提升文博讲解科技内涵 完善博物馆教育功能

李健 邓欢

摘 要：通过开展馆校合作和研学旅游等，博物馆大课堂已成为中小学教育的重要组成部分。然而长期以来博物馆的讲解工作往往侧重于文物背后的历史故事，忽略了其背后所隐藏的科学技术，限制了博物馆教育功能的发挥。文章以三个典型文物展品为例，分别从数学、物理和化学三个学科的角度揭示了文物蕴含的科学技术内涵，提出了文博工作者在讲解工作中挖掘文物中科学元素的方法途径及应注意的问题，探讨了提升文博讲解中的科技内涵在激发青少年对科学的好奇、兴趣和树立文化自信等方面的重要意义，从而让博物馆在具有历史教育功能的同时，完善其自然科学教育以及课程思政的功能。

关键词：文博讲解；自然科学；馆校合作；文化自信

DOI：10.20005/j.cnki.issn.1674-8697.2024.01.012

2020年，教育部和文旅部下发了《关于利用博物馆资源开展中小学教育教学的意见》，全国各地中小学开始利用我国丰富的博物馆资源开展馆校合作的相关工作。这种把课堂搬进博物馆的方式，使博物馆的教育功能得到了一定程度的发挥。但长期以来博物馆讲解通常仅围绕文物背后的故事展开，缺乏对文物所蕴含的科学技术的挖掘与解读，文博资源仅有助于学生学习历史知识，限制了博物馆教育功能的发挥。中国古代科技水平从3世纪到13世纪总体上领先于西方①，让参观者尤其是中小学生了解我国古代科技成就，不仅有助于巩固其所学自然科学知识、提高学习兴趣，还有助于培养其民族自豪感和文化自信，并最终转化为学习和探索中的自信心、自觉性。对于科教宣传来说，虽然其主要阵地是各省市的科技馆，但科技馆较多展出现代科学技术，很少涉及古代科技，更缺少直观的文物资源。因此，充分挖掘博物馆展品中的科学技术内涵具有重要意义，不仅能让博物馆具备历史教育的功能，还可以发展与完善其自然科学教育和课程思政的功能，从而显著提升馆校合作的效果。在这一过程中，文博讲解人员对我国古代科技成就的讲解宣传起着关键作用。本文以博物馆的文物和展览为例，结合当前课程思政要求和中学理科教学内容，提出了文博工作者讲解文物中蕴含的科学元素的方法途径及应注意的问题，并探讨了提升博物馆讲解中突出其科技内涵的意义，以便让讲解工作最大限度地发挥其教育和思政功能。

1 文物与展品中的科学技术内涵

1.1 刘徽、祖冲之—数学案例

南京六朝博物馆是展示中国六朝时期最全面的遗址博物馆，内容涉及青瓷器、书画、陶俑、石刻、建康城遗址及六朝时期的名人故事。该馆的“六朝人杰”展厅展示了这一时期的科学家及其成就，包括刘徽和祖冲之以及他们计算的圆周率。刘徽在公元264年计算得到π≈3.14159；祖冲之则在公元5世纪算出π在3.1415926与3.1415927之间②。他们对于圆周率的探索，超越了世界水平1000多年③。而至于他们是如何计算出如此精确的圆周率的，讲解中常常忽略这一内容，从而削弱了馆校合作在数学方面的教育功能。在《九章算术》中，刘徽描述为：“割之弥细，所失弥少，割之又割，以至于不可割，则与圆合体，而无所失矣。”④这表明刘徽和祖冲之采用基于极限理论的割圆术计算出圆周率⑤，因此有必要对极限理论和割圆术进行讲解。

割圆术的大体思路为：通过圆形的无限内接正多边形来无限接近直至较准确计算出圆形的周长和面积。具体做法是：做圆的内接正六边形，此时该六边形的任意一边与弧形之间存在一个阴影面积；再做圆的内接正十二边形，此时该十二边形任意一边与弧形之间的阴影面积有所减小；随着内接正多边形边数的不断增加，正多边形的周长和面积就无限的逼近圆形的周长和面积（图1）。割圆术体现了极限思想，这种无限逼近的理念正是高等数学的基础和起源。刘徽的极限思想比古希腊的同类思想要深刻，古希腊的学者创造了穷竭法，然而他们都没有极限的概念⑥。在割圆术的基础上，刘徽又先后提出无穷小分析、面积求和取极限、有限差分极其比等思想，这些算法领先于同时期的欧洲，所以有学者认为：微积分的历史应该从中国古代开始。⑦

通过以上描述，讲解人员可以在介绍此类中国古代科学巨匠时，结合高中理科数学教材的部分内容将展览内容背后的数学原理展现给青少年，使其在博物馆参观中不但能进一步加强对数学原理的理解，还能培养民族自豪感。

1.2 漢画像石桔槔汲水—物理案例

“给我一个支点，我就能撬动地球。”这是古希腊科学家阿基米德给世人留下的豪言壮语。阿基米德虽然没有撬动地球，但向人们揭示了杠杆原理，即：动力×动力臂=阻力×阻力臂，用代数式表示为F1×L1=F2×L2。在初中物理的教材上，同学们早已熟知这是古代西方科学家的智慧，可随之而来的问题是：难道在几千年的历史长河中，中国人没有认识到这个原理吗？在古人留给我们的历史遗迹中，又能否找到当年阿基米德想要去撬动地球的那根杠杆呢？答案是肯定的。

走进山东地区的博物馆，我们会看到各种精美的汉画像石，有相当数量的内容是以反映社会下层劳动人民从事农业和生产劳动情景为主的，如农耕、收获、粮食加工等。这些画像以图画的形式再现了汉代农业生产的工作方式、耕作技术、劳动工具、生产力水平等历史原貌⑧。仔细观察这些汉画像石，我们能发现其中的劳动工具显示出古人已经将杠杆原理成功用于农业生产中。例如，图2中的桔槔是利用杠杆原理以减轻劳动强度的提水机械，是一种原始的井上汲水工具。它是在一根竖立的架子上加上一根细长的杠杆，当中是支点，末端悬挂一个重物，前段悬挂水桶，一起一落，汲水可以省力。“凿木为机，后重前轻，挈水若抽，数如泆汤，其名为槔。”⑨这种最原始的农业汲水工具就是杠杆原理在实践中的运用。随着技术的不断进步，人们在桔槔基础上又设计出了滑轮、轮轴等汲水工具，有效提高了农业生产效率。展现农业生产的汉画像石是汉代的，但桔槔的起源远早于汉代。明代罗颀编写的《物原》记载：“伊尹始作桔槔。”传说伊尹是商汤的贤臣，据此推断，桔槔可能起源于公元前17世纪⑩。由此看来，杠杆原理在中国古代劳动生产中的实际运用远早于古希腊阿基米德生活的年代（公元前3世纪）。

1.3 长信宫灯—化学案例

长信宫灯被誉为“中华第一灯”（图3），是河北博物院的镇馆之宝，也是中国工艺美术品中的重要代表。这件铸造于西汉时期的铜鎏金青铜器，成器于公元前172年前后（西汉文景时期），距今已经2200多年历史。k宫灯表面镀有一层黄金，历经两千多年，虽然镀金表面有些斑驳，但仍不失皇家气派。在近现代，人们会采用电镀工艺，但是古代没有电，古人到底是用什么方法把黄金镀在青铜宫灯上的呢？原来，我国古代采用鎏金工艺（或称“鎏镀”）将黄金镀在宫灯表面。鎏金工艺过程复杂，其原理是将金箔剪成细丝溶于汞中，成为糨糊状的金汞齐（金汞合金），将金汞齐均匀地涂到干净的金属器物表面，用炭火烘烤加热使汞挥发，黄金与金属表面固结，形成光亮的黄金镀层。l我国出土的最早的鎏金器具是西周时期的铜戈，表明中国是世界上最早使用这一技术的国家。m鎏金工艺所需的汞需要经过提炼获得。天然存在的汞是很少的，在自然界中主要是以丹砂（硫化汞）的形式存在。晋代葛洪《枹朴子内篇》提到，“丹砂烧之成水银，积变又还成丹砂”n，表明我国古代采用加热丹砂的方式获取汞，即：

长信宫灯除了运用了鎏金工艺之外，它还是世界上最早的环保灯。汉代青铜灯主要以动物油脂或蜡烛作为燃料来照明，但是这种燃料燃烧的时候会产生黑烟。o现代研究表明，燃烧产生的烟气中含有大量的多环芳烃，即含有两个及以上苯环的物质（图4），多环芳烃具有强烈的致癌性，吸入会影响健康。p东汉的这盏宫灯通过结构的巧妙设计，将烟气全部吸收到了宫灯里面。原来，宫灯中宫女的袖管和底座都是中空的，袖管与底座连通。底座内部盛水，烟气通过宫女袖管到达底座内部，与冷的金属内壁接触后冷却并凝结，避免了污染空气。而西方直到15世纪才由达·芬奇完成了金属导烟解决烟熏问题的类似设计，比长信宫灯晚了1600多年。美国前国务卿基辛格来华访问时看到长信宫灯后发出赞叹：“中国早在两千年前就已经有了环保意识，了不起。”q西汉和东汉时期具有相似原理的环保灯还有炉彤灯（西汉）、错银铜牛灯（东汉）等，可见环保意识在我国两千多年前就得到了广泛认同。

2 讲解中应注意的若干问题

通过以上三个案例我们不难发现，文物展品中不但蕴含着中国悠久的历史和文化，其背后隐藏的科学技术同样展现了中国古人智慧的光芒。在博物馆讲解中，如果能结合观众的实际情况，尤其是在接待青少年学生团队时，把古代科学技术元素融入博物馆的讲解中，可以在观众观赏精美文物、学习历史文化的同时，培养其对自然科学的兴趣和文化自信。这对我国博物馆的社会服务、文化教育乃至对外文化宣传方面大有裨益。不过由于古代科学技术介绍的主要对象是青少年学生，所以在实践中会出现一些具体的问题，需要引起我们的关注。

2.1 注重内容的科学性和选择对象的代表性

博物馆文物展品众多，在讲解中对每一件文物展品都深度剖析其科学性是不现实的，也没有必要，毕竟绝大多数文物展品向观众展现的是历史价值和其背后的文化元素。所以，在讲解中若要体现文物展品的科学价值，则要对讲解的文物展品进行适当的甄选，使其在对游客的讲解中具有代表性，既能体现其背后的科技含量，又能展示其对应的历史朝代中古人所达到的科学高峰，如甘肃省博物馆东汉铜奔马（力与重心原理）、河北博物院长信宫灯（鎏金工艺与环保理念）、湖北省博物馆编钟（音乐学与声学）等。讲解人员完全可以在介绍此类具有较高科技含量的文物时，从文物结构、文物功能和文物设计三个方面来提炼其背后的科学知识。r讲解人员应当了解文物展品的基础性专业知识，不能满足于仅仅将文物展品的表象特征传达给观众，而是要将从文物展品表象所看不到的知识信息挖掘出来，传递给广大观众。s

2.2 讲解人员的知识拓展

博物馆的讲解员大多是文科出身，其知识结构一般集中在历史、考古、中文、师范、新闻传媒与播音主持等专业，较少有理工科毕业生从事此项工作。这造成对文物背后的历史故事和传统文化的讲解较多，而对文物背后的科学技术知识的讲解不充分，甚至完全忽略。在博物馆讲解中，尤其是在自然科学相关的解说中，讲解人员自身的知识结构、知识积累、对陈列展览的理解、对专业知识的掌握，都会对讲解内容和效果产生直接的影响。t所以一方面，文物讲解员需要关注与文物相关的科学技术知识，加强学习；另一方面，博物馆也可开展相关培训，针对具有科学技术内涵的馆藏文物编写讲解内容，供讲解员使用。

2.3 注意针对青少年学生的讲解与互动模式

博物馆观众的思维方式、文化背景、知识结构和工作经历都存在较大的差异，故讲解员在介绍文物的过程中应根据观众的特点把控深度和广度。面对青少年学生，最好能够安排接受过师范教育学习培训，或具有教育工作经历的讲解员进行讲解，根据学生的不同年齡段和所学教材内容，做到因材施“讲”，并掌握与学生互动的技巧，熟练开展启发式讲解u，避免长时间的单向灌输。这样能大幅提高学生参观时对自然科学的兴趣，并将课堂知识与历史文物结合起来，这对于馆校合作至关重要v。另外，还可以在馆校合作项目中与学校的任课教师多合作，在充分研究学校教材的基础上，寻求博物馆教育资源与学校教学目标、教学内容的契合w，开发出符合学生认知能力的讲解内容和模块，也可根据需要在深度和难度上略有提高，但不超出最近发展区，以便在学习历史文化的过程中激发学生对自然科学的兴趣与好奇心，切实让博物馆成为青少年的第二课堂x。

3 本研究的目的和意义

3.1 提高青少年对我国古代科技的认知，激发对科技的好奇心

习近平总书记曾在科学家座谈会上指出：“好奇心是人的天性，对科学兴趣的引导要从娃娃抓起，使他们更多地了解科学知识，掌握科学方法，形成一大批具备科学家潜质的青少年群体。”y如果能够充分挖掘隐藏在文物中的科学技术内涵，那么就可以让博物馆的讲解不再仅仅局限于文史哲，从而在展现我国古代优秀传统文化的同时，拓宽青少年的视野，激发其对中国古代科学技术的好奇心。好奇心的驱动力论认为，“人本能的想了解我们周围的世界”，这种原始的“生物内驱力”能激发探索行为z。功能性磁共振成像研究发现，好奇心越强，大脑中负责预期回报、错误预测和记忆的区域活跃度就越高，参与者愿意为获得答案消耗的资源就越多，而且他们以后记住这些信息的可能性就越大。对于博物馆观众来说，他们的心理准备与即将参观科技馆的观众是有区别的，大多数是抱着了解历史文物的心态走进博物馆的大门，所以一旦在观赏文物的过程中涉及科学原理，会本能地提出一些疑问，比如这些发明的工作原理、器械的功能以及在历史上曾经发挥的作用等。这些本能的疑问就是“生物内驱力”所激发的探索行为。对于青少年来说，这种探索学习的实践过程本身能够显著促进对课本知识的理解，同时还能驱动他们自觉学习更多知识。

3.2 提升青少年的民族自豪感，树立文化自信

博物馆文物展品所蕴藏的科学知识，可以让青少年认识到中国人自古就拥有非凡的智慧；同时，从东西方科技史对比中，我们又不难发现，在数学、天文、地理、冶金、工程技术等领域，许多科学原理的发现和科学技术的实践运用，中国比西方领先数百年甚至上千年。在讲解中对比东西方科技发展史，有利于帮助我国青少年树立文化自信。讲文化自信，要有充分的理由和底气，这個理由和底气就来自中国古代劳动人民的智慧和对真理的不懈追求。习近平总书记强调：文化自信是更基础、更广泛、更深厚的自信，是更基本、更深沉、更持久的力量。在博物馆的讲解中，如果能结合中外科技史，深入揭示文物具有的科学技术内涵，充分展现中国古人在科学技术方面的智慧，就能够有效提升我国青少年的民族自豪感，帮助他们从小树立文化自信，将这种更基本、深沉和持久的力量植根于心中，形成推动中华民族伟大复兴的强大动力。

3.3 完善馆校合作的教育功能

随着我国博物馆事业的蓬勃发展和基础教育水平的不断提高，为了充分发挥博物馆对青少年的教育功能，教育部出台了一系列政策措施，以推动中小学生利用博物馆资源开展学习，促进博物馆与学校教学、综合实践有机结合。面对前所未有的历史机遇，博物馆完全可以在促进中小学素质教育的过程中大展身手。文博场馆社教部门可以连同教育部门和学校，结合中小学生认知规律和学校教育教学需要，充分挖掘博物馆资源，研究开发历史类、科技类等系列活动课程，让博物馆资源不仅有助于学生学习历史知识，还有助于掌握自然科学知识，提高学生学习兴趣，在了解文物蕴含的科学技术的同时，培养民族自豪感和文化自信，从而完善博物馆在历史、科技和思政三方面的教育功能。博物馆的教育功能不仅可以面向馆校合作，还可以面向研学旅游等学习形式以及各类参观者，从而让博物馆文物资源充分发挥育人作用。

4 结语

作为物质产品和艺术产品的文物，不仅体现了创作者的经验、思维与知识，也反映了一个时代的科学认识水平。长期以来，由于各种原因和条件的限制，凝聚着古人智慧结晶的科学技术在博物馆讲解中并没有被重视，这不能不说是目前存在的一种遗憾。没有科技就没有真正的人类文明。在文博场馆的讲解中，如果能带领观众从科技的视角去鉴赏文物展品，无异于穿越时空隧道与古代贤哲进行知识交流。这种焕然一新的讲解方式可以让观众从科技的视角理解历史，从历史的视角感受科技，从而使博物馆在馆校合作进程中利用开辟第二课堂的优势，有效促进青少年的科学通识教育，树立文化自信，让博物馆的教育功能从单纯的人文历史范畴拓展到自然科学和思政领域，同时也促使中国博物馆在新时期对外交流中充分发挥其价值，为提高我国文化软实力贡献力量。

注释

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