基于信息技术的科学中心展教功能开发

何丹 张路远 马婷婷

[摘 要] 科学中心是面向公众开展科学传播的重要科普教育场所。为进一步激发中小学生对科学的兴趣，培养青少年的创新思维，科学中心应加强展示教育功能与信息化的深度融合，利用信息化技术以及科研院所的优质科普资源，不断探索科学传播的新形势、新方法。本文仅以科学中心的教育培训实验室为例，说明了新的信息技术与传统教学方式相结合，对整个科学中心的教育功能和服务内容、形式所带来的积极影响，更可直接为科学中心培训教育功能目标的实现提供更好的方式方法。

[关键词] 科学中心；信息化；教育培训；科学实验

doi ： 10 . 3969 / j . issn . 1673 - 0194 . 2017. 01. 099

[中图分类号] G322 [文献标识码] A [文章编号] 1673 - 0194（2017）01- 0174- 03

0 引 言

“科学中心”是指那些相当于国际上被称为“科学技术中心” （Science and Technology Center，简称“科学中心”） 或以科学中心展示教育方式为主的科技博物馆。以美国旧金山“探索馆”的建成为标志， 20 世纪 60 年代以后，世界上掀起了科学中心的建设热潮。到今天，全世界已建成的科学中心已超过2 000 座。

1 科学中心信息化及展教功能建设

在我国，近年来信息化建设已经成为科学中心内容建设的重要组成部分。科学中心信息化建设的总体建设目标是，利用现代信息化技术管理科学中心运营过程中的各个环节，将各种感知技术、现代网络技术和人工智能与自动化技术等应用在科学中心运营管理、展教和公众服务等方面。其最高阶段即科学中心的各部分都由智慧化的信息系统完成，无需人工干预，科学中心内外人与物、物与物、人与人实现智慧对话的状态。为实现这个目标，需要在科学中心现有业务管理模式的基础上，结合长短期的管理规划，对业务及管理进行梳理、提升和规范后，逐步建设起来。第一步，实现基本业务信息化建设。第二步，实现基础运营管理信息化建设。第三步，实现展教及公众服务智能化建设。第四步，实现智慧运营管理建设。其中，最重要的功能和目的就是直接服务于展教和公众，紧密结合现有先进、成熟的信息化技术，提升展览教育实践水平和公众体验就显得尤为重要，这也是科学中心在信息化规划第三步中需要重点实践的内容。

科学中心的展教工作紧密围绕展教大纲开展，展品类型包括互动启发类展品、模型展示类、多媒体教育类及艺术装置类展品等。近年来，信息化技术、互动体验方式都发生了很大的变化。特别是虚拟现实技术（以下简称VR或VR技术）和增强现实技术（以下简称AR或AR技术）的应用和发展发生了巨大的变化，应用场景和应用范围越来越大，资源内容越来越丰富。

科学中心实现教育传播功能的主要载体除了常设展览外，最重要的是加入了以探索实验与过程体验为主的教育培训专区。教育培训功能以青少年为主要服务对象，兼顾社会需求的多元化，注重双重素质教育，既培养科学素质，更侧重开发工程技术素质。

2 实验室案例分析

现着重以B科学中心“信息千里眼”远程观测实验室为例，具体阐述如何将VR技术与传统的教育功能相结合，从而提升教学体验的实践。

2.1 实验室简介

B科学中心“信息千里眼”远程观测实验室是以中小学生为主要对象，以远程观测为特色的科普实验室。学生操作实验室内的设备，可以控制远方观测点的摄像头，实现远程观测的探究方法。本实验室涉及生物学、生态学等自然科学。教学过程中采用学生观测、记录与教师引导、讲解相结合的教学方式，侧重培养科学探究的思路和方法。

2.2 实验室设施配备及用途

高清网络摄像头均布在三个观测地，硬盘录像机均布在三个观测地，用于录像和存储有价值的观测视频资料；3台42吋触摸屏一体机及照片打印机放置在教室，学生通过触摸屏一体机进行操控，控制观测地摄像头的转向，观测动植物，达到科学探究的目的。

2.3 实验室的优势

（1）省去舟车劳顿，同时可享受异地优质科学教育资源。“信息千里眼”的三个观测点分别分布在武汉、昆明、青海。通过本实验室，在北京就能经常观察三地的动植物成长和环境情况，省去多次来回奔波，节省了大量时间和金钱，提升了观测和学习效率。

（2）整合大量优质资源进行科普教育。本实验室整合了科研院所的优质资源。不仅提供实时观测，还有专家团队提供支撑。既能传播知识，还能培养科学研究的方法。

（3）观测过程可实时保存，成为有价值的图像视频资料。传统拍照片和录视频，往往耗人力、时长短，而远程观测的方式可方便保存大量数据，满足不同人群从中挑选有价值片段的需求。学生还可现场打印观测到的图像。

2.4 发现的问题及解决措施

可见，该课程教学环节的重中之重就是远程实时观测，远程实时监控观测虽然在形式上有所创新，但仍面临以下问题：第一，受四季气候、时长的限制，观测者无法在一节课45分钟内看到植物发芽、成长、开花、结果的全过程，也无法人为控制动物按课程设定呈现相应的动作行为；第二，出于对设备的保护和观测点的实地情况等原因，摄像头的安装位置往往距离观测对象较远，视野范围有限，无法近距离靠近观测对象，致使观测起来不能十分清晰；第三，从远程观测系统看到的画面为传统2D形式，观测者没有身临其境的感觉。

利用虚拟现实技术沉浸性、交互性、构想性、动作性、自主性的特点，创建出的高度虚拟仿真效果，能使学生沉浸其中，不仅可以将植物的一生浓缩到短短几分钟内完整呈现，而且能将动物的各种行为活灵活现地展示出来，不受四季气候影响，也无需担心距离、时长等因素而产生的缺憾。如以远程观测小滇金丝猴的幸福成长课程为例，VR系统不仅可以在短时间内完整呈现滇金丝猴从出生到成年的形态特征，还可以通过互动设计，实现观测者以一个小滇金丝猴的视角，体验群体中其他成员给予小猴的关爱，如爬到爸爸的头上，侵犯作为一家之主的权威，他不恼怒，妈妈和阿姨们争相拥抱它，哥哥姐姐们带着他在树枝上跳跃玩耍，遇到危险时帮它赶走天敌等等，让观测者宛若滇金丝猴的家庭成员一般，感受猴群中小猴幸福成长的过程。总之，虚拟现实和VR眼镜系统，已成为借助虚拟现实及传感技术创造的一种崭新的教学教育系统，让每一个观看者带着惊奇和欣喜去体验真实的虚拟世界。

3 结 语

通过B科学中心“信息千里眼”远程观测实验室课程开发的实践，将科研院所科研资源+富媒体数字科普资源+虚拟现实技术与现有教学方式有机融合，将宝贵的科研现场、科研过程，应用虚拟现实技术带来的情景沉浸式、全景式的表达形式，形象逼真地呈现给体验者，有利于激发中小学生对科学的兴趣，有利于青少年创新思维的培养，有利于青少年及公众科学素养的养成，更可直接为科技馆相关培训教育功能目标的实现提供更好的方式方法。

除此之外，如VR技术、AR技术等新的信息技术，还非常适合应用到科学中心的常设展览中去，比如常设展厅大量的展项，均可运用VR、AR等新技术对展项进行延伸体验、说明和补充，与传统互动展项形成有效互补，更深层次的丰富了展项展示的形式和内容，从而更加吸引观众观看、互动和探索。

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