文/陳筠

科技展品信息化：讓科學(xué)實(shí)踐更“好玩”

文/陳筠

為了培養(yǎng)現(xiàn)代社會(huì)所需的創(chuàng)新人才，對青少年科技創(chuàng)新的普及性教育越來越得到各級(jí)政府的重視，擁有科技館的城市越來越多，科技大篷車等流動(dòng)科普宣傳展示的的形式也得到越來越多的認(rèn)可。在青少年科普工作取得了一定成績，科普場館設(shè)施在大城市已經(jīng)達(dá)到一定規(guī)模，但青少年仍普遍被各級(jí)升學(xué)考試左右的今天，如何使科普場館的科技創(chuàng)新普及教育功能更有效，更完備，更深入人心，從而使之真正成為學(xué)校教育不可或缺的補(bǔ)充，成為現(xiàn)代科技人才成長的搖籃，是廣大科普工作者應(yīng)該認(rèn)真考慮的問題。

現(xiàn)代信息技術(shù)的迅猛發(fā)展，改變了我們的生活，改變著我們的教育模式。青少年對數(shù)字產(chǎn)品發(fā)展的敏感和關(guān)注，使我們十分自然地意識(shí)到，現(xiàn)代青少年科技展品的信息化設(shè)計(jì)，極有可能成為解決各種問題的有效而關(guān)鍵性的途徑。

科技展品信息化設(shè)計(jì)將成必然

科技展品的信息化設(shè)計(jì)是未來普適計(jì)算時(shí)代的必然，也是現(xiàn)代教育發(fā)展的必須。

普適計(jì)算的思想最早由前Xe rox PARC首席科學(xué)家Mark Weiser在1991年提出。這一思想從20世紀(jì)90年代后期開始得到廣泛關(guān)注和接受，許多相關(guān)的研究計(jì)劃紛紛啟動(dòng)，目前已成為國際上一個(gè)蓬勃發(fā)展的研究熱點(diǎn)。普適計(jì)算概念強(qiáng)調(diào)和環(huán)境融為一體的計(jì)算，而計(jì)算機(jī)本身則從人們的視線里消失。在普適計(jì)算的模式下，人們能夠在任何時(shí)間、任何地點(diǎn)、以任何方式進(jìn)行信息的獲取與處理。普適計(jì)算的核心思想是小型、便宜、網(wǎng)絡(luò)化的處理設(shè)備廣泛分布在日常生活的各個(gè)場所和各種設(shè)備器具中，人機(jī)交互更自然，人間交互更隨意。目前，普適計(jì)算尚處于研究與部分運(yùn)用階段，推動(dòng)普適計(jì)算研究的力量來自三個(gè)方面：學(xué)術(shù)界、政府部門和產(chǎn)業(yè)界。大都市科技館，肩負(fù)展示科技前沿，開啟青少年智慧，培養(yǎng)未來人才重任，不妨將未來科技展品的設(shè)計(jì)上，深入考慮普適計(jì)算的理念并充分利用其先進(jìn)技術(shù)。

強(qiáng)調(diào)體驗(yàn)式教育的科技展品，利用現(xiàn)代信息技術(shù)，完全可以讓青少年在人機(jī)交互中更加沉浸，更獲感悟；也完全可以讓展示突破科技館的物理空間和時(shí)間限制，大幅度提升展品的教育效益；更完全可以將展品社會(huì)教育功能和學(xué)校教育密切融為一體，體現(xiàn)未來教育環(huán)境的靈活和泛在，而人類世界正在迎接普適計(jì)算的時(shí)代，科技展品的信息化設(shè)計(jì)應(yīng)基于普適計(jì)算的理念。

科學(xué)實(shí)踐探索，應(yīng)該更有趣味性

一些傳統(tǒng)的科技展項(xiàng)，在許多科技館都有類似的展品，如擊鼓駐波、鋼管琴、拱橋積木、手搖發(fā)電等，這些項(xiàng)目很受小觀眾歡迎，但是動(dòng)手實(shí)驗(yàn)的過程缺乏探索，往往是敲敲聽個(gè)聲，搭搭看個(gè)結(jié)果，搖搖看個(gè)燈亮便心滿意足?！皼]有探索行為的科技教育，我們的科普已經(jīng)不科學(xué)了”?？萍拣^的實(shí)踐探索，應(yīng)該有趣味性，讓孩子們感覺到玩的快樂，但是這種探究的玩與游樂園的玩不同，它不是純粹追求刺激性的快樂，也不是簡單地滿足好奇心，而是追求探索后成功的快樂，滿足不斷地發(fā)現(xiàn)，不斷地探索，一步步深入揭秘的愿望。因而，為了能夠一步步讓實(shí)驗(yàn)者有所新發(fā)現(xiàn)，一步步引導(dǎo)其探究下去，原來不少實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目究需要再設(shè)計(jì)。

這樣就需要借助數(shù)字顯示裝置引導(dǎo)其一步步發(fā)現(xiàn)問題，深入探究。如擊鼓駐波實(shí)驗(yàn)，當(dāng)實(shí)驗(yàn)者用鼓槌敲擊后，可有即時(shí)文字提示，觀察什么，再嘗試什么；當(dāng)實(shí)驗(yàn)者得出初步結(jié)果時(shí)可引導(dǎo)實(shí)驗(yàn)者做進(jìn)一步半定量以致定量的測試性實(shí)驗(yàn)；也可引導(dǎo)學(xué)生做改變聲源的實(shí)驗(yàn)。在學(xué)生對駐波較為了解時(shí)，可繼續(xù)引導(dǎo)其研究駐波應(yīng)用的實(shí)驗(yàn)。

同時(shí)借助數(shù)字技術(shù)實(shí)時(shí)監(jiān)測實(shí)驗(yàn)。目前的實(shí)驗(yàn)是鼓槌一聲敲擊后，玻璃管中輕質(zhì)小球按駐波的波腹波節(jié)重新周期性地疏密排列。這一現(xiàn)象說明什么，未必知道，也未必會(huì)進(jìn)一步思考。若使用聲傳感器和計(jì)算機(jī)接口，可測出整個(gè)玻璃管中聲波能量的分布曲線，從而知道居然聲音在這樣的管道中傳播，會(huì)出現(xiàn)有的地方聲音消失，從而對駐波更為了解。

數(shù)字技術(shù)能夠激勵(lì)青少年不斷探究。未來的科技館門票可設(shè)計(jì)為IC卡，持卡者某個(gè)實(shí)驗(yàn)探究到一定程度，可憑卡進(jìn)入下一高級(jí)探索區(qū)實(shí)驗(yàn)，也可憑卡自動(dòng)發(fā)放實(shí)驗(yàn)器材或獎(jiǎng)品。而數(shù)字網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，則可集中監(jiān)控實(shí)驗(yàn)裝置是否正常運(yùn)行。

虛實(shí)設(shè)計(jì)相結(jié)合

目前，虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)已廣泛運(yùn)用于航空航天、軍事、設(shè)計(jì)、體育、娛樂等領(lǐng)域，也逐步運(yùn)用于各類學(xué)校教育。作為信息技術(shù)的一項(xiàng)重要運(yùn)用，其教育功能，已得到廣泛認(rèn)可。虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)是模擬人在自然環(huán)境中的視、聽、動(dòng)等行為的人機(jī)交互技術(shù)，其逼真的虛擬環(huán)境使實(shí)驗(yàn)者在多感官感知下提高沉浸感、臨場感，從而能更為專注于實(shí)踐研究；其操作的隨意性使實(shí)驗(yàn)者感受探究的自主感；設(shè)計(jì)良好的學(xué)習(xí)引導(dǎo)，將使實(shí)驗(yàn)者減少探索的盲目性，提高研究的成功率。科普教育涉及面廣，上天入地，探微究深，利用虛擬技術(shù)，是教育的重要方式。

科技館的展品設(shè)計(jì)同樣也可虛實(shí)結(jié)合。部分實(shí)驗(yàn)可開發(fā)網(wǎng)上虛擬實(shí)驗(yàn)，幫助青少年更好地探究實(shí)驗(yàn)原理，激發(fā)真實(shí)實(shí)驗(yàn)的興趣。如手搖發(fā)電機(jī)，其內(nèi)部結(jié)構(gòu)如何，為什么會(huì)發(fā)電，怎樣才能發(fā)更多的電?？萍拣^的科學(xué)商品，可與網(wǎng)上虛擬實(shí)驗(yàn)相關(guān)，如提供自制手搖發(fā)電機(jī)組件，自制手搖發(fā)電充電器組件等。

探索交互的多元化

科技探索交互的形式原本就是多樣化的。學(xué)生的研究需要師長的指點(diǎn)，需要相互交流；也需要和實(shí)驗(yàn)設(shè)備、計(jì)算機(jī)等交互。為學(xué)生提供多元化交互設(shè)計(jì)，為其創(chuàng)造多元化交流環(huán)境，是科學(xué)普及的重要環(huán)節(jié)。現(xiàn)代網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、移動(dòng)技術(shù)為信息的交互提供了無所不在的溝通。

科技展示中，許多展品經(jīng)過精心設(shè)計(jì)，有趣而令人尋味。這些展品是否開辟些網(wǎng)上交流區(qū)，利用些微博等手段，使其教育功能拓展到館外，探究得以在參觀后延續(xù)下去。如柱面鏡實(shí)驗(yàn)，參觀者都覺得很有趣，但是到底如何成像，什么光學(xué)規(guī)律，未必知道，未必有辦法了解透徹。如果網(wǎng)上提供討論和指導(dǎo)，提供研究探索的軟件，并提供制作柱面鏡的方法，學(xué)生就可以用自己的照片做成柱面鏡成像實(shí)驗(yàn)。

普適計(jì)算的提出與研究的進(jìn)展，使人們看到信息通訊技術(shù)使教育環(huán)境在發(fā)生著變化，聯(lián)系校外和校內(nèi)的教育體驗(yàn)的場所也在不斷地?cái)U(kuò)大，體驗(yàn)的形式也在發(fā)生根本性變化。到處存在的小型的或看不見的計(jì)算機(jī)及其網(wǎng)絡(luò)，使教育體驗(yàn)環(huán)境從距離、時(shí)間、空間的角度增強(qiáng)了靈活性。這種學(xué)習(xí)體驗(yàn)環(huán)境是泛在環(huán)境，可以給學(xué)習(xí)者提供最優(yōu)化的，以學(xué)習(xí)者為中心的定制性學(xué)習(xí)體驗(yàn)環(huán)境。

未來的科學(xué)教育應(yīng)該存在于泛在的學(xué)習(xí)環(huán)境之中，因而科學(xué)教育的泛在環(huán)境設(shè)計(jì)應(yīng)逐步深入考慮。未來學(xué)校將越來越突破有限的學(xué)校的物理環(huán)境范圍，擴(kuò)展為電子學(xué)習(xí)技術(shù)環(huán)境，與地域社會(huì)各種機(jī)構(gòu)、團(tuán)體、場館等共同構(gòu)成生態(tài)化的學(xué)習(xí)環(huán)境。校外科學(xué)教育環(huán)境必然與學(xué)校教育一樣，成為青少年接受教育的重要場所。

探索科技展品信息化后的教育模式

基于普適計(jì)算的科技產(chǎn)品信息化，將構(gòu)建一個(gè)科學(xué)教育的泛在環(huán)境。對青少年而言，科技館教育和學(xué)校教育都是其學(xué)習(xí)的重要場所。學(xué)校教師都了解學(xué)校大綱中涉及的知識(shí)和能力教育，在科技館中，與哪些展品的探索體驗(yàn)相關(guān)；這些展品哪些可以在某些時(shí)段“流動(dòng)”到就近的場所讓學(xué)生實(shí)踐，哪些可在網(wǎng)上探究討論；哪些可以有實(shí)驗(yàn)器材做相關(guān)小實(shí)驗(yàn)；從哪里可以了解到這些知識(shí)已被應(yīng)用到某些發(fā)明創(chuàng)造，甚至是我們學(xué)生自己的發(fā)明，等等。

學(xué)生在社會(huì)科學(xué)教育的場館中，在被精心設(shè)計(jì)的信息化展品面前，可以極為個(gè)性化地自主學(xué)習(xí)，盡情探究，并與其他學(xué)習(xí)伙伴和教師專家交流。這類學(xué)習(xí)是學(xué)校學(xué)習(xí)的組成，被學(xué)校和社會(huì)認(rèn)可。而學(xué)校對科技教育資源的利用，教師對科技展品的理解，學(xué)生對科技展品的探究，可以通過科技展品的信息系統(tǒng)有所反映，可以通過數(shù)據(jù)挖掘得到反饋。

可以說，科技展品的信息化設(shè)計(jì)涉及展品設(shè)備本身的展示方式設(shè)計(jì)和展示的教育模式設(shè)計(jì)，通過展示的數(shù)字監(jiān)測設(shè)計(jì)、展品的虛實(shí)結(jié)合設(shè)計(jì)、交互的多元化設(shè)計(jì)、教育的泛在環(huán)境設(shè)計(jì)，現(xiàn)代青少年科技展品的信息化設(shè)計(jì)將成為普適計(jì)算時(shí)代的必然，符合信息社會(huì)發(fā)展趨勢，將有利于現(xiàn)代信息社會(huì)創(chuàng)新人才的培養(yǎng)，有益于教育的開放性、公平性發(fā)展。

作者就職于上?？萍拣^