科學大師發現的起點

004　〔推薦序〕金字塔上的大石頭　　馬哲儒
007　〔推薦序〕追求真理的崎嶇路　　汪群從
009　〔自　序〕回到起初　　　　　　張文亮

012　〔化學〕深嘗知識的甜蜜──海爾蒙特與生理化學
026　〔物理與化學〕回到最起初的粒子──道爾頓與原子論
046　〔物理學〕博古通今一奇才──楊格與光的繞射
064　〔物理與化學〕阿爾卑斯山畔的小花──亞佛加厥與分子論
082　〔物理學〕優游於科學與文學的浪漫騎士──奧斯特與電磁學
098　〔物理學〕漫步在藍色多瑙河畔的學者──歐姆與電阻定律
110　〔物理學〕有愛才能出低谷──焦耳與能量不滅定律
128　〔自然科學教育〕大自然的邀約──露易斯與自然科學教育
142　〔生物學〕野花的美拭亮我的雙眼──弗畢綺與生物保育
156　〔自然科學教育〕將欣賞大自然的喜悅留給兒童文學──波特與小兔彼得
172　〔圖書館學〕讀書樂趣滿人間──威廉森與圖書館學教育
186　〔醫學〕聽，孩子的心聲──道希葛與兒童心臟醫學

203　〔附錄〕參考書目

科學與生命教育

　　如果將「當個老師」視為一種生命裡的投資，那將是一份穩賺不賠的生意，因為好學生永遠教不壞，壞學生可以教好，末了老師總是贏。祇是，當了多年的老師，我始終搞不懂為何有些學生會變好，由偏差的行為、錯誤的思想、不好的生活習慣、迷茫的閒蕩等，忽然轉過來，邁向正確的方向。
第三個耳朵

　　有些畢業學生，回來致謝時，我常搞不清楚他們致謝的緣由，但這對我有很大的幫助。當我進入教室，學生或睡、或打手機、或看漫畫、或低頭喝豆漿、或梳頭看鏡子、或用呆滯、空洞的眼神看著我，我也不受影響，因為這些學生還有「第三個耳朵」，我還可以對他們的第三個耳朵傳講。一個看不見的耳朵，卻仍與他們的心靈相連。

　　什麼是生命的教育？那是相信學生的心裡，有一個很重要的地方，可以被感動，可以被喚醒，可以產生徹底不同的質變，使他們可以看到什麼是價值？什麼是永久不變的愛？什麼是自己的有限？什麼是上帝永恆的眷顧？身為一個傳講者，永遠不知道這些變化，是如何臨到他們身上，如同一個撒種的農夫，不知道種子是怎麼生長的？但是持續去撒，有機會就撒，總會有收成。

多陪一里路的教育法

　　也許學生受感動，不是我們陪他們走一里路的時候，而是再陪他們走第二里路的時候發生。為此，成為一個生命教育的老師，總會多保持一點自己可支配的時間與體力，準備與學生走第二里路。如果，一時沒有學生需要陪時，回家多陪一下自己的配偶或孩子也不錯。

　　我以前認識我的女朋友時，我對她說：「我曾想過，以後要當省長、縣長或市長，認識妳以後，我祇想當家長。」她後來真的嫁給我。結婚二十多年來，我也一直樂在祇當個家長。若有行政上的兼顧，都是在妻子可以忍受的前提下才接受。長期擔任科學教育的工作，喜歡單純的生活，如同科學的法則或定律，都是單純。道爾頓（John Dalton,1766-1844）在一七○六年提出「原子論」時，寫道：「由原子當作物質組成的基本單位，就會發現整個的化學現象，為極度的單純。」

物理的原意

　　若將科學放入生命教育，可以讓學生瞭解，大自然的知識之美，是在單純。例如：物理physics其字源是phusis，意思是「讓光在黑暗裡」（light into the darkness），這字蘊含著光的運動，運動的現象，不管是星球、物體、電、磁、力、熱、音、光等都歸於物理學，這也成為物理學主要的內容。

　　但是，更重要的是我們教物理的人，必須相信學生能夠懂物理，學生在唸物理時，如同光照在黑暗中，過去不明白的，因著物理可以明白;過去看不清楚的，因著物理可以看清楚。更有趣的是，幾個單純的數學式，就能將大自然複雜的現象，解釋清楚。人算什麼，竟能透過物理，瞭解物質的基本道理。也能體會造物者（creator）的奇妙，祂一定先創造定律，我們才會發現定律；祂一定先用數學去創造，我們才知道數學可以解釋這麼多的事情。

尊貴的人

　　但是這些知識，雞不知道，狗不知道，豬不知道......萬物中祇有人知道，這實在是一件非常有意思的事，難怪愛因斯坦（Albert Einstein,1879-1955）寫道：「宇宙裡最大的奧祕，是人可以瞭解這個奧祕。」，也許物理最重要的證明，是在證明人的尊貴。

　　很可惜，後來的物理教育，太貼近計算，卻遠離數學之美；太強調定律的細節，卻漸失物理的單純；太偏重理論的應用，卻失去明辨是非，區分明亮與黑暗的本意。

愛是一切教育的基礎

　　物理教育為我們篩出了一批會考試的菁英，而傷害了許多的學生，無論會考試的或不會考試的，卻看不到物理的原意在使人認識生命的尊貴。

　　難怪能量不滅定律的發現者焦耳（James Prescott Joule,1818-1889）過世前留給學生一個紙條，上面寫著：「我的學生啊！若有人自認能了解歷史上的每一個大小事件，或能夠講出世界上的每一種方言，或能夠準確地敘述每一種形而上的觀念，或能夠解出所有科學與工程的複雜難題，但是若沒有愛，他將不知道如何把這一切放在正確的位置上。」。

帶著化學元素週期表去探險

　　「為什麼化學課本的第一頁，要印元素週期表？」我經常問學生這個問題。我所得到的回應常是「化學計算時比較容易查表」，「那是要背念的」，「提醒我們化學有多少元素」，「如果不印週期表，也會印別的。」等。「噢，有沒有人想過那可能是一張寶藏圖，化學課本講到許多眼前所見的物質或反應，都決定在那一張寶藏圖上看不見的元素。」我稍微提醒他們道。

　　「但是元素週期表，為什麼排成那個樣子？一點也不像寶藏圖？」學生回答道。「為什麼不像呢？」我總喜歡與學生對問。「寶藏圖總要有條路線在呈現。」學生的反應很直接。「誰說元素週期表上，沒有路線？」我說道，學生一片安靜。我讓時間靜靜地過去，讓學生留下一些思考的空間。

大自然的樂譜與和絃

　　「老師，化學週期表有一點像是樂譜，讓元素們掛在那個上面。」有個學生答道。「我喜歡這個思考的方向。」我拿起我的眼鏡，用布擦一擦後，緩緩地戴上，看了那學生一眼，才說道。「所以化學元素週期表，呈現我們看不見的元素，仍存在一個規律性，彷彿是音樂的和絃。」學生答道。「是啊！這是很有創意的思考路線。」我微笑道。「哇！太有趣了！」許多學生笑著回應著。

　　「聽，我剛剛聽到了『化學』的原意。」我像個音樂指揮家，總想抓住學生留在空中歡笑的音符。「沒有啊，我們剛剛祇是笑了。」學生大概認為我是個奇怪的老師，在他們熟悉的事上，總能聽到或看到一些新東西。「不！我實在聽到了。化學是chemistry這字的字根是chemi。chemi是歡呼的意思。所以化學不只是變化的科學，更是歡呼的學問。」我快樂的宣布道。「來，讓我們再想想看。」我繼續說道。

化學的原意

　　我知道，公元前五、六千年前，有一批前來埃及流浪的族類，他們在尼羅河畔，遇到一片黑色肥沃的土壤，他們快樂地喊著「chemi、chemi」。chemi是古埃及語「黑色土壤」，同時是「歡樂」的意思。迄今，研究土壤肥沃的學問，仍稱為「農業化學」（Agricultural chemistry）。

　　我站在講台上，一個耳朵嘗試傾聽著那古老的呼喊，另一個耳朵聽著學生學習化學時的心聲。我教化學已十多年了，我依然在揣摩與學習，如何讓化學成為學生的歡呼。其實，化學課本的每一章，都存在許多科學家的歡呼，例如在十八世紀初期，法國皇家科學會的雷蒙利（Nicholae Lemery,1645-1715）發現生命的組成，氣體是必需的成分，他創用「有機」（organic）一詞，來敘述化學，後來稱為「有機化學」。

啊！那個氣息

　　對許多學生而言，有機化學是一堆命名法、同分異構物、不同鏈狀化合物的合成等。「有機」在這時代用得很廣，但這不是雷蒙利的本意，有機organic的字源是organ，organ是管風琴，一種需要有空氣進入才能發聲的樂器，生命如同管風琴，要有氣息進入，才能產生生命活動，他將七世紀就有的古老樂器名稱，加個形容詞字尾ic，成為講述生命現象的一門重要學問。

　　很可惜，現代的學生，已經很少知道有機化學，背後的原意，更少人知道化學研究的著名期刊「美國化學學會期刊」（Journal of American Chemical Society）的創刊者，著名的「有機合成」化學家雷姆森（Ira Remsen,1846-1927） 他所寫道的： 「信仰是看得見的， 在選擇時，擇難不擇易， 選尊貴不選自私。 信仰是體會得到的， 軟弱時注入的勇氣， 沉悶時興起的飛揚， 悲傷、難過、失望時的安慰。 信仰是背負重擔時的喜悅， 一句上帝的話，就能跨越所有的引誘， 把一生的腳步， 定在單純、簡單的路上， 這就是信仰。」 一個老師的禱告

　　當我深嘗化學之美，瞭解化學的本意，我愈覺謙卑與渺小，當我站在講台上，會不會成為學生那股氣息之攔阻，會不會讓學生進入化學知識的大森林，以為認識幾棵小樹就夠了。

　　這也成為我上課之前，總會向上帝禱告的原因。我是誰？我怎配教導人，祂所創造的化學呢？願祂的氣息進入學生的心田，使他們成為真正的活人，有機的學生。 生物學的原意

　　生物學biology的字源是bio與logy，前者是「生命」（life）。後者是「說出來的道」（logos），所以生物學不祇是生物成長、代謝、繁殖、適應周遭環境的學問，更是能將生命說出來（speech out）。所以，能夠學習生物學，是非常榮耀的事。

　　將bio與logy組成biology，是1683年英國皇家科學會的德萊敦（John Dryden, 1631-1700）提出，以前探討生命的現象是用biotic，表示「活的」，但是德萊敦認為生命不是祇有「活」而已，更需要起初的道logos的表明。由於生物包括了許多化學與物理學的法則，又稱為「普通生物學」（general biology）。「普通」並不是普普通通，而是概括許多不同領域的內容在其中，一起來認識生命的奇妙。

生物科學與生命教育結合的濫觴

　　早在十三世紀，牛津大學的學術啟蒙者葛羅西特斯特（Robert Grosseteste, 1175-1253）就提出，每一個時代的教育，就是將學術重新組合，來回應文化，對社會有心靈改革的使命，他稱此為「新學習」（new learning）。葛羅西特斯特是劍橋大學的催生者，聖．法蘭西斯修會的修士，傑出的自然科學家，光線有「折射」現象，就是他提出來的。

　　他以植物學為例，他認為植物的存在有四種層次的教育功能：一、植物的用途，包括建材、景觀、燃燒、工具等。二、人可以用科學的邏輯去量測樹木的生長，觀察其特徵，探討其分類等。三、植物學有精確的法則，在彰顯造物主的榮耀。四、結合前三者來教育學生，培養他們的興趣，幫助學生的人格發展，豐富他們的心靈。

誤導的名詞

　　葛羅西特斯特的看法，對後來有很大的影響，迄今植物學，仍是生物科學裡的重要學門，但是中世紀時期的教育精髓，卻慢慢的流失。大學的產生是來自中世紀時期的修道院，普世第一所大學法國巴黎大學就是克律尼（Cluny）修道院的所在，當時的修道院也設立醫院，同時可以兼顧人的身、心、靈，這包括醫院照顧身體，大學培育心智，教會豐富心靈。很可惜的，現今許多書籍都稱那是「黑暗時代」（Dark Age），沒有什麼好探討的。將中世紀稱為「黑暗時代」是十九世紀中期才開始的，二十世紀以後的人，若要回顧早期科學與生命教育的兼顧，還要躍過那一塊擋在路中的絆腳石。

　　中世紀如果是黑暗時代？怎麼會產生大學？產生中學？產生雄偉的哥德式建築？產生音樂的音符？產生管風琴與許多樂器？產生醫學院？產生彩色玻璃的製造技術？產生地球儀？能讓挪威人航行到新大陸？能讓義大利的宣教士前來中國？能在海上的十幾個小島上建成水都威尼斯？能讓歐洲經歷多次瘟疫、戰爭，仍能保持土地肥沃的「三圃農法」（Three-crop System）？能建水車、風車？能育種出一流的佛罷倫斯葡萄樹？人類的知識是歷代的累積，怎麼能高舉一個時代的成就，就抹黑其他的世代。

生命感動生命

　　幸好，不同的時代，總有人想將教育工作，當成兼顧人身、心、靈的所在。例如十八世紀，著名的自然科學家果夫（John Gough, 1757-1825），他是一個瞎眼的人，他發展出一套獨特的教育法，用手的觸覺與鼻子的嗅覺，來教學生認識植物，他經常帶著學生在森林中，一邊散步一邊教學，他就是道爾頓（John Dalton, 1766-1844）的老師。

　　道爾頓寫道：「果夫老師是我的好朋友。」，又寫道：「有一天果夫老師拿一幅古典藝術作品，問道：『這幅畫是這個作家生命的表露，還是畫來給後人模仿的？學習藝術，是要像他的生命？還是模仿他的作品？那種學習比較好？』」道爾頓的一生，當了六十年的老師，一生教出了許多傑出的科學家，包括焦耳。

身、心、靈教育的結合

　　護理改革家南丁格爾（Florence Nightingale, 1820-1910），又重新恢復醫院成為照顧病人身、心、靈的地方，近代優秀的醫院，不祇是醫病的所在，兼具醫學教育的功能，也設有祈禱室。著名的教育家，文森（John Vincent, 1832-1920）牧師，推動教會與社區教育結合，在紐約的巧德桂湖（Chautauqua Lake）畔點燃了影響普世的教育者關懷學生身、心、靈的運動，這是近代許多學校開設「服務課程」的由來。

　　遺傳學之父孟德爾（Gregor Mendel, 1822-1884），他是奧地利聖．奧古斯丁修會的修士，同時是擔任十九年的高中老師，他在一八五六進行八年之久的豌豆實驗，發現遺傳學三大定律，幾乎是所有的生物學課本都會提到的。一八六八年，他成為捷克地區最大一門聖．奧古斯丁修會的院長，他晚年所做的是，開放修道院的大門，讓學生與附近的孩子到他的實驗田，他擔任解說員。

讓植物成為生命教育的體裁

　　我在學校也教生態學，每次教到「族群學」，就會遇到孟德爾的研究，我佩服孟德爾的科學貢獻，也常被他對學生的關懷所感動。二○○八年一月，教育部生命教育學科中心舉辦生命教育研習，我獲邀擔任「科學與生命教育」的講師，我用我喜愛的植物學為例，以自然觀察、科學史與生活點滴，串成上課所用的講義。我相信只要有愛，任何學科都可以成為關懷學生身、心、靈的所在。 迄今，我仍然在學校裡教書，能與學生接觸就充滿喜樂，即使上午九點一進教室，學生睡倒一片，仍然相信他們第三個耳朵，那是接近他們心靈的所在。