基于信息技術(shù)的科學(xué)中心展教功能開發(fā)

何丹 張路遠(yuǎn) 馬婷婷

[摘 要] 科學(xué)中心是面向公眾開展科學(xué)傳播的重要科普教育場所。為進(jìn)一步激發(fā)中小學(xué)生對科學(xué)的興趣，培養(yǎng)青少年的創(chuàng)新思維，科學(xué)中心應(yīng)加強(qiáng)展示教育功能與信息化的深度融合，利用信息化技術(shù)以及科研院所的優(yōu)質(zhì)科普資源，不斷探索科學(xué)傳播的新形勢、新方法。本文僅以科學(xué)中心的教育培訓(xùn)實(shí)驗(yàn)室為例，說明了新的信息技術(shù)與傳統(tǒng)教學(xué)方式相結(jié)合，對整個(gè)科學(xué)中心的教育功能和服務(wù)內(nèi)容、形式所帶來的積極影響，更可直接為科學(xué)中心培訓(xùn)教育功能目標(biāo)的實(shí)現(xiàn)提供更好的方式方法。

[關(guān)鍵詞] 科學(xué)中心；信息化；教育培訓(xùn)；科學(xué)實(shí)驗(yàn)

doi ： 10 . 3969 / j . issn . 1673 - 0194 . 2017. 01. 099

[中圖分類號(hào)] G322 [文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼] A [文章編號(hào)] 1673 - 0194（2017）01- 0174- 03

0 引 言

“科學(xué)中心”是指那些相當(dāng)于國際上被稱為“科學(xué)技術(shù)中心” （Science and Technology Center，簡稱“科學(xué)中心”） 或以科學(xué)中心展示教育方式為主的科技博物館。以美國舊金山“探索館”的建成為標(biāo)志， 20 世紀(jì) 60 年代以后，世界上掀起了科學(xué)中心的建設(shè)熱潮。到今天，全世界已建成的科學(xué)中心已超過2 000 座。

1 科學(xué)中心信息化及展教功能建設(shè)

在我國，近年來信息化建設(shè)已經(jīng)成為科學(xué)中心內(nèi)容建設(shè)的重要組成部分?？茖W(xué)中心信息化建設(shè)的總體建設(shè)目標(biāo)是，利用現(xiàn)代信息化技術(shù)管理科學(xué)中心運(yùn)營過程中的各個(gè)環(huán)節(jié)，將各種感知技術(shù)、現(xiàn)代網(wǎng)絡(luò)技術(shù)和人工智能與自動(dòng)化技術(shù)等應(yīng)用在科學(xué)中心運(yùn)營管理、展教和公眾服務(wù)等方面。其最高階段即科學(xué)中心的各部分都由智慧化的信息系統(tǒng)完成，無需人工干預(yù)，科學(xué)中心內(nèi)外人與物、物與物、人與人實(shí)現(xiàn)智慧對話的狀態(tài)。為實(shí)現(xiàn)這個(gè)目標(biāo)，需要在科學(xué)中心現(xiàn)有業(yè)務(wù)管理模式的基礎(chǔ)上，結(jié)合長短期的管理規(guī)劃，對業(yè)務(wù)及管理進(jìn)行梳理、提升和規(guī)范后，逐步建設(shè)起來。第一步，實(shí)現(xiàn)基本業(yè)務(wù)信息化建設(shè)。第二步，實(shí)現(xiàn)基礎(chǔ)運(yùn)營管理信息化建設(shè)。第三步，實(shí)現(xiàn)展教及公眾服務(wù)智能化建設(shè)。第四步，實(shí)現(xiàn)智慧運(yùn)營管理建設(shè)。其中，最重要的功能和目的就是直接服務(wù)于展教和公眾，緊密結(jié)合現(xiàn)有先進(jìn)、成熟的信息化技術(shù)，提升展覽教育實(shí)踐水平和公眾體驗(yàn)就顯得尤為重要，這也是科學(xué)中心在信息化規(guī)劃第三步中需要重點(diǎn)實(shí)踐的內(nèi)容。

科學(xué)中心的展教工作緊密圍繞展教大綱開展，展品類型包括互動(dòng)啟發(fā)類展品、模型展示類、多媒體教育類及藝術(shù)裝置類展品等。近年來，信息化技術(shù)、互動(dòng)體驗(yàn)方式都發(fā)生了很大的變化。特別是虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)（以下簡稱VR或VR技術(shù)）和增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)技術(shù)（以下簡稱AR或AR技術(shù)）的應(yīng)用和發(fā)展發(fā)生了巨大的變化，應(yīng)用場景和應(yīng)用范圍越來越大，資源內(nèi)容越來越豐富。

科學(xué)中心實(shí)現(xiàn)教育傳播功能的主要載體除了常設(shè)展覽外，最重要的是加入了以探索實(shí)驗(yàn)與過程體驗(yàn)為主的教育培訓(xùn)專區(qū)。教育培訓(xùn)功能以青少年為主要服務(wù)對象，兼顧社會(huì)需求的多元化，注重雙重素質(zhì)教育，既培養(yǎng)科學(xué)素質(zhì)，更側(cè)重開發(fā)工程技術(shù)素質(zhì)。

2 實(shí)驗(yàn)室案例分析

現(xiàn)著重以B科學(xué)中心“信息千里眼”遠(yuǎn)程觀測實(shí)驗(yàn)室為例，具體闡述如何將VR技術(shù)與傳統(tǒng)的教育功能相結(jié)合，從而提升教學(xué)體驗(yàn)的實(shí)踐。

2.1 實(shí)驗(yàn)室簡介

B科學(xué)中心“信息千里眼”遠(yuǎn)程觀測實(shí)驗(yàn)室是以中小學(xué)生為主要對象，以遠(yuǎn)程觀測為特色的科普實(shí)驗(yàn)室。學(xué)生操作實(shí)驗(yàn)室內(nèi)的設(shè)備，可以控制遠(yuǎn)方觀測點(diǎn)的攝像頭，實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程觀測的探究方法。本實(shí)驗(yàn)室涉及生物學(xué)、生態(tài)學(xué)等自然科學(xué)。教學(xué)過程中采用學(xué)生觀測、記錄與教師引導(dǎo)、講解相結(jié)合的教學(xué)方式，側(cè)重培養(yǎng)科學(xué)探究的思路和方法。

2.2 實(shí)驗(yàn)室設(shè)施配備及用途

高清網(wǎng)絡(luò)攝像頭均布在三個(gè)觀測地，硬盤錄像機(jī)均布在三個(gè)觀測地，用于錄像和存儲(chǔ)有價(jià)值的觀測視頻資料；3臺(tái)42吋觸摸屏一體機(jī)及照片打印機(jī)放置在教室，學(xué)生通過觸摸屏一體機(jī)進(jìn)行操控，控制觀測地?cái)z像頭的轉(zhuǎn)向，觀測動(dòng)植物，達(dá)到科學(xué)探究的目的。

2.3 實(shí)驗(yàn)室的優(yōu)勢

（1）省去舟車勞頓，同時(shí)可享受異地優(yōu)質(zhì)科學(xué)教育資源?！靶畔⑶Ю镅邸钡娜齻€(gè)觀測點(diǎn)分別分布在武漢、昆明、青海。通過本實(shí)驗(yàn)室，在北京就能經(jīng)常觀察三地的動(dòng)植物成長和環(huán)境情況，省去多次來回奔波，節(jié)省了大量時(shí)間和金錢，提升了觀測和學(xué)習(xí)效率。

（2）整合大量優(yōu)質(zhì)資源進(jìn)行科普教育。本實(shí)驗(yàn)室整合了科研院所的優(yōu)質(zhì)資源。不僅提供實(shí)時(shí)觀測，還有專家團(tuán)隊(duì)提供支撐。既能傳播知識(shí)，還能培養(yǎng)科學(xué)研究的方法。

（3）觀測過程可實(shí)時(shí)保存，成為有價(jià)值的圖像視頻資料。傳統(tǒng)拍照片和錄視頻，往往耗人力、時(shí)長短，而遠(yuǎn)程觀測的方式可方便保存大量數(shù)據(jù)，滿足不同人群從中挑選有價(jià)值片段的需求。學(xué)生還可現(xiàn)場打印觀測到的圖像。

2.4 發(fā)現(xiàn)的問題及解決措施

可見，該課程教學(xué)環(huán)節(jié)的重中之重就是遠(yuǎn)程實(shí)時(shí)觀測，遠(yuǎn)程實(shí)時(shí)監(jiān)控觀測雖然在形式上有所創(chuàng)新，但仍面臨以下問題：第一，受四季氣候、時(shí)長的限制，觀測者無法在一節(jié)課45分鐘內(nèi)看到植物發(fā)芽、成長、開花、結(jié)果的全過程，也無法人為控制動(dòng)物按課程設(shè)定呈現(xiàn)相應(yīng)的動(dòng)作行為；第二，出于對設(shè)備的保護(hù)和觀測點(diǎn)的實(shí)地情況等原因，攝像頭的安裝位置往往距離觀測對象較遠(yuǎn)，視野范圍有限，無法近距離靠近觀測對象，致使觀測起來不能十分清晰；第三，從遠(yuǎn)程觀測系統(tǒng)看到的畫面為傳統(tǒng)2D形式，觀測者沒有身臨其境的感覺。

利用虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)沉浸性、交互性、構(gòu)想性、動(dòng)作性、自主性的特點(diǎn)，創(chuàng)建出的高度虛擬仿真效果，能使學(xué)生沉浸其中，不僅可以將植物的一生濃縮到短短幾分鐘內(nèi)完整呈現(xiàn)，而且能將動(dòng)物的各種行為活靈活現(xiàn)地展示出來，不受四季氣候影響，也無需擔(dān)心距離、時(shí)長等因素而產(chǎn)生的缺憾。如以遠(yuǎn)程觀測小滇金絲猴的幸福成長課程為例，VR系統(tǒng)不僅可以在短時(shí)間內(nèi)完整呈現(xiàn)滇金絲猴從出生到成年的形態(tài)特征，還可以通過互動(dòng)設(shè)計(jì)，實(shí)現(xiàn)觀測者以一個(gè)小滇金絲猴的視角，體驗(yàn)群體中其他成員給予小猴的關(guān)愛，如爬到爸爸的頭上，侵犯作為一家之主的權(quán)威，他不惱怒，媽媽和阿姨們爭相擁抱它，哥哥姐姐們帶著他在樹枝上跳躍玩耍，遇到危險(xiǎn)時(shí)幫它趕走天敵等等，讓觀測者宛若滇金絲猴的家庭成員一般，感受猴群中小猴幸福成長的過程。總之，虛擬現(xiàn)實(shí)和VR眼鏡系統(tǒng)，已成為借助虛擬現(xiàn)實(shí)及傳感技術(shù)創(chuàng)造的一種嶄新的教學(xué)教育系統(tǒng)，讓每一個(gè)觀看者帶著驚奇和欣喜去體驗(yàn)真實(shí)的虛擬世界。

3 結(jié) 語

通過B科學(xué)中心“信息千里眼”遠(yuǎn)程觀測實(shí)驗(yàn)室課程開發(fā)的實(shí)踐，將科研院所科研資源+富媒體數(shù)字科普資源+虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)與現(xiàn)有教學(xué)方式有機(jī)融合，將寶貴的科研現(xiàn)場、科研過程，應(yīng)用虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)帶來的情景沉浸式、全景式的表達(dá)形式，形象逼真地呈現(xiàn)給體驗(yàn)者，有利于激發(fā)中小學(xué)生對科學(xué)的興趣，有利于青少年創(chuàng)新思維的培養(yǎng)，有利于青少年及公眾科學(xué)素養(yǎng)的養(yǎng)成，更可直接為科技館相關(guān)培訓(xùn)教育功能目標(biāo)的實(shí)現(xiàn)提供更好的方式方法。

除此之外，如VR技術(shù)、AR技術(shù)等新的信息技術(shù)，還非常適合應(yīng)用到科學(xué)中心的常設(shè)展覽中去，比如常設(shè)展廳大量的展項(xiàng)，均可運(yùn)用VR、AR等新技術(shù)對展項(xiàng)進(jìn)行延伸體驗(yàn)、說明和補(bǔ)充，與傳統(tǒng)互動(dòng)展項(xiàng)形成有效互補(bǔ)，更深層次的豐富了展項(xiàng)展示的形式和內(nèi)容，從而更加吸引觀眾觀看、互動(dòng)和探索。

主要參考文獻(xiàn)

[1]朱幼文. 中國的科技館與科學(xué)中心[J]. 科普研究， 2009， 4（2）：70-73.

[2]龔劍.科技館的實(shí)驗(yàn)教育[J].科技傳播，2012（8）：37-38.

[3]朱玲玲.淺析科技館的科學(xué)實(shí)驗(yàn)教育[J].科協(xié)論壇，2013（2）：45-46.

[4]李志坤.科技館信息化建設(shè)的初步探討[J].科技風(fēng)，2013（17）：53.

[5]王星儒，唐碩陽.虛擬技術(shù)在博物館建設(shè)中的應(yīng)用研究[J].藝術(shù)教育，2015（2）：73-74.

[6]任星.淺談虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)及其在科技館中的應(yīng)用[J].科學(xué)大眾：科學(xué)教育，2008（4）：138.

[7]尹火嬌，李春保. 科技館信息化建設(shè)的探討研究[J].工程技術(shù)：全文版，2016（3）：00319.

[8]傅萍萍.“互聯(lián)網(wǎng)+”時(shí)代的信息化科普展教工作的思考[J].科技展望，2016（19）.