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不忘百年 後事之師— 早期科技發展的回顧與前瞻

過去,中國科學家走過篳路藍縷、畢生奉獻,為國家的科技發展打造堅固基石。
而今,急功近利的氛圍瀰漫台灣科學界,扭曲高等教育的真實意義。

錢致榕 著

《科學月刊社》藉今年(2011)張昭鼎紀念研討會,對國家百年來的科技做一個回顧與前瞻,是一件很有意義的工作。它可以提供一個檢討過去百年我們科學與技術發展的途徑及得失,也可以為未來的世紀提供一個努力的方向。

現在我們常用的科技一詞,其實包含了兩個相關而又很不同兩部分:科學與技術。科學包括數學、天文、地質、物理、化學、生物、氣象、心理等科學;技術包含了兵工、造船、鐵路、礦業、農業、漁業、工業等技術。它的內涵,包羅現代文明的很大一部分,它的建立過程,是一個民族在幾乎不可能的困難情況下,創立一個偉大事業的可歌可泣的典範,值得後代仔細研究。在這裡由於篇幅的限制,只能略述大概,然後透過物理學這個例子,回顧現代科技早期在中國生長的經過,現在發展的情況,最後從過去的經驗,展望未來。我們把有限篇幅著重於初期,因為那一段時期的發展最有共同性,最不為人熟知,也對現在最有參照的意義。

2011年5月7日在台大舉辦的張昭鼎紀念會,以〈國家百年科技史的回顧與前瞻〉為題,回顧、反思建國百年以來科技發展的成果。

 

物理學在中國的創立與發展

本文所稱的物理學是指根據實驗結果,用邏輯和數學語言,研究物質世界的基本結構和其演變規律而發展出來的一套完整的理論,透過它嚴謹的理論體系,不只使它和很多其他科學聯為一體,並且不斷衍生出新的學科和現代科技。十七世紀末,當西方科學開始發展時,簡單的物理知識開始透過西方傳教士,傳到中國。可惜十八、十九世紀中當經典物理在西方經過牛頓的系統整理後蓬勃發展時,由於教禁,中西交流切斷,中國進入閉關自守的時代,物理學在中國的發展也因此陷於停頓。

到十九世紀中葉,中國的門戶被西方的砲艦打開,開始面臨亡國的危機,才突然追求西方的現代知識。但是起初只限於船堅炮利的技術,到二十世紀初葉,大量派遣留學生以後,了解到科學是現代技術的基礎。1915年,一群留學生在美國成立科學社,以「提倡科學,鼓吹實業,審訂名詞,傳播知識」為使命,團聚同志,啟發民智。到五四運動時,知識分子提出科學民主的口號,展開全面的啟蒙運動。但是在列強環伺的壓力下,救亡圖存成了當務之急,科學救國的意念高漲,激起了一代知識份子,投入科學發展,也帶動了各種技術的發展。經過成千位科學家的艱苦開創,才在極端艱難的情況下,使現代科學在中國萌芽、生根。

物理學在現代科學和技術中,處於基礎的地位,並且牽涉較廣,所以現在我們以物理學為例,來看現代科技在中國百年來的發展的過程。二十世紀初中國開始有系統地引進物理學時,現代物理正在西方崛起並且蓬勃發展,所以物理學在中國的創立和發展,大致是和西方的現代物理發展同步,也和民國的百年歷史同步。

1840年鴉片戰爭,敲開中國閉鎖的大門,面對亡國的危機,迫使中國政府開 始追求西方科學知識。

艱苦初創  1910~1950年代

在二十世紀的上半葉,一百六十多位留學生,在西方完成嚴謹博士訓練的年輕物理學家,回到他們生長的土地上,從無到有,一磚一瓦地把科學教育的支撐結構,從根建立起來。他們一方面透過「科學社」,團聚同志,喚起民智;一方面從小學中學科學教科書編起,進而健全大學的課程;同時創設儀器廠,不再仰賴進口,在各地建立科學教學實驗室,促進科學在全國的普遍發展。更重要的是,他們從不放棄從事面向世界水準的學術研究工作,默默地做長期累積。即使當時科學設備一無所有,學校經常欠薪一年,最初的一批科學家常被迫改行,他們還是前仆後繼,堅持不懈。

譬如,李復幾是中國第一位物理學博士,他於1907年在德國波恩大學完成一個突破性的光譜實驗,獲得博士學位,立刻束裝歸國。由於當時大學還沒有物理系的設備,無法從事物理學的工作,但是他抱著科學救國的信念,就任江南造船廠、漢治萍公司、京漢鐵路、四川鹽務局等總工程師的職位,鞠躬盡瘁,在中國創下以物理振興工業的先河。過世時靠鹽務局同事們的集資,勉強得以購得棺木,面向家鄉蘇州,葬於四川鄉下,充分反映了當時科學工作人員的困境。

李復幾回國七年之後,第二位物理學博士李耀邦,在芝加哥大學名物理家密立根指導下完成學位歸國。那時中國已有一兩所大學創設了物理系,他得以在南京高等師範教授物理。但是當時民國陷入軍閥割據的局面。學校長期欠薪的狀況,屢見不鮮,工作極其困難。三年後李耀邦放棄了物理學,在商業界獲得成功,後來創立上海滬江大學。

再過四年,第三位和第四位物理學博士顏任光和胡剛復又分別從芝加哥及哈佛大學學成歸國,他們對國內物理學,做出突破性的貢獻。他們不但使物理在北大及東南大學生根,並且幫助當時國內十幾所大學建立物理實驗室,並且自籌公司,生產科學實驗儀器,促進全國的科學教育及研究工作。同時他們得以培養出很多傑出的學生,他們及以後十年陸續歸國的20多位博士,很多都成為以後中國物理學的奠基人。同時也有很多非常傑出的年輕物理學家,投入工業,發展航空投身兵工發展飛機、動力工業、礦山工業、及其他備戰產業,甚至投身截聽無線電報、破譯敵方軍事電報;那些科學家,對各方面工業及技術發展,也都做出獨特的貢獻,後成為中國科技界的先驅。

1937年7月7日發生盧溝橋事變後,日軍的侵略摧毀許多教學研究設施,讓 一度發展蓬勃的中國科學停擺。

在這三十年內,雖然面對長期積弱,列強環伺,日軍侵華,他們能夠篳路藍縷、慘澹經營,使中國科學從一無所有,建設到略具楷模,可以向世界水平邁進的層次。1927~1937這十年,也是中國物理學的黃金時代。在這一群物理學先驅的共同努力下,物理學在中國完成本土化:中央研究院、北平研究院物理所與中國物

理學會相繼成立,到1931年中國已經有37所大學設有物理系,可以培養自己的學生;學者開始在Nature上發表研究成果,三十年的艱苦奮鬥,物理學在中國蓬勃發展終於指日可待。

不幸七七盧溝橋事變以後,日軍全面侵華,中國開始了歷史上少有的民族大遷移,使得那欣欣向榮、蓬勃發展的黃金十年突然停止。稍具規模的教學研究設備因而摧毀殆盡,所幸當時中國科學界最頂尖的人才,包括所有的老師、大部分的學生,都已經隨著政府播遷到西南大後方,替中國科學界日後的發展保存了命脈。他們成為物理學在兩岸劫後重生的重建骨幹。

劫後重生 1950~1980年代

勝利之後,緊接著內戰又全面爆發,使中國科學界的發展再次受到重創。雖然五年後,兩岸各自休生養息,在二十年戰亂的灰燼裡試圖重建二十年前的成就,但是等到社會真正安定,科技稍具規模時,那黃金十年已經過了四十年。這四十年,世界的科學技術已經有了跳躍性的發展。中國科技在1950~1980的30年中,經歷了劫後重生的過程。這段期間的艱苦和前面艱苦初創的過程非常類似,但也有幾點非常不同的地方。

科學社為近代中國歷史上第一個民間綜合性 科學團體,也是近現代中國歷史上規模最 大、影響最廣的科學團體。圖為1915 年出 版之《科學》雜誌第一卷第一期。

最大的分別是,雖然經過二十多年的抗日及內戰,大部分戰前辛苦培養出來的物理學人才都得以倖存,他們可以立刻推動戰後重建工作。雖然戰後台灣科學人才較少,仍然很快地建立了台大、師大、成大幾個基地,並且衍生出很多物理系。其次是兩岸休兵,但是長期處於冷戰對峙的狀態,互相以匪稱,完全不同於當年全國團結救亡圖存的氣概。最後國際的冷戰,演變成一場尖端科技大競賽,國際科技經費大量增加,造成科技迅速發展,使得落後國家的科技,處於更大的劣勢。

同時由於兩岸處境的不同,他們的科技發展各自採取非常不同的途徑。大陸上由於1950年以後長期的國際封鎖,採取自力更生、腳踏實地、一切從頭做起,雖然初期進展緩慢,30年後發展出一些自給自足的基礎工業及兩彈一星(對核彈、飛彈和人造衛星的簡稱)的國防及太空工業。這樣的背景,也帶來科學發展一個意想不到的收穫,那就是較高的科學本土化程度。以物理學為例,至今世界上只有三種語言作為主要教學媒介,分別是英語、俄語與華語。其中華語可以成為物理學的主要教學語言,靠的就是大陸科學界在這段期間的努力。但是連續不斷的政治運動,知識分子長期受到壓抑,顯然減緩了基礎科學的發展。

在這劫後重生期間,台灣科學界則受惠於較開放的社會和與歐美學界較為緊密的接觸,以及在科學教育上比較豐沛的人力資源,才奠定下今日科學教育與科技發展的基礎。但是由於沒有禁運圍堵,一般設備可以自由進口,台灣沒有發展出工業設備的基礎結構,至今大部分設備還是靠進口。國防工業至今仍屢遭外國封殺,就是一個例子。

然而困於物資的貧乏,當時台灣科學界慘澹經營的困境,也只比中國大陸略好一些。譬如當時物理、化學教授的收入雖然經過大幅度調整,可以溫飽,仍然和市場賣包子的小販相差無幾。不過由於沒有政治運動,科學工作人員可以安心工作,為日後的發展打下基礎。

1970年,一群在美國的留學生,組合了國內外科學菁英,創辦了《科學月刊》,延續了半個世紀前《科學》的使命,在台灣發揮了類似的功能。

公益刊物《科學月刊》於1970 年創刊,宗 旨是「普及科學、介紹新知、啟發民智、培 養科學態度」。

穩定發展 1980~2010年代

到了二十世紀的最後20年,海峽兩岸都進入穩定發展的時期,累積了半個世紀的能量,得以釋放出來。80年代後,台灣經過數十年的穩定政策,和全民胼手胝足克難奮鬥的努力,經濟開始急速起飛,造成亞洲四小龍之一的奇蹟;中國大陸也開始改革開放,從反右及文革的後遺症中,解放出來,開始迅速發展,透過穩定的發展政策,十億人民的努力,及以港台為主的投資合作,到了2010年,超越亞洲首富的日本,成為世界第二經濟體,造成亞洲另一個奇蹟。

兩岸社會日趨安定富足,同時培養了大量科技人才,使得科技發展在人才和經費上,都得到合理的支持。基礎科學,才開始在海峽兩岸茁壯發展,各自在國際學界的表現和能見度上與日俱增。經過了一個世紀的努力奮鬥,開始有了永續發展的條件,終於可以在世界科技舞台上爭一席之地,爭取領先的地位。所以在回顧這百年來的科技發展之際,一方面可以反思過去各個領域的成就得失,同時值得考慮近十年的趨勢,決定將來科技發展那裡去?

過往科學界的特徵與貢獻

早期的科學界、尤其是當時的科學家前輩們,有兩項非常鮮明的特點:

不同出身背景,同樣只求貢獻
早期創立中國科學的先行者,來自全國各省市、各階層,透過各種渠道,留學西方各國名校,在完成學業以後,立刻回國,投入於科學墾荒開路的工作,為科技救國的大業努力。早期台灣科學界前輩們也來自五湖四海,但是都對台灣的科學發展默默地作出貢獻。以我最佩服的張昭鼎與浦大邦這兩位台灣科學界前輩為例:前者出生於台灣台南,後者出生在中國北京;前者是戰後台灣大專院校所訓練出來的第一批化學家,後者則是第一批留學美國、在美國執教又為台灣服務的物理學家。不同的背景,卻都是台灣科學研究發展的開路先鋒,為台灣科學的發展奮鬥奠定深厚的基礎。

另外早期替台灣這塊土地努力的,還包括了日本籍的「台灣蓬萊米之父」磯永吉,與更早之前在淡水行醫、加拿大籍的馬偕博士。由此可知,從科學發展的角度來看,省籍、國籍都不重要,重要的是能對當地社會與民眾有實質的貢獻。

致力應用科技,嘉惠民眾生計

早期台灣的科學發展還有一項特色,就是科學上的研發成就,可以直接讓一般民眾受惠。我們最熟知的就是由吳振輝和郭啟彰引進台灣的吳郭魚,經過不斷的品種改良後,成為肉質鮮美、價格低廉的台灣重要水產品。在當時資源缺乏的台灣,吳郭魚的營養價值,讓台灣得以免去很多開發中國家所面臨到學童營養不均衡的普遍問題。

其它的例子,還包括建造當時總長度是「遠東第一、世界第二」橫跨分隔台灣南北濁水溪的西螺大橋,讓台灣農民的農產品物流配送,從此不再受自然地形的限制。後來的嘉義農業試驗分所經過十八年選育的台農十七號金鑽鳳梨,更是科技發展嘉惠民生的經典案例。

近年科學發展的重點與缺失

我們都知道「教育靠百年樹人,學術靠長期累積,技術靠長期努力。」科學的生根發展,有以下幾項必備條件:踏實的基礎科學教育、嚴謹的高級人才培養和科技的研究中心。早期的科技發展,受到社會財力的限制,很難做到。現在社會富足了,經費不再是瓶頸,今日科學研究與科學教育的發展,卻同時產生了急功近利、浮而不實的現象。

學術研究層面:趨於急功近利

近年台灣習慣用各種指標數據,來引導發展的方向、並藉以衡量發展的績效。例如講到經濟發展,政府關心的通常只是GDP(國內生產毛額)的數據;大家只看到台灣過去幾年來GDP年增長率有3~5%左右的成績,但是卻忽略了人民實際收入並沒有增加的事實。

科學發展更是如此!從國科會到教育部,近年來都以國際期刊發表的數量SCI、SSCI為學者研究成果與大專院校發展的評判標準。最鮮明的例子,就是教育部現在為了發展頂尖大學進入「世界一流」,推動五年五百億計畫。這個計畫過度偏重數據與量化指標,間接造成急功近利的風氣;大學教授與碩博士生成為量產學術論文的機器,卻無法替台灣的科學教育與研發創新帶來突破性的發展。同時由於盲目追求論文數量,很多大學的教學質量大受影響。

長此以往,如果不及時改正,可預見再過二十年後,我們回頭看這個十年計畫,可能發現它是台灣高等教育發展史上的一場災難。因為過了二、三十年以後,現今哪個大學在世界上排名第幾名、發表幾篇論文,根本不會有人在乎!後人只看到台灣的高等教育,因為過度急功近利的傾向,而忽視了科學教育的紮根與科學人才的培育,讓台灣的科學發展,出現後繼無人的窘境。

基礎教育層面:沒有踏實紮根

今天大家過度重視科學發展的上層結構,例如研究機構的設立與研發經費的爭取,但卻忽視了下層結構「基礎科學教育」踏實紮根的重要性。急功近利的心態,從高等教育蔓延到了基礎教育;各級學校莫不以讓學生在奧林匹亞競賽得獎為發展目標。

但是調查顯示,學生們對數學、物理、化學等學科的興趣,卻是不增反減。我們很多的教育做法,有意無意地把孩子逼上了死路,扼殺了他們原本對科學的興趣。當從小學到大學、大家都在以「點數」、「獎牌數」為目標的時候,就不會有人去注意基礎科學教育的重要性。

未來的發展方向

高等教育發展的目的,不是為了拼點數、搶積分,而是為了替未來的社會培育人才,解決未來社會的問題。學術研究的目的,不是單純為了發表文章,而是為了增進學術知識、訓練科學家的思維方式,然後將這些科學知識與思維方式,傳遞給下一代的人才。

如果量化指標真的是科學研究與教學發展上無法避免的評量標準的一部分,那至少我們所訂出的量化目標,要能夠「按照我們社會的需要」來訂立;如果連自身的科學發展需要都搞不清楚,又怎麼能夠與世界科學界的發展趨勢順利接軌?

學術靠長期累積,技術靠長期努力,教育靠百年樹人;但是近十年的趨勢似乎是研究以論文篇數為準,科學發展以諾貝爾為目的,教育以奧林匹亞為目標,體育以國外大獎或僱用為標竿。這樣的趨勢,能夠發展科學,建立科技,振興社會,改進人民生活,使社會永續發展嗎?

回首四十年前因有《科學月刊》雜誌,結合一批科學菁英,承擔了早期《科學》的使命,為台灣奠定了深厚基礎。希望今天在此科技百年反思之際,《科學月刊》能夠再度發動社會的力量,面對當今的挑戰,檢討過去發展的得失,策劃未來的努力方向,發揮時代先行者的功能,使我們的社會對人類文明能做更大的貢獻,永遠不再落後。

注:本文內容細節部分,可參見錢致榕和劉源俊合著,〈中華民國百年來物理學的發展〉,《中華民國發展史:學術發展篇》,台北,國立政治大學人文中心,2011。

錢致榕:國立政治大學講座教授
美國約翰霍普金斯大學物理暨天文學教授

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