第一章
改革自然科學教育的生物學家―露易絲傳奇
葛蕾絲安娜‧露易絲是十九世紀末最傑出的女性科學家之一。
她對鳥類、細菌與水中無脊椎動物的分類有重大的貢獻，
並在晚年致力於自然科學教育，啟發了許多學生。
地下逃亡線
一八二一年八月三日，葛蕾絲安娜‧露易絲（Graceanna Lewis,1821-1912）生於美國賓夕凡尼亞州切斯特郡（Chester）的一個農莊裡。露易絲從小就在農莊裡照顧蘋果樹與幾隻乳牛。她有一個姊姊、兩個妹妹。四個小孩一起幫助母親以絲帖．法瑟爾（Esther Fussel）主持這個農場。露易絲的父親約翰．露易絲（John Lewis），在她三歲時，陪伴一個由南方逃來的黑奴家庭北上加拿大，在途中染上斑疹傷寒，死前給妻子與四個小女兒的遺言是：「我沒有為拯救黑奴感到後悔，我一生最大的遺憾就是太晚才參加這項任務。」
露易絲的父親所參加的任務，稱為「地下逃亡線」（Underground Railroad），專門協助由美國南方逃亡到北方的黑奴，祕密護送他們前往加拿大獲得自由。雖然當時協助黑奴逃亡是會被判死刑的，但是在美國北方州警嚴密檢查下，仍有些人甘冒生命危險去協助黑奴，成千上萬的黑奴因而重獲自由。
「地下逃亡線」的負責人之一是巴多羅買．法瑟爾博士（Bartholomew Fussell），就是露易絲的外祖父。法瑟爾家族的人，有一句口號：「黑奴一無所有，所以幫助黑奴是最好的工作。」他們從小就有這樣的使命感，然後學習各樣專業，散居到美國各州，組成「地下逃亡線」的不同中繼站，當時他們被譏笑為「過度自以為正義的人」與「太想成為殉教士的一批基督徒」。
獨立與叛逆的區別
父親過世後，母親繼續經營農莊，並繼續保護投宿的逃亡者，成為黑奴的庇護所。露易絲寫道：「母親是位意志堅強的女性，喜歡照顧別人，她的一生證明女性能夠在照顧家庭之外，對社會也有貢獻。很多人認為女性獨立是一種叛逆，但是母親的獨立是源自對人類的關懷，因此克服許多困難，幫助更多的人。這種獨立不是叛逆，叛逆是逃避責任的隨心所欲，是摧毀多於完成的事情。」
一八三九年，母親堅持露易絲應該放下照顧農莊的工作，前往三公里外的京伯頓女子寄宿學校就讀。
校長京伯（Abigail Kimber）在第一堂課就開宗明義的說︰「當你進入這所學校，就應該認識學校裡的每棵植物，這是讓你學習感受自然之美的第一步。」京伯開啟了露易絲對自然科學的興趣，她在學校三年，學會辨認校園中兩百多種的植物。
露易絲於一八四二年畢業後，前往外祖父在約克郡成立的女子學校擔任植物學教師，並勤奮自修植物學與動物學。當時的女性比較早婚，露易絲卻一直沒有遇到追求她的男士，經過一陣子的低潮，她自認是「沒人愛的女性」。但是她又寫道：「單身反而有更多的機會去照顧別人的孩子，很多人結婚不代表結束孤單，而是期待的落空。想結婚的慾望，似乎一直糾纏著我的情緒，如何將這慾望提升為眷顧別人的愛呢？學生的一點進步，就是我對教育之愛的一點回饋。」
家在陽光的那一邊
一八四五年母親病重時，露易絲回到農莊，接下「地下逃亡線」的重任。她寫道：「每當想到別人即將獲得的快樂時，自己一點點的不幸，實在算不得什麼」。一個年輕的女性，負責一大片地區的救難工作，露易絲一開始很害怕，不久就振奮起來，她寫道：「我敬畏上帝，所以沒有多餘的心思去擔憂恐懼」。兩年後，她母親過世了，露易絲更獨立了，她將農莊取名為「向陽莊」（Sunnyside），種植更多蘋果樹。
一八六一年，美國南北戰爭爆發，北方政府支持黑奴解放，地下逃亡線的成員不用再隱藏身分，露易絲將農莊改成傷兵救護所，讓州政府的公共衛生委員會負責管理，她則前往紐約，跟當時最著名的鳥類學家卡辛（John Cassin, 1813-1869）學習鳥類分類學。
卡辛是十九世紀中自然科學界的傳奇人物，他從小就喜愛蒐集動、植物標本，青少年時即發現一種植物，是當時的植物圖鑑所未登錄的。卡辛從事進口業與印刷業，但是後來他進口世界各地的鳥類標本多於其他商品，且印刷的書本多為精美的鳥類圖片與研究成果。他在晚年說：「我知道我工作所花的時間，但是我在研究鳥類上的時間，幾乎無法估計。」他一生發現了兩百多種新的鳥類，蒐集的標本比著名的史密森學會（Smithsonian Institute）更多。因為卡辛常用砷去做鳥類標本的保存處理，後來死於砷中毒。
發表第一篇研究成果
露易絲認為她保護黑奴的階段性任務已經結束，但是她看出黑人獲得自由後，仍是文盲，需要有人去教育他們的下一代。要教育別人之前，必須先充實自己。美國在生物學大師亞格西茲（Louis Agassiz,1807-1873）的建議下，於一八六三年成立了「國家科學研究院」（National Academy of Sciences），使研究者較無後顧之憂，學術研究更專業化。露易絲在卡辛的協助下，取得研究獎金，維持自己的生活。
一八六六年，露易絲在《國家科學研究院彙刊》（Proceedings of the National Academy of Sciences）發表第一篇研究報告，鑑定出一種新的鳥類「黑鶇」（Agelaius cyanopus）。過去，很少有女性發表新的生物物種，當時不少科學家質疑這是卡辛的研究成果，不是露易絲發現的。露易絲寫道：「喜愛大自然的人，厭惡人性的偽善，女性的耐心與細心是從事科學工作的優點。」一八六九年，卡辛在工作時突然病逝，露易絲也失去國家科學研究院的研究資助。以後，她成為一名巡迴教師，在美國各高中巡迴教學。她經常教導學生，如何使用顯微鏡觀察鳥類羽毛的結構與分辨植物。
生物科學教育的危機
一八六○年，露易絲長期投身於中學教育後，認為生物科學逐漸產生三個危機：第一、生物科學逐漸由大自然退回實驗室，愈來愈與大自然的美失去連繫；生物科學從多數人自發性的喜愛，變成了少數擁有實驗室的人才能研究的對象。第二、生物科學為了追求學術的嚴謹性，逐漸脫離群眾，生物科學知識愈來愈成為冰冷的學術。第三、生物科學的研究是為了了解生命的本質，但它的發展卻愈來愈無法解答生命的意義。當生物科學逐漸失去大自然，失去群眾，失去生命意義的探索時，生物科學存在的目的到底是什麼？
當時著名的詩人愛默生（Ralph Waldo Emerson,1803－1882）就寫道：「科學家像是一個苦行僧，躲在自己的住處，在這角落發現一點，那個角落發現一點，講一點人怎麼生，說一點人怎麼死，卻忽略人整個存在的價值。」當時的學術王國，只有聰明的人才能進來，大家努力的要趕上別人，卻又不知道最前面是什麼。目睹這些現象，露易絲在一八六九年出版了《鳥類自然科學史》（Natural History of Birds），首先用胚胎分類學的方法去區分鳥種，並且嘗試用數學去量化不同鳥類骨骼的結構，這些新的論點使她贏得其他科學家的注意。
逐漸成名的危機
隔年，露易絲又在著名的《美國自然科學家》（The American Naturalist）雜誌發表一種澳州稀有鳥類〈七弦鳥的研究〉，探討七弦鳥的築巢特性與結構。不久，又在同一雜誌發表〈鳥類翅膀的對稱圖示〉。
正當她的研究如日中天，廣獲科學界肯定時，突然之間，她整個崩潰，無法工作。一八七一年至一八七三年期間，她多次因為精神衰弱進出醫院，一八七四年才逐漸恢復健康。她回到兒時的農莊，重新整頓這一塊荒蕪的土地。
一八七五年十月，「第三屆女性會議」（The Third Congress of Women）在紐約舉行，露易絲獲邀在大會中演講，闡述她在科學界奮鬥多年的經歷。她並未提及被誤會偷竊別人的研究成果，也沒有提到長期沒有穩定的工作，只能依靠巡迴教學過生活；更沒有講到她罹患三年的精神衰弱。露易絲說道：「從事生物學的研究，是赴一場大自然的邀約，在這一場豐富的邀約裡，如果只有男性參加，不但是女性的損失，也將是全人類的損失。」
普世女性教育的分水嶺
露易絲鼓勵女性參與科學研究，她說：「科學知識並沒有性別的差異，所以科學的研究者也不該有性別的差異。」她的演講，像是一把大槌，敲撞長期以來女性對自己角色的局限看法，也挑戰只有男性才能從事科學研究的觀念。露易絲的演講引發更多人思考：難道女性真的沒有科學頭腦嗎？難道女性除了照顧家庭、生兒育女之外，真的對社會不能有其他的貢獻了嗎？
近代女性的教育權、工作權、參政權等，都是由這些思想延伸出來的結果。一八七五年成為女性獲受更多尊重的分水嶺，從此，美國聯邦政府要求女子教育裡要放入科學課程。當然，這不是露易絲一人努力的成果，而是由一批傑出的女性共同推動的。
一八七八年，露易絲將經營多年的農莊賣掉，將所得的錢做為個人的研究基金。她又成為一名巡迴教師，到邀請她的學校短期任教。由於欠缺博士文憑，她只能在中小學任教，教授「鳥類分類的二十堂課」、「植物分類的五堂課」等。她在費城買了一間小房子做為個人研究室，也是沒有巡迴邀約時的住處。她一生一直期待能在大學獲得一個穩定的教職，但是多次的申請都落空，雖然會有失望的時候，只是另有一條新的道路在為她展開，使她的生命成為高等科學研究與中小學科學教育的導管。
細菌與水母分類
露易絲繼續在一流的科學期刊發表研究成果，例如一八八二年，她在美國國家科學研究院的年會上發表〈生物學分類的一般原則〉，提出生物分類不只是在比較標本的相異與相似性，而應建立比較的通則，成為分類上的基本步驟。一八八四年，她在一條臭水溝旁邊，看到水底有些白色的黏狀物，就將它取出，放在顯微鏡下觀察，看到一種從未見過的細菌。她將細胞的結構畫下來，並且仔細分析其生長的環境，發現這種細菌能夠生長在氧氣非常缺乏的水中，這種細菌後來稱為「白硫絲菌」（beggiatoa）。發現「白硫絲菌 」是項重大的成就，它證明在硫化物濃度高的劇毒水中，也有細菌能夠生存其中。
一九○二年，她在《美國自然科學家》雜誌發表一種南美洲已經滅絕的蹄狀動物，是過去未被分類過的物種。此後她又在 「德拉瓦科學協會」（Delaware County Institute of Science）上發表魚類的一些重要特徵，又發表海洋中「放射蟲」（radiates）的分類特徵。一九○九年，她繼續發表美國沿海「水母」（jellyfish）的分類研究。一九一一年，她已經九十高齡了，還是到海邊沙灘上撿拾被海浪沖上來的水母屍體，在「德拉瓦科學協會」上發表櫛板動物門的分類。
讓小學有座花園吧
一八七○年代末，露易絲在生物分類學的研究，已獲得科學界的肯定。但是，她最大的貢獻不僅是在科學研究，更是在突破近代生物科學教育的危機。為了讓學生可以在大自然裡重拾對生物科學的喜愛，她在全國推動「花之任務」（Flower Mission）：在小學校園設置花園，讓學生由種花的過程中，親自觀察生物生長過程的奇妙。她建議學校，種花除了考量花卉的美麗外，也要種植不開花的蕨類；除了種市場賣的花種外，也要移種當地的野花。她鼓勵學生蒐集花的落瓣、落葉，在顯微鏡下觀察，並畫下外表的特徵，也建議學生在一天不同的時候去觀察花的變化。她告訴學生：「當你這樣做，你會發覺周遭不斷的有一百個、一千個奇妙在發生。」她並且要學生採收所種的花朵，送給當地醫院裡的病人。
露易絲絕對沒有想到，「花之任務」在全國小學的自然教育產生多大的回響，逐漸的，許多小學校園裡有學生自己經營的花圃與菜圃。後來，美國政府為了感謝她的貢獻，就將「向陽莊」買下，改成一片大花園，以她的名字命名為「葛蕾絲安娜花園」（Graceanna's Garden）。露易絲也建議在中學成立「寵物屋」（pet's house），讓學生有照顧動物的經驗，甚至讓學生將動物帶回家養，期末再將動物帶回學校。在規模較小的學校成立「繭屋」（cocoon's house），讓有興趣的學生將蟲繭帶回家，蟲繭成蛾後，學生需要繼續照顧，蛾產卵，卵再孵化成蟲，蟲成繭後再交回給學校。
改革自然科學教育的切入點
露易絲的第二個任務，是讓更多的社會大眾，能夠接受大自然的邀約。她認為科學教育有四個切入點。第一是傳統性的，例如學校課本介紹科學定理與實驗程序；第二是介紹「科學新知」，滿足一些人對近代科學的好奇；第三是「科學文學」的呈現，直接去喚醒讀者的理性與感性；第四是「科學圖鑑」，讓人從大自然與科學圖鑑中自我學習，進而產生喜愛自然科學的動力。
一八九○年，露易絲看到「花之任務」與「寵物屋」在各中小學獲得熱烈的響應，轉而學習水彩畫。一八九二年，她用水彩畫出辨識賓夕凡尼亞州森林葉子的圖鑑，她的畫不僅具有藝術之美，也具有科學的精確。這本圖鑑在一八九三年芝加哥舉行的世界博覽會中獲得金質獎，一九○一年在水牛城的「泛美展」又得金牌獎，一九○四年在聖路易斯市的「路易斯安那商展」又得金質獎，後來被賓州州立大學永久珍藏。
生物圖鑑對社會教育的重要
很少科學家會有如此傑出的美術作品，但是露易絲憂心忡忡，她要的不是這些獎牌，而是要讓《生物圖鑑》成為接受大自然邀約的導引。她繼續繪製《蛇類圖鑑》、《鳥類圖鑑》、《野花圖鑑》等，但是沒有出版社肯出版，因為《生物圖鑑》不是市場的暢銷書。露易絲轉向國家科學研究院申請，當時國家科學研究院的經費很多，吸引各地的傑出學者來美國做研究。弔詭的是，「科學研究」可以申請到很多錢，「科學教育」卻沒有錢，國家科學研究院拒絕露易絲的申請案。
露易絲又轉向教育部申請，教育部卻認為《生物圖鑑》不是學校用的課本，不予補助。後來有一位匿名的老婦人知道這件事情，就在遺囑上註明：「出錢，出版露易絲的《生物圖鑑》」。
《生物圖鑑》果然不是暢銷書，卻是長銷書，更重要的是成為社會大眾自我教育的導引。露易絲晚年寫道：「願我的一生，成為給孩子的一件禮物。」她沒有結婚，沒有孩子，但藉著她的《生物圖鑑》，許許多多的孩子因而受益。
生命的存在是有意義的
一八九○年，七十九歲的露易絲已經沒有力氣到各處當巡迴教師了。她回到自己的小屋，進行她的最後一件任務，在生物科學中教導孩子生命的意義，這是一般生物課本未曾著墨的。她在《都市人》雜誌（Urbanista）有個專欄，描述大自然在不同季節的變化。她寫道：「觀察大自然是最純潔的樂趣，永遠不會讓你感到無聊，能夠提升你的心志，培養你對別人的尊重，穩定你的個性，讓你的生命更活潑。讓觀察大自然成為你一生的習慣，使你邁向那光明、愛與存在之永恆的源頭。」
露易絲在貴格會（Quaker）出版的週刊《智者之友》（Friends' Intelligencer）上也有一個專欄，叫做「鳥類和牠的朋友」（Birds and Their Friends），介紹鳥類的羽毛、飛翔、歌唱、與食物，並寫道：「要認識一幅偉大的繪畫，必須先認識畫作背後的作者；要認識大自然，必須認識造物主，否則科學會徒然成為一種智力活動。」
露易絲也是一位研究演化論的學者，英國的演化論大師赫胥黎（Thomas Henry Huxley, 1825－1895），在訪問美國時，曾稱讚她是：「在系統分類學上有最新與最深入研究的人。」但露易絲經常引用哈佛大學教授植物學大師格雷（Asa Gray, 1810－1888）所講的一句話：「演化是一種機制，但不是生命存在的第一個機制，也不是生命結束的最後一個機制。」一八九六年，露易絲在〈真理與真理的教師〉一文中寫道：「自然的法則是上帝的法則，所有自然力量的影響看似複雜，卻讓生物之間存有和諧的關係，因此，生物的存在不是自然力量盲目的篩選，而是藉著在環境中的掙扎，邁向完美。」
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