第一个化学教学实验室

第一个化学教学实验室

19世纪以前世界上还没有任何系统的科学教育，类似于化学教育这样的活动也不是在大学而是在药剂师的作坊里进行。这种情形一直持续到法国大革命。18世纪末，拉瓦锡的拥护者如盖·吕萨克、泰纳、舍夫勒、杜隆等才在巴黎工艺学校及其他大学开展了化学教育活动。但是，那时实验室研究还不是大学教学的一个组成部分，而主要是以私人实验室的形式为某位化学家或教授个人使用。

到了19世纪初，在德国大学里开始出现了初步的化学教育活动，但真正同私人实验室相决裂的第一个机构是李比希建立的吉森实验室。他在这里将系统的实验教学与有组织的化学研究相结合，在19世纪中期发展起了一个阵容强大而高度有效的研究学派。

李比希担任吉森大学化学教授后，成了一位名副其实的化学家。要实现自己的长远理想，他面临的首要任务是用什么方法造就新一代化学家？当时在德国大学里只讲授教材，偶尔根据教材进行一点有限的实验，完全没有专门用于实验教学的条例或规定。为了改变这种状况，李比希制定了一个新的、合理的教学制度，保证那些攻读化学的大学生能够获得必要的知识和科学训练。

李比希认为，不能仅仅照搬他在巴黎学习的课本。他编写了新的教学大纲，它为近代化学教学新体制奠定了一个良好的基础。同时，他开始着手创建世界上最先进的化学实验室。1824年，洪堡在推荐李比希时曾劝说巴伐利亚国王路德维希一世为他提供一个实验室。但政府的工作效率实在太低，为了加快实验室的建设速度，李比希花掉了自己800盾的积蓄。

1826年，吉森大学化学实验室终于落成了。这个实验室是利用一个废弃的旧兵营改造成的，一间大大的屋子，中间放着一个大火炉，靠墙的四周摆着许多椅子，里面没有任何通风设备。凝聚着李比希无数心血和无限憧憬的世界上第一个化学教学实验室就这样诞生了！

像这样专门用于教学和研究的实验室在当时来说还是空前的。最早的化学实验室是中世纪的炼金术士办的，其设备之简陋自不必说，就是教学也是那种作坊里的师授徒从式。从18世纪开始，当化学成为一个独立的学科之后，化学实验室多了起来，但也都属于私人所有，因而这些实验室的规模是很小的，一般只能有一、二个助手或者接纳一、二名学生，大多数有志于科学事业的青年都被拒之于门外。许多著名化学家如玻意尔（R.Boyle，1627－1691）、拉瓦锡、贝采里乌斯和盖·吕萨克等都沿袭了这种私人实验室的传统，仅供他们自己及其助手做研究工作使用。而托马斯·汤姆森（Thomas Thomson，1773－1852）等使用的所谓教学实验室却又不被一般人所知。李比希实验室在科学史上是现代实验组织和教育相结合的开端，体现着训练新型科学家的整个新模式，是德国工业和科学振兴的一个坚实而又光辉的起点。从那时起直到1941年，系统的学术研究、学术组织工作在德国异常发达，远远超过了曾为世界科学中心的英国、法国。

1926年，是年轻的李比希永远铭刻在记忆中的一年。在新实验室落成不久，他又迎来了第二件大喜事：5月间与助手亨利艾塔·莫顿豪（Henrietta Moldenhauer）缔结了良缘，他们共同生育了5个孩子。

从此，李比希开始了他创办研究学派、创造新型化学教育体制的艰难旅程。

当李比希刚刚踏入吉森大学时，这里的化学教学也大部分是由自然哲学组成的，是用晦涩难懂的文字概念来解释自然现象。李比希首先对这种状况进行了激烈的批评，当他升为正教授之后就立刻把自然哲学从化学中排除出去了。所以，从1825年以后李比希开始把吉森实验室发展为一个专门研究化学特别是有机化学的科学机构。在教学中，李比希打破了以前低水平的自然哲学的教学方式，按照自己编制的新教学大纲授课：学生一进入校门，在学习讲义的同时，还要做实验，先使用已知化合物进行定性分析和定量分析，然后学习如何从天然物质中提纯和鉴定新化合物，以及怎样进行无机合成和有机合成；学完这一课程后，在导师的指导下进行独立的研究，以此作为毕业论文的内容，最后通过鉴定获得博士学位。

这种让学生在实验室中从系统的训练逐步转向独立研究的教学体制，在李比希之前还没有人尝试过，它为近代化学教育体制的建立奠定了基础。从那以后，不但在化学教育上采用，而且世界各国大学在其他自然科学学科中也都开始仿效这种科学培养人才的方法。实验室不再是简单地重复课本上的内容，而是要让学生接受真正的科学研究的训练；同时化学研究也从化学家个人的实验，变成了有组织、有计划的科学活动，促使科学成果和科学人才一齐出现。

李比希对自己亲手建起来的实验室非常满意，认为在自己之前任何地方都没有这样进行分析教学用的化学实验室；而人们通常所说的实验室，不过是一些摆满作冶金或制药物的各种用具的作房，更没有人懂得应该怎样来教学生进行分析实验。这话虽然有些言过其实，但的确表明了他对于训练学生分析技巧的重视程度。

由于分析实验操作是化学研究的基本功，因此，李比希一开始就发展了一种分离和鉴别未知成分的标准化系统定性分析程序，也就是先用一般试剂将未知溶液分离为几个组分，然后用更特殊的反应进一步分离和鉴别各种未知成分。李比希把这种方法教给了他的学生。

30年代中期，李比希转而研究化学与农业和生理学的关系这一课题，这是一个相当广泛的研究领域，要想迅速取得成果，就必须有足够的人力、物力。李比希为了给刚刚投入的新领域作准备，就需要重新扩建吉森实验室并增加研究经费。这一时期，欧洲各大学特别是德国各邦的大学都在竞相招兵买马，网络人才，李比希作为一个知名的教师、研究者、编辑，在科学界已享有较高的声望，足以使很多大学向他提供可观的经费赞助，由此给吉森大学带来了巨大的压力。而李比希正好利用这些机会作为手段，来促使黑森政府或者吉森大学不断提高他的待遇和实验室经费。在1825－1835年这10年间，李比希的工资待遇是每年大约800盾，吉森大学拨给实验室的经费则只有400盾。但实际上实验室每年总的开支远远超过了400盾，而李比希为了经营好自己一手创办的实验室，必须从自己的工资中拿出320盾付给一个实验室助手作为报酬。这种入不敷出的局面使李比希忧心忡忡。而且从实验室本身来说，设备还相当简陋，空间也显得越来越狭小，非常不利于开展大量的实验研究。于是，李比希开始向黑森政府发起了要求增加工资和扩建实验室的攻势。

早在1829年李比希就曾要求黑森邦国大臣增加自己的工资，但没有获成功。1833年李比希提出有必要建立一个新校舍和一个新实验室并增加自己的工资，而且说由于难以忍受精神衰弱的痛苦想离开吉森。吉森大学当局不愿失去这样一个教学骨干，于1834年把李比希的工资增加到850盾。第二年，比利时北部一所大学来函聘请李比希执教，吉森大学只好又将他的工资提高到1250盾，同时承担了实验室助手的开支。经过多次交涉，吉森终于耗资5035盾，于1835年改造了旧的演讲厅，扩大了实验室，并且专门给李比希另外开辟了一个小的私人实验室，使他能够更加舒畅地工作。而吉森实验室也因此完成了第一次扩建。1839年，李比希又接到圣·彼得堡大学的聘书，这一次他的工资升到了1650盾，而且与校方达成协议，由校方支付1200－1300盾的经费，按照李比希亲自设计的方案建立了一个新的更大的实验室，同时实验室经费也增加到1500盾。经过这两次扩建、特别是第二次扩建，实验室的规模更大了，实验设备也更加先进齐全了。

实验室的扩建和充足的经费来源，使李比希有条件接受了更多的学生进入他的实验室工作，同时也有足够的能力聘请几位助手来协助教学。因此，从1839年他36岁时起，李比希领导了世界上最大的实验室和研究学派，实验研究的数量在大幅度地增长。在李比希开始系统地研究有关化学和农业、生理学的关系后，在短短的4个月时间内，便收集了有关农业化学、生理化学的必要实验数据，于1840年出版了在农业科学史上最重要的理论著作之一《化学在农业和生理学上的应用》。这种快速的工作效率如果没有良好的工作条件做保障，根本就是无法想象的。

在李比希的精心指导下，通过实验室中的系统训练，一批后来领导了德国化学研究、化学工业迅速发展的人从吉森实验室中脱颖而出，他们中有：奥古斯特·霍夫曼（A.W.von Hofmann，1818－1892），在吉森大学原本是学哲学和法律的，在李比希的影响下转学化学，后来成为李比希最主要的助手。他从煤焦油中制取化合物，对19世纪后期染料工业在德国迅猛发展起到了至关重要的作用。到柏林大学执教后，又在那里建立了化学研究所并培养了大批优秀的学生，并于1868年创建了德国化学会；

赫尔曼·费林（Hermann Fehling，1812－1885）发明了测定单糖的方法和反应试剂，是德国著名的有机化学家和工业技术家；

弗里德里希·凯库勒（Friedrich August Kekule，1829－1896），进吉森大学时是学建筑的，也是因旁听李比希的讲课便迷上了化学。1865年他提出了苯的环状结构式，对有机化学的发展作出了划时代的贡献；

卡尔·弗雷泽组斯（Carl Remigius Fresenius，1818－1897），从1841年起成为李比希的助手，发明了新的分析化学方法，并效仿李比希在威斯巴登建起了一个至今闻名于世的实验室。还终身从事编辑德文《分析化学杂志》的工作，这份刊物至今还在定期出版，是国际上享有盛名的科学刊物。

这些杰出的德国科学人才，以李比希所示范的科学精神，献身于德国的科学、教育和工业事业，又培养出了更多的人才，创造了更多的财富。19世纪德国的腾飞是以化学为突破口的，而李比希开创的教育传统，把只有普通而平凡能力的人训练为化学工业所急需的大批化学家，据统计，1890年德国化学家人数竟达英国的两倍之多。

吉森实验室的创建和化学教学大纲的编制，一反德国沉闷的教学传统，再加上李比希那旺盛的精力、出色而热情的个性，很快就吸引了世界各国有志于化学的青年纷纷慕名而来，由此掀起了19世纪留学德国的第一次热潮，吉森实验室成了世界科学活动的中心。在李比希的这些外国学生中，有后来奠定原子价学说的著名英国化学家爱德华·弗兰克兰（Edward Frankland，1825－1899），确定乙醇、乙醚化学式的英国化学家亚历山大·威廉威廉姆逊（Alexander William Williamson，1824－1904），创立有机化学类型说的著名法国化学家查理·热拉尔（Charles Frederic Gerhardt，1816－1856），意大利著名化学家阿斯卡尼奥·索波列罗（Ascanio Soberer，1812－1888），还有被门捷列夫誉为“俄国化学之父”的沃斯克列先斯基（A.A.Woskressensky）等。他们都为李比希的热忱和努力所感动，并对吉森实验室那种师生之间紧张严肃并且融洽的研究气氛产生了深刻印象。因此，他们回国后成了传播李比希的教育方法和学术的骨干力量，使李比希的名字在世界各地为人们所熟知。

李比希的学生大部分来自德国本土、英国、美国、瑞士、芬兰等国家，他们不仅在国籍、民族、语言、文化和性格上存在差异，而且政治观点、风俗习惯和治学风格都有所不同。但是，一种共同的东西把他们的事业、工作甚至生活联系在一起，这就是李比希师生倡导的集体精神。李比希十分乐意与学生交谈，或探讨当前化学、化工发展新动向，或讨论他们自己的理论观点，或者推敲学生们的实验论文。

在19世纪30年代，英国从德国汲取了大量发展科学教育的经验。1837年，应英国科学促进协会的邀请，李比希访问英国，结识了法拉第（M.Faraday，1791－1867）等一些科学家，把大陆的科学成果和德国的教育精神带到了英国。这次访问刺激了英国对自然科学和科学教育的重视，他们亲眼看到，德国能从落后的起点迎头赶上，有赖于科学教育和人才培养。所以从19世纪40年代起，英国各地办起了一批新型的非宗教的高等学校和技工学校。

1842年，李比希重访英国时见到了皮尔首相（R.Peel）和好几个大富翁，建议建立一所化学学院。维多利亚女王的御医克拉克（J.Clark）爵士为学院募集捐款，于1845年建立了皇家化学学院，女王丈夫艾伯特（Albert）亲王任院长。作为德国波恩大学的毕业生，艾伯特亲王非常了解李比希的科学成就在英国科学界的影响，为了促进英国科学教育，他要求李比希推荐一位化学学院的教授。于是，李比希派了霍夫曼前往英国。霍夫曼到任后，亲自过问学院各项设施，要求教室、实验室的建造和装备工作完全按照吉森实验室的模式进行。他在这里的化学教学和研究工作一开始就偏向于工业方面，起初研究煤气工业气体的无机化学，然后侧重煤焦油成分的有机化学。在教学中，霍夫曼也采用了李比希的方法，先讲化学理论，后进行无机或有机化学的定性、定量分析训练，最后以学生承担某项小的研究工作而告终。有意思的是，他还把自己发现的一些优秀学生推荐到李比希那里去读吉森大学的博士学位。

与皇家化学学院不同，曼彻斯特的欧文斯学院是一所由私人资助、旨在培养未来科技专家和企业家的新式的综合性学院。1851年刚一成立，便聘请26岁的李比希学生弗兰克兰（Edward Frankland，1825－1899）博士为首任化学教授。与李比希学派其他成员一样，弗兰克兰也主张首先培养学生作分析化学的能力，而且在给学生讲应用化学的同时，还要讲授一般的化学理论。

因此，皇家化学学院和欧文斯学院在化学教学上都受李比希学派的强烈影响，并在很长时间内成为英国培养职业化学家的摇篮，在英国科学教育史上占有重要地位。此外，李比希的其他英国学生在很多学校也都奉行了德国的教育方式。

到19世纪中期，美国科学经历了一个新的发展时期，它比英国更强调实用，这种科学传统再糅合进德国大学的教育方法，便导致了一系列科学学院的建立。1776年美国独立运动后，农业问题引起普遍重视，杰佛逊、华盛顿作为政治家热心倡导农业改革，1862年林肯总统正式批准建立了国家农业部，在他的关于工作职能的规定中，有一条是进行土壤、农作物、水果、蔬菜和肥料的化学分析。于是，李比希的农业化学思想立刻引起了美国化学家的极大兴趣。小西里曼（Jr.Benjamin Silliman）早在1846年就曾建议耶鲁大学应当添设一个农业化学、动植物生理学的讲座，结果得到了舍费尔德（J.E.Sheffield）的资助，最后终于建立了耶鲁大学著名的舍费尔德科学学院。在这个学院执教的人，除了实用化学方面的小西里曼，还有农业化学方面的诺顿。诺顿曾经在英国和荷兰等地学习过农业化学，并且深受李比希著作的影响。在他死后，李比希的学生约翰逊（S.W.Johnson）继任这一职位，他不仅在舍费尔德科学学院像李比希在吉森那样进行农业化学教学，而且还于1875年一手筹建了美国第一个农业实验站，从事农业化学研究。

在哈佛大学，劳伦斯（Abbott Laurence）于1847年也提供资金建立了劳伦斯科学学院，第一任教授就是刚结束了在德国吉森实验室工作的霍斯伏特（E.N.Horsford，1818－1893BB）。在他担任实用工艺科学教授后，便开始把劳伦斯科学学院发展成为彻底按吉森模式运行的一个化学教学和研究机构。但霍斯伏特的研究主要在食品化学方面，并获得了以磷酸氢钙为基础制造酵粉的专利。为了追寻自己的梦想，1863年他辞去了在哈佛的教职，到建立在罗德岛上的伦福德化学工厂里制造他的酵粉。这一职位后来由李比希另一个学生W·吉布斯（J.W.Gibbs，1839－1903）填补了，他在哈佛大学把德国大学教育制度推到了一个更高的程度，允许女学生进入实验室，并要求学生在学习化学过程中必须追寻原始的研究以便从中得到启发。这样，德国大学模式在美国得到了很好的贯彻发展。

19世纪初法国的教育体制曾对其他国家、特别是李比希在德国的化学教育改革产生过深刻影响。但到了这一世纪中叶，德国模式却反过来对法国有着强烈的吸引力。当李比希在德国建立了他的实验室并取得了许多成就之后，法国化学家也开始仿效吉森的教学、研究方式。贝鲁兹（Jules Pelouse，1807－1867）和罗朗（A.Laurent，1807－1853）到吉森访问并在那里进行了一段时间的研究，杜马和李比希多次交往，而武兹（C.A.Wurz，1817－1884）和热拉尔（Charles Frederic Gerhardt，1816－1856）则在吉森实验室受过李比希的科学训练，更为有趣的是在这种气氛下盖·吕萨克也把儿子送到吉森学习化学。在法国真正体现李比希实验室教学的是武兹，他从吉森回到巴黎后开始是做杜马的助手，几年后就建立了自己的实验室从事化学研究，主张全盘照搬德国模式，提出法国大学教授们也应该像德国那样专心致力于科学研究，要从根本上改善实验室及研究设备，并且按照最新科学方向调整专业结构。

德国的化学教育体制对俄国的年轻人也产生了很大的影响，齐宁（N.N.Zinin，1812－1880）1830年是喀山大学学生，他按照著名数学家、非欧几里德几何的创立者罗巴切夫斯基（1792－1856）的建议放弃了数学而转向化学。1837年他到了柏林就学于米希尔里希（E.E.Mitscherlich，1794－1863），但米希尔里希却建议他去吉森向李比希求教。齐宁在李比希的指导下研究各种试剂对于苦杏仁油的作用，吉森实验室从事创造性活动和进行不倦探索的气氛给了他深刻印象。而他回到俄国后运用李比希的方法造就了一批俄国化学家，并以他为中心形成了著名的喀山学派，而他自己也成为俄国近代有机化学研究的奠基人。

被门捷列夫（D.I.Mendeleev，1843－1907）称为“俄罗斯化学之父”的沃斯克列先斯基（A.Woskressensky）也是李比希的学生。他在齐宁之前就在吉森实验室做过研究工作，于1846年担任圣彼得堡大学化学教师。他把大部分精力投入了紧张的教学工作中，不顾经费短缺，坚持以其在吉森获得的经验来管理实验室。由于他对初学者的指导和热心帮助，吸引了不少有才干的大学生来学习化学，并且培养了不少卓越人才。据说，在众多学生中，李比希认为最有天才的就是俄国化学家沃斯克列先斯基。

可以说，正是由于有了齐宁和沃斯克列先斯基在俄国对德国教育模式的传播，俄国科学特别是化学到19世纪后半期才终于出现繁荣昌盛的局面。

吉森实验室的创立和发展，是李比希对近代科学体制化的一个伟大贡献。吉森实验室不同于以往那种只供少数人使用的私人实验室，是可以同时接纳许多学生的教育和研究的中心机构，是近代科学在大学中机构化的表现。在吉森实验室里，经过李比希对学生进行系统的基本技能的训练和正确的科学研究的指导，培养了大批杰出的科学人才。而李比希卓越的领导才能和组织方法则将他们凝聚成一个强有力的研究群体，加上有一套简单、准确而迅速的分析方法和《年鉴》作为专业杂志的出版，使正在兴起的有机化学及其应用研究领域取得了巨大的成就。