緣起于近代教育變革的教育技術裝備

趙曉寧　新喬　任熙俊

1 引言

當我們把視野聚焦在現今已獲得巨大發展的系統化的教育技術裝備自身發展規律的考察，透過紛繁的科學和教育發展的歷史煙云，將會清晰發現教育技術裝備隱現在其中的軌跡。這一軌跡的源頭從16世紀左右的歐洲開始一直綿延至今，伴隨文藝復興運動催生的近代教育變革和17世紀的科學革命、科學建構，教育技術裝備從無到有、從小到大，經歷了從特殊到一般、從初級到高級、從孤立到聯系、從局部到全局、從單一到系統的逐漸完善，從個別科學目的應用到教育全面普及應用，從個別發明、手工制作到工業化生產的400余年的歷史發展過程。概言之，教育技術裝備與近代教育制度變革同時產生，近代教育理念和制度、科學發展和科學教育、教育現代化建設都分別在不同歷史階段對教育技術裝備的發展產生了重要影響。

探究教育技術裝備起源問題亦即教育技術裝備“從哪里來”，而為了使這一問題得以清晰表述，就不能不涉及包括文藝復興運動在內的啟蒙運動對近代教育變革及科學革命的影響，它們共同構成了教育技術裝備得以產生的廣闊歷史背景。

文藝復興和啟蒙運動使歐洲近代社會與中世紀傳統產生明顯的分界，教育與科學發生重大變革，教育與科學在一個新的環境中獲得前所未有的重大發展。

2 歐洲近代教育變革對教育技術裝備的影響

啟蒙運動是發生于近代歐洲的資產階級反封建的思想文化運動，代表著歐洲文明的開始。作為啟蒙運動先聲的文藝復興（the Renaissance）運動，歷經14世紀到16世紀，始于意大利，逐漸擴展到全西歐，是人類歷史上第一次空前的思想解放運動。文藝復興運動的淵源應追溯至歐洲中世紀歷史發生的重大變化——自13世紀以后，統治歐洲的拜占庭帝國逐漸衰弱，終于被奧斯曼帝國所替代，使原來生根在東方的希臘文明和基督文明，包括原來在西方就有的日耳曼和羅馬文明扎根在西歐。隨著13世紀前后動力技術的進步，出現了能夠用人力操控的抽水機器的發明，進而風力、水力機器得到應用，生產得到一定的發展。

文藝復興運動推動了由神本主義向人本主義的轉變，推動了城邦的發展，也推動了掌握城邦的知識、技能、文化的中產階級“自我”存在意識的發展。這個時期出現了但丁、薄伽丘、馬基雅維利、達·芬奇、莎士比亞等代表人物，文藝復興理念通過這些人物的作品很快傳播到歐洲各地，產生了深刻的影響，促進了文化批判意識，人們的未知世界發生了變化，推動了人們的思想發展。

在這一背景下，英國率先于歐洲開始了工業革命。17—18世紀，西歐資本主義有了較大發展，新興資產階級的力量日益壯大，要求教育變革以適應社會發展的需求。但是，當時歐洲大陸的政治仍是教權主義占統治地位，所以教育變革首先必須改革教會教育制度，變少數人的教育為普及化的國民教育，變教會事業為國家事業，強調人的價值和權利。在這一強大思潮的推動下，教育在宗教中獨立出來，科學與傳統分離，出現了伽利略所屬的林嗣學院，以及后來陸續出現的一些科學研究機構，如成立于1660年的英國皇家學會等，科學與教育以一種全新的姿態改變著教育與宗教、科學與神學的從屬關系，進入社會生活，推動社會發展。數學家約翰·沃利斯在談到1645年的科學活動會議時說：“我們的任務是（排除神學問題和國家事務）論述和考察哲學的探索，以及與之有關的東西，如物理學、解剖學、幾何學、天文學、航海學、靜力學、磁學、化學、機械學，以及關于自然的實驗。”

在歐洲，近代教育經歷了一個國家化的過程。表現在教育投入方面，逐漸由私人民間投入轉為國家投入，國家財政投入預算的比例逐漸增加。教育投入的國家化，不僅對教育發展起到基礎性保障作用，客觀上也直接推動了教育技術裝備的發展，因為在對教育的投入中，有相當部分規定用于儀器設備的購置，這一效應是不言而喻的。教育投入的國家化，對國家經費使用的有效性也有著明顯的益處，因為國家投入除應用于教學需要之外，還可通過教育用于支持科學發展，推進科研成果的轉化，為國家提供源源不斷包括科學在內的社會發展所需的人才儲備。這一認知在拿破侖時代的法國就成為國家共識。1747年，法國建立了世界上第一所公立工程師學校——路橋學院，各國也相繼成立了包括職業學校在內的專業院校。專業學院的建立進一步促進了教育技術裝備的完善化發展。

教育的國家化、世俗化、公民化，推動教育規模不斷擴大，教育變革逐漸成為一種普遍現象：課程體系發生深刻變化，科學教育進入教育教學，成為課程內容體系的重要構成部分。不斷深入的變革，產生了對教育技術裝備的現實需求，規模化的配置和應用成為必然；分科制、分級制、分班制的學校制度，使之對教育技術裝備的需求更為具體化；與此同時，科學的發展也在不斷豐富教學內容，拉動進入教育的裝備品類不斷豐富，呈現出體系化趨勢。

教育技術裝備正是在科學和教育變革背景下產生和逐漸發展起來，進而成為教學機構的標準配置，成為教育構成不可或缺的重要部分和基礎保障。教育技術裝備的建設、配置和應用，因其直接關系到教學目標和秩序，關乎財政經費，也自然成為教育管理的重要內容。400多年來，雖然教育制度、教學內容發生很多變化，但對這一趨勢從未構成些許影響，教育技術裝備也從未中斷自身不斷發展和完善、演進的進程，以至于現在已不能設想一個沒有教育的世界，同樣也不能設想一個沒有教育技術裝備的教育。

3 科學、教育、儀器設備相互影響

教育技術裝備還與近代科學、儀器設備發展有密切關系。近代教育的產生和發展在相當程度上依托近代科學發展的成果，從這個意義上說，教育技術裝備的物質形態的構成又是近代科學研究發展的產物。

這里討論的是在近代教育和現代科學發展變革基礎上產生的教育技術裝備，顯然它不是廣義的所有教育教學裝備，而是與近代科學儀器設備有關的，與科學儀器設備有繼承、轉化應用淵源的那一部分教育技術裝備，包括為說明各種科學現象和主張采用的儀器、設備，進而引入教育應用成為教具的人工制品——器物。

在各種語言的字典中查找科學的定義，得出一個比較符合這里所討論的范疇的定義：科學是關于世界的有條理和系統化的知識的集合，也可以指其中的一個分支，如物理學或者是地質學；這些知識通過思考、觀察和實驗獲得，從而得知自然現象所遵循的客觀定律。在日文中，“科”指科學中所有的分支，從數學、物理到哲學所有科目；“學”即學習，特指在專門機構中的學習，教育的主旨就是指學習任何一門科學。德語中代表科學的是“Wissenschaft”一詞，但它比英語中“science”一詞含義更廣泛，意指系統的知識，不僅有化學、物理科學和生物科學，而且有歷史科學、語文科學和文學。當然，化學、物理學和生物學等通常被稱為自然科學（Naturwissenschaften），但所有系統的研究都置于“Wissenschaft”麾下。

任何一個學科領域的核心理論都是由對客觀事物的解釋構成的，應當再次指出的是，它們并不總是正確的，而是在不斷地接受檢驗和質疑，關鍵在于從事科學活動的人的思維模式。對物質世界的認識，一直以來，科學一般分為三個層面：一是宏觀的，就是人可以感知到的、視覺可以看到的東西，如星空、山、海洋；二是微觀的，包括人眼睛看不到，但可以使用儀器感知到、測量到，從直覺上認為它存在的東西，如原子、分子、蛋白質、一百億光年以外的星球；三是超微觀的，這一類物質只能理論推測，用實驗驗證，但從來不知道它是什么，如量子、光子，盡管知道粒子可以有自旋和能級、能量，但是很難通過直覺理解。歸根結底，科學取決于從事科學活動的人、支持他們的機構、他們所用的儀器以及他們所觀察的現象。更廣泛地說，從事科學活動的人，他們的思維模式、儀器設備共同構成了并不斷推動著科學實踐的演進，其中儀器設備扮演著重要角色。

一般認為，現代科學發端于1543年。這一年，尼古拉·哥白尼發表了《天體運行論》，這部著作從根本上糾正了太陽系天文學，提出了日心說。1609年，當伽利略用他所新發明的望遠鏡觀察天空，并且發現其中帶有根本性的真理，可以支持日心說的發現時，實際上是為科學思想和科學實踐樹立了一個典范。

從哥白尼的日心說開啟近代科學時代的大幕，以后的150多年間，爆炸性地出現了一個科學與教育上的繁星璀璨的時期。信奉地心說的亞里士多德哲學的傳統宇宙觀漸漸退出人的認知世界，代之以一個無限的宇宙。如果說現代科學的序幕是由哥白尼開啟的話，那么，人類社會則是由伽利略、牛頓開始，步入了現代科學殿堂的大門，僅在物理學方面就發生了一些重大變化，開普勒改進了哥白尼的體系，提出行星沿橢圓形軌道運行；伽利略應用望遠鏡觀察到遠超人們所想象的更為遼闊的浩瀚星空、木星的衛星、超越人們生理視力極限的天體。在微觀層面上，數學分析開始用于分析物體的運動，產生了慣性的概念。牛頓將這一時期的科學推向更為壯觀的舞臺，提出并闡述了行星軌道引力的平方反比定律，“洞穿了諸神的住宅”（愛德蒙·哈雷）。17世紀末，牛頓科學中又出現了萬有引力定律。

教育教學和科學研究發現之于教育技術裝備，在啟蒙運動后期，在第一次工業革命后及第二次工業革命過程中，經歷了較為明顯的歷史嬗變和分化，教育與科學研究產生了深度的融合與分化的趨勢：因教學問題的需要，為方便知識傳授，形成了一批相對專業的教學裝備，包括實驗室設備及教學器材；同時，科學也因研究的需要，對精密與精確的追求，產生了一批科研設備及儀器。二者相互作用，共同推動了教育與科學的發展，很多教育成果轉化為科研發展的動因，很多科研成果也得以進入教學，豐富了教學內容體系。十分明顯的是，一批科研儀器設備不斷順利進入教育教學，應用于科學教育實踐，促進了教學設施的體系化和規模化。

科學發展影響了教育技術裝備體系化進程。從16世紀中期至19世紀初期，歷經200多年，隨著科學的建構、分科，教育技術裝備隨之形成了涵蓋物理、化學、生物、地質、天文、博物學等多學科的豐富的品類較齊全的儀器設備體系，建立起了博物館、圖書館、實驗室、植物園等相應的初具規模的各類近代教育設施。400余年來，科學在一代又一代科學工作者的不斷接力式探索中，逐漸形成一個相對完整的知識體系及基礎框架，這意味著逐漸豐富的科學知識體系為教育提供了系統的教學內容，帶動著教育的發展，教育的發展也意味著與之相適應的科研儀器設備不斷轉化為教學應用，教育技術裝備內容因之得以不斷擴展，逐漸成長為一個相對獨立、具有突出教育特征、與教育全面融合的較為完善的專業體系。

這里介紹一下萊頓瓶。近代科學教育興起以來，萊頓瓶一直是實驗教學常用儀器。有關實驗生理學的例子，或許能夠使人更好理解科學實驗、科學教育、實驗設施的相互關系。1740年代，實驗生理學的興起與實驗物理學和化學中稀薄的流體理論的出現相一致。正如化學從基于原子之間的吸引和排斥的研究轉向研究酸、堿和金屬的化學特性一樣，生理學從把身體的器官描述為杠桿、滑輪、泵、篩網轉向研究諸如生長、營養、再生等使生命不同于機器的特征。當然，新的實驗物理學和化學對生理學和醫學有著直接的影響。電學允諾擁有關于生理學的答案，電鰻和敏感的植物是研究的候選生物，因為它們都表現出用電保護自己的特性。英國、法國和德國的電學家從他們的實驗中得出結論，通過電的種子、通過電的植物發芽更早一些、快一些，通過電的動物比沒有通過電的動物要輕一些。電鰩、圭亞那電鰻和非洲電鯰都被研究過，以便發現它們的電的來源。解釋這些動物在導電介質中怎樣產生電擊是非常困難的，但是亨利·卡文迪許證明，給定足夠大的電容，電擊可以在水下釋放，他甚至用毛皮附在一個大號萊頓瓶上，制造了一個模型電鰩來證明他的觀點。

電產生了肌肉運動，這表明，身體中的電很可能以流體的形式帶著感覺刺激和運動指令在神經中運動。但是，早期機械論的失敗敦促人們要小心謹慎，因此，在18世紀中葉，主要的生理學家馮?哈勒論證說，把電物質等同于動物精神未免是過早的事情。哈勒的謹慎是明智的，因為18世紀的實驗技術完全不可能揭示神經沖動的電化學本質。然而，內科醫生很快明顯成功地利用了電的治療方法，因此，第一個研究生物電的意大利醫生路易吉·伽伐尼的看法并不令人感到驚異：蛙腿中包含著有機的萊頓瓶，當它放電時，就導致蛙腿的踢動。生理學中電現象的復雜性，使18世紀的實驗者可望而不可即，但重要的是，他們正在試圖把物理實驗結果應用到生命世界中去。

玻璃的電學性質給所有早期的實驗家制造了極大的混亂。他們的理論假定：電流體不僅存在于帶電物體上，而且存在于它周圍的氣氛中。富蘭克林用煙，法國電學家諾萊用細粉，去檢測這種氣氛的存在并展現其范圍。電吸引和電排斥被假定是由這種氣氛的直接作用引起的。玻璃不導電（除非加熱時），但傳播電的影響。豪克斯比和格雷能夠輕易地透過幾層玻璃吸引輕物體，電以弗通過玻璃還是沒有通過玻璃呢？金屬甚至濕布能導電，卻屏蔽吸引效果。豪克斯比沮喪地發現，能穿透玻璃瓶壁的電卻能被薄平紋細布阻塞。電學理論家們就像他們長期未能區分電流體及其與電的吸引和排斥影響一樣，也長期不能解釋這種特殊的異常。氣氛，無論是靜止的還是運動的，都不會是電，同時也不會是電的吸引影響。

起電盤引起人們極大的注意，因為它似乎提供了用不完的補充電。伏特于1775年向約瑟夫·普里斯特利描述了他的起電盤。如圖1所示，一個嵌進金屬盤（A）中的用樹脂和蠟做成的絕緣的餅狀物（B）；在餅的上面有一塊帶著一個被絕緣把手的金屬板（C）。實驗者首先通過摩擦餅或者從萊頓瓶給餅充電，使其帶電；然后把金屬板放到餅上并且接觸板的頂部，以放掉由于荷電餅的存在而感應的電荷；接著握著被絕緣的柄，移開金屬板，發現金屬板荷了電，這種電荷可轉移到萊頓瓶。這個過程想重復多少次就能重復多少次，而不會減少餅上的電荷。伏特從這個實驗引出結論：電停留在餅上，只有一種力到達板上；沒有電氛或者以弗是耗不盡的，因此，電氛不能解釋起電盤。

實驗者只要用被絕緣的把柄舉起和放下金屬板（C），并且次數適當地使電荷落地放掉電荷，就可以得到數量無限的電。用這樣的裝置，能使任何數量的萊頓瓶（G）荷電。這種形式的可分離電容器有效地摧毀了電的以弗理論。

4 實驗教育：近代科學教育的重要發端

實驗本身并不是近代的創新。近代教育變革初期的實驗教學，包括方法和內容，更多體現為對實驗傳統、科學實驗方法的繼承，并非完全來自科學家群體的科學研究，其中部分來自人類文化中的實驗傳統，部分來自繼承中的發展和變化。

繼承與發展 實驗在近代教育、科學變革之前便是一直獨立存在的現象。實驗室的傳統至少可追溯到公元3世紀前。Laboratory（實驗室）一詞與labor（工作）源于同一個拉丁語詞根：實驗室就是人們工作的地方。英語中開始用laboratory一詞至少始于19世紀初，而屬于同一時代的另一個同源詞elaboratory（精制室）指的則是早先存在的一種特別的房間，在那里人們可以精心制作東西，即試圖通過勞動生產出成品，特別是從賤金屬中煉制出金。因此，早期的實驗室通常是煉金的場所，但到近代以來，該詞匯以及它所表示的場所已為人們所熟悉，在那里，人們已不僅僅研究化學，而且也研究其他自然世界現象。

在希臘和中國，較早就有人主要利用實驗方法和實驗室進行了大量的科學研究。隨著各個領域、民族間的文化交流，科學的影響也日漸擴大。其中，穆斯林學者在文藝復興之前的數個世紀中，所做的實驗遠不只是重復他們從希臘人那里接收來的遺產。在代數方面，他們發展出來多項式的概念，并首創了習慣上歸功于笛卡爾的代數幾何學。隨著理論科學和實用工藝之間的傳統壁壘被削弱，不同類型的實驗被引進科學。數學和物理學富有成效的結合是由埃及物理學家阿爾哈曾（約965—1040）取得的，對他來說，光學變成了一門研究視覺幾何學的學問。

生活在13—14世紀的德國人西奧多里克，曾經利用一個裝滿水的大玻璃球作為雨滴的模型，研究了虹的成因。16世紀，科學實驗傳統在西歐科學發展中得以復興，在教育中與科學實驗相互借鑒，形成實驗教學的一般形式、方法和技術、課程體系。

實驗相對于類比法，事物的直觀性、啟發性是寓于事實的確定性基礎上的。新的實驗方法不僅反映了各科學學科的知識、經驗、方法、成果，同時給學習者以信心，并將信心轉化成科學探索精神、方法和興趣，突破自然邊界，進入一種科學思維中。

實驗教育：近代教育的重要標志 19世紀初，學生，成千上萬的學生跋山涉水來到德國的大學。他們來自包括英國在內的歐洲各地以及北美洲。19世紀30年代時，研究化學的人去吉森大學的李比希那兒，而初露頭角的顯微鏡專家則去柏林找繆勒。學生對科學實驗抱有極大的興趣和熱情，他們中很多人選擇的標準不僅是學校和專業，而且更注重哪所學校有良好的實驗學習條件——優秀的實驗師、實驗室及實驗儀器設備。

這一進步很大程度上在于德國教育中的實驗室建設和實驗教學的傳統。從19世紀各大學附屬的研究所建立時期開始，德國就開始了活躍的實驗教學活動，涌現出一批實驗師型的優秀學者。吉森大學化學研究所的尤斯圖斯·馮· 李比希很早就對化學懷有興趣，曾短期當過藥劑師學徒，之后到過波恩大學和埃爾蘭根大學學習化學，又到法國巴黎學習了兩年；在巴黎獲得著名化學家特別是蓋·呂薩克的指導，學習實驗室實驗；1824年，年僅21歲便成為吉森大學的化學教授。他指導的研究所注重用定量分析新方法進行實驗教學，開展實踐培訓，吸引了大量學徒前往求學。為容納更多學生，研究所添置了更多研究設備，擴大了實驗室規模。他的生物化學實驗推進了這一學科的產生和發展。

1855年，一位美國觀察家這樣寫道：“從來沒有一個民族像德國人那樣對自己大學教育制度的發展付出了如此多的思考和艱辛——沒有一個民族從大學提供的服務中獲得如此大的益處，也沒有一個地方能使它們在國民的生活中扮演如此重要的角色。”此前約一個世紀時，這些德國大學還只是些優秀的高級中學，但100年之后，它們——主要是它們的專業學院——已成為幾乎所有學術研究領域著名的研究中心。

實驗室：人才成長的沃土 實驗室建設相對于實驗教學具有更為久遠的歷史。中世紀已有煉金術和占星術的實驗室。盧浮宮的畫藏中有一名畫描繪了16世紀的其實是煉金所用的一間化學實驗室：一個裝飾豪華的地下室，地面上擺滿了蒸餾器、坩堝。

19世紀以前，實驗室均屬私人所有，有的設在地下室，有的設在廚房一角。瑞典化學家貝采里烏斯每年只收一名學生，他的實驗室就設在自家廚房。

化學實驗相對容易，因為直接為實際生活所需，瓶子、罐子、試劑雖不可少，但價格相對便宜；相對來說，其他實驗費用就較高了，如溫度計、望遠鏡等，當時屬于高級奢侈品，價格昂貴，平常人買不起。

物理實驗是實驗室早期應用最為普遍的內容。英國科學家胡克是建立物理實驗室的先行者，他建立了皇家學會實驗室并在其中完成了許多著名研究。1662年，他擔任英國皇家學會的儀器館長，免費設計儀器設備，每周向皇家學會的例會提供三四個有意義的實驗。

較早的物理實驗也往往是在私人住宅進行的，實際上沒有專門的實驗場所。伽利略時代已經有比較正規的物理實驗研究，伽利略做過許多實驗，但他并沒有明確提出過自己的實驗室。牛頓的白光色散實驗是他在劍橋大學的住宅中進行的。波義耳關于氣體彈性的研究也是在他自己的私人實驗室里完成的。

最早的規模較大的物理實驗室當屬柏林大學的物理實驗室，由化學實驗家、1845年成為柏林大學物理和技術教授的馬格努斯創建。開始時他也是用自己的住宅辟出幾間屋當實驗室，學校給予財政資助。當時私人實驗室還被當作大學機構的一部分，大學里還未形成專業的完全屬于大學的實驗機構。直到1863年，馬格努斯的實驗室才正式成為柏林大學物理實驗室。

1748年，羅蒙諾索夫說服俄國科學院在彼得堡建立了一個綜合型實驗室，設施儀器裝備齊全、精良，開展有關化學、冶金學以及光學和電學研究。1818年，蓋·呂薩克也在那里建立了實驗室，后來在吉森大學任教的李比希在這里得以做了很多化學實驗。憑借這一經歷，李比希到吉森大學任教后，建立了用于教學和研究的實驗室，并開始配置實驗助手。

英國皇家研究所也是在化學實驗室基礎上創辦的，由倫福德創建于1800年，法拉第在這里以畢生精力研究各種電化學和電磁現象，發現了電解定律、電磁感應和磁光效應。

1835年，法國路橋學院成立了世界上最早的土木工程實驗室，用于培養工程師。

早期的實驗教育就比較注重實驗教學方法的研究，注意到要與生產生活實踐相結合，采用最新的科研儀器，注重實驗教師的培養，注重對學生進行研究方法的培養。針對廣泛與興趣相關的問題展開研究，也是實驗教育發展所關注的問題。英國的開爾文在1846年成為格拉斯哥大學的物理教授，他開始要求學生自己動手做實驗。當時倫敦的幾所大學都設立了學生用的物理實驗室，但實驗未列入正規物理課程，也沒有規定學生必須參加實驗研究。1871年，劍橋大學建立卡文迪許實驗室；1874年，麥克斯韋出任第一任主任，同時也是實驗物理學教授。麥克斯韋主張將實驗引入物理教學，在學院講授的同時輔以演示實驗，并要求學生自己動手。麥克斯韋說：“這些實驗的教育價值，往往與儀器的復雜性成反比，學生用自制儀器，雖然經常出毛病，但他們卻會用仔細調好的儀器學到更多的東西。調好的儀器，學生易于依賴。”從那時起，使用自制的儀器成為卡文迪許實驗室的傳統。1879年，麥克斯韋去世，斯特拉特繼任主任，在他的主持下，卡文迪許實驗室系統開設了學生實驗課。

麥克斯韋任職卡文迪許實驗室主任期間的工作，創立了英國實驗物理的研究傳統與學風，對后來實驗室及實驗教學發展產生深刻影響。他在卡文迪許培養出的第一代實驗物理人才，為英國物理學振興奠定了基礎；他確立的實驗室建室宗旨引用了《圣經》中的一句名言，雕刻在實驗室的橡木大門上：主之作為，極其廣大，凡樂之嗜，皆必考察。大意是說：上帝創造的世界無所不包，凡是對此奧秘有興趣者都可以考察。這既反映了麥克斯韋的宗教情感，也反映了他的科學追求與科學觀。他提出的實驗室建設的方針、主張，強調加強實驗在教育中的作用，要克服“粉筆物理學”弊端，呼吁實驗室不僅要提供和傳播真實的科學原理，而且要提供和傳播批判精神，將研究精神注入教學。

科學實驗和實驗教學活動的發展，使人們更進一步認識到許多科學難題只有通過更精密的實驗設計才能解決。應實驗教學和科研活動的需要，許多新的實驗設施不斷被制造出來。麥克斯韋主持卡文迪許實驗室開始，便主持并自己動手開發制作儀器，并積極推動學生自己動手做實驗。麥克斯韋倡導研究性的實驗儀器設備，盡可能由教師和學生自己動手制造。他認為研究的目的在于創新，而創新的東西往往沒有合適的可供使用的現成的儀器設備。麥克斯韋正是通過自制儀器設備，自己動手實驗，尋求準確測量的方法，建立了扎實、嚴謹的學風。卡文迪許實驗室自制儀器自麥克斯韋起蔚成風氣，如發現電子的陰極射線管，威爾遜的云霧室，阿斯頓的質譜儀，計數器、加速器以及發現α、β、γ射線使用的儀器設備等，幾乎都是根據研究需要自己發明制造出來的。

在短短幾年間，卡文迪許實驗室里走出了多名實驗物理學家，對近代科學發展產生了重要影響。例如：W.M.希克斯成為謝菲爾德大學的物理教授；A.舒斯特主持領導曼徹斯特大學的實驗室，成為著名的實驗物理教授；J.A.弗萊明任大學電氣工程教授，二極管的發明人，皇家學會會員，對微電子技術的發展做出過開創性的重大貢獻；R.T.格拉茲布魯克與W.N.肖則是編寫英國第一本實驗物理教科書的作者；J.H.波印亭成為伯明翰大學的物理教授，皇家學會會員，發明了太陽、行星和空間絕對溫度的測量方法；等等。

實驗室教育培養了那個時代的一批批優秀人才。在實驗室接受過訓練的學生中就有后來成為卓越科學家的亥姆霍茲、丁鐸爾等，也出現了不少優秀的實驗技術人才。

實驗室的教學化：近代教育的重要變化 16世紀以

后，實驗室對自然科學發展的影響逐漸增強，成為人們獲取自然知識的重要場所。到了17世紀末，盡管這一時期實驗室仍多以研究應用為主，其教育價值還不是十分明顯，但一個重要變化是自然科學課程先后進入歐洲各主要國家的大學課堂，很多大學都因之設立了科學課程的教授職位，這無疑預示著實驗室及實驗教學的新發展。

近現代教育的一個重要標志就是實驗教學的興起和持續發展。可以這樣認為，實驗室和實驗教學是現代教育的一個重要特征，是科學教育的必經途徑，是通往科學的入口。只有通過實驗及實驗學習，才能將科學現象的分析和觀察建立在理性基礎上，理解科學現象并做出解釋，進而將對未知世界的感性認識上升為理性認識，養成科學思維方式——內化為個人的科學素養。

19世紀30年代，德國柏林大學的馬格努斯開了將熱衷于實驗研究活動的學生引入實驗室接受指導的先河。隨后，英國格拉斯哥大學教授開爾文勛爵將一座廢棄的酒窖改造成為實驗室，由起初邀請學生到這里協助他工作，到后來學生主動來這里，在他的言傳身教下進行創造性研究，學生的實驗熱忱和興趣由于他的實驗工作內容、熱情和與學生保持著密切的交往而被極大地激發出來，使這個簡陋的實驗室存在長達25年之久。

實驗和實驗室的發展，極大地促進了教育近代化進程。19世紀后半葉，隨著歐美資本主義國家工業化革命的興起，對科學技術人才產生巨大需求。這種需求一方面促使歐美等各國的教育規模急劇擴大，學生人數激增；另一方面，師徒式實驗室及實驗教學已難以滿足巨大的學生人數培養的要求。為了適應這種需要，新型學校——麻省理工學院得以創辦起來。在首任院長、物理學教授羅杰斯倡導開設正規的實驗課程的思想影響下，學院于1870年從哈佛大學聘請愛德華·查爾斯·皮克林來主持物理系工作。他創辦了美國第一個物理實驗室，并編寫了一本實驗教科書（在世界教育史上，這本書是最早出版和最有影響的學生物理實驗指導書），開創了大面積開設物理實驗課程的教學模式，使實驗課程成為學生為得到學位而必修的一門有計劃的、系統的課程，從而由高等教育班級集體實驗教學制取代了師徒式的私人實驗室個別物理實驗訓練。這一模式不久就被美國的其他一些大學相繼效仿，同時促成了歐洲許多大學物理實驗教學的變革。

在教育技術裝備體系中，實驗室及其儀器設備是一個相對穩定、獨立的部分。隨著近代教育變革，實驗室建設漸成為近現代學校建設的重要內容，與教學發展需要相對應，品類繁多的實驗儀器設備分學科分別集中于不同的實驗室，構成不同的實驗室功能與形式，諸如應用于課堂、演示需要的物理、化學、生物、地質等儀器設備，實際上也是構成實驗室儀器設備體系的一部分。實驗室進入學校教學，一方面推動了教學發展，另一方面逐漸使普及實驗室教學應用成為共識，從大學、職業、專科院校漸至中學理科教學，進而影響到人文學科、通識教育等。

綜上，實驗教育對近代歐洲教育變革起到了積極促進作用。近代教育變革時期的實驗教育，是近代科學教育的重要形式，帶動大量原用于個人科學研究、實驗的儀器、設備成為實驗教育的儀器、設備，并初步創建形成了近代實驗教學的模式和方法，為實驗教育進而為實驗教學儀器、設備發展打下堅實的基礎。

參考文獻

[1]波特.劍橋科學史：第四卷[M].方在慶，主譯.鄭州：大象出版社，2010.

[2]奈.劍橋科學史：第五卷[M].劉兵，江曉原，楊艦，主譯.鄭州：大象出版社，2014.

[3]克拉普.科學簡史：從科學儀器的發展看科學的歷史[M].朱潤生，譯.北京：中國青年出版社，2005.

[4]鄭青岳.模擬實驗及其開發[J].中學物理教學參考，1995（6）：46-47

[5]喬靈愛.論麥克斯韋對卡文迪什實驗室的創建與貢獻 [J].科學技術與辯證法，2006（4）：92-95.

[6]蘆立娟，張繼軍.物理實驗室的發展歷史和作用及啟示[J].大學物理實驗，2011（4）.