“情境-体验/探究-认知”——科技类博物馆学习情境营造模式

孟佳豪 郝 琨 柳絮飞

当今科技类博物馆的教育价值日益受到社会各界的广泛关注，我国省、市、县各级科技类博物馆数量、规模都在逐年扩增，科技类博物馆设施建设如火如荼。然而作为与“硬件”设施同等重要的“软件”，展教活动却面临情境缺失或情境使用过度等问题。究其原因，其一是部分活动设计者对科技类博物馆学习情境的内涵把握不清，其二是缺乏科技类博物馆学习情境营造模式的指导。因此本文从情境理论出发，结合科技类博物馆学习特征，明确科技类博物馆学习情境的基本概念，以及进一步提出科技类博物馆学习情境的营造模式。

一、 什么是“情境”？

“情境”是本文的核心概念，准确把握“情境”的含义至关重要，究竟何为“情境”？以下将剖析国内外情境相关理论，探寻“情境”的基本内涵。

(一) 情境教学(situational teaching)

情境教学理论由我国著名教育家李吉林提出，他借鉴了中国古代意境说、语言学、美学及哲学等方面的理论精华，强调“以人为本”，并将“情感”作为核心要素，从“情”与“境”、“情”与“辞”、“情”与“理”、“情”与“全面发展”的辩证关系出发，创设能激起儿童热烈情绪、把情感活动与认知活动结合起来的情境，以促进教学[1]。其中情境是指“能够让学习者激起情感、主动进行学习行为、并促进认知的社会环境或物理环境” 。

(二) 情境认知(situated cognition)

20世纪80年代，诞生了情境认知理论这一革命性的认知科学研究范式[2]。其意义在于纠正以往认知的符号运算方法的失误，特别是完全依靠对于规则与信息描述的认知，仅仅关注有意识的推理和思考的认知，而忽视了文化与物理背景的认知[3]。

情境认知理论作为一种有意义的促进认知向真实情境转化的重要学习理论[4]，其基本观点是，实践不是独立于学习的，而意义也不是与实践和情境脉络相分离的，意义正是在实践和情境脉络中加以协商的[5]。情境认知理论将“社会文化和物理背景”置于情境的核心位置，有学者指出情境认知中的“情境”是物质或任务(包括人工制品和外在的信息表征)；环境或生态(如工作场合或商业中心)；社会或互动(如教育、教学或临床情境)三方面的融合[6]。

(三) 情境学习(situated learning)

情境认知与情境学习是同一事物在不同研究视角下产生的两种理论。认知心理学家从认知与社会的角度提出了情境认知理论，而人类学家从社会文化的意义建构角度提出了情境学习理论。二者本同根同源，也有专家学者将其合并为情境认知与学习。

情境学习强调“在哪里用就在哪里学”“学习共同体”“合法的边缘性参与”以及“学习者的社会身份”，学习是实现学习者以合法(被共同体成员所认同)的身份角色边缘性(以新手身份积极、多元化、多样性、或多或少)地参与在共同体(有着共享的、相互明确的实践和信念的学习同伴)中，并逐步转变为核心成员，最终达成某一具体目标的过程。而“情境”是在学习过程中，共同体所共享的社会身份、历史文化以及物理背景的交集，是保障学习过程正常进行的必要条件。

(四) “情境”的基本含义

基于上文对“情境教学”“情境认知”“情境学习”中“情境”概念的分析，可将“情境”的基本含义归纳为：能够激发学习者及其所处学习共同体的学习动机，促使以探究实践为主的学习行为自然产生，进而建构认知的物理环境与社会环境。情境通常可分为物理情境与社会情境，其中物理情境主要包括仪器、工具、材料等物质实体，以及由实物组成的自然风貌、实验室、工厂等环境、生态。物理情境作为人类生存、生产、生活的环境、原料或产物，潜藏着与学习者及其学习共同体息息相关的经济、文化、政治、历史、生活等社会性信息。将这些社会性信息真实地还原便形成了社会情境。社会情境以物理情境为基础支撑，物理情境通过社会情境传递人类的智慧、实践、思维、方法、精神、价值观、责任感等内隐信息。二者是相互依存不可分离的有机整体。

二、 “情境”与科技类博物馆学习之间的关系

国内场馆教育领域专家将科技类博物馆教育/传播的基本特征归纳为：“通过多样化的学习形式，引导观众进行基于实物的体验式学习和基于实践的探究式学习，从而获得直接经验。”[7]其中最核心的两个特征是“实物”与“实践”，因此，本文从二者与“情境”之间关系的角度出发，对科技类博物馆学习与情境理论的关系进行解析。

(一) “实物”是创设“情境”的基石

科技类博物馆中藏品/展品的真正价值并非其材料、造型、工艺、性能本身，而是因为它见证了自然的发展与人类文明的进步，承载着历史文化，联系着社会生活，记录了科学家们在其所在的文化背景、科技水平下，思考、观察、总结、反思、实验，运用科研工具在思辨与探索中，进行科学实践，从而获得科技新发现的艰苦、伟大、震撼的科技史诗。背后隐含着科学家在探究过程中所体现的科学方法、科学思想和科学精神[8]。科技类博物馆藏品/展品蕴含三层信息(见表1)，从展品的基本特性、科学原理、科学知识到科学方法、科学精神、科学思想，再到人、科技、历史、文化、社会、生活之间的相互关联，这些信息无疑是其他教育机构不具备的独家资源，是科技类博物馆中最珍贵的财富。

表1 科技类博物馆藏品/展品蕴含的三层信息[9]

科技类博物馆“实物”本身及其所携带的历史、文化、社会相关信息是“情境”的重要组成元素。为“情境”明确了教学目标与教学内容，也为“情境”指出了实践场所、认知脉络与发展路线，为“情境”的再现提供了基本依据。因此“实物”是创设“情境”的基石。

(二) “情境”是“实践”自然发生的条件

科技类博物馆基于展品的学习应变成类似于科学家进行科学实验、科学考察的过程，即变为科学探究的实践过程，使观众通过体验获得认知 (“直接经验”)[10]。可见“实践”是科技类博物馆教育不可或缺的关键元素，而探究与体验是主要的科技类博物馆学习方式。但上海师范大学鲍贤清副教授指出：“展品是场馆学习发生的基础，但并不能保证学习自然地发生”[11]。因此，需要创设再现科技实践的“情境”，为“实践”提供发生环境，营造学习氛围，提供认知线索，确定目标方向，从而保证学习自然地发生。

情境学习理论强调“哪里用就在哪里学”，因此要再现科学家的工作场景作为“实践”的发生环境，让学生在真实的科学家工作环境下以真实的科学家身份开展科技实践，从而引导他们产生与当时科学家相同的所感所思所得；情境教学理论强调“以生动形象的场景，激起学生的学习情绪，作用于学生的心理，从而促使他们主动积极地投入整个学习活动，达到儿童整体和谐发展的目的”[12]。科技类博物馆凭借藏品/展品配合多媒体设备呈现多感官体验的趣味现象，激发学生的学习兴趣与情感，营造积极的学习氛围，实现基于实践的探究式学习；“情境”之中蕴含真实问题以及潜在的认知线索，学习者在情境中体验现象，思考，提出问题，探究，反思，理清线索，实现认知并解决真实问题；情境学习理论指出“学习共同体之间是有共享的历史文化、物理背景与目标追求的。”当预期目标得以实现时，学习效果得以强化，因此情境之中必须明确体现出共同体的目标方向，且参与者能够通过合法的边缘性学习达成共同目标。

综上，当学习者在科学家或工程师的工作环境里，饱含探索热情，在积极的科研氛围中，通过认知线索的引导，像科学家一样思考，与科研同伴朝着共同的目标努力时，基于实践的探究式学习就会自然发生。

三、 科技类博物馆学习情境的构建方式

情境教学强调了“情感”对学习的促进作用，情境学习与情境认知强调认知产生于“实践”与“物理、文化环境”的对话协商中。科技类博物馆中独特的教育资源在于富含历史、文化与社会信息并促进真实体验与探究实践产生的“实物”，因此可以看出科技类博物馆学习情境主要包含以下元素：实物、实践、情感、历史、文化与社会。本文将科技类博物馆学习情境概括为：唤起学习者的学习兴趣与情感，引导学习者像科学家一样体验科学现象，进行实验、考察、辩论、交流等探究活动，并最终获取认知的科技类博物馆学习过程中所需的一切物质实体情境、历史文化情境、社会生活情境的融合(见图1)。

图1 科技类博物馆学习情境的概念框架

(一) 物质实体情境

物质实体情境是由科技类博物馆中不依附于其他主体而客观独立存在的事物组成的学习环境，诸如材料、工具、仪器、设备、标本、自然现象等相关藏品、展品以及围绕其建设的实验台、实验室等“实物”本身。物质实体情境是“科技类博物馆学习情境”的外在与基础，为学习者呈现多感官的体验与实践探究的工具，在其中学习者能够获得材料、造型、工艺、性能等等基本信息。例如，东京国立科学博物馆“日本人培育的生物类”展区中，展出了一件秋田犬标本(见图2)。学习者能在物质实体情境中获得秋田犬的毛色、体型等基本信息。

图2 东京国立科学博物馆秋田犬标本

(二) 历史文化情境

历史文化情境指以“实物”为基础，辅之文字、图像、视频等媒体形式所再现出的科学家、工程师在进行发明、发现、制作、合作、交流等实践活动的场景，以及包括经济、政治、文化等因素的历史史实或虚拟故事。历史文化情境是“科技类博物馆学习情境”的内涵与脉络，实现“时空穿梭”，带领学习者进入科学家的历史时代，再现科学家的科学实践过程。例如，东京国立科学博物馆，以秋田犬“八公”标本为展示核心，配合说明牌、语言讲解等方式，以故事叙述的形式为学习者营造了以“忠犬八公”为主题的历史文化情境(见图3)，“八公”标本下方的说明牌中讲述了日本近代农业土木工学创始人、东京大学农学部教授上野英三郎，饲有一只名为“八公”的秋田犬，八公每天早上护送主人上班，傍晚在涩谷站迎接主人回家。一天，上野教授不幸因心脏病倒在了讲台上，八公再也没等来它的主人。然而八公依然忠实地在涩谷站前等了9年，直到病逝，“八公”的遗体被制成标本展览于此，受日本国民纪念。

图3 东京国立科学博物馆“日本人培育的生物类”展区

(三) 社会生活情境

社会生活情境是指与物质实体情境以及历史文化情境相关联的经济、政治、文化、心理、环境等因素在当今社会现象与实际生活场景中的反映。社会生活情境是“科技类博物馆学习情境”的外延与迁移，将认知融于生活，体现社会、科技、生活、文化之间的关联。例如，东京国立科学博物馆“日本人培育的生物类”展区中还展出了曾参与日本南极探险考察的桦太犬“太郎”的子孙“次郎”的标本(见图4)，以及其他被人类培养的动物如鸡、马等等。与动物标本相配合，展区中还展出了日本画家所创作的“桃太郎”画作(见图5)，作为日本的民间传说，该作品讲述了桃太郎带领鸡、狗、猴驱鬼的故事。展区整体营造出了社会生活情境，映射出日本人利用野生生物的特性并进行改良，将其培养为家畜，并使其有益于自身的生存、生产、生活的智慧，学习者从中不仅了解了生物形态的变迁，还体会到人类与自然相处的过程，以及过程中所形成的日本文化和社会特质。

图4 东京国立科学博物馆展出的桦太犬“次郎”标本

图5 东京国立科学博物馆展出的“桃太郎”画作

四、 科技类博物馆学习情境的营造模式：“情境-体验/探究-认知”

科技类博物馆学习情境概念框架的提出解决了“科技类博物馆需要什么样的学习情境”的问题，接下来需要解决“创设科技类博物馆学习情境需要遵循的原则以及在原则下如何具体设计”的问题，即搭建科技类博物馆学习情境的营造模式。本文尝试提出激发学习者学习情感，实现基于实物的体验式学习与基于实践的探究式学习，从而促进认知发展的科技类博物馆学习情境营造模式：“情境-体验/探究-认知”。

(一) “情境-体验/探究-认知”的设计原则

情境教学强调，科技类博物馆教育本质上是针对“人”的教育，要将学生主体作为情境的第一关注点，应以人为本促进学习者的全面发展。准确把握科技类博物馆的服务对象后，应明确自身优势，即充分发挥科技类博物馆藏品/展品的独特教育价值，逐步搭建物质实体情境、历史文化情境、社会生活情境的基本框架，为学习者呈现真实场景。将体验式学习与探究实践活动融入情境之中，科技类博物馆学习情境便注入了灵魂，从而真正实现科学家以科研为目的的科学实践向学习者以学习为目的科学探究的转化[10]，呼应了促进学习者全面发展的初衷。基于以上思路“情境-体验/探究-认知”模式应遵循以下设计原则。

1. 以人为本，促进学习者全面发展

“以人(学习者)为本”是科技类博物馆学习情境的基本出发点，是情境设计的第一原则。科技类博物馆展教设计者需要充分考虑学习者的发展性、主体性、完整性与独特性。学习者是发展中的人，应针对不同身心发展阶段的学习者设计不同的学习情境，情境之中的内容应关注学习进阶，促进学习者向更高阶段发展。如针对低龄学段学习者，应尽量呈现直观的物质实体情境，易于理解的历史文化情境，贴近日常生活的社会生活情境；而针对较高学段的学习者则可以呈现更为抽象，更加高深，更加延伸的学习情境；学习者是学习活动的主体，学习不应该是外界因素强加给学习者的，而是学习者在自身学习情感的刺激下，自主生成的，科技类博物馆应充分利用“实物”资源，营造激发学习者学习情感生成的“科技类博物馆学习情境”；学习者是完整的人，是生理、心理和社会文化性的统一整体，要促进学习者的全面发展，不仅仅关注学习者科学观念层面的基础认知，还要关注科学思维、科学探究能力、科学态度与责任等高阶认知；学习者是独特的个体，每位学习者自身的若干因素也会影响场馆学习，科技类博物馆应做好“学习者分析”，设计有针对性的学习情境，满足学习者的独特需求，提升科技类博物馆学习效果。

2. 以实物为基础，再现科学家工作情境

科技类博物馆中的实物资源，尤其科技藏品/展品是教育活动的基础载体，是科技类博物馆中最具特色的教育资源，是再现科学家工作情境的基石。引导学习者在情境中像科学家一样思考、工作。科技类博物馆藏品/展品多为仪器、工具、化石、标本等实物，其本身就是情境(物质实体情境)，其中蕴含着材料、性能、工艺、结构等基础信息；此外藏品/展品作为科学家进行科学实践的原料或产物，潜藏着科学家时代的文化、政治、经济发展水平等信息，是历史的见证物，是展现历史文化情境的物证，可实现学习者与科学家“跨越时空”的对话；藏品/展品虽是历史的“遗物”，但历史是现在与未来的开端，以史明智，鉴往知来，学习者的日常生活中很多常见事物是以藏品/展品为原型发展而成的，藏品/展品作为科技新发现的缩影，不仅影响着当时的科技、经济、文化，同样对于当今与未来的社会生活造成了影响，以实物为基础，展现社会生活情境，联结情境中的物质实体、历史文化与社会生活信息，帮助学习者理解历史、文化、社会、科技之间的紧密联系。

3. 呈现科学现象，实现多感官体验

科技发现的一般规律为“体验现象—思考判断—提出假设—实验验证—反思总结—得出结论”。对于科学现象的体验是科技发现的第一步，也应是科技类博物馆学习的第一步，因此科技类博物馆学习情境必须是可体验的。不论是自然标本、仪器和设备等实物展品，还是以实验装置、机械工具、自然或生活中科学现象为原型而研发的展品，它们所承载的科学信息都是以某种“现象”(形态、成分、反应、运动状态等)存在于展品之中，而不是文字、语言、图表等形式。当初，科学家们正是通过对这些“现象”的观察体验(包括视觉、听觉、嗅觉、触觉等)和分析，获得了认知，并归纳为我们今天在教科书中所看到的原理和知识[13]。科技类博物馆学习情境应尽力让真实的科学现象从书本和大众传媒的束缚中解脱出来，通过物质实体情境呈现给学习者真实、直观、丰富、富有认知冲突的科学现象，提供多感官的冲击力，使得学习者体验和关注其中的现象，实现科技类博物馆中的体验式学习。

4. 参与探究实践，收获直接经验

科技类博物馆教育的实质是将科学家科学实验、科学考察的过程转变为科技类博物馆基于实物资源(尤其是展品、藏品)的科学探究的实践过程，使学习者通过体验获得认知(即“直接经验”)[10]。通过历史文化情境的创设带领学习者“穿越”到科学家的时代，在其文化、政治、经济等文化背景下，思考、观察、总结、反思、实验、运用科研工具实施调查研究，进行科学实践，从而获得科技新发现，建立理论和模型，帮助学习者在此过程中，收获科学知识、科学方法、科学精神、科学思想等直接经验，并通过社会生活情境，延伸科学认知，帮助学生更好的理解当今的世界。

(二) “情境-体验/探究-认知”的基本方法

学习者的发展性与独特性以及科技类博物馆“实物”信息的丰富与非良构知识，共同造成了科技类博物馆学习情境的创设难题。为遵从科技类博物馆学习情境的营造原则，创设有效的物质实体情境、历史文化情境、社会生活情境。本文归纳出四种常见的科技类博物馆学习情境营造方法，以下将结合具体案例进行论述。

1. 对比突出法

通过科技藏品/展品之间直观且鲜明的对比，创设物质实体情境，其意义在于通过两种或多种对应事物对照比较，突出事物的特征或本质，有利于显示事物的差异与矛盾，引起学习者的多感官注意或者认知冲突，从而产生疑问、兴趣以及强烈的求知欲，有利于核心问题的提出以及后续活动的开展。同样的思路亦可应用于社会生活情境的创设之中，即通过科技藏品/展品所营造的现象与学习者的日常经验对比。例如上海自然博物馆设计的“恐龙化羽飞天”活动通过对比突出法营造科技类博物馆学习情境，该活动以‘恐龙盛世’展区的鸟类展柜为依托(见图6)，将恐龙化石、恐龙模型、有羽毛恐龙模型、鸟类骨骼标本、鸟类标本等藏品之间可形成强烈的对比，促使观众产生诸多科学问题，如恐龙真实的样子是影视作品中那样吗，还是应该是有羽毛的？(提出质疑)恐龙与鸟类有什么关系，鸟类是由恐龙演化而来的吗？(做出假设)通过恐龙羽毛状外表与鸟类羽毛的形态差异，其功能有哪些差异？(探究生物结构与功能的关系)等。[14]

图6 上海自然博物馆“恐龙盛世”展区

2. 协同配合法

单一的展品难以全面真实的将物质实体情境、历史文化情境、社会生活情境串联起来，并直观地展现给学习者，因此可以通过协同配合法，围绕某一主题，通过清晰的认知脉络，将具有相关性的藏品/展品串联起来，通过协同配合的方式，整合科技类博物馆资源，为学习者呈现完整的科技类博物馆学习情境，从而建构全面的认知网络。例如，郑州市科技馆“螺之美”展区(见图7)以“螺”为核心营造学习情境，引导学习者从观察螺标本开始，了解螺壳的形态与功能，逐渐深入分析螺线与达·芬奇工程设计图的联系，探究螺号声音特性及其影响因素，了解螺与潜水艇的仿生学应用，发现自然界乃至生活中的螺线等，以螺为中心，串联起藏品/展品的同时，为学习者阐明工程、科学、自然、社会之间的关联。

图7 郑州市科技馆“螺之美”展区

3. 故事叙述法

中国科技馆王恒研究员从展品叙事角度提出营造科技类博物馆情境的思路：“科技馆展出的是展品(物)，要表达的却是“物”背后的“事”。这个“事”就是过去的“人”和“物”打交道的过程和结果。任何有关科学内容的展览最终都是要揭示“人”和“物”的关系，科学思想、科学方法、科学精神离开了“人”和“物”的关系是根本说不清楚的。”[15]“讲故事”是呈现历史文化情境的最佳方式，以科技藏品/展品为基础，加以声、光、电、虚拟现实等效果，还原自然现象、历史文化场景，尽量将“物”背后的“事”具象化，作为体验/探究活动中的认知发展线索。让学习者在学习活动中作为科学家创造故事，而不是只作为听众听故事。带领学习者进入科学家或者工程师的角色，并结合时代背景或现实需要，提出科学问题或界定工程问题，开展探究实践，并体会科学、工程与社会之间的联系，让学习者一直沉浸在故事体验之中。例如中国科协2018 年度研究生科普能力提升项目 “A4纸的工程PARTY”活动营造了一个生产生活均围绕A4纸开展的纸张王国的故事情境，让学习者成为故事的主人翁，为保家卫国成为国家工程师(飞机设计师、飞机试飞员、飞机装配师、飞机记录员等)，分工合作去体验“飞机”的工程设计，故事兼具连贯性、趣味性的同时，还能将社会主义核心价值观融入活动之中[16]。

4. 直观转化法

作为科技创新成果的展示平台，科技类博物馆往往会传播一些前沿、高端、深奥、抽象、难以理解的科技原理。活动设计者可以采用直观转化法，将“看不见摸不到”的抽象概念转化为可多感官体验的直观情境，帮助学习者联系日常生活中的先前经验，在体验中内化新知。例如，山西科技馆展教活动“科学有曰之多普勒效应”，结合学习者的日常生活经验进行情境引入(救护车、火车鸣笛、火车通过隧道等声音)，开启对于主题“多普勒效应”的探究，从体验不可见的声波，到易于观察的水波，再到光波、电磁波，最终引导观众理解红移现象和“宇宙膨胀学说”，活动以直观情境为脚手架，逐渐抽象化，并最终撤除脚手架，帮助学习者理解抽象概念的同时领悟科学方法，发展情感与态度，特别是发展探索精神与创新能力[17]。

四、 结语

本文以教育学“情境”理论(情境教学、情境认知、情境学习)为主体，结合科技类博物馆学习特征(基于实物的体验式学习/基于实践的探究式学习)提出科技类博物馆学习情境的基本概念，物质实体情境是外在与基础，历史文化情境是内涵与脉络，社会生活情境是外延与迁移，三者的交融形成了立体的科技类博物馆学习情境。而后进一步提出科技类博物馆学习情境的营造模式：“情境-体验/探究-认知”，明确了情境设计者应遵循的基本原则，以及对比突出法、协同配合法、故事叙事法、直观转化法四个基本设计方法。为科技类博物馆学习情境的设计提供一些思路。