馬之恒

創(chuàng)立于1937年的法國巴黎發(fā)現(xiàn)宮(Palais de la Découverte)，作為世界上第一座成熟的科學中心(在中國也稱“科技館”或“科學館”)，是科學博物館發(fā)展的里程碑。但在此之前，科學中心的部分核心元素，比如面向公眾進行有解說的科學演示實驗、基于科學原理和科研儀器創(chuàng)制展品、通過引導觀眾觀察科學現(xiàn)象以學習科學等，都已經(jīng)出現(xiàn)并逐漸走向成熟，并被認為是傳播科學的有效手段。

20世紀初，西班牙發(fā)明家費朗·阿爾希那·帕萊雅達(Ferran Alsina i Parellada，1861—1908)(見圖1)在建立科學教育機構的過程中，進行了集成這些成功經(jīng)驗的開創(chuàng)性工作。他創(chuàng)立的“導師”(Mentora)實驗室，具有科學中心特征，旨在面向公眾進行科學展示與傳播，特別是服務于青少年科學教育。這座互動實驗室的誕生，與阿爾希那所處的時代及個人經(jīng)歷密切相關。

圖1 費朗·阿爾希那·帕萊雅達

一、 阿爾希那和他生活的時代

1833年，西班牙第一座使用蒸汽機提供動力的工廠，在西班牙東北部加泰羅尼亞地區(qū)的首府巴塞羅那建立。以此為標志，加泰羅尼亞在19世紀中葉成為西班牙工業(yè)革命的發(fā)源地[1]76。1848年，西班牙第一條鐵路在巴塞羅那與馬塔羅之間開通[1]77，加泰羅尼亞作為西班牙工業(yè)革命引擎的地位由此得以確立。直至19世紀70年代，巴斯克地區(qū)的鋼鐵工業(yè)興起[2]，使加泰羅尼亞的優(yōu)勢地位有所下降。

1861年，阿爾希那出生于巴塞羅那，他的父親經(jīng)營著一家小型紡織廠。在阿爾希那的青少年時代，巴塞羅那已是一座典型的工業(yè)城市。與當時很多家庭背景類似的同齡人一樣，阿爾希那在成年之前，就由父親傳授了關于各種生產(chǎn)機械的工作原理以及管理工廠的知識，并被送往英國和德國的紡織廠進修[3]。他在20歲生日前夕回國，進入加泰羅尼亞北部的特爾河畔羅達的一家紡織廠實習[3-4]。

在青少年時代，阿爾希那已經(jīng)展現(xiàn)出對機械結(jié)構和工作原理的極高領悟力，并且對紡織機械技術進步的歷程興趣濃厚。他不到20歲就發(fā)明了一種全新的燈芯絨織機，可以直接織造出平紋或條紋的衣料[3,5]，并在1881年2月1日取得了為期20年的專利權[3]。

大體與此同時，發(fā)生在特爾河畔羅達的大規(guī)模罷工演變?yōu)轵}亂，幾乎摧毀當?shù)氐墓I(yè)體系，也令阿爾希那深受震撼[4]145。他在研究分析后指出，罷工和破壞行為的根源，在于工人對工業(yè)革命缺乏全局性的認知，也不了解促成工業(yè)革命的技術。這使得植根于善意、旨在提升效率的技術改進，最終卻“收獲了令人沮喪的結(jié)果”。[4]146彌合分歧的第一步，是依托專利技術，創(chuàng)立一家紡織業(yè)合作社[4-6]。這將使工人能夠通過誠實勞動，取得與雇主相近的經(jīng)濟地位，而不至于為保住工作承受透支生命的勞動，或者對雇主阿諛逢迎[4]146。但更為長遠的解決方案，是提供更多的教育資源[4]146，使工人子弟能夠?qū)嫵晒I(yè)社會的基石有所了解。

1883年，阿爾希那將燈芯絨織機的發(fā)明專利賣給紡織業(yè)大亨歐塞比·古埃爾，用于巴塞羅那西南部圣徒地區(qū)的紡織廠[3,5]，開啟了兩人持續(xù)10多年的合作。在此后若干年里，阿爾希那致力于紡織業(yè)技術和科學管理方面的研究，并擔任技術經(jīng)理，代表古埃爾管理紡織廠[4-5]。19世紀80年代后期，阿爾希那著手對生產(chǎn)機械、工藝流程和工人的工作方法進行全面改進，以提升生產(chǎn)效率[3,6]，但此舉會使車間需要的工人減半[4]150。一些工人無法適應變化，出于對失業(yè)的擔心，他們強烈反對改進計劃，并在1889年底持槍行刺阿爾希那，所幸并未擊中[1,6]。

這一極端事件使古埃爾下決心將工廠遷出市區(qū)，在巴塞羅那西面，位于略夫雷加特河西岸的圣-科洛瑪-德-塞爾韋洛的家族閑置土地上建設新廠，以及配套的工人生活區(qū)[1,6]。這個后來被稱為“古埃爾村”的區(qū)域，擁有教堂、學校、診所、咖啡廳、足球場等設施，是一座全新的工業(yè)化城鎮(zhèn)[1]82-83。古埃爾認為，這樣的安排可以讓工人生活得舒適[1]82，同時有助于引導工人認同工業(yè)社會的價值觀，并使工人子弟完全適應工業(yè)社會。

1891年，古埃爾村紡織廠建成投產(chǎn)，阿爾希那設計了它的技術架構和生產(chǎn)流程[5]；但生活區(qū)并未同步建成。直到1918年古埃爾離世時，一部分建筑仍然未能完工[1,7]，并被其后裔所廢棄。盡管如此，阿爾希那作為古埃爾信賴的技術專家，有機會了解古埃爾村的全部建設理念；而遇刺和參與古埃爾村建設的經(jīng)歷，會促使他繼續(xù)年輕時在特爾河畔羅達的思考，即教育在急劇工業(yè)化的社會中扮演的角色與面臨的挑戰(zhàn)。

這一時期，加泰羅尼亞社會的主流思潮是主張推廣職業(yè)技術教育，即根據(jù)區(qū)域產(chǎn)業(yè)特點，優(yōu)先發(fā)展傳授農(nóng)業(yè)、工業(yè)生產(chǎn)和商貿(mào)基本常識，訓練常用勞動技能的教育[8]。這是因為，當時的西班牙基礎教育體系深受宗教影響；特別是由耶穌會掌控的中學教育體系，在當時已經(jīng)成為工業(yè)發(fā)展的阻力[9]。學校提供的百科全書式教育與工業(yè)社會的實際需要脫節(jié)；它們還要求學生必須通過升級考試，方能升入下一年級，這使學生很容易留級，或者至少為復習耗費大量精力，無謂地延長受教育時間[9]。另一方面，19世紀初萌芽于巴塞羅那的職業(yè)技術教育體系，通過吸收從法國陸續(xù)傳入的經(jīng)驗，到19世紀末已經(jīng)比較完善[10]8-9；在1867—1899年間，巴塞羅那更是西班牙唯一有能力培養(yǎng)工業(yè)企業(yè)工程師的城市[10]9-10。因此，加泰羅尼亞社會希望對既有的教育體系加以修正，擴大職業(yè)技術教育的優(yōu)勢，以盡快獲得足夠的工業(yè)人口。

阿爾希那認同這一思潮。他在1892年指出，推廣職業(yè)教育是確保加泰羅尼亞繁榮的“第一種可行的舉措”[3]。而且，他在19世紀末和20世紀初的活動表明，他傾向于擴充職業(yè)技術教育的范疇，將作為技術進步基礎的科學原理也納入其中。這是因為，自19世紀中葉以來，世界博覽會等大規(guī)模的國際性博覽會，越發(fā)成為具有重大政治、經(jīng)濟和社會影響力的活動[4]147。阿爾希那所處的崗位，使他有機會頻繁參加博覽會，從而能洞悉人類社會走向電氣化的趨勢和工程師群體對電氣化的看法，并且了解科學界關注的前沿課題[4]147-148，從而認識到世界即將發(fā)生劇變。因此，加泰羅尼亞青少年需要為即將到來的變局做好準備；他希望尋找一種途徑，幫助他們適應科技加速發(fā)展的未來世界。

二、 “導師”實驗室誕生的基礎

(一) 與丁達爾的會面

19世紀90年代初，阿爾希那前往英國皇家學會，在無人引薦的情況下，拜會了此前素不相識的愛爾蘭實驗物理學家約翰·丁達爾(John Tyndall，1820—1893)[11]5-6。阿爾希那青少年時代前往英國進修的經(jīng)歷，是他進行這次拜訪的重要原因[4]153。

自19世紀中葉以來，英國物理學家邁克爾·法拉第進行了將實驗物理學中面向公眾的演示活動加以規(guī)范化的工作，創(chuàng)立了面向青少年的演示活動“圣誕講座”，到19世紀末已經(jīng)成為著名的傳統(tǒng)[12]。丁達爾作為法拉第的接班人，不僅完成了出色的原創(chuàng)性研究，也承襲了法拉第傳播科學的熱情，并建立起更為完善的演示實驗理論體系，使科學對公眾特別是青少年更具吸引力。按照同時代的英國物理學家詹姆斯·克拉克·麥克斯韋的評價，丁達爾的工作是“用精心挑選的說明性實驗，在人們的腦海中留下深刻印象”[13]。

考慮到丁達爾在科學傳播方面的知名度，阿爾希那青少年時代在英國進修時，很可能就已經(jīng)知曉丁達爾的工作。這使他在多年后決定故地重游，為加泰羅尼亞尋求青少年科學教育的解決方案。他認為，丁達爾選擇的演示實驗，或許不一定在科學史上有里程碑式的意義；它們的意義，在于通過簡潔的方式，幫助人們洞悉自然的真相[11]6。

阿爾希那事后回憶，這次拜訪源于自己對下一次科學革命的模糊預感，希望丁達爾能為他解惑。在19世紀后半葉的歐洲，物理學界致力于解釋水星繞日公轉(zhuǎn)軌道的進動現(xiàn)象(1)水星公轉(zhuǎn)的軌道并非封閉的橢圓，而是以逆時針環(huán)繞太陽緩慢轉(zhuǎn)動，如同萬花尺繪出的圖案，這一現(xiàn)象被稱為“進動”。牛頓力學無法解釋這一現(xiàn)象；阿爾伯特·愛因斯坦的相對論則指出，水星進動現(xiàn)象是太陽質(zhì)量過大引起空間扭曲導致，這種扭曲也是萬有引力的本質(zhì)。，以及通過實驗揭示光的本質(zhì)。在研究這兩個問題的過程中，物理學界隱約意識到，伊薩克·牛頓建構的物理學體系仍然不夠完美。阿爾希那認為，這兩個問題的答案將把人類導向一場新的科學革命，就像“日心說”取代“地心說”一樣[11]5。

針對阿爾希那的疑問，丁達爾給出了啟發(fā)式的回答。他指出，即使用“波動說”的理論可以解釋所有光學現(xiàn)象，物理學界仍然不能對那些可以證明“微粒說”的實驗現(xiàn)象視而不見。不可否認，喜帕恰斯(2)尼西亞的喜帕恰斯(Hipparchus of Nicaea，約公元前190—120)，古希臘天文學家、地理學家、數(shù)學家，因天文學成就被譽為“天文學之父”， 亦是三角學的創(chuàng)始人。他認為地球是宇宙的中心，行星的運動是多個圓周運動的疊加。和托勒密等很多偉大的古代天文學家都篤信“地心說”，而這種在人類社會中曾經(jīng)根深蒂固的觀念，已經(jīng)被天文觀測和物理學的進步所推翻；未來的天文學發(fā)現(xiàn)或許還會使人類意識到，太陽也不是宇宙的中心。但“波粒之爭”，亦即探索光的本質(zhì)，并不存在像“日心說”取代“地心說”一樣的非此即彼。萬有引力定律不再能解釋太陽系里所有天體的運行，并不意味著萬有引力定律失效，也是一樣的道理。而光傳播機制的復雜程度，或許會百倍于太陽系天體的運行規(guī)律，因此物理學界不能草率地基于“波動說”否定“微粒說”，最終的結(jié)論有賴于更多的實驗證據(jù)[11]7。

不僅如此，作為杰出的實驗物理學家，以及通過演示實驗向公眾傳播科學的大師，丁達爾顯現(xiàn)出“阿爾希那畢生難忘的平易近人”[11]6，鼓勵他投身于實驗物理學研究，運用科學方法驗證自己的假設。丁達爾表示，阿爾希那可以從制作與他所用相同的器材開始(學習設計實驗的思路)；但在實驗可以重復、且現(xiàn)象能夠得到合理解釋之前，不宜向公眾進行演示。他還介紹阿爾希那前往倫敦的艾略特兄弟公司，購買科學實驗器材[11]6。

(二) 作為展教提綱的《新科學》

19世紀90年代中期，阿爾希那逐漸淡出工業(yè)技術創(chuàng)新領域。他找到了只用棉纖維，以及用棉纖維和其他廉價纖維混合來生產(chǎn)天鵝絨的方法，使這類織物擺脫了對蠶絲的依賴，并于1895年2月6日取得專利權，隨后出售給古埃爾[3]。但在此之前，阿爾希那已經(jīng)在丁達爾的影響下，轉(zhuǎn)向了嚴肅的實驗物理學研究?；诙∵_爾的工作，阿爾希那設計了大量物理學和化學實驗并加以分析，同時他也著手將它們與丁達爾的實驗和學術觀點輯錄成冊，寫成了實驗物理學專著《新科學》(NovasCientífiques)，嘗試解釋物質(zhì)世界運轉(zhuǎn)的底層規(guī)律。

阿爾希那在機械方面的天賦，成為他設計實驗的助力。他可以很快理解各種科學儀器的使用方法，并根據(jù)需要組合或創(chuàng)制新的實驗器材。在寫作《新科學》的過程中，他陸續(xù)購買或自行制作了大量科學儀器，收藏于維克(Vic)附近的坎托尼格羅斯鎮(zhèn)(Cantonigrós)的房宅內(nèi)[5]；創(chuàng)制實驗器材和設計實驗的過程，也成為《新科學》正文的組成部分。

1897年，阿爾希那不幸患上肺結(jié)核，并因此喪失了勞動能力[6,11]?！缎驴茖W》的寫作進度也隨之大幅延后，直到1904年方才完稿出版[6]。

阿爾希那以謙遜的態(tài)度看待科學教育和科學傳播，只扮演啟發(fā)者的角色。正如丁達爾在面向青少年的著作《水的形狀》(TheFormsofWaterinCloudsandRivers,IceandGlaciers)中，將自己定位為“助力讀者攀登的手臂”[14]，阿爾希那也在《新科學》的結(jié)尾寫道：“如果我們大膽地展示出業(yè)已取得的勞動成果，那并不意味著科學已經(jīng)臻于完美；它只是提供了一具腳凳，使那些比我們更聰慧、更強健的人可以循此而上，脫穎而出，更加接近自然的真相?！盵11]137這段話不僅表明了他對科學教育功能的看法，也暗示他計劃以《新科學》中的觀點和實驗作為提綱，建立面向青少年的科學教育機構。

三、 “導師”實驗室的展區(qū)排布與核心展項設置

(一) “導師”實驗室展項與展品概況

1904年，阿爾希那的肺結(jié)核病情惡化。在當時的醫(yī)療條件下，肺結(jié)核是無法醫(yī)治的絕癥，但前往山區(qū)進行療養(yǎng)有可能延長生命。因此，他在巴塞羅那郊區(qū)提比達波山(Tibidabo)東麓建造了一座別墅，并將地面層建成“導師”實驗室(見圖2)。在別墅施工的最后階段，他將之前收藏的科學儀器和實驗裝置陸續(xù)搬入其中，組成了103個演示實驗展項[5]。1907年1月24日，“導師”實驗室隨別墅一起竣工[6]，并開始接待青少年參觀者。

圖2 “導師”實驗室所在的別墅

從歷史照片分析，“導師”實驗室使用了跨度較大而且輕薄的拱圈結(jié)構[6](見圖3)。這樣的設計可以在支撐上層建筑物質(zhì)量的同時，減少墻體和立柱對室內(nèi)面積的占用，并確保所有的科學儀器獲得足夠的采光，便于參觀者在白天進行和觀看演示實驗。同時，立柱又可以作為布置電燈線路、水管與龍頭，以及溫度計的空間，便于參觀者在上手操作實驗時，獲得必要的資源。

圖3 “導師”實驗室內(nèi)景

按照阿爾希那基于丁達爾的工作和《新科學》列出的展示與科學教育提綱，儀器和實驗裝置被劃分為6組，分別用來演示不同領域的實驗，使青少年了解基本的物理學常識，以及空氣壓力、流體力學、聲學、光學、電學等領域的知識。組成這些展項的展品，有60件保存至今[5]。

1908年，阿爾希那不幸離世。根據(jù)他的遺愿，包括“導師”實驗室在內(nèi)的全部遺產(chǎn)被移交給巴塞羅那市議會?！皩煛睂嶒炇乙脖桓麨椤皩煱栂Ｄ恰睂嶒炇?，以紀念它的創(chuàng)始人[6]。實驗室的具體業(yè)務，如維護展項、傳授展項的使用方法、組織面向青少年的演示實驗等，則由阿爾希那的好友和助手拉蒙·略夫雷加特負責，直至其1964年離世[5-6]。

大約在第二次世界大戰(zhàn)結(jié)束之后，略夫雷加特鑒于實驗室部分展項老化、損壞，以及展教活動的實際需要，購買和重新制作了一部分展品，充實到6個展區(qū)當中[5]。此外，還有蒸汽機模型等少量展項沒有歸入任何一個展區(qū)，僅僅用來演示有趣的物理現(xiàn)象或營造“奇觀感”，激發(fā)青少年對物理學的興趣。

根據(jù)加泰羅尼亞科學與技術博物館(Museu Nacional de la Ciència i de la Tècnica de Catalunya)的統(tǒng)計，截至略夫雷加特離世，導師阿爾希那實驗室共擁有116個演示實驗展項，涉及大約140件科學儀器和實驗裝置[5-6](見圖4)。此外，還有13件科學儀器與演示實驗無關，可能僅用于靜態(tài)展示[5]。得益于巴塞羅那皇家科學與藝術學院(Real Academia de Ciencias y Artes de Barcelona)前院長拉蒙·帕雷斯·法拉斯(3)拉蒙·帕雷斯·法拉斯(Ramon Parés i Farràs，1927—2018)，西班牙微生物學家、科學史家。他創(chuàng)立了巴塞羅那大學的微生物學系，并從事加泰羅尼亞地區(qū)科學技術史的研究。等科學史研究者的考證，這些展項的用途和使用方法得以流傳至今[5]。

圖4 加泰羅尼亞科學與技術博物館收藏的導師阿爾希那實驗室展項

(二) 力學展區(qū)[15]

本展區(qū)包括21件展品，可以組成18個展項，但內(nèi)容并不局限于力學，而是涵蓋了物體的質(zhì)量和長度測定等物理學基本概念。因此，力學展區(qū)成為“導師”實驗室事實上的“序廳”。本展區(qū)的重點展項為“撞球臺”和“滑輪組實驗”。

“撞球臺”是帶有刻度的半圓形木臺，作用相當于量角器。參觀者移動位于圓弧上的發(fā)球裝置，將球以任意角度發(fā)射到撞球臺的圓心，并觀察球回彈后的位置，會發(fā)現(xiàn)入射角與反射角相同。該展項可以幫助參觀者理解臺球的擊球戰(zhàn)術，以及光的反射定律。

“滑輪組實驗”由多個定滑輪和動滑輪，以及兩者的組合體組成。在提升物體時，只用定滑輪不能省力，但可以改變力的方向；只用動滑輪可以省一半的力，但不能改變力的方向也不能省功。該展項意在幫助參觀者理解不同滑輪與滑輪組可以發(fā)揮的作用，以及其中的力學原理。

(三) 空氣壓力現(xiàn)象展區(qū)[15]

本展區(qū)包括20件展品，均為獨立展項，主要為參觀者展示大氣壓力和真空現(xiàn)象，以及制造真空環(huán)境的方法。本展區(qū)的重點展項為“阿基米德螺旋泵”“馬德堡半球”“帕斯卡定律”和“真空機”。

“阿基米德螺旋泵”是一種早期的機械泵，通過螺桿將水提升到高處。在這個過程中，不斷旋轉(zhuǎn)的螺桿形成了一個個腔室，水會因為重力而留在每個腔室底部，但因為大氣壓力的限制不會回流，而是隨著螺桿旋轉(zhuǎn)進入下一個腔室，直至抵達終點?！皩煛睂嶒炇业恼鬼棡橐庠谡故驹淼哪Ｐ?。

“馬德堡半球”是證明大氣壓力存在的經(jīng)典實驗。這項實驗使用兩個銅質(zhì)半球拼成的空心球體，內(nèi)部抽成真空，需要用16匹馬才能拉開?！皩煛睂嶒炇业恼鬼棡閷嶒炂鞑牡目s尺復制品。

帕斯卡定律是流體靜力學的重要定律。它指出，不可壓縮的靜止流體中任意一點遭受外力，壓強增大后，會瞬間傳至靜止流體各點?！皩煛睂嶒炇已菔具@一原理的展項，是一個表面鉆有微孔的空心球和與之相連的活塞。如果將球內(nèi)充滿水直至與活塞接觸，并輕輕推動活塞，水就會克服表面張力，以相同的速度從球上所有的孔中流出。

“真空機”是用來制造真空環(huán)境的裝置，可以同“導師”實驗室中的另一些展品，如“戴安娜雨”(4)在一根直立的粗玻璃管上方連接以木板或麂皮為底的容器，做好密封，而后在容器中放入汞，并從玻璃管下方抽去空氣，汞會穿過麂皮的毛孔或木材中的維管束，以極細的液滴落下。這一現(xiàn)象，在西班牙語世界中被稱為“戴安娜雨”(lluvia de Diana)。和“真空中的鈴聲”組合起來，演示真空中的各種物理現(xiàn)象。它帶有一個無液氣壓計，通過彈簧感受到的大氣壓力，大致測定其他展品獲得的真空度。

(四) 流體力學展區(qū)[15]

本展區(qū)包括5件展品，均為獨立展項，演示物體浸沒水中或者漂浮在水面時的受力情況，以及虹吸原理。本展區(qū)的重點展項為“抽吸泵”和“坦塔羅斯容器”。

“抽吸泵”是日常生活中壓水機的微縮模型。這一裝置通過由杠桿驅(qū)動的活塞，以及兩個閥門的組合，使井水在大氣壓力的作用下被吸到地面。該展項可以展示大氣壓力在抽水過程中扮演的角色。

“坦塔羅斯容器”(5)坦塔羅斯(Tantalus)是希臘神話中主神宙斯之子，因受寵之后過于貪婪和捉弄眾神而受到懲罰，被囚禁于施有魔法的湖泊中，只有頭部露出水面。但湖水會在他口渴時自動降低水位，以示貪得無厭終會失去一切。該展品的名稱即是取自這則典故。與中國古代的“公道杯”原理相同，是一種內(nèi)置虹吸管的容器。當容器中的水沒過虹吸管最高點的時候，便會觸發(fā)虹吸現(xiàn)象，損失容器中盛裝的絕大部分水。

值得注意的是，這一展區(qū)中的展項“水槽與木球”，代表著阿爾希那對科研儀器與科學現(xiàn)象進行“展品化”的嘗試。該展項的主體，是一個超過30厘米深的水槽，與4～5枚直徑2厘米或2.5厘米的輕木球；水槽一側(cè)固定著一面用于制造波浪的金屬網(wǎng)。在木球被浸濕且置于水面中央的情況下，它們會逐漸聚在一起；而后，實驗室工作人員或參觀者可以通過調(diào)整金屬網(wǎng)擺動的頻率這項僅有的變量，來改變波浪的波長。當波長接近木球直徑的時候，球便會劇烈地震動起來，并且向四周分開[11]33-35。這一裝置的金屬網(wǎng)還可以拆下，換成小鏟等手持小型工具，以進行拓展實驗[11]35-36。

科研儀器是科學中心展品的源頭之一，并且可以保證展品的實踐性[16]。但科學中心需要發(fā)現(xiàn)科學現(xiàn)象的趣味與美感，并在此基礎上再次創(chuàng)造，使展品從科研儀器中分化出來。除了“水槽與木球”，筆者認為下文提到的“凹面聚聲”和“實驗室風琴”，也有可能是科研儀器“展品化”的實例，但以現(xiàn)有的資料，尚無法確定這兩個展項是否為阿爾希那或?qū)嶒炇覉F隊原創(chuàng)。阿爾希那在“展品化”方面的工作，體現(xiàn)了他對科研儀器設計思想的領悟，彰顯出創(chuàng)新智慧。

(五) 聲學展區(qū)[15]

本展區(qū)包括14件展品，可以組成8個展項，用來展示聲音的本質(zhì)，即聲音是源于振動的機械波，并通過介質(zhì)向四面八方傳遞的事實。本展區(qū)的重點展項為“凹面聚聲”“克拉尼板”和“實驗室風琴”。

“凹面聚聲”由兩個相對放置的凹面，懸掛在凹面中間的懷表，以及一個用來接收聲音的牛角組成。懷表運轉(zhuǎn)發(fā)出的聲波，會因為凹面的反射而聚攏，音量放大約10倍，使參觀者可以通過牛角收聽。

“克拉尼板”是一種用來展現(xiàn)聲音本質(zhì)的實驗裝置，為一組中心被固定在底座上的金屬薄板，上面撒有一層細沙。使用小提琴的琴弓在薄板的側(cè)面拉動來激勵它，直到它達到共振，細沙便會因為薄板振動而形成“克拉尼圖形”。

“實驗室風琴”是日常生活中管風琴哨管的微縮模型，并根據(jù)實驗需要進行了改造，可以幫助參觀者了解教堂管風琴的工作原理。參觀者首先充滿展項的氣囊，而后通過鍵盤接通風道，使空氣進入哨管并發(fā)出振動，產(chǎn)生樂音。

(六) 光學與視錯覺展區(qū)[15]

本展區(qū)包括26件展品，可以組成21個展項，用來展示光的傳播規(guī)律，如傳播中遇到不同介質(zhì)分界面時的反射、折射等特性，不同形狀的透鏡對光路的影響，此外也涉及偏振光的產(chǎn)生和應用，以及牛頓色碟等視錯覺演示實驗裝置。本展區(qū)的重點展項為“偏光顯微鏡”“分光鏡”和“蔡司顯微鏡”。

“偏光顯微鏡”是一種通過偏振光來檢驗物質(zhì)是否具有雙折射性(各向異性)的顯微鏡。在阿爾希那生活的時代，偏光顯微鏡使用天然方解石制成的尼古拉棱鏡，作為起偏器和檢偏器，來檢測樣本的性質(zhì)，比如葡萄酒或尿液樣本中的糖含量。在“導師”實驗室，參觀者可以通過觀察不同的樣本，來體驗偏光顯微鏡的用途和檢驗員的工作。

“分光鏡”是一種研究光譜的裝置，可以通過3個臂件和位于中心的棱鏡，幫助人們對光進行分析，推知發(fā)光物體的物質(zhì)成分。被研究的光通過第一個臂件照射到棱鏡上，并被散射成光譜；第二個臂件則將刻度疊加在光譜上；參觀者從作為目鏡的第三個臂件中觀察，就可以看到帶有刻度的光譜圖像。

“顯微鏡”可以幫助人們看到微觀世界，是近代生命科學研究中常常用到的設備?！皩煛睂嶒炇沂褂玫娘@微鏡由德國蔡司公司制造。它在供參觀者體驗之余，也有可能用于靜態(tài)展示，以供工作人員講述顯微鏡從放大鏡中分化出來，并經(jīng)過不斷改進逐漸“定型”的歷程。

(七) 電學展區(qū)[15]

本展區(qū)包括25件展品，可以組成24個展項，涵蓋電學研究的各個方面，如靜電、電流的磁效應、不同材料的導電性，以及一些早期的電動機和電池模型，展現(xiàn)人類電氣時代的基石。本展區(qū)的重點展項為“巴羅輪”“伏打弧燈”和“魯姆科夫線圈”。

“巴羅輪”是一種原始的電動機，但結(jié)構與后世使用的電動機不同，由英國物理學家彼得·巴羅(6)彼得·巴羅(Peter Barlow，1776—1862)，英國數(shù)學家、物理學家。他發(fā)明了可以接入天文望遠鏡、照相機等光學系統(tǒng)，用以消除色差和改變放大倍率的透鏡組，稱為“巴羅透鏡”。創(chuàng)制。它是一個可以自由轉(zhuǎn)動的星形輪，懸浮在盛裝汞的凹槽上，尖端浸入位于馬蹄形磁鐵兩極之間的汞槽中。直流電會從輪轂出發(fā)，通過輪子與汞槽的觸點流入汞槽形成回路。磁場的洛倫茲力則推動輪子轉(zhuǎn)動，并因為慣性使下一個觸點同汞槽接觸；如果用手撥動輪子，它也會成為發(fā)電機產(chǎn)生電能。在19世紀中葉，巴羅輪常常被用來演示電動機和發(fā)電機的原理，以及兩者間的聯(lián)系，該展項的職能即是如此。

“伏打弧燈”是演示電弧(即“伏打弧”)放電產(chǎn)生可見光的裝置。在電場過強的情況下，原本不導電的空氣會形成等離子體，在電流通過時發(fā)出可見光并產(chǎn)生高溫。在19世紀末，人們用電弧來加熱金屬，并為街道提供照明。該展項可以使參觀者知曉電弧產(chǎn)生的位置，從而了解電弧燈如何工作。

“魯姆科夫線圈”是德國精密儀器制作師海因里?！さつ釥枴斈房品?7)海因里?！さつ釥枴斈房品?Heinrich Daniel Ruehmkorff，1803—1877)，德國精密儀器制作師，感應線圈商業(yè)化的先驅(qū)者。制作的一種感應線圈。感應線圈是世界上第一種變壓器，魯姆科夫則在前人的基礎上改進它的結(jié)構，以得到更高的電壓，用于高壓電研究和高壓放電表演?！皩煛睂嶒炇业摹棒斈房品蚓€圈”，是為學校的演示實驗制造的版本，加裝了用于高壓放電表演的組件。

四、 結(jié)語

進入20世紀60年代后，導師阿爾希那實驗室的大部分展項嚴重老化，一部分展品由于化學試劑腐蝕或連續(xù)高強度使用而脆弱易損，或距離制造時間過于久遠而成為文物，均不再適合進行互動展示[5,6,15]。有鑒于此，實驗室放棄了演示實驗和互動功能，成為展示自身歷程的博物館[5-6]，只接待事先預約的團體參觀，每周開放一次[6]。到1991年，由于展品保存條件不佳，狀況有可能進一步惡化，巴塞羅那市議會決定將實驗室永久關閉，所有展品就地封存。4年后，實驗室的所有展品均被加泰羅尼亞科學與技術博物館收藏[5-6]。

導師阿爾希那實驗室在面向青少年開展科學教育，以及促進包括青少年在內(nèi)的公眾理解物理學原理等方面，做出了開創(chuàng)性的貢獻[5]。它是啟蒙運動時期誕生的、以收藏科學儀器和模型為任務的“物理室”的終章[6]；同時，它作為一個活躍的科學教育中心，又為熱愛科學的人提供了求知與交流的平臺。通過作為展教提綱的《新科學》，它探索了將已有的多種科學傳播手段進行融合，并形成體系的可能性，并且進行了將科學實驗器材和生產(chǎn)工具“展品化”的初步探索與嘗試，從而完成了從偏重收藏的“物理室”，向重視互動體驗的公共教育場所的躍遷。

然而，導師阿爾希那實驗室最終未能成長為具有廣泛影響力的科學中心。這一令人遺憾的事實，要歸結(jié)于阿爾希那本人早逝[5]，互動實驗室的理念過于超前，以及西班牙國內(nèi)政治動蕩等多方面因素的共同作用。筆者將從阿爾希那創(chuàng)立實驗室的時代背景入手，繼續(xù)探討其精神層面上的建立動因，以及制約其進一步發(fā)展的因素。