科技展品信息化：讓科學實踐更“好玩”

文/陳筠

科技展品信息化：讓科學實踐更“好玩”

文/陳筠

為了培養(yǎng)現(xiàn)代社會所需的創(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，科技大篷車等流動科普宣傳展示的的形式也得到越來越多的認可。在青少年科普工作取得了一定成績，科普場館設施在大城市已經(jīng)達到一定規(guī)模，但青少年仍普遍被各級升學考試左右的今天，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校教育不可或缺的補充，成為現(xiàn)代科技人才成長的搖籃，是廣大科普工作者應該認真考慮的問題。

現(xiàn)代信息技術的迅猛發(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)展的敏感和關注，使我們十分自然地意識到，現(xiàn)代青少年科技展品的信息化設計，極有可能成為解決各種問題的有效而關鍵性的途徑。

科技展品信息化設計將成必然

科技展品的信息化設計是未來普適計算時代的必然，也是現(xiàn)代教育發(fā)展的必須。

普適計算的思想最早由前Xe rox PARC首席科學家Mark Weiser在1991年提出。這一思想從20世紀90年代后期開始得到廣泛關注和接受，許多相關的研究計劃紛紛啟動，目前已成為國際上一個蓬勃發(fā)展的研究熱點。普適計算概念強調和環(huán)境融為一體的計算，而計算機本身則從人們的視線里消失。在普適計算的模式下，人們能夠在任何時間、任何地點、以任何方式進行信息的獲取與處理。普適計算的核心思想是小型、便宜、網(wǎng)絡化的處理設備廣泛分布在日常生活的各個場所和各種設備器具中，人機交互更自然，人間交互更隨意。目前，普適計算尚處于研究與部分運用階段，推動普適計算研究的力量來自三個方面：學術界、政府部門和產(chǎn)業(yè)界。大都市科技館，肩負展示科技前沿，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計上，深入考慮普適計算的理念并充分利用其先進技術。

強調體驗式教育的科技展品，利用現(xiàn)代信息技術，完全可以讓青少年在人機交互中更加沉浸，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教育功能和學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算的時代，科技展品的信息化設計應基于普適計算的理念。

科學實踐探索，應該更有趣味性

一些傳統(tǒng)的科技展項，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，這些項目很受小觀眾歡迎，但是動手實驗的過程缺乏探索，往往是敲敲聽個聲，搭搭看個結果，搖搖看個燈亮便心滿意足?！皼]有探索行為的科技教育，我們的科普已經(jīng)不科學了”。科技館的實踐探索，應該有趣味性，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驗者有所新發(fā)現(xiàn)，一步步引導其探究下去，原來不少實驗項目究需要再設計。

這樣就需要借助數(shù)字顯示裝置引導其一步步發(fā)現(xiàn)問題，深入探究。如擊鼓駐波實驗，當實驗者用鼓槌敲擊后，可有即時文字提示，觀察什么，再嘗試什么；當實驗者得出初步結果時可引導實驗者做進一步半定量以致定量的測試性實驗；也可引導學生做改變聲源的實驗。在學生對駐波較為了解時，可繼續(xù)引導其研究駐波應用的實驗。

同時借助數(shù)字技術實時監(jiān)測實驗。目前的實驗是鼓槌一聲敲擊后，玻璃管中輕質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，也未必會進一步思考。若使用聲傳感器和計算機接口，可測出整個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)字技術能夠激勵青少年不斷探究。未來的科技館門票可設計為IC卡，持卡者某個實驗探究到一定程度，可憑卡進入下一高級探索區(qū)實驗，也可憑卡自動發(fā)放實驗器材或獎品。而數(shù)字網(wǎng)絡技術，則可集中監(jiān)控實驗裝置是否正常運行。

虛實設計相結合

目前，虛擬現(xiàn)實技術已廣泛運用于航空航天、軍事、設計、體育、娛樂等領域，也逐步運用于各類學校教育。作為信息技術的一項重要運用，其教育功能，已得到廣泛認可。虛擬現(xiàn)實技術是模擬人在自然環(huán)境中的視、聽、動等行為的人機交互技術，其逼真的虛擬環(huán)境使實驗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踐研究；其操作的隨意性使實驗者感受探究的自主感；設計良好的學習引導，將使實驗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，是教育的重要方式。

科技館的展品設計同樣也可虛實結合。部分實驗可開發(fā)網(wǎng)上虛擬實驗，幫助青少年更好地探究實驗原理，激發(fā)真實實驗的興趣。如手搖發(fā)電機，其內部結構如何，為什么會發(fā)電，怎樣才能發(fā)更多的電?？萍拣^的科學商品，可與網(wǎng)上虛擬實驗相關，如提供自制手搖發(fā)電機組件，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。學生的研究需要師長的指點，需要相互交流；也需要和實驗設備、計算機等交互。為學生提供多元化交互設計，為其創(chuàng)造多元化交流環(huán)境，是科學普及的重要環(huán)節(jié)?，F(xiàn)代網(wǎng)絡技術、移動技術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)過精心設計，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。如柱面鏡實驗，參觀者都覺得很有趣，但是到底如何成像，什么光學規(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，提供研究探索的軟件，并提供制作柱面鏡的方法，學生就可以用自己的照片做成柱面鏡成像實驗。

普適計算的提出與研究的進展，使人們看到信息通訊技術使教育環(huán)境在發(fā)生著變化，聯(lián)系校外和校內的教育體驗的場所也在不斷地擴大，體驗的形式也在發(fā)生根本性變化。到處存在的小型的或看不見的計算機及其網(wǎng)絡，使教育體驗環(huán)境從距離、時間、空間的角度增強了靈活性。這種學習體驗環(huán)境是泛在環(huán)境，可以給學習者提供最優(yōu)化的，以學習者為中心的定制性學習體驗環(huán)境。

未來的科學教育應該存在于泛在的學習環(huán)境之中，因而科學教育的泛在環(huán)境設計應逐步深入考慮。未來學校將越來越突破有限的學校的物理環(huán)境范圍，擴展為電子學習技術環(huán)境，與地域社會各種機構、團體、場館等共同構成生態(tài)化的學習環(huán)境。校外科學教育環(huán)境必然與學校教育一樣，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

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

學生在社會科學教育的場館中，在被精心設計的信息化展品面前，可以極為個性化地自主學習，盡情探究，并與其他學習伙伴和教師專家交流。這類學習是學校學習的組成，被學校和社會認可。而學校對科技教育資源的利用，教師對科技展品的理解，學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計涉及展品設備本身的展示方式設計和展示的教育模式設計，通過展示的數(shù)字監(jiān)測設計、展品的虛實結合設計、交互的多元化設計、教育的泛在環(huán)境設計，現(xiàn)代青少年科技展品的信息化設計將成為普適計算時代的必然，符合信息社會發(fā)展趨勢，將有利于現(xiàn)代信息社會創(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^