3 新科学为科学教育奠基
科学发展为推动新科学融入教育提供了强大活力 一般被认为始于17世纪的科学革命，经过几代人的努力，到19世纪取得巨大成功，收获了一系列辉煌的成就。许多化学元素被发现，化学工业开始出现，化学理论日益完善;牛顿体系达到其完美的顶峰，电学和热学研究实现理论化。伴随这一进程，科学从哲学的母体中分离出来，科学教育进一步分化成各种学科，教育得到进一步发展。各种自然科学学科如物理、化学、生物学、地质学等皆逐渐成形，并影响到社会科学的诞生与重塑（包括社会学、人类学、历史学等）。科学技术的发展，新的自然科学理论的完善，为人们的思考和判断提供了新的思想武器，使理性學说有了科学的依据，同时为科学教育注入强大的生命力。人们认识到人类社会是不断进步的，自然是可以认识的。
1801—1900年，西欧科学技术获得突飞猛进的发展。这一期间最显著的是西欧与北美因工业革命促成的技术与经济上的进步，工业化得到进一步发展。蒸汽机的发明引发火车的普及，使交通运输大众化;电力工业开始出现，发电机、电动机、电灯、电报、无线电相继问世;大型企业快速形成，逐渐形成规模不断扩大、居民更为稳定和集中的新兴城市。
19世纪30年代，德国植物学家施莱登（1838年）和生物学家施旺（1839年）分别创立植物和动物细胞学说;19世纪40年代，德国青年医生迈尔发现能量转化定律;19世纪50年代，达尔文提出生物进化论，这一理论自18世纪沃尔弗对物种不变提出异议（1759年）时起，在大约百余年的时间里，经过拉马克等人不断研究，最后由达尔文完成并在1859年出版《物种起源》，阐述了以自然选择学说为主要内容的生物进化理论。列宁指出：“达尔文推翻了那种把动植物种看作彼此毫无联系的、偶然的、‘神造的’的东西的观点，第一次把生物学放在完全科学的基础上。”[4]
新科学的发展伴随着近代科学体系的建构，如化学逐渐从医学中脱离出来，生物学逐渐从博物学中分离出来……以牛顿体系为代表的自然哲学的新方法不仅在科学中彰显威力，而且被积极引进科学之外的社会问题的研究中，乃至塑造了人们的思维方式。达朗贝尔描述了他所目睹的自然哲学中的革命：“我们的世纪被称为卓越的哲学世纪……新的哲学方法的发现和应用，与各种发现相伴随的那种热情，宇宙奇观在我们身上引起的理念的某种提升―所有这些原因造成了心智的强烈的骚动，就像冲破了堤坝的江河一样从各个方向蔓延穿透大自然。”[5]18世纪的科学深深地渗入当时的文化和社会语境之中，用本-戴维的话说，到18世纪末，社会科学的思想潮流都使用了科学探究的原则，二者都觉得摆脱了传统的权威，只对科学程序和科学方法的权威负责[6]。
科学分科无疑是一大进步｡同时，科学分科对科学教育及教育技术装备发展的意义显然也是不言而喻的。“有足够的证据说明，18世纪的科学教育经受过剧烈的动荡。开始，传统大学和学院的物理学课程内容和表述方式都被重新调整了。自然哲学被认为是因果性的科学而停滞，物理学被分为两组学科，其研究内容更准确地反映当时的实验哲学。一种仍叫物理学，在人文学院或哲学学院讲授，但是这个学科的范围大大受到了限制，主要覆盖着包含在亚里士多德的《物理学》《论天》等著作中的问题。这种物理学在牛顿的影响下，现在以数学和现象论的方式进行研究。另一组学科包括一群根据亚里士多德其他著作的材料而界定出来的难以解释清楚且不稳定的科学，包括化学、解剖学、地理学、矿业学、植物学和动物学（后四门通常被归为博物学），它们并没有被数学化。”
自然哲学的分离之路开启之后，自然科学的不同分支又同归于一个制度范畴中，通过创建单独的院系，使得不同分支之间的结合变得更加容易。比如在比利时—荷兰，当1815年哲学学院分成两个学院时，化学也被移出医学院。在那时，工程科学首次在大学得到确立，比如1838年英国新建的达勒姆大学学院和伦敦国王学院。在辅助医学科学中，只有解剖学仍属于医学课程。这反映出如下事实：从18世纪末，尤其是随着法国大革命中新医学学校的建立，解剖学教学已不再是一个单独的描述性科学，而是生理学和病理学研究不可分割的整体的一部分了。
19世纪以前，人们曾采用树枝形的系谱来描述科学系统的结构，19世纪中期以后又出现跨学科的综合性研究，如能量守恒定律､进化论等｡世纪之交，各学科更加强了相互联系和彼此渗透，既高度分化又体现了高度综合，产生一批综合性的学科，如物理化学､分子生物学等｡这些新学科既以特定的客体为研究对象，又采用其他学科的理论和方法，从而形成新的特色｡
1800年，在英语中，“科学”这个词包含所有有条理的知识，而“艺术”则包括加工制造和工程在内。“科学家”（scientist）这一英文单词是由剑桥学者威廉·惠威尔于1834年所杜撰的，后来它指的就是一类专家和一种职业。这一名词的诞生也从侧面表明了19世纪科学的巨变。19世纪下半叶，基于自然的基本物理学法则的知识接近形成。从拉普拉斯以来关于占统治地位的世界之决定论的机械观点消失了，取而代之的是一种不确定的世界，其中对自然的多数基本实体探索的一切尝试都会伴随着佯谬（paradox）。结果至少是在许多科学家、神学家之间开始形成彼此相对分离的关系，产生一种在和平共处的努力中去追求各自分离的目标的崭新的热情，柏拉图“一切真正的问题都有一个而且只有一个真正的答案”的理想开始受到质疑。19世纪末，物理学的发展导致了相对论和量子力学在20世纪初的形成，使科学界承认，对于实在的理论表述是一项远比从前辈们那里继承要复杂得多的事业。关于占统治地位的世界之决定论的机械观点消失了，取而代之的是一种变化着的不确定的世界，这使人们的信心不断增强，激励着科学持续不断去探索，这种探索又为科学教育发展不断注入新的活力。
教师：科学教育发展的核心问题 17世纪的科学革命和科学建构为即将到来的科学教育时代准备了一支卓越教师人才队伍，这支队伍中的很多人都具有深厚科学素养，很多人已经是一流科学家，或正在成长为卓越的科学家。事实上，近代社会变革和科学革命不仅培养出大量的艺术家、哲学家、思想家、政治家、历史学家，同时涌现出一大批献身于教育的一流科学家。早期科学的各学科中，即使是那些以研究为其职业目标的人一般也都曾投身教育，或是教师，或是实验师。正是由这样一批科学家或科学工作者为主所形成的科学教师队伍，持续推动了科学教育的发展。现在看来，没有科学革命，可能很难诞生出像哥白尼、达·芬奇、伽利略、开普勒这样的科学人才;而没有像他们这样一批一流的科学人才投入科学教育，可能也就没有近代意义上的科学教育，近代教育的产生和发展可能也就流于空谈。
尽管科学教育似乎总是需要有一些特定的、才华横溢的人，但也看到近代早期科学家选择做一个教授非传统科学的科学教师，其实是一个处境困难的职业，进入教育并非如现在人们想象那样顺理成章，而是多有磨难。
事实上，尽管科学教育活动早已有之，但在17世纪以前，人们很难把科学和哲学区分开来，同样也很难描述何为科学家或科学教师。17世纪初，除了一些医生，实际上很少有哪个一流科学家具有大学教授职位。虽然并不是所有的科学家都如此，如牛顿，他们中的最伟大的科学家，在剑桥大学担任数学教授是不多的范例，但当时大部分一流的科学家并不被大学接纳，大多数科学家都在大学以外工作。总的说来，在这个世纪里，那些伟大的科学家很难在大学从事科学教育，有才能的人未必拥有科学教师职位，当然，他们的作用也很少在科学教育中得到发挥。牛顿没有使剑桥成为科学中心，牛津的萨弗利教授们也是如此。同时，现在称之为科学的观念直到在17世纪末仍未完善，17世纪自始至终一直笼罩着谴责大学的气氛，“人们似乎都在强调传统知识的持续统治地位”。
一方面，这些岗位曾一度是无薪的，他们负责向学生传授重要的研究成果，但无薪水保障，唯有教书的权利。在德国，“无薪大学教师”（privatdozent，是在日耳曼语国家的大学中的一种职位，任职者的报酬来自学生学费）证明了自己的确有研究能力，才能获得教书的权利;但此后要谋生，就得有能力吸引足够多的学生，以使自己有一份尚可的收入。对于许多在学术道路上一级一级上升的人而言，或对学生尤其对外国学生来说，这一制度则似天赐之物，因为一般教他们的就是这些无薪大学教师，而且常常是用学生自己的语言教学。
另一方面，近代初期，新科学人才在传统大学结构中难以被接纳。近代之前的欧洲大学，所有的教师都是牧师，大部分学生将来都会任神职。在中世纪的大学里，亚里士多德“洗礼”成了基督徒，并被贴上无数论著中所称的”哲学家”的标签。到1600年为止，学校的基本特征很少发生变化。在文艺复兴的影响下，虽然也有其他经典著作被引入课程，但大学并非新知识的中心。学校的单单培养牧师的性质开始减弱，但是其培养基督教士的功能依然存在。在1600年，各大学聚集了一群训练有素的知识分子，但他们中有相当部分并不乐见近代科学的到来，并将其视为对正统哲学和所信仰宗教的一种威胁。
科学革命的发展促进了上述不合理情况的改变。17世纪的科学建构，不仅带动了对科学观念的重新阐述，而且带动科学教育作为一种有组织的社会活动又大大前进了一步。到那时为止，事实上西欧不仅有一些无疑可以被冠以科学家之名的科学教授、教师或实验哲学家，而且有一些由这些人所组成的近代科学教师群体，此外，他们也并非经常单个地、孤立地进行工作，而是尽可能与许多致力于同样教学研究的人进行有效的交流。因而，在这些先驱者们奋力开拓耕耘的各个学科领域里逐渐生长起一支专业的、有较高科学素养的、主要由科学创建者们组成的职业科学教师队伍。
科学人才不断进入科学教育，推动着传统科学教育格局的改变。职业科学家群体进入教育成为最早的科学教育师资，对于科学教育的重要意义是不言而喻的。他们创建了最初的一批近代意义上的科学课程，带动科学课程成为教育不可或缺的基本内容;科学发展又使各个国家对科学教育的观念和态度发生转变，这样两种因素共同构成近代科学教育发展的生动图景。
职业科学家群体进入教育，成为最早的师资 虽然“18世纪初欧洲和美洲的学院和大学中的科学教育结构几乎没有什么改变，研究自然科学的人数大概没有增加”，但为使大学和学院重新回到科学的中心，少数进步的大学、机构开始接纳那些赞成前沿科学精神和内容的意见和个人。实验和数学上的牛顿学说逐渐渗入大学文化，尤其是荷兰的大学，更是作为先进的科学教学中心而声名远播，这主要是因为莱顿大学（当时西欧最著名的大学之一。莱顿，Leiden，荷兰西南部城市）的威廉·雅各·范·格雷弗桑德（1688—1742）的工作和著作，他主张运用实验来讲授自然哲学。1715年，格雷弗桑德作为一个国家代表团的成员访问英格兰，并在那里会见了牛顿。两年后，在牛顿的帮助下，他被任命为莱顿大学的教授。在伦敦逗留期间，格雷弗桑德被选为王家学会会员，并且有机会出席霍克斯比·韦斯顿的示范讲演。他是莱顿大学诸多著名的科学教授之一，包括布尔哈夫和戈比厄斯在内，这些人帮助该大学成为全欧洲著名的大学。
在法国，王家學院（1530年建）经历了一系列的改革（尤其是在1774年），发展了解剖学、天文学、植物学、化学、数学、力学、实验物理学和“普通”物理学等学科课程教学，在这些领域增设了很多教学职位。这些改革使王家学院成为法国高等科学知识和科学教学最重要的场所。
苏格兰的大学同样作为开明的机构而闻名于世，由于有诸如爱丁堡大学的约瑟夫·布莱克这样的教授，来自欧洲各地的学生都涌入苏格兰的大学学习，尤其是学习医学。
18世纪中期及19世纪，科学发展使科学教育逐渐进入教育的中心地带，教育发展急需大量科学人才补充形成新的科学教师队伍，以与教育和社会发展的需求相适应，在科学教育建制化背景下，情况又一次发生根本转变。
英国的大学在吸收新科学人才方面表现出一定的体制灵活性，至少与欧洲大陆大学的大多数情况是不一样的。较之别的大学，英国的大学较早开始积极接受新科学人才。牛津早在1619年就分别在地理学和天文学设立了两个萨维尔（Savilian，即各科教授席位），两年后，赛德尔设立自然哲学教授职位。1663年，剑桥设立卢卡斯数学教席。至17世纪末，剑桥、圣安德鲁、爱丁堡、格拉斯哥和牛津等地都有了捐资设立的教授席位。剑桥大学在1731年设置地理学教授的伍德沃德席位。
法国在巴黎建立有世界闻名的工业学校，学校里设立了许多与机械关系密切的教学科目，这些科目都是由政府任命的教授来担任的。柏林和维也纳也有同一类型的学校。
18世纪初期，在传统学科中，医学方面只有著名的帕多瓦、巴黎、蒙彼利埃和莱顿等少数几个医学院充满生机，大多数医学院死气沉沉，只有少量的学生和一两个教授。随着这个世纪的推进，医学在更多的大学中成为固定的专业，如布达大学在1769年也开始建医学院，一些新的，尤其是在哈雷、哥廷根、爱丁堡、维也纳和巴伦西亚重组的学院开始成为医学学习的中心。在医学院，在1700年作为描述性课程来讲授的化学成为着重于研究物质结构的新型分析性大学学科，它的原则与物理学的那些原则一样，通过一系列证明性的实验来解释。这些课程后来向地球和生命科学演变，尤其是化学课程。其中像爱丁堡的威廉·卡伦（1710—1790）和约瑟夫·布莱克（1728—1799）等部分教授，注意力开始放在药剂学与农业的用途方面，这门课成为综合化学理论和化学实践的讲座课。
数学在新的科学教育体系中受到重视。当科英布拉大学在1772年重组时，就建立了一个独立于哲学系的数学系。这样，该专业的范围涉及与其相关的学科，比如建筑和设计，教学包括实用数学的教学。随着数学在新的科学教育体系中受到重视，那些曾与世隔绝的科学院院士们则被推向一个新角色——为国家培养技术精英，这项任务促进了他们清楚地传递数学思想的能力。因此，19世纪中期，法国和德国的领头数学团体的研究趋向开始转向数学领域中的“纯”理论研究。到1900年，高等师范学院取代理工学院，成为法国新一代数学精英的主要培养基地。
1800年之后，在法国大革命的觉醒中引发了深刻的政治和社会变革，进而重塑了欧洲科学和高等教育机构。基于对科学、技术知识的掌握，社会进步的启蒙思想鼓舞了这一時期的教育改革，使拿破仑时期巴黎的科学活动释放出空前活力。如拉格朗日这样一些科学家在整个过程中都扮演了重要角色。格拉斯哥大学教授汤姆森为了帮助学生掌握知识，每周开设一次实用科学知识讲座。1864—1865年间，当时任伦敦大学英王学院自然哲学教授的麦克斯韦则利用晚上时间专门开设电磁学方面的课程。
以化学为例，在瑞典，从1750年开始，所有的人文学院都设立了化学教授席位，其中帕多瓦人文学院的化学席位开始于1759年，实验农学席位开始于1761年。1771年，博物学席位在帕维亚建立并授予动物学家拉扎罗·斯帕兰让尼（1729—1799）。博物学教学对医学院来说是一个新的分支，因为传统兴趣在于非人类生命形式的医学院一直局限在植物学范围中。然而从18世纪中期开始，一大批植物学教授席位被赋予更多的责任。少数学院开始授予独立的博物学教授职位，占有这些席位的教授讲授不同的课程，这些课程最终形成不同的学科，诸如气象学、水文地理学、地理学、矿物学和动物学。
新学科的开设，如果没有新的科学教师职位是不可想象的。课程的变化及数量的增长，不仅反映了科学教育规模的变化，更意味科学教师数量的大量增加。到法国大革命前，化学学科的教授职位设置就很普遍了。如在德意志，1720年只有六个讲授化学的教授，到1780年就有28个了。