马之恒

收藏与历史

让·巴蒂斯特·佩兰与第一座科学中心的诞生

马之恒①

今年是世界上第一座“科学中心”——巴黎发现宫成立80周年。通过梳理法国著名物理学家、1926年诺贝尔物理学奖得主让·巴蒂斯特·佩兰的科研经历和科学教育经历，以及他创建发现宫的缘由和过程，揭示这一科学博物馆发展史上里程碑式事件的背景，可以看出让·佩兰的创新性科学教育理念及其对世界科学博物馆发展的影响。

科学中心；发现宫；让·佩兰；科学教育理念；实验演示型展览

今年是巴黎发现宫(Palais de la Découverte，又译作“探索宫”)成立80周年。发现宫作为世界上第一座科学中心(在中国也称为“科技馆”或“科学馆”)，是科学博物馆发展的里程碑。而它的创建，与法国著名实验物理学家、1926年诺贝尔物理学奖得主让·巴蒂斯特·佩兰(Jean Baptiste Perrin，1870－1942)所从事的实验物理学研究和青少年科学教育的经历密切相关。80年后的今天，当我们走进发现宫，仍然能够真切地感受到让·佩兰在科学教育方面的超前理念和实践探索，以及这些理念和探索对当代科学博物馆特别是科学中心的深刻影响。

一、让·佩兰的科研成就及重要贡献

让·佩兰于1870年9月30日出生于法国里尔，1891年进入巴黎高等师范学校就读，1894年通过资格考试成为物理学教师，次年又获得了学校物理实验室助教的资格。在法国物理学家路易·马塞尔·布里渊的指导下，让·佩兰开始了对阴极射线和X射线等当时物理学前沿领域的深入研究。同年，让·佩兰发现了阴极射线带有负电荷，这是他取得的第一项重要的科学发现，也是英国物理学家约瑟夫·约翰·汤姆逊在1897年发现电子的科研基础，[1]汤姆逊因此项成果获得了1906年诺贝尔物理学奖。

1897年，让·佩兰凭借一组关于阴极射线和X射线的物理实验成果，获得了巴黎大学物理学博士学位。第二年，他又和皮埃尔·居里竞争巴黎大学化学物理教师的职位。尽管让·佩兰的学术资历较浅，但他在巴黎高等师范学校学习和科研的经历，以及物理学教师和物理实验室助教的资格，令他在竞聘中占据优势。当时在巴黎大学任教的数学家、天体物理学家亨利·庞加莱也更青睐让·佩兰，由于庞加莱拥有极高的学术威望，他的意见很可能影响了竞聘负责人、物理学家加布里埃尔·李普曼。这两方面的因素，使让·佩兰最终胜出。[2]

在20世纪前期，让·佩兰完成了多项物理学研究，其中最为重要的是对布朗运动(悬浮在流体中的微小粒子无规则的运动)本质的实验证明，以及测定阿伏伽德罗常量(1摩尔的任何物质所含有的该物质的单位微粒数)。“原子论”这个如今已经被广泛接受的理论，在19、20世纪之交却饱受质疑，因为物理学界无法从实验上获得原子存在的直接证据。[1]让·佩兰通过一系列巧妙的实验，测定出精度在实验误差允许范围内的阿伏伽德罗常量，证实了原子的物理实在性。凭借这项研究成果，让·佩兰获得了1926年的诺贝尔物理学奖。他在这一项和此前其他研究中对物理实验设计的重视，在他后来筹划发现宫前身之时，成为他选择实验演示作为主要展示内容的动因之一。

让·佩兰的另一项重要科研贡献是1919年提出的恒星模型。他指出，太阳等恒星发出的光和热，来自于氢的核聚变反应。在4个氢核聚变为氦核的过程中，会出现质量损失，而这转化成了巨大的能量。这样一种机制，使恒星可以在数以10亿年计的漫长时间里持续产生光和热。20世纪30年代，这一理论成为美国物理学家汉斯·贝特和德国物理学家卡尔·弗雷德里希·冯·魏茨泽克工作的基础，使人类最终揭示了恒星产生能量的过程。[3]

20世纪30年代，让·佩兰与其他一些科学家共同奠定了法国国家科学研究中心(Centre National de la Recherche Scientifique，CNRS)的基础。[4]第一次世界大战使法国在人力和资源方面遭受沉重打击，加之科研体制僵化，法国的科学水平明显下滑，这样的局面使让·佩兰认识到为科学研究建立一个中央组织的必要性。[1]根据一份由让·佩兰起草、包括8名诺贝尔奖得主在内超过80名科学家签名的请愿书，法国教育部在1933年4月成立了法国高等科学研究委员会(Conseil Supérieur de la Recherche Scientifique)。20世纪30年代后期，让·佩兰曾担任主管科学研究的副部长，并在任内建立了法国中央科研机构(ServiceCentraldelaRecherche Scientifique)。这两个机构在1939年10月19日合并为CNRS。

另外，在1936年和1937年，让·佩兰还主持了巴黎天文物理研究所(Institut d'astrophysique de Paris，IAP)和上普罗旺斯天文台(Observatoire de Haute－Provence，OHP)的筹建工作。

二、从“朋友圈教育计划”到第一座科学中心

(一)“朋友圈教育计划”的遗产

让·佩兰创建发现宫的灵感不止源于自己的科研感悟，也与他曾经参与科学教育、尝试启迪少年儿童创新思维的经历有关。

20世纪初，因为面向公众传播科学的共同愿望，让·佩兰与一组同在巴黎的高知人士结为挚友。这个社交圈的核心人物包括让·佩兰本人、数学家埃米尔·波莱尔、物理学家皮埃尔·居里和玛丽·居里夫妇及物理学家保罗·朗之万。此外，还有未从事科研工作的两位女士:波莱尔的夫人、小说家玛格丽特·阿佩尔(笔名卡米耶·玛尔波，数学家保罗·阿佩尔的女儿)；让·佩兰的夫人亨丽埃特·佩兰－杜波塔(从事文字工作，20年代创作了“乔治”系列儿童图书)。

1907年，玛丽·居里(即居里夫人)注意到了法国小学教育中存在的一些问题。她认为，集中化的教学、机械式的背诵、过多的学业负担和冗长的上课时间，以及对体育、艺术和实验科学课程的忽视等缺陷，在很大程度上抑制了学生的天性，限制了他们潜在能力的发挥，并且使他们过于劳累。[5]经由居里夫人发起，社交圈中拥有学龄子女的家庭共同决定将子女从公立学校退学或不入学，由社交圈成员根据自己擅长的领域，对这些孩子进行启发式教学。其中，让·佩兰教化学，居里夫人教物理学，朗之万教数学，而让·佩兰的夫人教艺术。[5，6]

这一被后世称为“朋友圈教育计划”的教学活动，总共持续了两年。各位从教专家结合自身学术经验进行的言传身教，以及大量科学实验等动手实践的内容，使这些孩子通过观察和操作科学实验，自行发展出对创新的兴趣，并选定了各自的人生道路。居里夫人的长女伊伦·约里奥－居里后来成为核物理学家，并因为研究人工放射性的成果，与丈夫让·弗雷德里克·约里奥－居里共同获得1935年诺贝尔化学奖。让·佩兰的儿子弗朗西斯·佩兰也成为核物理学家，是20世纪50年代法国核能与核武器研究的关键人物。

而“朋友圈教育计划”实施，其实是一种全新教育方法的探索实践。这种由职业科学家为青少年乃至儿童演示、讲解科学实验的过程，不仅让青少年从亲身实践中获得了对于科学知识的直接经验，更可以使他们了解科学研究的基本方法和思想，以及现代科学体系的建立过程，从而激发他们对科学的兴趣。

在让·佩兰1937年为世界博览会设计的展览(亦即发现宫的前身)当中，我们可以看到一些来自“朋友圈教育计划”的遗产。对于面向青少年进行实验演示、传播科学家的科研经历，以及一线科研人员乃至科学家对青少年言传身教这三者的重要价值，让·佩兰都有着深刻的认识。

在博览会期间，让·佩兰用英国物理学家、化学家迈克尔·法拉第的故事形象地解释了自己的想法。法拉第出身于极为贫寒的阶层，没有受过正规的基础教育，早年做过报童和书籍装订工人。他在装订百科全书的过程中，读到了关于电学的内容，由此对科学产生兴趣并坚持自学最终成才，跨进了科研的大门；而后，他成为英国化学家汉弗莱·戴维的助手和学生，接受专业的科研训练；最终，法拉第发现了电磁感应现象并制成了世界上第一台发电机，成为人们景仰的“电磁学之父”。此外，法拉第在化学领域也有不少建树。在让·佩兰看来，如果不是偶然读到百科全书这个机缘巧合性质的事件，激活了法拉第热爱科学的“种子”，他就不会有此后辉煌的科研成就。

因此，基于法拉第的故事和“朋友圈教育计划”的实践，让·佩兰在1937年7月的一次谈话中指出:“我们需要鼓励那些紧密围绕着演示实验展项的青少年，让一种使命感(在他们心中)萌发，以重现法拉第从书籍装订工人成长为一国物理泰斗的奇迹。”[7]从这句话中可以看出，让·佩兰主张通过实验演示，以及青少年与演示人员间的充分互动，辅以对科学家或科研人员经历的讲述，激发青少年的科学兴趣，乃至引导他们投身科研。这一思想被让·佩兰倾注于发现宫之中，并成为世界各地科学中心科学教育的一大特色。

(二)从世界博览会到“发现宫”

1937年，巴黎第七次举办世界博览会。在策划阶段，总负责人埃德蒙·拉比对展会主题“现代生活中的艺术与技术”(Arts et Techniques dans la Vie Moderne)加以细化，提出两点要求:第一，展会必须将展品的魅力和实用性完美地结合在一起，突出这两重特质的密不可分；第二，考虑到当时的国际形势正趋于紧张，展会需要通过艺术与技术的结合，向全世界传递出呼吁和平的信息。此前为1900年巴黎世界博览会建设的展馆“大宫”(Grand Palais)，此次又被选定为1937年世界博览会的展览场地之一，并以“科学是人类进步的基石”为展馆主题。[8]

早在20世纪30年代初，让·佩兰就根据大宫负责人安德烈·列维尔提出的科学博物馆草案，预研在大宫建设科学博物馆的可能性。[9]1937年巴黎世界博览会的策划工作全面铺开之后，让·佩兰作为著名科学家和主管科学研究的政府官员，开始倾尽全力对这一草案加以细化，准备将它建成属于科技的巴黎新地标，就像1889年的世界博览会留下了埃菲尔铁塔一样。他仔细思考了这座未来会占据大宫西翼的科学博物馆应该具有的精神内涵:它是一处向来自世界各地的参观者进行科学普及，特别是介绍基础科学的几个主要领域及其研究方法的场所；对于参观者来说，最为珍贵的体验，应该是亲眼看到科研人员一步步动手完成实验的过程。[8]

基于以上这些认识，让·佩兰将大约25000平方米的展示场地划分为6个区域，分别展示数学、天文学、物理学、化学、生命科学和医药学等领域的科学实验与成就。每个区域之内，再根据学科之下的不同研究分支，划分成一个个相对独立但又互有联系的展示区块。

在展示内容的选择上，让·佩兰主要选择两类展品。第一类展品是体积巨大，可以带来“奇观感”的前沿科研设备，用来唤起人们对基础研究的关注。[8]例如，当年重要的核物理研究设备，超过两层楼高的范·德·格拉夫起电球，就被安放在展馆入口大厅的穹顶之下，以吸引人们参观。

第二类展品，则是可以由专职人员进行现场演示的科学实验。如前所述，让·佩兰尤其看重这些演示实验对参观者，特别是青少年群体的价值。[8]因为，观看实验的过程有助于让青少年了解科学研究的方法，并可以培养他们的求知欲，使他们在未来有可能更好地认识世界和实现个人价值的提升。出身于寒门的青少年，只要心中热爱科学的“种子”被激活，便有可能通过不断学习和投身于科研改变自己的命运，而科学实验演示会为他们提供“激活种子”的可能性。

不仅如此，让·佩兰要求演示人员尽可能不要在开始阶段进行理论阐释，这其实是他个人科研风格的写照。在开始每一项新研究时，让·佩兰通常先设计和进行实验，之后再去查阅文献，以免被前人的思路左右。他认为，自己早年对阴极射线相关研究的成功，正是因为没有读到德国物理学家海因里希·鲁道夫·赫兹相关研究的论文，才没有被赫兹“阴极射线不带电”的错误结论所影响。[1]因此，让·佩兰希望观看演示实验的青少年也不要被前人的理论“先入为主”，而是要通过观察实验完整体验科学探索的过程。

让·佩兰策划的科学展示，在世界博览会上大受欢迎。从5月25日开幕到11月25日闭幕，这一展馆的参观者高达2293252人次。博览会闭幕之后，法国政府很欣赏让·佩兰的创意，决定永久保存这些展品和展区设计，并将大宫的这一部分命名为“发现宫”(Palais de la Découverte)，于1938年7月11日(法国国庆节前3天)重新向公众开放。[8]当时为博览会设计的以科学实验演示为主的展览风格，也在发现宫里得到保留。一种全新概念的科学博物馆——“科学中心”就此诞生。

三、“后佩兰时代”的发现宫

(一)战后重建与国际交流

发现宫诞生于第二次世界大战全面爆发的前夜。1940年6月巴黎被纳粹德国占领后，尽管面临物资和电能供给不足的困境，发现宫仍然维持开放。直到1944年8月23日盟军收复巴黎时，德军发射的燃烧弹击中大宫并引起了火灾，[10]发现宫才被迫闭馆，以免展品遭受损失。

在德国击败法国后，让·佩兰作为著名的反法西斯人士，不得不离开法国开始流亡，1942年4月17日病逝于美国纽约。

第二次世界大战之后，法国急于重振民族自豪感，修复大宫和重新开放发现宫很快提上了议事日程。1946年，联合国教科文组织在巴黎成立，使发现宫得到了重拾国际化视角的契机。尽管让·佩兰已经辞世，但他的遗志藉由发现宫被保留下来，并且一直传承到今天。

早在发现宫建立之初，让·佩兰就希望它不仅是面向公众特别是青少年的科普展示场所，而且是科学家交流学术思想和发展友谊的平台，以及跨国学术交流的桥梁。1937年巴黎世界博览会开幕之后，他就开始邀约朋友中的诺贝尔奖得主，并组建了一支包括11名诺贝尔奖得主的团队，拟出席1939年的纽约世界博览会。[7]1938年发现宫开放的时候，也同样被赋予国际学术交流的职能，以期增进欧洲各国对法国科学家和科研成就、科研思想的了解，同时也展示外国科技工作者的成就和科研经历。但紧随其后的第二次世界大战，打断了所有的国际交流计划。

随着欧洲战事结束，国际交流很快重启。发现宫举办了关于青霉素的特展，向公众介绍英国生物化学家亚历山大·弗莱明发现青霉素的过程，以此向这项在战争期间挽救了千千万万伤员生命的伟大发明致敬。[7]1946年秋，为庆祝联合国教科文组织正式成立，发现宫举办了一次由10个国家参加的前沿科学特展，向公众介绍核物理学、遗传学、气象学等当年的科研热点。[7]

从这时开始，发现宫逐渐重拾让·佩兰的国际化科普视角，在1947年推出了关于法国微生物学家路易·巴斯德的特展，并在4月9日至5月26日赴英国伦敦展出。[7，11]这是发现宫策划的首个面向外国参观者的特展，选择巴斯德作为主角，既是因为法国以巴斯德的科学成就为荣，又是因为巴斯德的工作与英国医学界有着千丝万缕的联系。[11]巴斯德对狂犬疫苗的研究，借鉴了英国免疫学家、牛痘疫苗发明者和推广者爱德华·琴纳的成功经验；而巴斯德关于微生物的研究成果，又启迪同时代的英国外科医师约瑟夫·李斯特发明了外科消毒法，大幅降低了手术的死亡率。

这些国际间学术传承与启发的实例，不仅使英国人对巴斯德有亲近感，也有借古喻今之意:英法两国在历史上曾经彼此敌对，为利益而争斗；但科学家怀着造福人类的理想，超越了国家之间的政治纷争，乐于接纳异国同行发现的真理。[11]而对于20世纪上半叶经历了两次世界大战、已经满目疮痍的欧洲来说，国际合作科研攻关仍是应对未来挑战和实现复兴的必由之路。

巴斯德特展的成功，为发现宫在1948年从英国引入关于戴维和法拉第的特展铺平了道路。如前文所言，让·佩兰生前曾希望发现宫的科学实验演示能够使青少年热爱科学，投身于科研乃至成为科学大家。因此，这次特展在介绍两人的科学贡献之余，更多地聚焦于法拉第凭借兴趣和努力自学成才、打破社会阶层的奇迹，带有强烈的励志色彩。[7]这样的展示角度，使展览显现出一种实现让·佩兰遗愿的情怀。

(二)“让·佩兰俱乐部”的诞生

让·佩兰的工作重心在第一次世界大战后逐步转向公众科技传播方面，至1937年设计完成发现宫，达到其科普生涯的顶峰。这样的工作重心调整，很大程度上归因于他对第一次世界大战造成的损失令法国科技实力衰落的认识。[1]他也希望通过科普引导公众特别是青少年关注科学，为法国保留重回科技巅峰的可能性。

第二次世界大战再次使法国遭受重创，让·佩兰生前所预见的法国科技实力下滑局面，在战后变得更为严重。当时间进入20世纪60年代，面对美国和苏联科技水平的飞速提升，法国认识到科普方面需要进一步发力。发现宫着眼于让·佩兰生前最为重视的青少年群体，决定在展览区域之外，由职业科学家为有志于科研的青少年提供更有深度、更专业化的实验演示，以及科学思维的训练，使他们拥有更好的体验科研的经历。[12]

1965年，基于这一设想的“让·佩兰俱乐部”在发现宫成立。该俱乐部招收14～18岁的青少年，在发现宫的教室里进行活动，由来自不同学科的科学家为他们提供距离更贴近、互动更丰富的实验演示；此外，俱乐部成员可以在实验室里自行开展各自的研究课题，并参加俱乐部组织的野外考察、旅行和参观(研究机构)等活动。[12]可以说，俱乐部是对让·佩兰早年参与的“朋友圈教育计划”的一种“复活”，只不过它针对的是年龄略大一些的群体。让·佩兰对青少年科普和科学兴趣培养的重视与期许，被发现宫传承下来。

(三)寻求历久弥新之道

从1937年直到今天，发现宫的展示内容因为科学本身的进步和展示手段的演进而多次扩充；与此同时，它也积累了大量珍贵的科技史文物。按照让·佩兰最初的构想，发现宫不进行文物收藏，而只是对科学探索的过程加以展示。但由于让·佩兰的学术声望和他参与创建法国国家科学研究中心(CNRS)的经历，发现宫参与了很多法国乃至世界科技史上的重大事件。与这些事件相关的物品，以及从开馆之时留存至今的一些展品，比如让·佩兰亲手为发现宫制作的一具阴极射线管，如今都弥足珍贵。

尽管如此，让科学实验演示更为鲜活、更具启发性，仍然是发现宫面对未来挑战的首选策略。发现宫对液氮相关演示的重视，就体现出这样的态度。2015年1月，在解决了一些技术问题之后，发现宫恢复了曾一度中断的液氮演示。通过重新设计演示内容和提前一个月进行的反复推演，它一经推出便成为最受欢迎的演示项目之一。[13]

这项演示实验的目的，是为了让参观者了解液氮的性质和气体的液化，而且要完全避免知识灌输。虽然演示者只说法语，但丰富的表情和肢体动作，超越了语言的隔阂。演示中有3个紧密相连的环节尤其能引人深思:演示者首先将洋葱、白菜一类的蔬菜放进液氮里，冻一段时间再拿出来，将它们像玻璃一样摔成碎片；而后，演示者挽起袖子，将自己的手掌迅速插入液氮当中再立刻抽出来，却是毫发无伤；最后，参观者们可以伸出自己的手，让演示者依次浇上一汤匙的液氮，亲身体验这项看似危险实则无害的实验。后两个现象的成因，是由于莱顿弗罗斯特效应，手掌附近的液氮会被体温蒸发成氮气，暂时形成很薄的隔绝层，保护手掌不会被冻伤。但演示者并不会在演示前直接讲解这个科学概念，而是引导人们思考手掌和蔬菜不同结局的原因，继而通过自学去“拉直这个问号”。

如今，发现宫走过了80年的漫长历程，但它仍未显出老态。它将让·佩兰当年的构想和模式，与适应现代社会接受习惯的创意结合起来，为展览和教育活动赋予历久弥新的气质。今天的发现宫致力于鼓励尽可能多的法国人乃至欧洲人关注科学，对身边的世界充满好奇心，感赞于科学的进步，最终逐渐习惯以科学的逻辑来思考问题。[14]对于法国和欧洲来说，让公众特别是青少年拥有这些思维方式，就意味着在未来的全球竞争中保持优势。

让·佩兰既是伟大的科学家，又是科学中心的开拓者。在让·佩兰创立发现宫之后32年，美国物理学家弗兰克·奥本海默在1969年创立了另一座重要的科学博物馆，位于旧金山的“探索馆”(Exploratorium)。一些学者主张把两家科学博物馆共同视为科学中心的源头，这是因为，两家科学博物馆之间，存在着值得玩味的精神内核联系与传承。与让·佩兰一样，弗兰克·奥本海默也是实验物理学家，并且有从事青少年科学教育的经历；他的建馆思想，也在一定程度上受到了发现宫的影响。

如今，在世界各地已有数千座科学中心拔地而起。每当我们走进一座科学中心，都会感怀让·佩兰为科学探索和科学普及所贡献的一生。他的科学教育理想和理念不仅成为现实，而且延续到80年后的今天，在世界各国开花结果，并使全球的亿万公众从中受益。

[1]王媛媛.让·佩兰在19－20世纪之交对物理学发展的重要贡献[D].北京:首都师范大学科学技术史专业，2005.

[2]Micheline Charpentier-Morize.Jean Perrin，1870－1942:Savant et Homme Politique[M/OL]. Paris:Belin，1997:28.

[3]Don Selle.Why the Stars Shine[J/OL].Houston Astronomical Society，2012，10:8.

[4]CNRS Le journal.Le CNRS a 70 ans[EB/OL]. http://lejournal.cnrs.fr.

[5]郑艳秋，朱幼文.科学女人[M].海口:海南出版社，2001:37－40.

[6]Micheline Charpentier-Morize.Jean Perrin，1870－1942:Savant et Homme Politique[M/OL]. Paris:Belin，1997:33－42.

[7]Le Palais de la découverte.Le Palais de la découverte a 80 ans![EB/OL].http://www.palais-decouverte.fr/au-programme/evenements/histoire-du-palais/1946－1951.html.

[8]Le Palais de la découverte.Le Palais de la découverte a 80 ans![EB/OL].http://www.palais-decouverte.fr/au-programme/evenements/histoire-du-palais/1937－1938.html.

[9]Universcience.Palais de la découverte.[EB/OL]. http://www.universcience.fr/en/about-us/palaisde-la-decouverte/.

[10]Le Palais de la découverte.Le Palais de la découverte a 80 ans![EB/OL].http://www.palais-decouverte.fr/au-programme/evenements/histoire-du-palais/1939－1945.html.

[11]The Pasteur Exhibition[J/OL].British Medical Journal，1947，4，19:542.

[12]Le Palais de la découverte.Le Palais de la découverte a 80 ans![EB/OL].http://www.palais-decouverte.fr/au-programme/evenements/histoire-du-palais/1962－1966.html.

[13]Le Palais de la découverte.Le Palais de la découverte a 80 ans![EB/OL].http://www.palais-decouverte.fr/au-programme/evenements/histoire-du-palais/2012－2017.html.

[14]Universcience.Universcience[EB/OL].http:// www.universcience.fr/en/about-us/universcience/.

Jean Baptiste Perrin's Contributions to the Establishment of the First Science Center

Ma Zhiheng

In 2017，the first“science center”in the world，the Palais de la Découverte，was founded in 80thanniversary.The article summed up the research and scientific education experience of Jean Baptiste Perrin，the famous French physicist and the 1926 Nobel laureate in physics，as well as the reasons and process that he created the Palais de la Découverte.The article demonstrated the background of this landmark event，Perrin's innovative ideas in science education and its influence on the development of science museums.

science center，the Palais de la Découverte，Jean Baptiste Perrin，innovative ideas in science education，experimental demonstration exhibition

①马之恒:自由撰稿人，原《北京科技报》记者；研究方向:博物馆展览，科技史，科普创作；通讯地址:北京市海淀区双榆树北里三号楼606房间；邮编:100086；Email:free163abc＠163.com。