科技展品信息化：让科学实践更“好玩”

文/陈筠

科技展品信息化：让科学实践更“好玩”

文/陈筠

为了培养现代社会所需的创新人才，对青少年科技创新的普及性教育越来越得到各级政府的重视，拥有科技馆的城市越来越多，科技大篷车等流动科普宣传展示的的形式也得到越来越多的认可。在青少年科普工作取得了一定成绩，科普场馆设施在大城市已经达到一定规模，但青少年仍普遍被各级升学考试左右的今天，如何使科普场馆的科技创新普及教育功能更有效，更完备，更深入人心，从而使之真正成为学校教育不可或缺的补充，成为现代科技人才成长的摇篮，是广大科普工作者应该认真考虑的问题。

现代信息技术的迅猛发展，改变了我们的生活，改变着我们的教育模式。青少年对数字产品发展的敏感和关注，使我们十分自然地意识到，现代青少年科技展品的信息化设计，极有可能成为解决各种问题的有效而关键性的途径。

科技展品信息化设计将成必然

科技展品的信息化设计是未来普适计算时代的必然，也是现代教育发展的必须。

普适计算的思想最早由前Xe rox PARC首席科学家Mark Weiser在1991年提出。这一思想从20世纪90年代后期开始得到广泛关注和接受，许多相关的研究计划纷纷启动，目前已成为国际上一个蓬勃发展的研究热点。普适计算概念强调和环境融为一体的计算，而计算机本身则从人们的视线里消失。在普适计算的模式下，人们能够在任何时间、任何地点、以任何方式进行信息的获取与处理。普适计算的核心思想是小型、便宜、网络化的处理设备广泛分布在日常生活的各个场所和各种设备器具中，人机交互更自然，人间交互更随意。目前，普适计算尚处于研究与部分运用阶段，推动普适计算研究的力量来自三个方面：学术界、政府部门和产业界。大都市科技馆，肩负展示科技前沿，开启青少年智慧，培养未来人才重任，不妨将未来科技展品的设计上，深入考虑普适计算的理念并充分利用其先进技术。

强调体验式教育的科技展品，利用现代信息技术，完全可以让青少年在人机交互中更加沉浸，更获感悟；也完全可以让展示突破科技馆的物理空间和时间限制，大幅度提升展品的教育效益；更完全可以将展品社会教育功能和学校教育密切融为一体，体现未来教育环境的灵活和泛在，而人类世界正在迎接普适计算的时代，科技展品的信息化设计应基于普适计算的理念。

科学实践探索，应该更有趣味性

一些传统的科技展项，在许多科技馆都有类似的展品，如击鼓驻波、钢管琴、拱桥积木、手摇发电等，这些项目很受小观众欢迎，但是动手实验的过程缺乏探索，往往是敲敲听个声，搭搭看个结果，摇摇看个灯亮便心满意足。“没有探索行为的科技教育，我们的科普已经不科学了”。科技馆的实践探索，应该有趣味性，让孩子们感觉到玩的快乐，但是这种探究的玩与游乐园的玩不同，它不是纯粹追求刺激性的快乐，也不是简单地满足好奇心，而是追求探索后成功的快乐，满足不断地发现，不断地探索，一步步深入揭秘的愿望。因而，为了能够一步步让实验者有所新发现，一步步引导其探究下去，原来不少实验项目究需要再设计。

这样就需要借助数字显示装置引导其一步步发现问题，深入探究。如击鼓驻波实验，当实验者用鼓槌敲击后，可有即时文字提示，观察什么，再尝试什么；当实验者得出初步结果时可引导实验者做进一步半定量以致定量的测试性实验；也可引导学生做改变声源的实验。在学生对驻波较为了解时，可继续引导其研究驻波应用的实验。

同时借助数字技术实时监测实验。目前的实验是鼓槌一声敲击后，玻璃管中轻质小球按驻波的波腹波节重新周期性地疏密排列。这一现象说明什么，未必知道，也未必会进一步思考。若使用声传感器和计算机接口，可测出整个玻璃管中声波能量的分布曲线，从而知道居然声音在这样的管道中传播，会出现有的地方声音消失，从而对驻波更为了解。

数字技术能够激励青少年不断探究。未来的科技馆门票可设计为IC卡，持卡者某个实验探究到一定程度，可凭卡进入下一高级探索区实验，也可凭卡自动发放实验器材或奖品。而数字网络技术，则可集中监控实验装置是否正常运行。

虚实设计相结合

目前，虚拟现实技术已广泛运用于航空航天、军事、设计、体育、娱乐等领域，也逐步运用于各类学校教育。作为信息技术的一项重要运用，其教育功能，已得到广泛认可。虚拟现实技术是模拟人在自然环境中的视、听、动等行为的人机交互技术，其逼真的虚拟环境使实验者在多感官感知下提高沉浸感、临场感，从而能更为专注于实践研究；其操作的随意性使实验者感受探究的自主感；设计良好的学习引导，将使实验者减少探索的盲目性，提高研究的成功率。科普教育涉及面广，上天入地，探微究深，利用虚拟技术，是教育的重要方式。

科技馆的展品设计同样也可虚实结合。部分实验可开发网上虚拟实验，帮助青少年更好地探究实验原理，激发真实实验的兴趣。如手摇发电机，其内部结构如何，为什么会发电，怎样才能发更多的电。科技馆的科学商品，可与网上虚拟实验相关，如提供自制手摇发电机组件，自制手摇发电充电器组件等。

探索交互的多元化

科技探索交互的形式原本就是多样化的。学生的研究需要师长的指点，需要相互交流；也需要和实验设备、计算机等交互。为学生提供多元化交互设计，为其创造多元化交流环境，是科学普及的重要环节。现代网络技术、移动技术为信息的交互提供了无所不在的沟通。

科技展示中，许多展品经过精心设计，有趣而令人寻味。这些展品是否开辟些网上交流区，利用些微博等手段，使其教育功能拓展到馆外，探究得以在参观后延续下去。如柱面镜实验，参观者都觉得很有趣，但是到底如何成像，什么光学规律，未必知道，未必有办法了解透彻。如果网上提供讨论和指导，提供研究探索的软件，并提供制作柱面镜的方法，学生就可以用自己的照片做成柱面镜成像实验。

普适计算的提出与研究的进展，使人们看到信息通讯技术使教育环境在发生着变化，联系校外和校内的教育体验的场所也在不断地扩大，体验的形式也在发生根本性变化。到处存在的小型的或看不见的计算机及其网络，使教育体验环境从距离、时间、空间的角度增强了灵活性。这种学习体验环境是泛在环境，可以给学习者提供最优化的，以学习者为中心的定制性学习体验环境。

未来的科学教育应该存在于泛在的学习环境之中，因而科学教育的泛在环境设计应逐步深入考虑。未来学校将越来越突破有限的学校的物理环境范围，扩展为电子学习技术环境，与地域社会各种机构、团体、场馆等共同构成生态化的学习环境。校外科学教育环境必然与学校教育一样，成为青少年接受教育的重要场所。

探索科技展品信息化后的教育模式

基于普适计算的科技产品信息化，将构建一个科学教育的泛在环境。对青少年而言，科技馆教育和学校教育都是其学习的重要场所。学校教师都了解学校大纲中涉及的知识和能力教育，在科技馆中，与哪些展品的探索体验相关；这些展品哪些可以在某些时段“流动”到就近的场所让学生实践，哪些可在网上探究讨论；哪些可以有实验器材做相关小实验；从哪里可以了解到这些知识已被应用到某些发明创造，甚至是我们学生自己的发明，等等。

学生在社会科学教育的场馆中，在被精心设计的信息化展品面前，可以极为个性化地自主学习，尽情探究，并与其他学习伙伴和教师专家交流。这类学习是学校学习的组成，被学校和社会认可。而学校对科技教育资源的利用，教师对科技展品的理解，学生对科技展品的探究，可以通过科技展品的信息系统有所反映，可以通过数据挖掘得到反馈。

可以说，科技展品的信息化设计涉及展品设备本身的展示方式设计和展示的教育模式设计，通过展示的数字监测设计、展品的虚实结合设计、交互的多元化设计、教育的泛在环境设计，现代青少年科技展品的信息化设计将成为普适计算时代的必然，符合信息社会发展趋势，将有利于现代信息社会创新人才的培养，有益于教育的开放性、公平性发展。

作者就职于上海科技馆