宙奇觀在我們身上引起的理念的某種提升―所有這些原因造成了心智的強烈的騷動，就像沖破了堤壩的江河一樣從各個方向蔓延穿透大自然?！盵5]18世紀的科學深深地滲入當時的文化和社會語境之中，用本-戴維的話說，到18世紀末，社會科學的思想潮流都使用了科學探究的原則，二者都覺得擺脫了傳統(tǒng)的權(quán)威，只對科學程序和科學方法的權(quán)威負責[6]。

科學分科無疑是一大進步?同時，科學分科對科學教育及教育技術(shù)裝備發(fā)展的意義顯然也是不言而喻的?！坝凶銐虻淖C據(jù)說明，18世紀的科學教育經(jīng)受過劇烈的動蕩。開始，傳統(tǒng)大學和學院的物理學課程內(nèi)容和表述方式都被重新調(diào)整了。自然哲學被認為是因果性的科學而停滯，物理學被分為兩組學科，其研究內(nèi)容更準確地反映當時的實驗哲學。一種仍叫物理學，在人文學院或哲學學院講授，但是這個學科的范圍大大受到了限制，主要覆蓋著包含在亞里士多德的《物理學》《論天》等著作中的問題。這種物理學在牛頓的影響下，現(xiàn)在以數(shù)學和現(xiàn)象論的方式進行研究。另一組學科包括一群根據(jù)亞里士多德其他著作的材料而界定出來的難以解釋清楚且不穩(wěn)定的科學，包括化學、解剖學、地理學、礦業(yè)學、植物學和動物學（后四門通常被歸為博物學），它們并沒有被數(shù)學化?！?/p>

自然哲學的分離之路開啟之后，自然科學的不同分支又同歸于一個制度范疇中，通過創(chuàng)建單獨的院系，使得不同分支之間的結(jié)合變得更加容易。比如在比利時—荷蘭，當1815年哲學學院分成兩個學院時，化學也被移出醫(yī)學院。在那時，工程科學首次在大學得到確立，比如1838年英國新建的達勒姆大學學院和倫敦國王學院。在輔助醫(yī)學科學中，只有解剖學仍屬于醫(yī)學課程。這反映出如下事實：從18世紀末，尤其是隨著法國大革命中新醫(yī)學學校的建立，解剖學教學已不再是一個單獨的描述性科學，而是生理學和病理學研究不可分割的整體的一部分了。

19世紀以前，人們曾采用樹枝形的系譜來描述科學系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)，19世紀中期以后又出現(xiàn)跨學科的綜合性研究，如能量守恒定律?進化論等?世紀之交，各學科更加強了相互聯(lián)系和彼此滲透，既高度分化又體現(xiàn)了高度綜合，產(chǎn)生一批綜合性的學科，如物理化學?分子生物學等?這些新學科既以特定的客體為研究對象，又采用其他學科的理論和方法，從而形成新的特色?

1800年，在英語中，“科學”這個詞包含所有有條理的知識，而“藝術(shù)”則包括加工制造和工程在內(nèi)?！翱茖W家”（scientist）這一英文單詞是由劍橋?qū)W者威廉·惠威爾于1834年所杜撰的，后來它指的就是一類專家和一種職業(yè)。這一名詞的誕生也從側(cè)面表明了19世紀科學的巨變。19世紀下半葉，基于自然的基本物理學法則的知識接近形成。從拉普拉斯以來關(guān)于占統(tǒng)治地位的世界之決定論的機械觀點消失了，取而代之的是一種不確定的世界，其中對自然的多數(shù)基本實體探索的一切嘗試都會伴隨著佯謬（paradox）。結(jié)果至少是在許多科學家、神學家之間開始形成彼此相對分離的關(guān)系，產(chǎn)生一種在和平共處的努力中去追求各自分離的目標的嶄新的熱情，柏拉圖“一切真正的問題都有一個而且只有一個真正的答案”的理想開始受到質(zhì)疑。19世紀末，物理學的發(fā)展導致了相對論和量子力學在20世紀初的形成，使科學界承認，對于實在的理論表述是一項遠比從前輩們那里繼承要復雜得多的事業(yè)。關(guān)于占統(tǒng)治地位的世界之決定論的機械觀點消失了，取而代之的是一種變化著的不確定的世界，這使人們的信心不斷增強，激勵著科學持續(xù)不斷去探索，這種探索又為科學教育發(fā)展不斷注入新的活力。

教師：科學教育發(fā)展的核心問題? 17世紀的科學革命和科學建構(gòu)為即將到來的科學教育時代準備了一支卓越教師人才隊伍，這支隊伍中的很多人都具有深厚科學素養(yǎng)，很多人已經(jīng)是一流科學家，或正在成長為卓越的科學家。事實上，近代社會變革和科學革命不僅培養(yǎng)出大量的藝術(shù)家、哲學家、思想家、政治家、歷史學家，同時涌現(xiàn)出一大批獻身于教育的一流科學家。早期科學的各學科中，即使是那些以研究為其職業(yè)目標的人一般也都曾投身教育，或是教師，或是實驗師。正是由這樣一批科學家或科學工作者為主所形成的科學教師隊伍，持續(xù)推動了科學教育的發(fā)展?，F(xiàn)在看來，沒有科學革命，可能很難誕生出像哥白尼、達·芬奇、伽利略、開普勒這樣的科學人才;而沒有像他們這樣一批一流的科學人才投入科學教育，可能也就沒有近代意義上的科學教育，近代教育的產(chǎn)生和發(fā)展可能也就流于空談。

盡管科學教育似乎總是需要有一些特定的、才華橫溢的人，但也看到近代早期科學家選擇做一個教授非傳統(tǒng)科學的科學教師，其實是一個處境困難的職業(yè)，進入教育并非如現(xiàn)在人們想象那樣順理成章，而是多有磨難。

事實上，盡管科學教育活動早已有之，但在17世紀以前，人們很難把科學和哲學區(qū)分開來，同樣也很難描述何為科學家或科學教師。17世紀初，除了一些醫(yī)生，實際上很少有哪個一流科學家具有大學教授職位。雖然并不是所有的科學家都如此，如牛頓，他們中的最偉大的科學家，在劍橋大學擔任數(shù)學教授是不多的范例，但當時大部分一流的科學家并不被大學接納，大多數(shù)科學家都在大學以外工作?？偟恼f來，在這個世紀里，那些偉大的科學家很難在大學從事科學教育，有才能的人未必擁有科學教師職位，當然，他們的作用也很少在科學教育中得到發(fā)揮。牛頓沒有使劍橋成為科學中心，牛津的薩弗利教授們也是如此。同時，現(xiàn)在稱之為科學的觀念直到在17世紀末仍未完善，17世紀自始至終一直籠罩著譴責大學的氣氛，“人們似乎都在強調(diào)傳統(tǒng)知識的持續(xù)統(tǒng)治地位”。

一方面，這些崗位曾一度是無薪的，他們負責向?qū)W生傳授重要的研究成果，但無薪水保障，唯有教書的權(quán)利。在德國，“無薪大學教師”（privatdozent，是在日耳曼語國家的大學中的一種職位，任職者的報酬來自學生學費）證明了自己的確有研究能力，才能獲得教書的權(quán)利;但此后要謀生，就得有能力吸引足夠多的學生，以使自己有一份尚可的收入。對于許多在學術(shù)道路上一級一級上升的人而言，或?qū)W生尤其對外國學生來說，這一制度則似天賜之物，因為一般教他們的就是這些無薪大學教師，而且常常是用學生自己的語言教學。

另一方面，近代初期，新科學人才在傳統(tǒng)大學結(jié)構(gòu)中難以被接納。近代之前的歐洲大學，所有的教師都是牧師，大部分學生將來都會任神職。在中世紀的大學里，亞里士多德“洗禮”成了基督徒，并被貼上無數(shù)論著中所稱的”哲學家”的標簽。到1600年為止，學校的基本特征很少發(fā)生變化。在文藝復興的影響下，雖然也有其他經(jīng)典著作被引入課程，但大學并非新知識的中心。學校的單單培養(yǎng)牧師的性質(zhì)開始減弱，但是其培養(yǎng)基督教士的功能依然存在。在1600年，各大學聚集了一群訓練有素的知識分子，但他們中有相當部分并不樂見近代科學的到來，并將其視為對正統(tǒng)哲學和所信仰宗教的一種威脅。

科學革命的發(fā)展促進了上述不合理情況的改變。17世紀的科學建構(gòu)，不僅帶動了對科學觀念的重新闡述，而且?guī)涌茖W教育作為一種有組織的社會活動又大大前進了一步。到那時為止，事實上西歐不僅有一些無疑可以被冠以科學家之名的科學教授、教師或?qū)嶒炚軐W家，而且有一些由這些人所組成的近代科學教師群體，此外，他們也并非經(jīng)常單個地、孤立地進行工作，而是盡可能與許多致力于同樣教學研究的人進行有效的交流。因而，在這些先驅(qū)者們奮力開拓耕耘的各個學科領(lǐng)域里逐漸生長起一支專業(yè)的、有較高科學素養(yǎng)的、主要由科學創(chuàng)建者們組成的職業(yè)科學教師隊伍。

科學人才不斷進入科學教育，推動著傳統(tǒng)科學教育格局的改變。職業(yè)科學家群體進入教育成為最早的科學教育師資，對于科學教育的重要意義是不言而喻的。他們創(chuàng)建了最初的一批近代意義上的科學課程，帶動科學課程成為教育不可或缺的基本內(nèi)容;科學發(fā)展又使各個國家對科學教育的觀念和態(tài)度發(fā)生轉(zhuǎn)變，這樣兩種因素共同構(gòu)成近代科學教育發(fā)展的生動圖景。

職業(yè)科學家群體進入教育，成為最早的師資? 雖然“18世紀初歐洲和美洲的學院和大學中的科學教育結(jié)構(gòu)幾乎沒有什么改變，研究自然科學的人數(shù)大概沒有增加”，但為使大學和學院重新回到科學的中心，少數(shù)進步的大學、機構(gòu)開始接納那些贊成前沿科學精神和內(nèi)容的意見和個人。實驗和數(shù)學上的牛頓學說逐漸滲入大學文化，尤其是荷蘭的大學，更是作為先進的科學教學中心而聲名遠播，這主要是因為萊頓大學（當時西歐最著名的大學之一。萊頓，Leiden，荷蘭西南部城市）的威廉·雅各·范·格雷弗桑德（1688—1742）的工作和著作，他主張運用實驗來講授自然哲學。1715年，格雷弗桑德作為一個國家代表團的成員訪問英格蘭，并在那里會見了牛頓。兩年后，在牛頓的幫助下，他被任命為萊頓大學的教授。在倫敦逗留期間，格雷弗桑德被選為王家學會會員，并且有機會出席霍克斯比·韋斯頓的示范講演。他是萊頓大學諸多著名的科學教授之一，包括布爾哈夫和戈比厄斯在內(nèi)，這些人幫助該大學成為全歐洲著名的大學。

在法國，王家學院（1530年建）經(jīng)歷了一系列的改革（尤其是在1774年），發(fā)展了解剖學、天文學、植物學、化學、數(shù)學、力學、實驗物理學和“普通”物理學等學科課程教學，在這些領(lǐng)域增設(shè)了很多教學職位。這些改革使王家學院成為法國高等科學知識和科學教學最重要的場所。

蘇格蘭的大學同樣作為開明的機構(gòu)而聞名于世，由于有諸如愛丁堡大學的約瑟夫·布萊克這樣的教授，來自歐洲各地的學生都涌入蘇格蘭的大學學習，尤其是學習醫(yī)學。

18世紀中期及19世紀，科學發(fā)展使科學教育逐漸進入教育的中心地帶，教育發(fā)展急需大量科學人才補充形成新的科學教師隊伍，以與教育和社會發(fā)展的需求相適應，在科學教育建制化背景下，情況又一次發(fā)生根本轉(zhuǎn)變。

英國的大學在吸收新科學人才方面表現(xiàn)出一定的體制靈活性，至少與歐洲大陸大學的大多數(shù)情況是不一樣的。較之別的大學，英國的大學較早開始積極接受新科學人才。牛津早在1619年就分別在地理學和天文學設(shè)立了兩個薩維爾（Savilian，即各科教授席位），兩年后，賽德爾設(shè)立自然哲學教授職位。1663年，劍橋設(shè)立盧卡斯數(shù)學教席。至17世紀末，劍橋、圣安德魯、愛丁堡、格拉斯哥和牛津等地都有了捐資設(shè)立的教授席位。劍橋大學在1731年設(shè)置地理學教授的伍德沃德席位。

法國在巴黎建立有世界聞名的工業(yè)學校，學校里設(shè)立了許多與機械關(guān)系密切的教學科目，這些科目都是由政府任命的教授來擔任的。柏林和維也納也有同一類型的學校。

18世紀初期，在傳統(tǒng)學科中，醫(yī)學方面只有著名的帕多瓦、巴黎、蒙彼利埃和萊頓等少數(shù)幾個醫(yī)學院充滿生機，大多數(shù)醫(yī)學院死氣沉沉，只有少量的學生和一兩個教授。隨著這個世紀的推進，醫(yī)學在更多的大學中成為固定的專業(yè)，如布達大學在1769年也開始建醫(yī)學院，一些新的，尤其是在哈雷、哥廷根、愛丁堡、維也納和巴倫西亞重組的學院開始成為醫(yī)學學習的中心。在醫(yī)學院，在1700年作為描述性課程來講授的化學成為著重于研究物質(zhì)結(jié)構(gòu)的新型分析性大學學科，它的原則與物理學的那些原則一樣，通過一系列證明性的實驗來解釋。這些課程后來向地球和生命科學演變，尤其是化學課程。其中像愛丁堡的威廉·卡倫（1710—1790）和約瑟夫·布萊克（1728—1799）等部分教授，注意力開始放在藥劑學與農(nóng)業(yè)的用途方面，這門課成為綜合化學理論和化學實踐的講座課。

數(shù)學在新的科學教育體系中受到重視。當科英布拉大學在1772年重組時，就建立了一個獨立于哲學系的數(shù)學系。這樣，該專業(yè)的范圍涉及與其相關(guān)的學科，比如建筑和設(shè)計，教學包括實用數(shù)學的教學。隨著數(shù)學在新的科學教育體系中受到重視，那些曾與世隔絕的科學院院士們則被推向一個新角色——為國家培養(yǎng)技術(shù)精英，這項任務(wù)促進了他們清楚地傳遞數(shù)學思想的能力。因此，19世紀中期，法國和德國的領(lǐng)頭數(shù)學團體的研究趨向開始轉(zhuǎn)向數(shù)學領(lǐng)域中的“純”理論研究。到1900年，高等師范學院取代理工學院，成為法國新一代數(shù)學精英的主要培養(yǎng)基地。

1800年之后，在法國大革命的覺醒中引發(fā)了深刻的政治和社會變革，進而重塑了歐洲科學和高等教育機構(gòu)。基于對科學、技術(shù)知識的掌握，社會進步的啟蒙思想鼓舞了這一時期的教育改革，使拿破侖時期巴黎的科學活動釋放出空前活力。如拉格朗日這樣一些科學家在整個過程中都扮演了重要角色。格拉斯哥大學教授湯姆森為了幫助學生掌握知識，每周開設(shè)一次實用科學知識講座。1864—1865年間，當時任倫敦大學英王學院自然哲學教授的麥克斯韋則利用晚上時間專門開設(shè)電磁學方面的課程。

以化學為例，在瑞典，從1750年開始，所有的人文學院都設(shè)立了化學教授席位，其中帕多瓦人文學院的化學席位開始于1759年，實驗農(nóng)學席位開始于1761年。1771年，博物學席位在帕維亞建立并授予動物學家拉扎羅·斯帕蘭讓尼（1729—1799）。博物學教學對醫(yī)學院來說是一個新的分支，因為傳統(tǒng)興趣在于非人類生命形式的醫(yī)學院一直局限在植物學范圍中。然而從18世紀中期開始，一大批植物學教授席位被賦予更多的責任。少數(shù)學院開始授予獨立的博物學教授職位，占有這些席位的教授講授不同的課程，這些課程最終形成不同的學科，諸如氣象學、水文地理學、地理學、礦物學和動物學。

新學科的開設(shè)，如果沒有新的科學教師職位是不可想象的。課程的變化及數(shù)量的增長，不僅反映了科學教育規(guī)模的變化，更意味科學教師數(shù)量的大量增加。到法國大革命前，化學學科的教授職位設(shè)置就很普遍了。如在德意志，1720年只有六個講授化學的教授，到1780年就有28個了。