李象益

“大科學(xué)”視野下科技館教育的創(chuàng)新

李象益①

“大科學(xué)”推動(dòng)著人類與社會(huì)的進(jìn)步與發(fā)展。隨著科技發(fā)展進(jìn)入大科學(xué)時(shí)代，一個(gè)從人類整體的宏觀角度來(lái)審視科普教育的趨勢(shì)正在顯現(xiàn)。科技館教育引入“大科學(xué)”視野能夠提升科技館目標(biāo)理念的創(chuàng)新，推進(jìn)科技館教育內(nèi)容的拓展，促進(jìn)教育方式的新變革。

大科學(xué)；科技館教育；創(chuàng)新

一、現(xiàn)代科普教育的演化和發(fā)展

20世紀(jì)60年代，前蘇聯(lián)發(fā)射了第一顆人造衛(wèi)星，震撼了全球，蘇聯(lián)的科技創(chuàng)新引發(fā)并影響了世界科學(xué)教育發(fā)生巨大的變革。以美國(guó)為代表，掀起了批判杜威實(shí)用主義而推崇布魯納發(fā)現(xiàn)法的革新運(yùn)動(dòng)。在這個(gè)大背景下，弗蘭克·奧本海默在美國(guó)舊金山創(chuàng)建了探索館，他們?cè)O(shè)計(jì)了500項(xiàng)以物理學(xué)為基礎(chǔ)的參與、互動(dòng)的展項(xiàng)，其匠心可貴，得到了全世界的認(rèn)同。當(dāng)時(shí)最典型的展品，如:最速降線、錐體上滾、雙曲線槽等，體現(xiàn)出巧妙的科學(xué)思想與科學(xué)方法，其教育的核心理念在于培養(yǎng)創(chuàng)新思維、創(chuàng)新方法和培育創(chuàng)新人才。公眾科學(xué)素養(yǎng)的目標(biāo)進(jìn)一步明確，推動(dòng)了“做中學(xué)”和“科學(xué)探究”成為科普教育的主要方式，這一理念對(duì)20世紀(jì)80年代美國(guó)的科學(xué)教育變革產(chǎn)生了深刻的影響。

科普在世紀(jì)之交，進(jìn)入了科學(xué)傳播的時(shí)代，其內(nèi)涵關(guān)注的是科學(xué)與公眾的互動(dòng)，而不是科學(xué)家向公眾單向的傳播；強(qiáng)調(diào)科普要向公眾闡明科學(xué)的正面和負(fù)面作用；以及政府的參與，使科普成為全社會(huì)的一項(xiàng)立體工程等；公眾理解科學(xué)的內(nèi)涵提升到新的層面。

近十多年來(lái)，科學(xué)教育的發(fā)展出現(xiàn)了新的走向。以美國(guó)的未來(lái)學(xué)家丹尼爾·平克編著的 《全新思維》一書(shū)，成為典型的代表。該書(shū)主要依據(jù)諾貝爾獎(jiǎng)獲得者羅杰·斯佩里關(guān)于左右腦分工的研究成果，認(rèn)為左腦的功能主要是進(jìn)行邏輯的、線性的、推理的思維活動(dòng)，右腦卻是偏重于綜合的、非線性的、情感的思維。從過(guò)去的農(nóng)業(yè)時(shí)代、工業(yè)時(shí)代到信息時(shí)代，左腦開(kāi)發(fā)得很多。平克認(rèn)為，一個(gè)更加強(qiáng)調(diào)右腦開(kāi)發(fā)的時(shí)代已經(jīng)到來(lái)。這就是由信息時(shí)代將要邁向創(chuàng)意時(shí)代，創(chuàng)意時(shí)代要求具有全新思維的人。全新思維表現(xiàn)為六種能力:設(shè)計(jì)力、故事力、交響力、共情感、趣味感、價(jià)值感，強(qiáng)調(diào)的是人文科學(xué)和自然科學(xué)高度結(jié)合下的創(chuàng)造力開(kāi)發(fā)，更加關(guān)注啟迪好奇心、培育想象力、激發(fā)創(chuàng)造力。

總體來(lái)看，以上三個(gè)階段都是從公眾個(gè)體的微觀視角來(lái)規(guī)劃和實(shí)施科普教育，分別強(qiáng)調(diào)科普教育為促進(jìn)公眾的科學(xué)素養(yǎng)的提升服務(wù)、為促進(jìn)公眾理解科學(xué)服務(wù)、為提升公眾的創(chuàng)新思維服務(wù)。隨著科技發(fā)展進(jìn)入大科學(xué)時(shí)代，一個(gè)從人類整體的宏觀角度來(lái)審視科普教育的趨勢(shì)正在顯現(xiàn)。

二、“大科學(xué)”推動(dòng)著人類與社會(huì)的進(jìn)步與發(fā)展

20世紀(jì)90年代以來(lái)，國(guó)際科技界十分關(guān)注“大科學(xué)”的研究與發(fā)展。由于跨學(xué)科綜合性技術(shù)革命的到來(lái)，以“大科學(xué)”視野研究解決事關(guān)國(guó)家利益和人類共同命運(yùn)的問(wèn)題，已成為一種時(shí)代的新趨勢(shì)。

科技界將“大科學(xué)”界定為:投入巨大，巨額的投資；人員眾多，龐大的隊(duì)伍；大項(xiàng)目，大規(guī)模；具有綜合性、戰(zhàn)略性，推動(dòng)社會(huì)發(fā)展有重大影響的科學(xué)和工程項(xiàng)目。比如核電建設(shè)、探月工程、國(guó)際空間站、對(duì)撞機(jī)、深藍(lán)計(jì)劃以及暗物質(zhì)、引力波等等。

大科學(xué)工程本身就是科學(xué)技術(shù)高度發(fā)展的綜合體現(xiàn)，是各國(guó)科技實(shí)力的重要標(biāo)志。例如:最近我國(guó)在貴州建立了一個(gè)500米直徑的射電望遠(yuǎn)鏡，這個(gè)望遠(yuǎn)鏡可以進(jìn)行地外文明的觀測(cè)，進(jìn)行捕捉外星人相關(guān)的信息的探索等，這項(xiàng)研究關(guān)系人類發(fā)展的重大走向問(wèn)題。

“大科學(xué)”視野就是從系統(tǒng)的、整體的、宏觀的視角去觀察、認(rèn)識(shí)、研究科學(xué)技術(shù)對(duì)人類發(fā)展的關(guān)系。具體內(nèi)容可以概括為三個(gè)方面:

1.頂尖基礎(chǔ)科學(xué)。例如:對(duì)撞機(jī)、暗物質(zhì)、引力波、“天擎計(jì)劃”等。

2.戰(zhàn)略先導(dǎo)科技。包括核電建設(shè)、探月工程、深藍(lán)計(jì)劃、托克馬克裝置等。例如:托克馬克裝置是研究未來(lái)在地球上煤、石油這類化石能源總有一天會(huì)挖完，地球未來(lái)的能源在哪兒?托克馬克裝置就是研究如何利用海水中含有的氘和氚，用聚變反應(yīng)攝取大量的能量。如果成功，地球上“能源短缺”將不復(fù)存在，這些都是有戰(zhàn)略性的先導(dǎo)科技。

3.高端裝備制造。包括:航空裝備、航天裝備、軌道交通裝備、海洋裝備、人工智能等。這些都是對(duì)人類社會(huì)、國(guó)家創(chuàng)新有重大戰(zhàn)略影響的“國(guó)之重器”。

科技發(fā)展的宏觀戰(zhàn)略是人類社會(huì)與國(guó)家創(chuàng)新的重要依據(jù)。如果公眾不了解這些，將對(duì)時(shí)代和社會(huì)進(jìn)步造成負(fù)面的影響。比如建核電站，有的人不了解核電建設(shè)的內(nèi)涵和深遠(yuǎn)意義，而片面地認(rèn)為只要建核電站必有核輻射，于是就反對(duì)，這就對(duì)社會(huì)進(jìn)步造成不良影響。

從這個(gè)意義上來(lái)講，科技館(科學(xué)中心)引入“大科學(xué)”視野，將使科技館教育功能和價(jià)值取向與人類社會(huì)和國(guó)家的創(chuàng)新發(fā)展緊密融合。也就是說(shuō)，拉近公眾與人類、社會(huì)、時(shí)代的共同命運(yùn)的關(guān)系，同時(shí)也使科技館的教育更有效地服務(wù)于國(guó)家創(chuàng)新戰(zhàn)略，適應(yīng)于創(chuàng)新戰(zhàn)略結(jié)構(gòu)調(diào)整。因此，科技館教育應(yīng)該十分關(guān)注這一個(gè)重要的議題。

三、引入“大科學(xué)”視野,推進(jìn)科技館教育的創(chuàng)新

(一)“大科學(xué)”視野將提升科技館目標(biāo)理念的創(chuàng)新

要使公眾樹(shù)立既要關(guān)心切身利益，也要關(guān)心人類與社會(huì)長(zhǎng)遠(yuǎn)發(fā)展的價(jià)值觀。現(xiàn)在公眾非常關(guān)心保健、健身、防病、治病等，這固然是對(duì)的；然而對(duì)于“大科學(xué)”給人類社會(huì)發(fā)展帶來(lái)的影響關(guān)注不夠，也是在認(rèn)知領(lǐng)域上的一大缺失。

“大科學(xué)”視野的教育與傳播，是使公眾不僅關(guān)心切身利益，還要更加關(guān)心人類社會(huì)發(fā)展長(zhǎng)遠(yuǎn)利益，推進(jìn)公眾不僅在具體的、而且也要在宏觀的層面上看問(wèn)題，通過(guò)戰(zhàn)略層面的視野來(lái)提高自己的認(rèn)知。這實(shí)際上要求科普不僅是傳播知識(shí)，而且要提高公眾的科學(xué)思維、科學(xué)方法，也是把科普提高到關(guān)注公眾有怎樣價(jià)值觀的問(wèn)題。

(二)“大科學(xué)”視野將推進(jìn)科技館教育內(nèi)容的拓展

1.大科學(xué)工程項(xiàng)目的展示和相關(guān)教育體現(xiàn)出科普教育更加關(guān)注前沿科技和世界科技發(fā)展的新走向，“頂尖基礎(chǔ)科學(xué)”“戰(zhàn)略先導(dǎo)科技”“高端裝備制造”所展示的內(nèi)容，如“對(duì)撞機(jī)”“人工智能”“探月工程”“引力波”等，以全新的概念和領(lǐng)域，開(kāi)闊公眾視野、激勵(lì)對(duì)未來(lái)美好世界的向往。

引力波是怎么樣呢?兩個(gè)黑洞高速旋轉(zhuǎn)下合并成為一個(gè)黑洞，高速旋轉(zhuǎn)引力場(chǎng)合并為一個(gè)引力場(chǎng)，而釋放出大量的能量，形成一個(gè)引力波，引力波通過(guò)地球的時(shí)候就會(huì)聽(tīng)到它的聲音，也就是宇宙的呼吸。引力波的研究證明了愛(ài)因斯坦相對(duì)論的正確性，通過(guò)這樣的視頻演示，公眾直接地感受“大科學(xué)”，擺脫了公眾游離于大科學(xué)之外的境況，將大大拓展公眾的視野。

2.“大科學(xué)”帶動(dòng)跨學(xué)科、綜合性教育內(nèi)容的設(shè)置和傳播

“大科學(xué)”將帶動(dòng)更加重視 STEM、STSE①STSE是科學(xué)(Science)，技術(shù)(Technology)，社會(huì)(Society)，環(huán)境(Environment)的英文縮寫(xiě)。STSE教育思想是對(duì)STS的延伸，因?yàn)橛捎谠诎l(fā)展科技，生產(chǎn)的同時(shí)，保護(hù)人類賴以生存的環(huán)境已成為當(dāng)今的社會(huì)可持續(xù)發(fā)展的重大課題，環(huán)境(Environment)教育是公民科學(xué)素養(yǎng)教育的重要組成方面。等教育理念的實(shí)踐，從而改變著學(xué)校里的物理、化學(xué)等學(xué)科性、印證性教育模式。以工程技術(shù)為核心的STEM教育本質(zhì)上是跨學(xué)科的教育，這將使青少年、公眾進(jìn)一步更實(shí)際地了解科學(xué)技術(shù)是怎樣推動(dòng)社會(huì)進(jìn)步的，也必將推動(dòng)科普教育的深化。

3.“大科學(xué)”視野必將推動(dòng)展教內(nèi)容的多元產(chǎn)出

對(duì)“大科學(xué)”綜合性、復(fù)雜性項(xiàng)目的展示教育，有利于挖掘跨界思維，獲取豐富的科學(xué)思想、科學(xué)方法，提高科技館教育水平。

在科技館中反映基礎(chǔ)科學(xué)，通常都是在經(jīng)典科學(xué)中反映的，如:牛頓三定律，聲學(xué)、光學(xué)、電磁學(xué)。但是，高新技術(shù)中也有許多基礎(chǔ)科學(xué)?！按罂茖W(xué)”的引入將有利于開(kāi)創(chuàng)在高新科技中反映基礎(chǔ)科學(xué)的新局面。這一點(diǎn)，過(guò)去已做過(guò)不少的有益探索。如:上海科技館的相對(duì)論劇場(chǎng)、廣東科學(xué)中心的基因劇場(chǎng)、中國(guó)科技館的干細(xì)胞等很多展示都做出了很好的探索。

“大科學(xué)”展示的設(shè)計(jì)和內(nèi)容的攝取，將必然地要走進(jìn)國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室或者高等學(xué)?？萍记把厝ネ诰?，使更多的科技成果走向科普大眾化。

“大科學(xué)”選題的專題展覽，經(jīng)過(guò)優(yōu)選、固化可以及時(shí)充實(shí)為常設(shè)展覽，推進(jìn)“大科學(xué)”內(nèi)容展示的常態(tài)化?！按罂茖W(xué)”闡述的全新內(nèi)容和新理念，推動(dòng)科技館研究人員、輔導(dǎo)員需要有更深入的學(xué)習(xí)和鉆研，提高教育水平。

4.引入“大科學(xué)”將推進(jìn)創(chuàng)客教育，培養(yǎng)公眾的創(chuàng)造力，為鑄建創(chuàng)新驅(qū)動(dòng)戰(zhàn)略的社會(huì)基礎(chǔ)開(kāi)創(chuàng)新局面

現(xiàn)在很多科技館都開(kāi)展了青少年科技創(chuàng)新教育，可以說(shuō)許多活動(dòng)仍只是體現(xiàn)在DIY教育的層面。有必要進(jìn)一步認(rèn)識(shí)創(chuàng)客教育的本質(zhì)理念和目標(biāo)，可以說(shuō)創(chuàng)客教育是DIY教育理念的提升。

創(chuàng)客教育與青少年科技創(chuàng)新活動(dòng)有著共同的科學(xué)教育基礎(chǔ)。然而，創(chuàng)客教育更加強(qiáng)調(diào)已知到未知，強(qiáng)調(diào)解決0到1的問(wèn)題，即創(chuàng)造力的開(kāi)發(fā)。而青少年科技創(chuàng)新教育，如機(jī)器人設(shè)計(jì)時(shí)，程序常常是老師知道的，結(jié)果也往往是知道的，是一個(gè)已知到已知的過(guò)程，可以歸結(jié)為不少是解決1到100的問(wèn)題。因此，創(chuàng)客教育是青少年創(chuàng)新教育在目標(biāo)要求和教育理念上的提升。

創(chuàng)客教育強(qiáng)調(diào)采用的技術(shù)手段更加趨向于國(guó)家創(chuàng)新發(fā)展戰(zhàn)略。如在國(guó)際上創(chuàng)客教育更加倡導(dǎo)運(yùn)用Arduino這類降低了智能硬件設(shè)計(jì)與制作難度的微處理器。實(shí)踐證明，小學(xué)二年級(jí)學(xué)生就可以運(yùn)用它設(shè)計(jì)智能化的線路，這意味著把過(guò)去在技術(shù)手段上，延用工業(yè)1.0的技術(shù)手段提高到工業(yè)4.0的水平，這無(wú)疑對(duì)青少年科技創(chuàng)新提高了起點(diǎn)。

同時(shí)，創(chuàng)客教育的選題和應(yīng)用，更加強(qiáng)調(diào)有更高的附加值。因?yàn)轫?xiàng)目立意時(shí)，就更加強(qiáng)調(diào)跟蹤前沿，關(guān)注需求，貼近生活。比如，美國(guó)航天局在太空試驗(yàn)中的許多設(shè)想，不是他們自己想出來(lái)的，而是小朋友們搞的。

創(chuàng)客教育最重要的是體現(xiàn)一種開(kāi)源、開(kāi)放、合作、共享的精神文化，這一點(diǎn)應(yīng)該值得科技館引鑒并貫穿于今后的科普活動(dòng)中，成為一種根本的理念和行為泛式。這樣做，必將促進(jìn)科普創(chuàng)新出現(xiàn)更加開(kāi)放、充滿活力的新局面。

(三)“大科學(xué)”視野將促進(jìn)教育方式的新變革

1.“大科學(xué)”視野的引入，將有利于互聯(lián)網(wǎng)＋與科普教育的深度融合

運(yùn)用云計(jì)算技術(shù)，加之以網(wǎng)格計(jì)算、并行計(jì)算與分布式計(jì)算，將推動(dòng)大型科普探索活動(dòng)成為現(xiàn)實(shí)。例如:近年來(lái)，美國(guó)開(kāi)展了“探索宇宙中的地外文明”，運(yùn)用搜集地外文明的頻譜，吸引了近500萬(wàn)公眾參與，并采用分割式(分割式就是分成500萬(wàn)份，每人一份)然后用同樣的方法進(jìn)行并行計(jì)算，并且分布的非常廣，在歐洲、亞洲等世界各地約500萬(wàn)科普迷參加了這次活動(dòng)，大大推動(dòng)了科普的廣泛性。

推動(dòng)大規(guī)模的群眾參與活動(dòng)，將進(jìn)一步實(shí)現(xiàn)O2O線上與線下相結(jié)合的教育模式。中國(guó)科技館“大熊貓生活習(xí)性觀察活動(dòng)”就是利用網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的一種觀測(cè)活動(dòng)。在“天宮一號(hào)”上天的時(shí)候，宇航員王亞平在太空給地面的學(xué)生講課。據(jù)統(tǒng)計(jì)，這個(gè)活動(dòng)吸引了千萬(wàn)以上的中國(guó)青少年和公眾。

傳播“大科學(xué)”將進(jìn)一步推動(dòng)設(shè)置大數(shù)據(jù)支持下的新一代智能化展品的教育活動(dòng)。當(dāng)前人工智能有了很大的發(fā)展，人工智能是科技創(chuàng)新主戰(zhàn)場(chǎng)的重要領(lǐng)域。因此，今后的科技館教育應(yīng)關(guān)注運(yùn)用人工智能開(kāi)展科普的深度教育。最近著名的Alpha Go和李世石圍棋冠軍對(duì)決，顯示出某種結(jié)構(gòu)化體制下人工智能是有巨大潛能的。還有意念機(jī)器人、表情機(jī)器人等的相繼問(wèn)世，“大科學(xué)”的引入將豐富科技館創(chuàng)新教育。

2.“大科學(xué)”視野的引入，推進(jìn)“多媒體”“跨媒體”等新媒體技術(shù)的應(yīng)用

呈現(xiàn)“大科學(xué)”視野的科普，必將與“多媒體”“跨媒體”等新媒體技術(shù)緊密結(jié)合?！按罂茖W(xué)”不可能把實(shí)體搬來(lái)，那就將促進(jìn)富媒體，包括功能媒體、呈現(xiàn)媒體、社交媒體和融媒體的集成運(yùn)用，來(lái)實(shí)現(xiàn)不容易搞清楚的“大科學(xué)”中的深度主題，使其淺顯易懂。夢(mèng)想人科技開(kāi)發(fā)公司與合肥科技館合作，用增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)技術(shù)(AR技術(shù))演示建造國(guó)際空間的過(guò)程，包括主體艙、輔助艙、節(jié)點(diǎn)艙的對(duì)接過(guò)程等，實(shí)際在太空中建成一個(gè)國(guó)際空間站需要5年的時(shí)間，但是在科技館里運(yùn)用AR技術(shù)三分鐘就可以把它的建造過(guò)程說(shuō)清楚了。

以此為例，“大科學(xué)”項(xiàng)目會(huì)大大促進(jìn)實(shí)體科技館展項(xiàng)與虛擬展項(xiàng)的結(jié)合。虛擬展項(xiàng)將是實(shí)體展項(xiàng)的延伸以及更好的詮釋，為了深化教育，科技館應(yīng)該走一條運(yùn)用數(shù)字技術(shù)和新媒體技術(shù)與實(shí)體展品相結(jié)合的虛實(shí)結(jié)合的道路。

(四)“大科學(xué)”視野的引入，將推動(dòng)科技館的功能更加向著“全民科學(xué)中心”發(fā)展

“大科學(xué)”視野的引入，離不開(kāi)科學(xué)家的持續(xù)、深入的參與。必將推動(dòng)科技館與科學(xué)工作者、科學(xué)家建立更加緊密的聯(lián)盟，也必將推動(dòng)科技館進(jìn)一步建立社會(huì)化的新機(jī)制。

科學(xué)中心引入“大科學(xué)”以后，將會(huì)推動(dòng)全民科學(xué)的發(fā)展，不僅青少年，而且更多公眾甚至專業(yè)人員也會(huì)被吸引、關(guān)心、參與到科技館中。從社會(huì)更廣泛的層面上看，公眾了解“大科學(xué)”，也必將有利于推動(dòng)科學(xué)民主化。

引入“大科學(xué)”視野是科技館走向“全民的科學(xué)中心”的新步伐，將使科技館(科學(xué)中心)教育理念和目標(biāo)更加貼近與人類、時(shí)代、社會(huì)發(fā)展及國(guó)家命運(yùn)相融合。同時(shí)，也為公眾理解科學(xué)注入新內(nèi)涵，引導(dǎo)公眾進(jìn)一步樹(shù)立關(guān)注時(shí)代、社會(huì)、人類命運(yùn)的價(jià)值觀。科技館(科學(xué)中心)教育的領(lǐng)域?qū)⒏訉挿骸Ｒ环N創(chuàng)新的涌動(dòng)，將牽引科技館創(chuàng)新的未來(lái)。

Education Innovations of Science and Technology Museum in the Context of“Big Science”

Li Xiangyi

“Big Science”promotes the development of human and social progress.In the context of“Big Science”，the trend to popularize knowledge of science has appeared on a large-scale perspective. The idea and approach of“Big Science”can be useful in strengthening education in science and technology museum.There are listed some positive effects on initiating innovative ideas，expanding the content，and accelerating educational reforms.

“Big Science”，education of science and technology museum，innovations

① 李象益:聯(lián)合國(guó)教科文組織“卡林加獎(jiǎng)”獲獎(jiǎng)?wù)?，中?guó)自然科學(xué)博物館協(xié)會(huì)名譽(yù)理事長(zhǎng)，教授。通訊地址:北京市海淀區(qū)知春路太月園小區(qū)10樓1001室；郵編:100088；Email:lxy381030＠163.com。