孫曉軍　韓永志　付從茂

[摘 要]首先分析基礎(chǔ)科學(xué)類展品研發(fā)現(xiàn)狀、難點(diǎn)，并根據(jù)“基礎(chǔ)科學(xué)原理解讀與探究系列展品展示關(guān)鍵技術(shù)研發(fā)”課題研究過程提煉基礎(chǔ)科學(xué)類展品的特性及研發(fā)規(guī)律，提出對策建議，以期為科技館基礎(chǔ)科學(xué)類展品研發(fā)起到參考和借鑒作用，推動我國基礎(chǔ)科學(xué)類展品展示水平的提升。

[關(guān)鍵詞]]科技館 基礎(chǔ)科學(xué)類展品 展品研發(fā)規(guī)律

科技館是以展覽教育為主要功能的公益性科普教育機(jī)構(gòu)，是實(shí)施科教興國戰(zhàn)略和人才強(qiáng)國戰(zhàn)略、提高全民科學(xué)素養(yǎng)的重要陣地[1]。展品作為科技館開展科學(xué)教育最直觀、最直接的核心載體，其內(nèi)容和形式直接關(guān)系對觀眾良好的科學(xué)教育及啟發(fā)。

基礎(chǔ)科學(xué)是一切科學(xué)技術(shù)的理論基礎(chǔ)，推動著科技的變革。國家對基礎(chǔ)科學(xué)普及傳播高度重視，對基礎(chǔ)科學(xué)類展品創(chuàng)新研發(fā)給予支撐，設(shè)置國家科技支撐專項(xiàng)課題“基礎(chǔ)科學(xué)原理解讀與探究系列展品展示關(guān)鍵技術(shù)研發(fā)”，創(chuàng)新、研發(fā)一批公眾喜愛的基礎(chǔ)科學(xué)創(chuàng)新展品，且通過創(chuàng)新研發(fā)的實(shí)踐過程提煉基礎(chǔ)科學(xué)類展品的特性及研發(fā)規(guī)律，以期今后為基礎(chǔ)科學(xué)類展品展示研發(fā)設(shè)計(jì)提出建議。

一、基礎(chǔ)科學(xué)類展品

《國家中長期科學(xué)和技術(shù)發(fā)展規(guī)劃綱要（2006—2020）》提出了建設(shè)創(chuàng)新型國家的總體目標(biāo)。強(qiáng)大的基礎(chǔ)科學(xué)研究是提高我國原始創(chuàng)新能力、積累智力資本的重要途徑，是建設(shè)世界科技強(qiáng)國的必要條件，是建設(shè)創(chuàng)新型國家的根本動力和源泉。提高公眾基礎(chǔ)科學(xué)類科學(xué)素養(yǎng)，促進(jìn)全民基礎(chǔ)科學(xué)水平提升，將長期是科普工作的重要方向。

基礎(chǔ)科學(xué)類展品作為提升全民基礎(chǔ)科學(xué)水平的重要科普手段，已成為科技館標(biāo)配展示內(nèi)容，通過新奇的現(xiàn)象、主動探究式互動體驗(yàn)和還原科技發(fā)現(xiàn)過程及科學(xué)家故事等，展示內(nèi)容及形式，對基礎(chǔ)科學(xué)進(jìn)行普及，增進(jìn)公眾對基礎(chǔ)科學(xué)內(nèi)容的認(rèn)識，激發(fā)其探索自然的興趣?；A(chǔ)科學(xué)類展品不同于科普教具或科教片，它主要以機(jī)械、機(jī)電互動展示形式為主，更強(qiáng)調(diào)自主探究的過程、科學(xué)啟迪的作用，強(qiáng)調(diào)實(shí)體展示、直觀表達(dá)現(xiàn)象，允許大量觀眾互動操作，具有趣味、互動體驗(yàn)的特點(diǎn)。

科技館基礎(chǔ)科學(xué)類部分展品對中小學(xué)物理、化學(xué)、生物、地理等學(xué)科進(jìn)行大量體現(xiàn)，作為中小學(xué)生課本教育的補(bǔ)充，直觀展示科學(xué)現(xiàn)象，有助于公眾特別是青少年對基礎(chǔ)知識進(jìn)一步學(xué)習(xí)、鞏固及理解，培養(yǎng)其學(xué)習(xí)熱情及主動探究的能力。

二、我國科技館基礎(chǔ)科學(xué)類展品研發(fā)現(xiàn)狀及其難點(diǎn)

（一）我國科技館基礎(chǔ)科學(xué)類展品展示與研發(fā)現(xiàn)狀

近年來，我國科技館行業(yè)迅速發(fā)展，目前全國已有達(dá)標(biāo)科技館百余座?！犊萍拣^體系下科技館場館建設(shè)研究》指出，我國科技館中小型科技館和地市級科技館均占據(jù)全國科技館的“半壁江山”[2]。據(jù)調(diào)研，基礎(chǔ)科學(xué)類展品作為科技館建設(shè)中的標(biāo)配展示，在科技館展品中占據(jù)較大比例，其中在大部分中小型科技館的展示比例超過1/3，表1為部分科技館基礎(chǔ)科學(xué)類展品比例。

我國科技館發(fā)展起步較晚，易于轉(zhuǎn)化為基礎(chǔ)科學(xué)類展品的展示內(nèi)容及展示形式在國外科普中應(yīng)用已非常成熟，而國內(nèi)的基礎(chǔ)科學(xué)類展品多以模仿為主?！板F體上滾”“雙曲線槽”“萬有引力”等多件經(jīng)典展品更是出現(xiàn)于各個科技館中，基礎(chǔ)科學(xué)類展品的“多館同展”現(xiàn)象尤為普遍。行業(yè)內(nèi)提到的“創(chuàng)新展品”也多為對國外科技館同類展品的首次仿制或外觀和表現(xiàn)形式上的局部改進(jìn)，缺乏自主創(chuàng)新，自身開發(fā)的創(chuàng)新展品受觀眾喜愛程度一般。因此，如何開發(fā)出更多符合科技館科學(xué)性、趣味性特點(diǎn)，生動、活潑的互動性基礎(chǔ)科學(xué)類科普展品，使公眾對基礎(chǔ)科學(xué)有更加直觀、形象的理解，激發(fā)起公眾對科學(xué)的濃厚興趣，從而自發(fā)地愛科學(xué)、學(xué)科學(xué)，促進(jìn)我國公民基礎(chǔ)科學(xué)素質(zhì)的提升，成為目前我國科技館展品設(shè)計(jì)研發(fā)工作亟待解決的主要問題和重要任務(wù)。

（二）基礎(chǔ)科學(xué)類展品研發(fā)難點(diǎn)

1.展示內(nèi)容創(chuàng)新難?？茖W(xué)知識的海洋無邊無際，科技館也未能解讀其冰山一角。雖未在科技館展示的科學(xué)內(nèi)容斗量車載，但易于轉(zhuǎn)化為展品的基礎(chǔ)科學(xué)內(nèi)容已經(jīng)被深入挖掘，被很多科技館列為常規(guī)展品[3]。如何選取適于科技館、易于運(yùn)用科技館擅長的展示形式進(jìn)行直觀展現(xiàn)的基礎(chǔ)科學(xué)展示內(nèi)容，使展品科學(xué)性、互動性極好的結(jié)合，是基礎(chǔ)科學(xué)類展品內(nèi)容創(chuàng)新的主要難點(diǎn)。

2.展示形式創(chuàng)新難。展品的展示形式對展品起著至關(guān)重要的作用，恰當(dāng)?shù)恼故拘问娇梢猿浞终宫F(xiàn)展品的科普效應(yīng)。對已有的展項(xiàng)要努力設(shè)想更好的表現(xiàn)形式[4]，通過受眾喜聞樂見、生動活潑的展示方式，把抽象、枯燥的科學(xué)理論知識進(jìn)行表現(xiàn)，是基礎(chǔ)科學(xué)類展品不斷完善、優(yōu)化的難點(diǎn)。

3.研發(fā)力量薄弱?；A(chǔ)科學(xué)類創(chuàng)新展品的研發(fā)，需要多學(xué)科人才共同參與，對研發(fā)人員的數(shù)量和質(zhì)量有著較高的要求。雖然國家對科技館建設(shè)給予了強(qiáng)大的支持，我國科技館建設(shè)也在高速發(fā)展，但科普場館內(nèi)專業(yè)的研發(fā)人才及高素質(zhì)、高學(xué)歷人才比例偏低，且分布嚴(yán)重不足，制約了其創(chuàng)新能力的發(fā)展。

三、課題研發(fā)成果

經(jīng)前期文獻(xiàn)調(diào)研分析，課題組選取光學(xué)、數(shù)學(xué)、機(jī)電、力學(xué)、生命五個科技館基礎(chǔ)科學(xué)類展品研發(fā)設(shè)計(jì)重要領(lǐng)域展開研究，設(shè)計(jì)、研制6件受公眾喜愛的創(chuàng)新展品，探索研究基礎(chǔ)科學(xué)類展品的研發(fā)規(guī)律。

（一）展品研發(fā)流程

6件創(chuàng)新展品完全自主研發(fā)，展品研發(fā)主要流程是展示內(nèi)容確定、展品方案確定、技術(shù)設(shè)計(jì)及制作。

根據(jù)創(chuàng)意確定展示內(nèi)容，設(shè)計(jì)適宜的展示形式，完成展品設(shè)計(jì)方案，進(jìn)行展品技術(shù)設(shè)計(jì)及制作。研發(fā)過程的每個環(huán)節(jié)均由相應(yīng)專家把關(guān)，確保展品研發(fā)的可實(shí)施性，有效降低創(chuàng)新失敗概率。展品制作完成后，經(jīng)過多次反復(fù)測試，查找問題，不斷改進(jìn)完善，保證創(chuàng)新展品良好的展示效果。

（二）研發(fā)成果

1.光學(xué)全息互動體驗(yàn)展示技術(shù)研發(fā)。主要研究如何將專業(yè)光學(xué)全息技術(shù)轉(zhuǎn)化為互動式科普展品，以互動的方式展示光學(xué)全息的知識，包括“全息攝影”展品。

展品“全息攝影”突破了以往只能在實(shí)驗(yàn)室中進(jìn)行全息攝影的局限，研發(fā)出可在科普場館展廳環(huán)境中進(jìn)行全息攝影的新型展示技術(shù)，實(shí)現(xiàn)了全息攝影在科普場館內(nèi)全過程、可視化、快速化的展示。

2.幾何特性互動展示技術(shù)研發(fā)。主要研究如何通過生動、形象的互動展示方式，將橢圓、雙曲線、拋物線三種圓錐曲線的光學(xué)特性，以及雙曲面中線與面的關(guān)系等抽象的數(shù)學(xué)知識直觀地展現(xiàn)給觀眾，使觀眾在了解數(shù)學(xué)知識的同時，感受數(shù)學(xué)的趣味和魅力。該研究方向包括“圓錐曲線的光學(xué)性質(zhì)”和“動態(tài)立體雙曲面”兩件展品。

展品“圓錐曲線的光學(xué)性質(zhì)”通過對三種圓錐曲線模型的巧妙設(shè)計(jì)，使參與者運(yùn)用小球發(fā)射裝置等方式，觀察三種曲線模型所形成的奇妙效果，從而直觀地理解圓錐曲線的光學(xué)特性。

展品“動態(tài)立體雙曲面”通過控制系統(tǒng)，使LED點(diǎn)陣掃描速率與旋轉(zhuǎn)速率巧妙配合，利用人眼的視覺暫留特性，使高速旋轉(zhuǎn)的LED點(diǎn)陣序列在空中呈現(xiàn)出多種不同的雙曲面的造型。

3.傳動機(jī)構(gòu)集成互動展示技術(shù)研發(fā)。主要研究如何將機(jī)械、流體（水流、氣動等）、電磁等多種傳動方式巧妙地集成在一起，形成精彩的互動展示方式，包括“有趣的傳遞”展品。

展品“有趣的傳遞”，通過探究按順序傳遞小球的展示，把最速降線、傳動比、合作抓球等展品集成轉(zhuǎn)化為傳動探究環(huán)節(jié)，并巧妙結(jié)合機(jī)械、電磁等形式各異且結(jié)構(gòu)有趣的傳動機(jī)構(gòu)，賦予小球傳遞類展品新的形式及內(nèi)容。

4.載人氣浮平臺互動展示技術(shù)研發(fā)。主要研究如何利用氣浮平臺使觀眾通過親身體驗(yàn)，更加真切地體會和理解牛頓第三運(yùn)動定律，包括“隨風(fēng)而動”展品。

展品“隨風(fēng)而動”創(chuàng)新原有第三體驗(yàn)視角的傳統(tǒng)展示形式，采用載人氣浮平臺為新型展示手段，使參與者以第一視角親身體驗(yàn)，更加真切的體會和理解作用力與反作用力的特性。

5.競賽式科普游戲互動展示技術(shù)研發(fā)。主要是研究可供多人同時參與的新型交互體驗(yàn)式科普展示技術(shù)，本研究方向?qū)㈤_發(fā)“健康競賽”展品。

展品“健康競賽”通過采用多功能互動座椅與競賽游戲相結(jié)合的全新展示形式，增強(qiáng)了展品的互動性及趣味性，提升了觀眾的參與熱情。展品具有一定的通用性，可作為基礎(chǔ)平臺以競賽的方式展示更多領(lǐng)域的科普知識。

四、研發(fā)規(guī)律與建議

以展品科學(xué)性、趣味性、互動性及安全性作為設(shè)計(jì)前提進(jìn)行6件創(chuàng)新展品研發(fā)，在研發(fā)的實(shí)踐探索中提煉基礎(chǔ)科學(xué)類展品的特性及研發(fā)規(guī)律。

（一）創(chuàng)新展示范圍，重視基于基礎(chǔ)科學(xué)原理的高新技術(shù)的解讀及其應(yīng)用的展示

展示內(nèi)容不僅是對科學(xué)原理的解讀，還應(yīng)關(guān)注以基礎(chǔ)科學(xué)技術(shù)為基礎(chǔ)的科研成果及高新技術(shù)應(yīng)用。展品“全息攝影”將基礎(chǔ)科學(xué)高新技術(shù)的科研成果轉(zhuǎn)化為科普展品，通過關(guān)注科研院?；蚱髽I(yè)的研究成果，捕捉易于轉(zhuǎn)化為科技館展品的基礎(chǔ)科學(xué)類的最新科研成果，將其研究成果新型光致聚合物感光材料技術(shù)引入到展品中，降低了全息記錄對環(huán)境的要求，成為全息技術(shù)在科普場館展示基礎(chǔ)。

（二）增大挖掘深度，對基礎(chǔ)科學(xué)某一學(xué)科深入研究，加強(qiáng)對科學(xué)思想、方法的體現(xiàn)

通過對某一學(xué)科的深入學(xué)習(xí)，對其發(fā)展史和重要的科學(xué)概念等進(jìn)行深入學(xué)習(xí)思考，挖掘展示點(diǎn)。以展品“圓錐曲線的光學(xué)特性”中雙曲線的光學(xué)特性展示部分為例，通過對雙曲線的光學(xué)性質(zhì)的概念進(jìn)行深入研究論證，并借鑒同類展品“橢圓焦點(diǎn)”展示形式，通過圓片運(yùn)動軌跡的直觀展示形式進(jìn)行呈現(xiàn)。

（三）集成展示，展示內(nèi)容相輔相成，提高展品的整體展教功能

在展品設(shè)計(jì)研發(fā)中，歸納具有相關(guān)特點(diǎn)、相似規(guī)律或相同類別的展示內(nèi)容，并以某一集成規(guī)律進(jìn)行組合和構(gòu)造，以合理且更有趣的形式展示，形成集成創(chuàng)新展品。展品“圓錐曲線的光學(xué)特性”將橢圓、雙曲線、拋物線的光學(xué)性質(zhì)組合集成對比展示，使觀眾通過對比和多次互動的方式，認(rèn)識三者之間的差別與聯(lián)系，加深對科學(xué)內(nèi)容的理解和認(rèn)識。

（四）創(chuàng)新更優(yōu)展示形式，引導(dǎo)觀眾主動探究

對已有的展項(xiàng)要努力設(shè)想更好的表現(xiàn)形式[4]，基于對原有相關(guān)展品的深入分析，對癥下藥，對其缺點(diǎn)和不足提出改進(jìn)方案，創(chuàng)新更優(yōu)的展示形式，使展品展示更直觀，體驗(yàn)更具有吸引力，有利于引導(dǎo)觀眾的主動探究。展品“動態(tài)立體雙曲面”“隨風(fēng)而動”“健康競賽”，均突破傳統(tǒng)展示形式，針對原有展示中枯燥、互動性弱等問題，創(chuàng)新展示形式，使展品更易于吸引觀眾參與體驗(yàn)，于體驗(yàn)中主動思考、探究。

（五）采用自上而下的設(shè)計(jì)流程，保證展品展教目標(biāo)精準(zhǔn)

展品設(shè)計(jì)中應(yīng)采用自上而下的設(shè)計(jì)流程，根據(jù)明確的主題思想和教育目標(biāo)規(guī)劃展示內(nèi)容。展品“有趣的傳遞”采用自上而下的方式設(shè)計(jì)，確定展品主題與教育目標(biāo)為：展示不同傳動方式的原理、特點(diǎn)，引導(dǎo)觀眾在親身體驗(yàn)中觀察傳動現(xiàn)象，探究其中蘊(yùn)含原理；圍繞主題與教育目標(biāo)，選擇要展示的機(jī)構(gòu)，確保所有展示的機(jī)構(gòu)都有明確的教育目標(biāo)。

（六）創(chuàng)新展示理念，合理引入探究式學(xué)習(xí)方法

科技館雖然強(qiáng)調(diào)觀眾自主操作，主動探索，但現(xiàn)階段展品設(shè)計(jì)還不能完全引入探究式方法。因此，展品設(shè)計(jì)之初應(yīng)具有探究式學(xué)習(xí)理念，引導(dǎo)觀眾主動探究答案。6件展品均以探究式學(xué)習(xí)方法為設(shè)計(jì)理念，使展品成為探究學(xué)習(xí)中的教師，引導(dǎo)觀眾主動思考、嘗試、探索。

五、結(jié)束語

本文針對基礎(chǔ)科學(xué)類展品研發(fā)現(xiàn)狀、難點(diǎn)進(jìn)行調(diào)研分析，并根據(jù)課題研究過程，提煉總結(jié)基礎(chǔ)科學(xué)類展品研發(fā)規(guī)律，提出對策建議，以期能為科技館基礎(chǔ)科學(xué)類展品研發(fā)起到參考和借鑒作用，促進(jìn)我國基礎(chǔ)科學(xué)類展品展示水平的提升，為科技館展品研發(fā)的可持續(xù)發(fā)展提供有力保障。

參考文獻(xiàn)

[1]唐罡.科技館展品開發(fā)標(biāo)準(zhǔn)研究與思考[J].中國標(biāo)準(zhǔn)化，2016（2）：71-74.

[2]蔡文東，齊欣，朱幼文.科技館體系下科技館場館建設(shè)研究[C].中國現(xiàn)代科技館體系研究，2014.

[3]孫曉軍.淺析科技館基礎(chǔ)科學(xué)展品的創(chuàng)新研發(fā)及教育活動設(shè)計(jì)——以展品“隨風(fēng)而動”為例[J].學(xué)會，2018（1）：62-64.

[4]黃體茂.關(guān)于科技館展項(xiàng)創(chuàng)新的若干認(rèn)識問題[J].科協(xié)論壇，2011（1）：33-37.