近代教育技术装备基础设施
赵晓宁 新乔 任熙俊
1 引言
近代科学教育发展中的教育技术装备是一个包括多个方面的宏大的体系，在教育的多个方面都有体现，不仅仅局限于一般的教学用具。为叙述方便起见，以下主要关注近代发展起来的具有重要教育功能的基础或基本设施，以不至于对某一重要方面有所疏漏。
2 因近代教学需要形成的教学设施
教学仪器设施应用于教学（这里指直接出于教学目的而非科学研究），在欧洲有记载的或可追溯至10世纪晚期。法国的热尔贝（Gerbert d' Aurillac，约946—1003年），后来成为教皇西尔维斯特二世，利用同西班牙北部教会接触的机会获取少量阿拉伯文献的拉丁译本，从中学会了使用算盘和星盘，并写了一篇珠算论文，或许他还论述了星盘。热尔贝并不是一个原创性的思想家，他后来的影响主要来自他作为一个科学教师的能力。972—989年间，他在瑞姆斯教会学校教授七艺，教学中大量借助视觉形象，强调极其基础的数学和天文学。热尔贝在一个智力剥夺的时代应该获得伟大教师的殊荣，他不仅解释了如何建造一个球体来代表天空，实际上还建造了一个星球的运动模型，用固定在球面上的线来描绘恒星位形的轮廓。他的学生被他的天才和献身精神所震撼，以极大的热情继承并拓展了他的教学工作，强调科学是人文学科中一个不可分割的部分。[1]14-15
17世纪以来，在以往科学仪器设施的基础上，具有教育功能并以教育应用为主要目的的教育设施开始得到较快发展，如天文台、植物园、实验室、图书馆建设等得到重视。18世纪，科学教育体制、教育教学形式和交流形式逐步走向成熟完善，科学教育设施特别是在大学首先得到新的发展。18世纪初期时的大部分大学和不少学院业已装备有相对较好的天文台（最早的天文台为法国巴黎天文台和英国格林尼治天文台，均建于1667年）、圖书馆和实验场所，创造了教学与研究大量结合的机会。[2]70
由于所有的新课程都以实验为基础，因此，近代教学极大地依赖教学设施。作为学科教学设施建设的植物园（最早的科学植物园是1635年建立的巴黎王家植物园）首次被建立或扩充起来，博物学展室与物理教授的仪器收藏一样被创建、保存。最为丰富的一些收藏，诸如博物学教授约翰·沃克（1731—1803）于1779年在爱丁堡所建立的展示室，逐渐更新为博物馆，并成为非专业人士进行研究的私人中心，同时是专业的知识库。因为很多18世纪的植物学和博物学教授是具有高度创造性的科学家，与大学中的其他人相比，他们贡献了更多的知识。[2]59
乌普萨拉大学的教授卡尔·林奈（1707—1778）很年轻时就创立了基于植物性别的革命性的植物分类方法，该方法在这个世纪下半叶几乎被每个大学自然学家所接受。而正如无数事例所显示的那样，这位乌普萨拉大学的教授的成绩正是由于充分利用大学的植物园才得到的，从18世纪20年代开始，他便在那儿教学、研究并组织了一批助手，甚至在那里住了很多年，围绕着他的是他的植物标本和贝壳收藏。[2]59
教学设施建设及应用也一直为近代教育家所重视。为了促进教育发展，在美国，注重社会教育的富兰克林主张社会教育与学校教育并进，他以共读社为基础，创立美国哲学学会，网罗美国本土一流的科学实验工作者及其他领域的学者专家，研究本土的自然特性、实情以及印第安人生活状况，并与欧洲各学会团体联络，以共同促进人类知识水平的提升。1749年，他在宾州设立学苑，课程分为实用科目与古典语文。实用科目部分是富兰克林创办学苑的本意，他设立的费城学院延续了学苑路线，为美国立国前九大高等学府中唯一不具教派色彩的学府，主张高等学府也不能与实际生活脱节。同时，为了满足社会人士的求知欲，倡导读书风气，他在费城成立公共图书馆，这是北美殖民地时代一座藏书最丰富、借阅最方便、服务最周到、内容最实际的多功能图书馆。
1799年，美国托利党人本杰明·汤普森（1753—1814）
因其为巴伐利亚州的服务而被授予拉姆福德伯爵爵位，并成功地得到约瑟夫·班克斯爵士（1743—1820）和其他显贵们支持，促使皇家研究院接受在伦敦发展科学的建议。在时尚的阿尔伯马尔大街上，他开设了吸引贵族参加并激发他们兴趣和热情的科学讲座和一个实验室，以及设有相关机械展览，开展工匠教育的课堂[3]66。
3 近代教育基础设施
科学史一般指称17世纪为科学革命时代，一批杰出的实验哲学家、天文学家和数学家奠定了这一时代的宏大基础。但如果将这之后的情形置于更为广阔的社会发展背景中考察时，会注意到他们的教学活动具有同样的意义，甚至具有更深层的重要性：该时期内伽利略、牛顿等一批杰出人物对自然世界的数学和现象论研究方法，不仅保证了新科学从欧洲文化的边缘地位移到中心地位，对后来欧洲和美洲的杰出人物解决问题的思维习惯、对人们思维方式的变化，产生极其重大而深远的影响，而且由此引发的一系列教学及教学设施的发明发现，对近代教育的发展也起到极大的创建、推动作用，这也不能不说是这些科学教育先驱者们重要贡献所在。[2]68
天文学设施
1）天文台。作为科学机构的欧洲天文台很重要的一个源头是科学教育。天文台是近代科学研究的具有开创性的重要成果之一，也是近代极为重要的教育基础设施，具有突出的教育功能。
1700年前，在欧洲一些学院和大学里便有对天文学感兴趣的教师在利用可利用的最高建筑物进行天文观察。随着近代科学及教育的发展，天文学逐渐兴起，天文台建设受到更多关注。[2]70
天文台最初在伊斯兰世界出现[2]84。近代科学及科学先驱为天文台时代的到来开辟了道路。16世纪的三位天文学家尼科劳斯·哥白尼、第谷·布雷赫和约翰尼斯·开普勒协力为17世纪的天文学科学教育及设施建设奠定了基础。这一过程始于哥白尼倾其毕生的工作总结《天体运行论》。[4]44
第谷则是天文台建设的一位重要实践者。因为与宫廷有联系，当第谷写了一本关于“新星”的小册子并出版后，便引起丹麦国王弗雷德里克二世（16世纪时在位）的注意。1576年，这位国王赐给第谷天堂岛这片领地（在丹麦与瑞典之间）和足够建造一座空前宏伟的天文台的资金。事实上，第谷先后建造了两座天文台，第一座是天堂岛天文台，当它随着工作的进展而显得不再能满足要求时，又建造了星岛天文台。这两座天文台都装备着在现场制作的仪器，仪器品质都达到前所未有的精确度，能够测准到弧度的1′，是人能用肉眼进行观测的极限。[4]47
之后莱顿（1632年）、哥本哈根（1641年）和乌得勒支（1642年）也开始建设天文台。真正意义上的天文台是1667年建立的巴黎和英国格林尼治皇家天文台[4]342。到18世纪末，包括1741年在乌普萨拉为安德斯·摄耳修斯（1701—1744）建立的，在哥廷根和布拉格（1751年）、牛津（1773年）、都柏林（1783年，丹辛克天文台）和科英布拉（1792年），已至少有12所大学建立起天文台[2]70。在所有天文台中装备最好的当属牛津大学的拉德克利夫天文台（图1）[2]455，它置有价值2.8万英镑的装备[2]70。
天文台在天文学教育中起到相当重要的作用。天文台与物理、化学以及博物学的实验室、博物馆不同，表面上似乎不是主要教学场所，没有直接起到教学作用，或者只是纯粹地为提高大学的国际声望和强调了大学的现代性，但毋庸置疑的是，它的存在及运行成果本身客观上就为科学教育教学提供了多方面的支持。[2]70
2）天文台仪器设施。天文台的建设与仪器设施发展有密切联系，与此密切相关的是近代出现了新的测量标准，如在1497年亨利七世制定的标准尺码。在1497年以前，码（yard）被称为ulna（意为尺骨）。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个大麦粒的长度之和。[4]4416世纪时，具有革新精神的国际科学界已经掌握了能够以空前的高效率共享科研成果的方法，传统仪器的工艺质量不断地改进，使得它们的精确度越来越高[4]342。
第谷的天文台最了不起的仪器是那台固定在一面内墙上的四分仪，它安装得与南北子午线方向精确地一致。它是用黄铜制成的一个1/4圆形物，它的半径大于6英尺（约合1.83米）。如果把它看成一个钟面，那么它就相当于从3点到6点的那一部分。有一个小的目镜可以沿着它的外缘滑动，在外缘上标出弧度的90°，每一度又分成60′。这也就是说，它的边缘被分成5400个刻度，刻度间距约为1/50英寸。另一面墙与四分仪以直角相交，在它上面的高处、四分仪的圆心所在的位置上有一个孔洞，目镜被调整得正好对着这个孔洞。在这样的设计下，任何星体在夜间经过子午线时都可以被观察到。[4]48
第谷的天文台全部仪器设备于1577年投入使用。当年有一颗灿烂的彗星激起公众巨大的兴趣，第谷的观测结果要比任何其他天文学家都准确得多，他测定了这颗彗星在亚里士多德认为是不可见的行星球中的轨道。这是一次革命性的发现，因为按照亚里士多德的理论，所有行星的轨道都在月下球区之内，这就意味着它们是气象学的研究对象，而不是天文学的研究对象。这次发现使第谷认定，亚里士多德理论中的这些球根本就不存在。[4]48
3）天文台建设与管理。由于天文台的建筑、设备和人员方面需要巨大的费用开销，因此，天文台需要大量的资助。第谷本人曾夸耀说他的一台设备就比一名大学教授的年薪还要高。而当1597年丹麦新的国王亲政后中止了皇室对当时这个最伟大的天文学家的资助后，第谷的事业便难以为继。此时的欧洲解决这样的问题的办法通常就是去求助于另一位国君。鲁道夫二世（即波希米亚皇帝）接纳了第谷，于是第谷便移居布拉格，在那里重新开展观测记录、研究工作。[4]9
进入18世纪以后，天文台不再依赖于文艺复兴时期那种类型的王室资助，而是被直接并入国家机构，许多机构开始参与天文台投资建设。在这方面，法国和英国领先一步，1668年，巴黎建立王家天文台;1675年，英国也在格林尼治建立了皇家天文台。随后，柏林（1708年）、圣彼得堡（1725年）和斯德哥尔摩（1753年）等地陆续建立了国家天文台，而在博洛尼亚（1723年）、乌普萨拉（1742年）、马赛（1749年）、加的斯（1753年）、米兰（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台。[2]85
英、法政府建立格林尼治天文台和巴黎天文台，一个重要因素是为解决航海事务和经度问题。巴黎天文台，这个卡西尼家族四代相继工作的所在地，也就成了长达一个多世纪的从事绘制法兰西王国地图等相关工作的机构中心。巴黎天文台和其他一些国家天文台都出版了天文历表、历法、历书以及与天文和航海相关的、具有明显实用价值的书籍。[2]85其中具有代表性的有18世纪中期托拜厄斯·迈耶制作的月历。迈耶通过制图学走进天文学，专心于描绘月球运动的实际问题。他利用欧勒的理论和大量的观测数据，制出的图表可以用来在海上测量经度，而且误差在1°之内。1765年，即迈耶去世后的第三年，英国经度委员会在“经度奖”中拿出2000镑奖给迈耶的遗孀，作为对他的贡献的承认。[5]46
到18世纪末，全球各地已分布有130个天文台，使天文台构成18世纪天文学科学教育赖以依存的设施之一[2]85。
大量非官方机构在天文台建设中起到积极作用，是对官方天文台的有益补充，其中包括由耶稣会士充当职员的一系列观测站。这一时期近代教会学校的天文台设施得到很大发展。到1700年，耶稣会已有700多所高等院校，仅在中部欧洲就有200多所;到1773年，耶稣会学校拥有大约25个天文台。[2]190
科学机构对重要的天文台有着密切且常常是正式的影响，反之亦然。伦敦皇家学会曾以视察员的身份对格林尼治天文台行使监察权。在巴黎，王家天文学家也独占了科学院中的天文学部门，而科学院的学报事实上也为王家天文台所利用。在柏林和圣彼得堡，国家天文台都正式附属于相应的科学学会，王家天文学家或帝国天文学家也在天文台和科学院履行着双重职责。在法国，第戎、马赛、蒙彼利埃和图卢兹等地的科学院也开始管理附属的地方天文台。1784年，英、法两国的国家天文台和一些学术学会开始了一项合作项目：协调格林尼治和巴黎的天文子午線。很明显，这一项目对天文学家及其各自的政府都是互利的。[2]85-86
博物学设施
1）博物馆。博物馆是作为重要的公众科学教育中心而产生的，具有代表性的有成立于18世纪的大英博物馆，在那里既有出色的历史上的人工制造品，也有博物学标本，但初期拒绝一般公众的参观，也没有安排正规的教育项目。相比之下，在发生革命（18世纪法国大革命）的巴黎，博物学博物馆却是一个大型研究中心和演讲重地。
进入19世纪以来，南肯辛顿以及柏林等英国和德国的博物馆开始向正规教育中心和理性活动中心转变，参观博物馆，在社会上成为一项重要的并逐步改善的活动，甚至如英格兰这样严守安息日主义的国家中，博物馆也在星期日开放。
博物馆可以附设有图书馆，以及致力于植物和动物分类的植物园和动物园。为让动植物“适应”不同的环境，如把美利坚羊运到澳大利亚，把橡胶树运到马来西亚，把金鸡纳树运到印度等。
图2所示荷兰哈勒姆的泰勒博物馆是根据哈勒姆的丝绸商彼得·泰勒·凡·德·许尔斯特（1702—1778）的遗嘱，由伦德·特菲尔·万特建造的。椭圆的博物馆大厅位于泰勒的住宅之后。博物馆于1782年竣工，它的第一部分是一个综合性建筑，设立了一个科学陈列室，还有矿物学的和古生物学的收藏品以及艺术品。[2]449
2）自然博物馆。博物学总要涉及重要的标本收藏（此外还涉及设备或机器展品），长期以来，自然博物馆就因拥有动植物标本而闻名，随着时间的流逝，这些藏品越发显示出历史重要性。
自然博物馆作为重要的生物学机构，长期以来一直是公共和私人资金最愿意投资的对象以及公众最仰慕的地方。到了文艺复兴时期，在当时收集各种各样异域事物的热情的影响下，自然博物馆获得振兴。植物园通常收集干制的标本，对动物则由于管理保存问题而不那么乐于收藏。博物学藏品的收集最初是从国家机构出于研究和博物馆收藏的双重目的开始的。作为王家植物园的巴黎自然博物馆建立于1635年;英国自然博物馆建立于1753年，它的博物学收藏品在1881年时已具有特殊的、基本上独立的地位。在美国，则是私人投资走在了前面。1812年，在市民的资助下，费城建立了自然科学馆;19世纪50年代，路易斯·阿加西（Louis Agassiz，1807—1873）创立了哈佛大学比较动物学博物馆，而全国规模的收集则一直到华盛顿史密森学会成立以后（1846）才成为现实。[6]6
3）植物园。在植物园中最古老的类型是医用或药用植物园，其根源可追溯到中世纪晚期。这些植物园与大学尤其是医学院系有关，医学教授管控着这些药草植物园，在这些植物园里对植物所进行的科学研究也隶属于药物学中的制药环节。在18世纪，药用植物园的数量和重要性都下降了，特别是与其他种类的植物园比较而言更是如此。到18世纪末期，欧洲已拥有不同类型的1600所植物园。[2]87
数量最多且最为有名的是那些科学植物园，具有代表性的有巴黎的王家植物园（1635年）和英国克佑区的皇家花园（1759年）。这些场所都是由国家而不是大学创建的，并由植物学家和分类学家负责。作为国家植物园，像巴黎和克佑区这些较大的国家植物园成为植物学研究的国际中心，各种标本从考察探险的前沿和殖民定居地运送至此。尽管有人认为从水土适应和其他植物学实验中能够得出某些在经济学方面有益的结果，但是建立这些科学植物园的首要原则却是对植物王国的客观研究和分类。在植物学以及与之相关的化学、解剖学和地质学等知识领域中，科学植物园支持开展了大量的教学工作。[2]87
18世纪末期出现第三种类型的植物园，即应用植物园或经济型植物园。经济型植物园并非致力于对植物世界进行正规的科学研究，而是致力于积极开发具有潜在用途并有良好经济效益的商品。作为特色，这些植物园起源于幅员辽阔的法国、英国和荷兰帝国的海外殖民地。如荷兰于1694年在开普敦（南非）建立了植物园，18世纪在锡兰（斯里兰卡）和巴达维亚（雅加达）等地又建了植物园。英国则以克佑区为中心，建立了若干殖民地植物园，形成一个巨大的植物园网络，如西印度群岛的圣文森特（1764年）、牙买加（1775年）、加尔各答（1786年）、悉尼（1788年）以及马来亚的槟城（1800年）。同时期法国也建立起一批分布广泛的殖民地植物园，分布在加勒比海地区的瓜德罗普（1716年）、马提尼克、圣多米尼克（海地）（1777年），南美的卡宴以及印度洋的法兰西之岛（后来的毛里求斯，三座植物园分别建于1735年、1748年和1775年）和波旁之岛（后来的留尼汪岛，1767年）等地。这些殖民地的植物园转运包括甘蔗、香草和面包果树在内的产品，而面包果树被认为是给在西印度群島的种植园里工作的奴隶提供必需品时尤其有用的一种产品。在法国本土，建立了位于南特的王家植物园（一个狭小的大学药用植物园）以及位于巴黎的王家植物园。1786年，西班牙也在墨西哥创建了大体上与法国模式相似的王家植物园。[2]88
医学设施：解剖室 ?17世纪很多医学院的课程中已经有解剖学这一课程，但那时它的地位很低，只能作为兴趣和好奇心的一部分，为医学生提供具象认识，帮助他们了解人体内部和外部结构，以及传统上用来治疗疾病的植物结构。这个时期著名的帕多瓦大学、蒙彼利埃大学、乌普萨拉大学、莱顿大学先后建立解剖室。但很多大学不具备解剖室，如欧洲最好的解剖学家让·里奥莱二世（1580—1657）曾在巴黎大学户外进行解剖，当时即使设施良好的大学也很难得到尸体和植物标本。[2]45
图书馆设施 ?图书馆是古老的设施。在中世纪，图书馆以皇家藏书馆、地方官衙文书资料档案库的形式一直存在。到了近代，很多图书馆虽然仍继承和保留着皇家藏书库的传统，但由于科技发展，阅读对象变化，藏书品种和内容大幅增加，图书质量提升，其功能发生很大变化，尤其是教育功能已与中世纪不可同日而语。
中世纪后的西欧（特别是在英格兰）对阅读物的需求一直在增长。学校图书馆成为基本配置，社会上受过基础教育的人们的图书阅读需要，引发面向大众的公众图书馆首先在工业城镇和一些城市中发展起来，如伦敦的机械协会不仅向那些被皇家研究院所抛弃的工匠及其效仿者提供演讲，也提供图书馆服务。[3]67
（未完待续）
