數(shù)字化助力博物館沉浸式科普活動(dòng)的發(fā)展
——以科學(xué)本質(zhì)教學(xué)為例

閆曉白

（中國鐵道博物館，北京 100005）

0 引言

進(jìn)入21世紀(jì)以來隨著數(shù)字化技術(shù)的不斷發(fā)展，給博物館展覽展示等方面帶來了翻天覆地的變化。博物館作為重要的公共服務(wù)窗口，搭建了觀眾與歷史對(duì)話的平臺(tái)。通過以文物為依托輔助場(chǎng)景復(fù)原、背景解讀等方式可以更加直觀地將觀眾帶入特定的歷史時(shí)期，讓觀眾切身感受到所呈現(xiàn)的歷史文化及價(jià)值所在。隨著新興科技的不斷發(fā)展，3D、4D技術(shù)的不斷成熟，觀眾不僅僅滿足于視覺上的單一感官，更強(qiáng)調(diào)聽覺、觸覺以及可以親自動(dòng)手操作的環(huán)節(jié)，而這一環(huán)節(jié)的增加無疑推動(dòng)了科普教育的發(fā)展。博物館作為兒童校外教育的重要陣地，如何能將博物館的科學(xué)內(nèi)容通過交互式體驗(yàn)達(dá)到讓學(xué)生掌握科學(xué)方法和具備科學(xué)精神的目的成為活動(dòng)方案研發(fā)的重要方向。

當(dāng)下以傳統(tǒng)節(jié)日為主題在博物館內(nèi)開展各種各樣的活動(dòng)，博物館會(huì)根據(jù)自身特色結(jié)合常設(shè)展覽為觀眾帶來更多的動(dòng)手機(jī)會(huì)，增加博物館參觀趣味度的同時(shí)提升觀眾對(duì)于科學(xué)、歷史、地域文化等不同領(lǐng)域的探索興趣從而達(dá)到提升觀眾科學(xué)素養(yǎng)的目的。隨著數(shù)字化在博物館中的應(yīng)用，不僅在展覽展示領(lǐng)域可以推進(jìn)更大的發(fā)展，也讓科普活動(dòng)從單一地在博物館內(nèi)實(shí)地舉辦到在云端開展成為當(dāng)下博物館科普活動(dòng)發(fā)展的趨勢(shì)。可以說，發(fā)展云端科普活動(dòng)已是迫在眉睫。

1 新時(shí)期博物館數(shù)字化的必要性

博物館作為進(jìn)行思想政治教育、傳播文化知識(shí)、提高觀眾文化水平的重要場(chǎng)所，當(dāng)各種媒體資源訊息通過數(shù)字化的方式成為我們生活中的一部分時(shí)，數(shù)字化博物館的建立必然要加快腳步，建設(shè)現(xiàn)代化博物館已成為當(dāng)下博物館的重要發(fā)展方向。

1.1 博物館的任務(wù)推動(dòng)著數(shù)字化的發(fā)展

博物館作為傳播科學(xué)文化知識(shí)的重要場(chǎng)所，對(duì)于提升觀眾的科學(xué)素養(yǎng)以及提升民族自信心尤其是文化自信方面都能發(fā)揮重要作用?！霸纯Ｕ吡鏖L，根深者葉茂”，中華文明源遠(yuǎn)流長、長盛不衰。博物館承載著對(duì)于中華文明歷史文物的收藏、保護(hù)、研究的職責(zé)，同時(shí)通過展覽展示、社會(huì)教育等方式將中華文明在新的歷史條件下進(jìn)行發(fā)展，以全新的方式呈現(xiàn)在觀眾面前，做到弘揚(yáng)中華文明，內(nèi)化與心、外化于行。受新冠肺炎疫情影響，博物館紛紛以云觀展的形式為觀眾呈現(xiàn)文化盛宴。線上展覽的發(fā)展推動(dòng)著博物館展覽、科普活動(dòng)等通過網(wǎng)絡(luò)傳播的要求。相比于只能進(jìn)入博物館參觀，在網(wǎng)絡(luò)上的直播等方式可以做到與觀眾互動(dòng)，打破了地域的限制，從而更好提升了博物館的整體水平。

1.2 數(shù)字化科普活動(dòng)的探索

交互式體驗(yàn)、沉浸式觀展等一系列新名詞的誕生，預(yù)示著社會(huì)的發(fā)展，也對(duì)博物館提出了新的挑戰(zhàn)。當(dāng)下以觀眾為主導(dǎo)的科普活動(dòng)的設(shè)計(jì)能夠更好地發(fā)揮博物館的教育職能，不僅僅是針對(duì)學(xué)生更能通過抖音、微信等平臺(tái)讓博物館變得更加“接地氣”。利用現(xiàn)代技術(shù)，我們可以看到像兵馬俑、唐三彩、青銅器等這樣的國寶也可以跳起舞蹈，讓人為之一笑的同時(shí)了解歷史不同時(shí)期的發(fā)展階段。這些不同時(shí)期、不同歷史時(shí)代的產(chǎn)物，又以新的身份再次出現(xiàn)于人們的視野中，這些文物的名稱已成為現(xiàn)代社會(huì)的“流行語”。依托于展覽更好地開展科普社教活動(dòng)一直是博物館的一大亮點(diǎn)，也是最吸引觀眾的環(huán)節(jié)，因?yàn)檫@些活動(dòng)更能豐富參觀者的體驗(yàn)感和獲得感，真正做到寓教于樂。運(yùn)用現(xiàn)代技術(shù)，將博物館內(nèi)的鎮(zhèn)館之寶卡通化、流行化，更容易被觀眾所接受，利用線上網(wǎng)絡(luò)平臺(tái)實(shí)現(xiàn)科普活動(dòng)“線上+線下”的一體化發(fā)展是現(xiàn)代科普活動(dòng)發(fā)展的必然趨勢(shì)。

1.3 科普活動(dòng)的數(shù)字化面臨的機(jī)遇與挑戰(zhàn)

隨著博物館數(shù)字化的不斷發(fā)展，所面臨的問題也越加突出：第一，數(shù)字技術(shù)人員嚴(yán)重不足的問題。第二，出現(xiàn)了展示與教育脫節(jié)的問題。第三，數(shù)據(jù)的整理反饋以及進(jìn)行創(chuàng)意更新方面出現(xiàn)滯后的問題。對(duì)于這些問題需要在博物館的不斷發(fā)展中進(jìn)行不斷調(diào)整，才能讓博物館的校外教育得到更好的發(fā)展，真正能夠打破時(shí)間和空間的限制做到物品標(biāo)本資源的數(shù)字化、數(shù)據(jù)傳遞的互聯(lián)網(wǎng)化以及讓博物館的科普活動(dòng)更好地走入觀眾的視野。

2 沉浸式科普活動(dòng)的開發(fā)與利用

就博物館內(nèi)科普活動(dòng)的設(shè)置而言，如何提升觀眾的參與度成為一項(xiàng)活動(dòng)成功與否的關(guān)鍵。沉浸式科普活動(dòng)成為學(xué)生觀眾最喜愛的科普形式之一。這種新的科普活動(dòng)形式完全從學(xué)生觀眾的體驗(yàn)為出發(fā)點(diǎn)來設(shè)計(jì)活動(dòng)?；顒?dòng)設(shè)計(jì)的出發(fā)點(diǎn)首先從“我”是否喜歡這個(gè)活動(dòng)為主題，而后通過“我”對(duì)于這個(gè)問題是否感興趣進(jìn)行思考，最終以“我”如果在當(dāng)時(shí)的歷史條件下如何解決問題完成探究活動(dòng)?；顒?dòng)全程以“我”為主語，層層深入地展開活動(dòng)，從而使探究過程成為活動(dòng)中學(xué)生最喜愛的一種形式。

2.1 項(xiàng)目式教學(xué)創(chuàng)造沉浸式學(xué)習(xí)體驗(yàn)

項(xiàng)目式教學(xué)對(duì)于提升學(xué)生的沉浸式學(xué)習(xí)體驗(yàn)具有重要的意義，從依靠于博物館工作人員以及專家講述，到以學(xué)生觀眾為中心的探究式學(xué)習(xí)轉(zhuǎn)變，需要通過建立適合的科普背景文化、活動(dòng)內(nèi)容主題、探究評(píng)估學(xué)習(xí)過程來實(shí)現(xiàn)搭建能讓學(xué)生有效學(xué)習(xí)的知識(shí)框架體系，引導(dǎo)學(xué)生參與過程，通過不斷完善這些環(huán)節(jié)來完成項(xiàng)目式教學(xué)課程。中國鐵道博物館通過數(shù)字化應(yīng)用以及展覽對(duì)于科普內(nèi)容的解讀，更好地創(chuàng)造了科普鐵道文化的渲染氛圍，而這正是實(shí)現(xiàn)沉浸式教學(xué)體驗(yàn)的關(guān)鍵所在。

2.2 中國鐵道博物館科學(xué)探索課程的開發(fā)及STEAM的應(yīng)用

蒸汽機(jī)車、內(nèi)燃機(jī)車、電力機(jī)車及高速鐵路所蘊(yùn)含的科技知識(shí)不勝枚舉，如何將這些科學(xué)原理以STEAM的科學(xué)方法呈現(xiàn)出來，是中國鐵道博物館相關(guān)工作人員一直在努力研究的課題。

STEAM教育以探究性的活動(dòng)設(shè)計(jì)和豐富的學(xué)科知識(shí)來培養(yǎng)學(xué)生的探究能力和創(chuàng)新精神，主要包含科學(xué)（Science）、技術(shù)（Technology）、工程（Engineering）和數(shù)學(xué)（Mathematics）相融合的教育。在傳播鐵路科學(xué)的種子活動(dòng)中，對(duì)于錢塘江大橋建造的工程學(xué)原理進(jìn)行了STEAM模式的教學(xué)內(nèi)容設(shè)計(jì)，通過對(duì)工程學(xué)原理—橋梁建造技術(shù)剖析—錢塘江大橋設(shè)計(jì)難點(diǎn)—?dú)鈮撼料浞ㄏ嚓P(guān)科學(xué)問題進(jìn)行探究，實(shí)現(xiàn)了對(duì)于錢塘江大橋建設(shè)的情景還原及沉浸式體驗(yàn)課程的設(shè)置。

2.2.1 錢塘江大橋設(shè)計(jì)中的科學(xué)

博物館老師以“歷史—探究”的教學(xué)模式開展科學(xué)史的學(xué)習(xí)，從火車的發(fā)展歷史、物理學(xué)的相關(guān)知識(shí)進(jìn)行情景式的教學(xué)模式，學(xué)生通過參觀、體驗(yàn)、實(shí)驗(yàn)、合作、交流的方式來構(gòu)建對(duì)于相關(guān)科學(xué)知識(shí)內(nèi)容的理解，對(duì)于科學(xué)方法的建立以及對(duì)于日常生活中的使用發(fā)揮著十分必要的作用。

2.2.2 “傳播鐵路科學(xué)的種子”科普活動(dòng)方案設(shè)計(jì)

科學(xué)學(xué)的奠基人、英國物理學(xué)家貝爾納認(rèn)為“科學(xué)可作為一種建制、一種探索方法、一種研究活動(dòng)、一種積累知識(shí)的傳統(tǒng)、一種維持或發(fā)展生產(chǎn)的主要因素以及信仰和精神來源之一?！雹佟皞鞑ヨF路科學(xué)的種子”采取了沉浸式教學(xué)及探究式學(xué)習(xí)方法來講述茅以升與錢塘江大橋。依托中國鐵道博物館特色資源優(yōu)勢(shì)，將鐵路科學(xué)家精神與現(xiàn)代鐵路科學(xué)知識(shí)相融合，緊扣“知—情—意—?jiǎng)印钡目茖W(xué)教育規(guī)律，面向中小學(xué)生開展主題教育實(shí)踐活動(dòng)。沉浸式體驗(yàn)高速動(dòng)車組小司機(jī)駕駛等互動(dòng)環(huán)節(jié)，從“小火車”到“動(dòng)車組”，這是中國鐵路百年飛躍的重要體現(xiàn)，在激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)興趣的同時(shí)，提升學(xué)生民族自豪感和自信心，真正做到熱愛科學(xué)、有所收獲。

2.2.3 課程內(nèi)容

通過“科學(xué)故事—科學(xué)原理—科學(xué)精神—科學(xué)傳承”的探究方法，讓學(xué)生將科學(xué)學(xué)科與歷史相結(jié)合，通過情景教學(xué)和互動(dòng)體驗(yàn)實(shí)現(xiàn)對(duì)于學(xué)習(xí)方法的掌握以及科學(xué)精神的傳承。

對(duì)于課程中所涉及的茅以升與錢塘江大橋的內(nèi)容，我們從科學(xué)故事入手，由茅以升為中國爭(zhēng)氣的愛國心的角度出發(fā)，還原歷史背景，講述了茅以升去美國留學(xué)后歸國投身鐵路橋梁建設(shè)事業(yè)的故事，讓學(xué)生產(chǎn)生共鳴。在對(duì)于鐵路橋梁的學(xué)習(xí)方面通過視頻和數(shù)字化展示的方式讓學(xué)生深入了解錢塘江大橋建造的艱苦條件，并由錢塘江觀潮入手講述地理等相關(guān)拓展知識(shí)。結(jié)尾通過茅以升先生的工程學(xué)思想，將“博聞強(qiáng)記、見多識(shí)廣”作為學(xué)生的座右銘，實(shí)現(xiàn)對(duì)于科學(xué)的認(rèn)知領(lǐng)域的拓展。在整個(gè)體驗(yàn)課程過程中，博物館老師時(shí)刻關(guān)注學(xué)生們的反應(yīng)，并引導(dǎo)學(xué)生要“多思多問”，在生活中要不斷地加強(qiáng)思考，通過解決問題從而突破自我。博物館老師還在課程中穿插分析了“取法乎上”的理念，鼓勵(lì)學(xué)生不斷進(jìn)行創(chuàng)新，只要保持著一顆好奇的心，并通過自己的刻苦鉆研以創(chuàng)新性思維解決好問題，就能實(shí)現(xiàn)自我的成長和科技的進(jìn)步。課程整體體現(xiàn)了現(xiàn)代科學(xué)本質(zhì)的博物館社會(huì)教育活動(dòng)要求（表1）。

表1 體現(xiàn)現(xiàn)代科學(xué)本質(zhì)的博物館社會(huì)教育活動(dòng)要求

學(xué)生在課程中可以扮演工程師的身份，而博物館老師則是時(shí)代的介紹者、問題的提出者，帶領(lǐng)學(xué)生“穿越”到20世紀(jì)30年代，共同挑戰(zhàn)工程學(xué)難題，體驗(yàn)工匠精神。課程中還提到了茅以升對(duì)于工程學(xué)家應(yīng)具有的品質(zhì)做出的總結(jié)：1942年，在中國工程師學(xué)會(huì)成立三十周年時(shí)茅以升曾提出要制定《中國工程師信條》，內(nèi)容大體是：“工程師要認(rèn)識(shí)國家民族之利益高于一切；不慕虛名，不為物誘，維持職業(yè)尊嚴(yán)；實(shí)事求是，精益求精，努力獨(dú)立創(chuàng)造，注重集體成就，勇于任事，忠于職守，相互切磋，精誠合作”。②這也成為我們對(duì)于科學(xué)精神學(xué)習(xí)和傳承的方向。

2.3 沉浸式教學(xué)方法的意義

博物館社會(huì)教育中最重要的一點(diǎn)就是參與度，往往體驗(yàn)項(xiàng)目較多的科技類場(chǎng)館對(duì)于觀眾的吸引度更高?？萍紙?chǎng)館教育活動(dòng)的學(xué)習(xí)內(nèi)容與學(xué)校課程相關(guān)，設(shè)計(jì)與開發(fā)分年級(jí)、年齡的不同層次的學(xué)習(xí)方案，以便適合學(xué)校團(tuán)體的運(yùn)用?？萍紙?chǎng)館是提供學(xué)習(xí)者在學(xué)校正式教育之外的最佳個(gè)別化學(xué)習(xí)場(chǎng)所。科技場(chǎng)館的教育活動(dòng)利用場(chǎng)館內(nèi)的各類資源進(jìn)行活動(dòng)設(shè)計(jì)、規(guī)劃和實(shí)施，其學(xué)習(xí)更傾向于探究式學(xué)習(xí)及與創(chuàng)意主題結(jié)合的主題式學(xué)習(xí)。這些學(xué)習(xí)模式更能引發(fā)學(xué)生們主動(dòng)學(xué)習(xí)，便于建構(gòu)在場(chǎng)館中學(xué)習(xí)到的知識(shí)體系。科技場(chǎng)館利用館內(nèi)的展覽特色和動(dòng)手做等活動(dòng)優(yōu)勢(shì)來吸引學(xué)習(xí)者的參與、提升學(xué)習(xí)者的科學(xué)素養(yǎng)、啟發(fā)學(xué)習(xí)者對(duì)科學(xué)技術(shù)的關(guān)注，能夠達(dá)到科學(xué)教育的目標(biāo)。

3 科學(xué)學(xué)科普活動(dòng)建設(shè)的重要意義

對(duì)于科學(xué)進(jìn)行探究式研究是博物館持續(xù)發(fā)展的必經(jīng)之路，尤其是針對(duì)科技類博物館社會(huì)教育活動(dòng)的開發(fā)和利用。博物館數(shù)字化是信息技術(shù)不斷發(fā)展的產(chǎn)物，可以將展廳中所呈現(xiàn)出來的歷史、科學(xué)等知識(shí)進(jìn)行物聯(lián)化、互聯(lián)化、智能化的應(yīng)用，通過數(shù)字化不斷發(fā)展可以通過“情景還原”的方式助力科學(xué)本質(zhì)教學(xué)，從而更好地發(fā)揮博物館的教育職能。

3.1 博物館中科學(xué)本質(zhì)教程的數(shù)字化應(yīng)用

PEHDSR是Monk&Osborne在1997年發(fā)展的“歷史—探究”的教學(xué)模式，主要包括：呈現(xiàn)、誘導(dǎo)、歷史研究、設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)、科學(xué)的想法與正式性測(cè)試和回顧與評(píng)價(jià)。數(shù)字化對(duì)于科學(xué)探索應(yīng)用以及在課程設(shè)置中實(shí)現(xiàn)“情景復(fù)原”的作用，讓學(xué)生可以在交互式體驗(yàn)中更好地了解所學(xué)習(xí)的知識(shí)，從而獲得學(xué)習(xí)方法及科學(xué)知識(shí)體系的建立。

3.2 數(shù)字化博物館推動(dòng)科學(xué)教學(xué)活動(dòng)的體驗(yàn)性

隨著信息技術(shù)的飛速發(fā)展，如今，一個(gè)以用戶為中心、以開放服務(wù)為核心，以“大眾創(chuàng)業(yè)”與“萬眾創(chuàng)新”為代表的“創(chuàng)新2.0時(shí)代”已經(jīng)到來。③數(shù)字化博物館能幫助博物館更好地延伸社會(huì)教育職能?！半p減”政策的出臺(tái)，給博物館的社會(huì)教育職能提供了更多平臺(tái)的同時(shí)，也對(duì)于如何實(shí)現(xiàn)科普教育數(shù)字化提出了更高的要求。

博物館的教育原則主要包括四個(gè)方面：第一，科學(xué)性和思想性的有機(jī)結(jié)合；第二，尊重個(gè)性、以人為本；第三，服務(wù)至上，社會(huì)效益第一；第四，靈活多樣不斷創(chuàng)新。④博物館作為校外教育的重要場(chǎng)所，需要針對(duì)學(xué)生設(shè)計(jì)更符合青少年的科普活動(dòng)，讓學(xué)生在活動(dòng)中學(xué)習(xí)科學(xué)精神、科學(xué)態(tài)度和科學(xué)方法，建立科學(xué)世界觀，并應(yīng)用于學(xué)習(xí)生活中。以學(xué)生為主體和中心設(shè)計(jì)科普方案應(yīng)寓教于樂，增加互動(dòng)體驗(yàn)環(huán)節(jié)通過動(dòng)手操作來實(shí)現(xiàn)提升活動(dòng)趣味度。當(dāng)下互聯(lián)網(wǎng)課程的發(fā)展，對(duì)于博物館科普活動(dòng)也提出了線下體驗(yàn)如何在線上開展的新要求，同時(shí)，科普活動(dòng)需要不斷抓住熱點(diǎn)問題，將新發(fā)現(xiàn)、新觀點(diǎn)、新成果及時(shí)有效地進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)化的開發(fā)，才能讓科普活動(dòng)更具有生機(jī)活力。

3.3 科學(xué)教學(xué)活動(dòng)推動(dòng)博物館社會(huì)教育職能發(fā)展

“科學(xué)技術(shù)是經(jīng)濟(jì)社會(huì)發(fā)展的一個(gè)重要基礎(chǔ)資源，是引領(lǐng)未來發(fā)展的重要主導(dǎo)力量”，科學(xué)技術(shù)在經(jīng)濟(jì)社會(huì)發(fā)展和人類文明進(jìn)程中發(fā)揮了更加明顯的基礎(chǔ)性和帶動(dòng)性作用。世界科學(xué)技術(shù)正醞釀著新的突破，一場(chǎng)新的科學(xué)技術(shù)革命和產(chǎn)業(yè)革命正在孕育之中。⑤

博物館作為校外教育的重要場(chǎng)所，發(fā)揮著社會(huì)教育的職能，如何將數(shù)字化更高效地應(yīng)用于科普活動(dòng)中，從而提升科學(xué)學(xué)科的重視程度，成了博物館對(duì)于科普活動(dòng)開發(fā)的關(guān)鍵問題?？茖W(xué)學(xué)科的發(fā)展往往與歷史背景緊密相關(guān)，在研發(fā)的過程中更加側(cè)重于探究式教學(xué)方式，讓學(xué)生通過了解歷史、解決知識(shí)難題、收獲科學(xué)原理和科學(xué)精神的過程，成為他們探究的樂趣所在。而我們現(xiàn)在所提出的沉浸式教學(xué)方法，則是現(xiàn)在學(xué)生最為喜愛的教學(xué)方式，改變了傳統(tǒng)的“老師教、學(xué)生聽”的教學(xué)模式，讓博物館的社會(huì)教育職能得到了更大的發(fā)揮。

4 結(jié)語

博物館作為連接歷史與現(xiàn)代進(jìn)行時(shí)空對(duì)話的重要橋梁，肩負(fù)社會(huì)教育的重要職能。對(duì)于學(xué)生的校外教育的發(fā)展起著重要作用，對(duì)于學(xué)生樹立正確的科學(xué)觀、提升探究意識(shí)、掌握科學(xué)的學(xué)習(xí)方法具有重要作用。數(shù)字化博物館對(duì)于人工智能的使用推動(dòng)了科普活動(dòng)的交互式體驗(yàn)與學(xué)生進(jìn)入博物館后沉浸式探究的活動(dòng)方式。隨著數(shù)字化博物館的不斷發(fā)展，推動(dòng)著科普教育形式的轉(zhuǎn)變，在不斷發(fā)展的同時(shí)也面臨著挑戰(zhàn)。相信通過不斷進(jìn)步，學(xué)生科普活動(dòng)的開發(fā)與利用也會(huì)得到更大的突破。

注釋

①J.D.貝爾納.科學(xué)的社會(huì)功能[M].北京：商務(wù)印書館，1982.

②戴穎.茅以升工程創(chuàng)新思想研究[D].杭州：浙江工商大學(xué)，2011.

③丁福利，劉璐.關(guān)于“互聯(lián)網(wǎng)+博物館教育”的探索與思考：以中原五省博物館為例[M]//中國博物館協(xié)會(huì)社會(huì)教育專業(yè)委員會(huì)，秦始皇帝陵博物院.帶路：博物館教育的行動(dòng)與思考.西安：三秦出版社，2017：93-98.

④北京博物館學(xué)會(huì).博物館社會(huì)教育[M].北京：北京燕山出版社，2006.

⑤杜龍?jiān)?科學(xué)學(xué)視野中的大學(xué)學(xué)科建設(shè)[D].蘭州：蘭州大學(xué)，2009.