场馆中的科学教育： 理论、 特征和形式

温蓓蕾 季 娇 翟俊卿

（1． 温州医科大学 研究生工作部， 温州 325035；2． 中南大学 马克思主义学院， 长沙 410083； 3． 浙江大学 教育学院， 杭州 310058）

基于场馆的科学教育是当今科学教育的新形式。 与发达国家相比， 我国场馆的科学教育职能还没有得到充分的发挥， 对场馆学习在科学教育的应用研究也相对滞后， 尚处于起步阶段。 本文梳理场馆中的科学教育相关研究， 特别对其科学教育理论基础、 主要特征和教育形式进行综述， 以期推动中国场馆科学教育工作的稳健发展。

一、 场馆学习与场馆中的科学教育

场馆学习（museum learning）指利用场馆资源开展的学习活动， 其作为一种重要的非正式学习（informal learning）形式， 是学校和课堂学习之外的重要拓展方式。 在实际生活中， 蕴含教育价值的公共机构都可以成为场馆科学教育场地， 如自然博物馆、 科技馆、 天文馆、 历史博物馆、 美术馆、 动物园、植物园、 水族馆等［1］。 这些场地拥有新型、 开放、 互动的学习环境， 可以为学生提供相对独立的学习空间和多元的课程资源， 以及自主、 合作、 探究的学习氛围， 促使学生学习行为的发生［2］。 近年来，随着非正式学习理念的兴起， 场馆学习研究已成为博物馆学、 教育技术学、 心理学、 教育学等多学科共同关注的跨学科研究领域， 其中场馆学习在科学教育的应用研究是学者关注的热点课题。

科学教育是全面培养和提高公众科学素养的教育行为， 主要是指采用民众易于理解、 易于接受和易于参与的方式， 向其普及自然科学知识、 传播科学思想、 弘扬科学精神、 倡导科学方法， 提高公众学科学、 爱科学、 用科学的积极性［3］。 场馆中的科学教育作为一个重要的研究课题被研究者关注已久。20 世纪初， 博物馆教育成为教育界研究的热点， 随着研究的深入， 学界关注的焦点逐渐从场馆的类型转移到对场馆学习模式的探究。 2001 年， 在《自由选择的科学教育： 我们如何在校外学习科学》一书中，场馆学习被视为包括个人、 社会文化和物理的诸多要素构成的复杂开放系统。 此时， 场馆学习研究面临的基本挑战就是对学习者组织、 学习者动机激发、 学习环境的本质等核心要素进行长期且系统的观察测量， 找出其作用机制， 进而构建出一个场馆学习基本理论模型［4］。 2009 年， 美国研究协会专家委员会发表了一份题为《非正式环境中的科学学习： 人、 场所和活动》的研究报告， 正式提出了基于场馆的科学学习是非正式学习的重要手段［5］。 报告指出， 基于场馆的科学学习所选择的场馆是经过设计的环境， 它们主要使用实物模型、 视频动画和讲解等来引导学习者去体验。 这是一种学习者自主选择的、由兴趣引导的、 与场馆环境密切相关的、 同伴协作的、 非线性开放式的学习模式。 报告认为， 基于场馆的科学学习与学校要发展的科学知识与技能、 过程与方法、 情感态度与价值观既有所区别， 又有所重叠。 2015 年， 美国新媒体联盟（New Media Consortium）发布的地平线博物馆报告中指出， 未来博物馆的体验互动性将加大， 学习者在场馆中可以进行自主学习， 报告认为博物馆设计将更开放、 更注重舒适的体验、 也更灵活， 个性化正逐渐成为教育体验的重要特色［6］。

迈入新时代， 伴随社会经济以及科学技术的快速发展， 人们的认识水平在不断提高， 对科学教育也提出了更高的要求， 基于场馆的科学教育则是通达这一高要求的重要途径。 概括而言， 基于场馆的科学教育充分利用场馆中的科学教育资源， 让学生进行个人经验的获取和建构， 并结合个人经验和社会团体的交互作用， 在情景中体验、 探究、 实践， 能够更好地实现公众对科学教育的现实诉求。 在此背景下， 研究探讨新时代科普场馆如何做好科学教育工作， 如何将科普场馆的科学教育功能和作用充分发挥出来， 就具有重要的现实意义。

二、 场馆中科学教育的理论基础

场馆中的科学教育有三大理论基础， 分别是建构主义学习理论、 情境学习理论以及合作学习理论。正是基于三大学习理论， 在场馆中进行科学教育取得良好的效果才得以可能。

（一）建构主义学习理论

建构主义学习理论是场馆学习中的一种基本理论。 建构主义是一种关于知识和学习的理论， 强调学习者的主动性。 建构主义学习观主张学习应着眼解决生活中的实际问题， 并在具体的情境中进行；具体而言， 学习是学生自主建构知识的过程， 不是由教师向学生传递知识； 学习者不是被动的信息吸收者， 而是要主动地建构信息的意义， 而且这种建构不可由他人代替［7］。

概而括之， 建构主义学习理论强调学习者的主动性， 以及情境学习、 协作学习与意义建构。 该理论指导下的场馆科学教育活动， 尤为注重挖掘学生的主观能动性。 在设计科学教育活动前， 先通过学情调查， 了解学生的学习风格、 学生对预设活动主题的喜好程度、 学生的能力， 以便更有针对性地开展基于场馆的科学学习活动。 在科学教育活动实施过程中， 注重课堂互动， 充分让学生表达自己的观点， 强调学生是学习的主要参与者； 教师不再负责知识的讲授， 而是学生学习的引导者。 学生通过教师的解说， 加上观看与学习相关的文字图片、 视频等资料， 能够较好地完成对知识的意义建构。 此外，场馆中的科学教育活动还会尽可能地再现知识的发生情境， 使学生感受情境学习的乐趣， 并注重采用同伴互助学习、 研讨学习等有效提升学生学习能力的教学形式。

（二）情境学习理论

情境学习理论是研究博物馆学习的重要理论， 在教育学、 心理学、 人工智能等领域都有广泛的应用。 情境学习理论指出， 知识是活动、 情境和文化的一部分， 学习不仅是为了获得事实性的知识， 同时要参与真正的文化实践［8］。 学习的实质是学习者参与实践， 并与他人、 环境等相互作用的过程， 也是形成参与实践活动的能力、 提高社会化水平的过程［9］。 情境学习理论强调知识在真实情境中的重现，以激发学习者的学习兴趣， 进而掌握并运用所学知识。 该学习理论还强调， 在学习活动实施的过程中，活动设计者要创设适当的问题情境， 引发学习者对学习内容的持续关注。 基于这一理论， 在现代场馆科学教育活动中可以借助数字化手段模拟知识情境， 如学习者通过体验博物馆中数字化仿真交互学习活动来感受知识的情境再现。

（三）合作学习理论

合作学习（cooperative-learning）理论是一种富有创意和实效的教学理论， 强调以学习者为中心， 所有参与学习过程的主体之间有互动， 并以任务教学为主。 此外， 该理论强调生生互动、 师生互动， 典型的模式是小组合作学习模式。 具体而言， 在场馆科学教育活动实施的过程中， 小组内自发推选小组负责人， 小组内自行分配任务， 最后小组间进行学习成果的展示、 汇报、 交流与评价。

三、 场馆中科学教育的主要特征

相对于其他场域的科学教育， 基于场馆学习的科学教育呈现出其自身的特征， 对这些特征的描述是基于场馆的科学教育如何尽可能把科学实践化、 概念化并让参与者反思科学。 场馆学习环境对学习者培养积极的科学兴趣、 科学态度和身份认同起到了重要的作用。 这些特征还强调科学学习的结果包括知识、 技能、 态度和思考的习惯等。

（一）激发兴趣和动机

动机、 好奇、 情感参与以及自愿坚持都是场馆环境中科学学习的重要因素。 学习者在与自然、 物理世界互动时， 体验到激动、 兴趣以及学习的动机就意味着正在发生科学学习。 基于场馆的科学教育强调让学生从环境中发现问题， 激发学习者的兴趣和好奇心， 使学习者主动参与科学学习。 学生每一次基于场馆的科学学习， 都是基于先前的知识储备和学习经验， 建构新的概念体系。 兴趣包括学习者体验到的兴奋、 好奇和惊讶。 Tisdal 的研究指出， 在基于场馆的科学教育活动中， 学生表现出的兴奋感传达出许多信号， 如高兴、 愉快、 敬畏、 疑惑、 欣赏、 满足和着迷等［10］。 参与科学活动能够激发学习者探究更多问题的动机。 Grolnick 的研究将来自五年级的91 名学生分成两组， 开展场馆学习实验： 学习活动开始前， 告知实验组学生会有提问环节， 而不告知对照组。 结果显示， 实验组学生的学习兴趣和理解力都高于对照组［11］。 Utman 的一项元分析表明， 内在动机和外在动机对简单任务而言比较有效，但是对创造性和复杂性的任务而言， 内在动机会产生更大的成就［12］。

（二）理解科学内容和知识

在场馆环境中接受科学教育， 学习者开始形成、 理解、 记忆及使用与科学有关的概念、 模型与事实。 学习者还需理解主要的科学概念之间的关系， 并用它们建立一种批判性的科学评论。 基于场馆的科学教育包括学习者在生活中使用科学知识的能力， 这里所说的科学知识和科学活动是密切相连的，而非零散的科学性事实。 因此， 基于场馆的科学教育活动在展品设计、 互动活动项目和内容等方面都要注重变化， 充分发挥场馆环境的现有资源， 通过观察、 动手操作、 合作交流、 访谈等方式使学生在场馆环境中获得科学新知。 例如， Guichard 的研究调查了交互性展品的效果［13］， 展品是一辆观众可以骑的固定住的自行车， 车旁装有反射玻璃窗， 该展品是为了帮助观众理解人类骨骼的结构和功能而设计的： 当观众踩动自行车脚蹬时， 玻璃窗中就会反射出正在运动的骨骼， 以吸引观众关注下肢骨骼的作用和结构。 结果发现， 即使没有任何其他干预， 这一展览体验也促进了儿童对人类骨骼结构及其功能的理解。 此外， Falk 等人的研究也支持这一结论： 他们使用绘制概念图技术， 要求观众填充参观前和参观后的图表， 来记录观众参观展览的效果， 结果显示该技术深化了观众对科学主题的理解［14］。

（三）参与科学推理

在基于场馆的科学教育活动中， 科学推理是常见的形式。 它主要是对证据的推理， 包含设计和分析调查问卷， 并基于现象对其进行评估与讨论。 当现象不足以引出结论时， 则要明确所需的佐证数据。许多场馆环境都会为学习者提供操作、 测验、 探究、 预测、 质疑和观察的机会， 在这些场馆中， 学习者根据现象进行一系列探究从而获得问题的答案， 继而获得对自然现象的科学解释。 众所周知， 相较于学校开设的科学教育课程， 场馆科学教育具备较大的自由度， 能够为学习者提供独立思考与实验的机会。 此外， 场馆科学教育还具有交互性， 学习者对展览施加作用力的同时， 展览也在悄无声息地影响着学习者的认知体系［15］。 如Koran 和Longino 发现， 移去贝壳展中展品的玻璃封盖， 观众便有机会停下来拿起贝壳观察， 这增加了驻足的观众人数和停留时间， 以提高展览的互动性、 观众的参与感及学习深度［16］。

（四）反思科学本质

在场馆环境中， 学习者通过参与科学活动， 激发学习动机和兴趣， 理解科学知识形成概念并记忆概念， 对抽象事物进行逻辑推理。 然而， 学习者通过观察、 实践、 交流等方式获得的知识往往是隐性化的知识， 促进学习者对科学与自然、 社会的关系， 以及科学知识的社会建构等问题的深入思考， 即反思可以提高学习者对这些知识的理解。 在基于场馆的科学教育中， 反思科学作为一种学习方式， 特别关注概念、 学习过程与学习场景。 研究发现， 人们不能很好地理解科学的本质［17］， 主要有以下两方面原因： 一是无从了解科学知识的建构原理， 二是简单实施科学调查并不能自动导向对科学性质的了解。 大量证据表明， 观众在被提问时能够反思他们自身的学习， 例如Jones 在终结性评价中使用访谈询问观众， 是否存在以前他们不知道或不重视的内容， 结果发现观众能够并确实反思了他们自身的学习［18］。

（五）参与科学实践

通过参与基于场馆学习的科学教育， 学习者可以重建他们所掌握的语言和科学工具的理解。 一些场馆科学教育活动不仅要求参与者交流科学语言和概念， 而且还要求他们使用实验器材、 研究工具和测量工具。 比如在明尼苏达科学博物馆举行的“细胞实验室”展览中， 参与者在参观生物实验室时， 有机会使用很多科学仪器和工具， 包括显微镜、 照相机、 检测器、 载玻片、 试管、 孵化器、 干式恒温器和紫外线探测器等［19］。 研究交流和讨论是一种普遍的科学实践形式， 对科学教育十分有益， 成功的科学教育取决于学习者对各种形式的科学共同体交流和推理过程的参与［20］。

（六）认同科学事业

基于场馆的科学教育的作用之一是让参与者开始改变自我认识的方式， 以及他们与科学的关系。每个参与者在与他人交流时， 可重新定义自己， 并以新的身份来看待研究问题。 学习和身份认同是一体的、 互相影响的， 参与者把自己看作是科学学习者并形成身份认同， 以对科学做出贡献。 美国有学者探讨了参与科学项目与选择专业之间的关系， 发现参与科学项目对参与者的专业选择有着重要影响［21］。 场馆科学教育的长远目标之一就是随着时间的推移， 不断更新个人对科学的理解与认同。

四、 基于场馆学习的科学教育形式

场馆科学教育的形式众多， 但最为常见也较为完备的形式是基于展品的科学教育活动和基于技术的科学教育活动。

（一）基于展品的科学教育活动

展品是场馆中最有特色的教育资源， 是实现场馆教育功能的重要物质基础。 基于展品的科学教育活动是实现展品教育功能的重要载体， 是场馆最基本的教育活动， 也是场馆运行的核心工作之一。 场馆学习者基于展品的科学教育活动具有体验性、 探究性和多样性。 龙金晶等人根据国外优秀案例， 归纳了14 种以展览讲解、 展品辅导为主题的教育形式［22］： 故事讲述型、 实验体验型、 实验演示型、 科学考察型、 角色扮演型、 角色参与型、 游戏型、 竞赛型、 戏剧表演型、 制作实验型、 器材辅助型、 媒体演示型和综合型等。 其中， 实验体验型、 实验演示型、 制作实验型、 器材辅助型的展品辅导均可成为“基于实物的体验式学习”或“基于实践的探究式学习”。 在媒体演示型、 故事讲述型、 戏剧表演型等类型的展品辅导中， 也可根据内容和条件， 适当引入上述理念和教学方法， 加入实验观察、 对比分析、 交流讨论等环节， 使观众从中获得直接经验。 即使是那些难以直接运用上述理念和教学方法的展品辅导， 也在丰富展品辅导类型、 适应不同展品和不同观众的要求、 提升科学教育效果等方面起到积极作用。

（二）基于技术的科学教育活动

无处不在的技术应用影响着场馆科学教育的发展。 场馆的数字化不仅体现在网站， 还体现在社交媒体、 移动工具和应用程序等方面。 虚拟场馆是基于实体场馆服务时间和空间的延伸与扩展， 可以自由游览和实现简易交互， 利用虚拟技术， 体现三维和交互式探索。 当学习者处于实体环境时， 可以与他人实体观察交互， 进行意义协商； 当处于网络构建的虚拟环境时， 可以虚拟在线交互， 通过技术提供的脚手架进行讨论， 从而促进自我认知发展［23］。 具体而言， 基于场馆学习的科学教育常应用以下几种技术。

一是自带技术， 具体指人们将笔记本电脑、 平板电脑、 智能手机或其他移动设备带到学习或工作场所的做法。 个人智能手机的普及使其成为提供场馆基本服务和教育服务的切入点。 例如， 位于美国乔治亚州亚特兰大市的弗恩班克自然历史博物馆（Fernbank Museum of Natural History）与美国电话电报公司（A＆T）、 思科系统公司（Cisco）合作， 为观众提供移动设备应用。 该应用包括基于位置的服务、 基于浏览器的服务和实时位置分析（NMC）。 观众可以在该应用的协助下， 按顺序进行参观， 这如同在一位古生物学家陪同讲解下， 深入探索博物馆。 二是游戏与游戏化。 该技术是指在教学、 培训中引入游戏元素、 机制和形式， 使新一代的场馆学习者在接受科学教育的过程中产生共鸣。 例如， 故宫博物院出品的“皇帝的一天”软件， 以卡通方式让学习者体验皇帝生活， 使其在游戏中了解历史中皇家的饮食起居， 于潜移默化中接受古代科学教育。 三是基于位置的服务， 该项技术根据用户所处地理位置向其提供量身定制的动态信息， 可以在人们参与场馆学习的过程中， 推荐特定物件或展览。 例如， 一款名为“蒙特利尔博物馆”（Montreal Museums）的软件， 利用此技术， 筛选附近的展览和活动推荐给用户。 四是引入虚拟现实技术（VR）、 增强现实技术（AR）等技术。 在基于场馆学习的科学教育设计里融入VR、 AR等技术， 力图为参观者创设逼真的学习情境， 生成3D 或4D 场景。 通过多种感官刺激， 增强场馆学习的感知体验性， 使学习者沉浸在场馆学习环境中， 满足学习者在情境中的交互与可视化， 加强与真实环境的交互联系， 增强科学教育效果。 例如， 2014 年12 月， 美国旧金山青年艺术博物馆（M． H． de Young Museum）让参观者佩戴上谷歌眼镜， 以获得图片和音频解说， 包括见证人记述、 背景音乐和视频， 眼镜中的“GuidiGo”平台通过讲故事的方式帮助参观者获得相关背景知识， 了解科学、 文化与艺术［24］。