溫蓓蕾 季 嬌 翟俊卿

（1． 溫州醫(yī)科大學 研究生工作部， 溫州 325035；2． 中南大學 馬克思主義學院， 長沙 410083； 3． 浙江大學 教育學院， 杭州 310058）

基于場館的科學教育是當今科學教育的新形式。 與發(fā)達國家相比， 我國場館的科學教育職能還沒有得到充分的發(fā)揮， 對場館學習在科學教育的應用研究也相對滯后， 尚處于起步階段。 本文梳理場館中的科學教育相關研究， 特別對其科學教育理論基礎、 主要特征和教育形式進行綜述， 以期推動中國場館科學教育工作的穩(wěn)健發(fā)展。

一、 場館學習與場館中的科學教育

場館學習（museum learning）指利用場館資源開展的學習活動， 其作為一種重要的非正式學習（informal learning）形式， 是學校和課堂學習之外的重要拓展方式。 在實際生活中， 蘊含教育價值的公共機構都可以成為場館科學教育場地， 如自然博物館、 科技館、 天文館、 歷史博物館、 美術館、 動物園、植物園、 水族館等［1］。 這些場地擁有新型、 開放、 互動的學習環(huán)境， 可以為學生提供相對獨立的學習空間和多元的課程資源， 以及自主、 合作、 探究的學習氛圍， 促使學生學習行為的發(fā)生［2］。 近年來，隨著非正式學習理念的興起， 場館學習研究已成為博物館學、 教育技術學、 心理學、 教育學等多學科共同關注的跨學科研究領域， 其中場館學習在科學教育的應用研究是學者關注的熱點課題。

科學教育是全面培養(yǎng)和提高公眾科學素養(yǎng)的教育行為， 主要是指采用民眾易于理解、 易于接受和易于參與的方式， 向其普及自然科學知識、 傳播科學思想、 弘揚科學精神、 倡導科學方法， 提高公眾學科學、 愛科學、 用科學的積極性［3］。 場館中的科學教育作為一個重要的研究課題被研究者關注已久。20 世紀初， 博物館教育成為教育界研究的熱點， 隨著研究的深入， 學界關注的焦點逐漸從場館的類型轉移到對場館學習模式的探究。 2001 年， 在《自由選擇的科學教育： 我們如何在校外學習科學》一書中，場館學習被視為包括個人、 社會文化和物理的諸多要素構成的復雜開放系統。 此時， 場館學習研究面臨的基本挑戰(zhàn)就是對學習者組織、 學習者動機激發(fā)、 學習環(huán)境的本質等核心要素進行長期且系統的觀察測量， 找出其作用機制， 進而構建出一個場館學習基本理論模型［4］。 2009 年， 美國研究協會專家委員會發(fā)表了一份題為《非正式環(huán)境中的科學學習： 人、 場所和活動》的研究報告， 正式提出了基于場館的科學學習是非正式學習的重要手段［5］。 報告指出， 基于場館的科學學習所選擇的場館是經過設計的環(huán)境， 它們主要使用實物模型、 視頻動畫和講解等來引導學習者去體驗。 這是一種學習者自主選擇的、由興趣引導的、 與場館環(huán)境密切相關的、 同伴協作的、 非線性開放式的學習模式。 報告認為， 基于場館的科學學習與學校要發(fā)展的科學知識與技能、 過程與方法、 情感態(tài)度與價值觀既有所區(qū)別， 又有所重疊。 2015 年， 美國新媒體聯盟（New Media Consortium）發(fā)布的地平線博物館報告中指出， 未來博物館的體驗互動性將加大， 學習者在場館中可以進行自主學習， 報告認為博物館設計將更開放、 更注重舒適的體驗、 也更靈活， 個性化正逐漸成為教育體驗的重要特色［6］。

邁入新時代， 伴隨社會經濟以及科學技術的快速發(fā)展， 人們的認識水平在不斷提高， 對科學教育也提出了更高的要求， 基于場館的科學教育則是通達這一高要求的重要途徑。 概括而言， 基于場館的科學教育充分利用場館中的科學教育資源， 讓學生進行個人經驗的獲取和建構， 并結合個人經驗和社會團體的交互作用， 在情景中體驗、 探究、 實踐， 能夠更好地實現公眾對科學教育的現實訴求。 在此背景下， 研究探討新時代科普場館如何做好科學教育工作， 如何將科普場館的科學教育功能和作用充分發(fā)揮出來， 就具有重要的現實意義。

二、 場館中科學教育的理論基礎

場館中的科學教育有三大理論基礎， 分別是建構主義學習理論、 情境學習理論以及合作學習理論。正是基于三大學習理論， 在場館中進行科學教育取得良好的效果才得以可能。

（一）建構主義學習理論

建構主義學習理論是場館學習中的一種基本理論。 建構主義是一種關于知識和學習的理論， 強調學習者的主動性。 建構主義學習觀主張學習應著眼解決生活中的實際問題， 并在具體的情境中進行；具體而言， 學習是學生自主建構知識的過程， 不是由教師向學生傳遞知識； 學習者不是被動的信息吸收者， 而是要主動地建構信息的意義， 而且這種建構不可由他人代替［7］。

概而括之， 建構主義學習理論強調學習者的主動性， 以及情境學習、 協作學習與意義建構。 該理論指導下的場館科學教育活動， 尤為注重挖掘學生的主觀能動性。 在設計科學教育活動前， 先通過學情調查， 了解學生的學習風格、 學生對預設活動主題的喜好程度、 學生的能力， 以便更有針對性地開展基于場館的科學學習活動。 在科學教育活動實施過程中， 注重課堂互動， 充分讓學生表達自己的觀點， 強調學生是學習的主要參與者； 教師不再負責知識的講授， 而是學生學習的引導者。 學生通過教師的解說， 加上觀看與學習相關的文字圖片、 視頻等資料， 能夠較好地完成對知識的意義建構。 此外，場館中的科學教育活動還會盡可能地再現知識的發(fā)生情境， 使學生感受情境學習的樂趣， 并注重采用同伴互助學習、 研討學習等有效提升學生學習能力的教學形式。

（二）情境學習理論

情境學習理論是研究博物館學習的重要理論， 在教育學、 心理學、 人工智能等領域都有廣泛的應用。 情境學習理論指出， 知識是活動、 情境和文化的一部分， 學習不僅是為了獲得事實性的知識， 同時要參與真正的文化實踐［8］。 學習的實質是學習者參與實踐， 并與他人、 環(huán)境等相互作用的過程， 也是形成參與實踐活動的能力、 提高社會化水平的過程［9］。 情境學習理論強調知識在真實情境中的重現，以激發(fā)學習者的學習興趣， 進而掌握并運用所學知識。 該學習理論還強調， 在學習活動實施的過程中，活動設計者要創(chuàng)設適當的問題情境， 引發(fā)學習者對學習內容的持續(xù)關注。 基于這一理論， 在現代場館科學教育活動中可以借助數字化手段模擬知識情境， 如學習者通過體驗博物館中數字化仿真交互學習活動來感受知識的情境再現。

（三）合作學習理論

合作學習（cooperative-learning）理論是一種富有創(chuàng)意和實效的教學理論， 強調以學習者為中心， 所有參與學習過程的主體之間有互動， 并以任務教學為主。 此外， 該理論強調生生互動、 師生互動， 典型的模式是小組合作學習模式。 具體而言， 在場館科學教育活動實施的過程中， 小組內自發(fā)推選小組負責人， 小組內自行分配任務， 最后小組間進行學習成果的展示、 匯報、 交流與評價。

三、 場館中科學教育的主要特征

相對于其他場域的科學教育， 基于場館學習的科學教育呈現出其自身的特征， 對這些特征的描述是基于場館的科學教育如何盡可能把科學實踐化、 概念化并讓參與者反思科學。 場館學習環(huán)境對學習者培養(yǎng)積極的科學興趣、 科學態(tài)度和身份認同起到了重要的作用。 這些特征還強調科學學習的結果包括知識、 技能、 態(tài)度和思考的習慣等。

（一）激發(fā)興趣和動機

動機、 好奇、 情感參與以及自愿堅持都是場館環(huán)境中科學學習的重要因素。 學習者在與自然、 物理世界互動時， 體驗到激動、 興趣以及學習的動機就意味著正在發(fā)生科學學習。 基于場館的科學教育強調讓學生從環(huán)境中發(fā)現問題， 激發(fā)學習者的興趣和好奇心， 使學習者主動參與科學學習。 學生每一次基于場館的科學學習， 都是基于先前的知識儲備和學習經驗， 建構新的概念體系。 興趣包括學習者體驗到的興奮、 好奇和驚訝。 Tisdal 的研究指出， 在基于場館的科學教育活動中， 學生表現出的興奮感傳達出許多信號， 如高興、 愉快、 敬畏、 疑惑、 欣賞、 滿足和著迷等［10］。 參與科學活動能夠激發(fā)學習者探究更多問題的動機。 Grolnick 的研究將來自五年級的91 名學生分成兩組， 開展場館學習實驗： 學習活動開始前， 告知實驗組學生會有提問環(huán)節(jié)， 而不告知對照組。 結果顯示， 實驗組學生的學習興趣和理解力都高于對照組［11］。 Utman 的一項元分析表明， 內在動機和外在動機對簡單任務而言比較有效，但是對創(chuàng)造性和復雜性的任務而言， 內在動機會產生更大的成就［12］。

（二）理解科學內容和知識

在場館環(huán)境中接受科學教育， 學習者開始形成、 理解、 記憶及使用與科學有關的概念、 模型與事實。 學習者還需理解主要的科學概念之間的關系， 并用它們建立一種批判性的科學評論。 基于場館的科學教育包括學習者在生活中使用科學知識的能力， 這里所說的科學知識和科學活動是密切相連的，而非零散的科學性事實。 因此， 基于場館的科學教育活動在展品設計、 互動活動項目和內容等方面都要注重變化， 充分發(fā)揮場館環(huán)境的現有資源， 通過觀察、 動手操作、 合作交流、 訪談等方式使學生在場館環(huán)境中獲得科學新知。 例如， Guichard 的研究調查了交互性展品的效果［13］， 展品是一輛觀眾可以騎的固定住的自行車， 車旁裝有反射玻璃窗， 該展品是為了幫助觀眾理解人類骨骼的結構和功能而設計的： 當觀眾踩動自行車腳蹬時， 玻璃窗中就會反射出正在運動的骨骼， 以吸引觀眾關注下肢骨骼的作用和結構。 結果發(fā)現， 即使沒有任何其他干預， 這一展覽體驗也促進了兒童對人類骨骼結構及其功能的理解。 此外， Falk 等人的研究也支持這一結論： 他們使用繪制概念圖技術， 要求觀眾填充參觀前和參觀后的圖表， 來記錄觀眾參觀展覽的效果， 結果顯示該技術深化了觀眾對科學主題的理解［14］。

（三）參與科學推理

在基于場館的科學教育活動中， 科學推理是常見的形式。 它主要是對證據的推理， 包含設計和分析調查問卷， 并基于現象對其進行評估與討論。 當現象不足以引出結論時， 則要明確所需的佐證數據。許多場館環(huán)境都會為學習者提供操作、 測驗、 探究、 預測、 質疑和觀察的機會， 在這些場館中， 學習者根據現象進行一系列探究從而獲得問題的答案， 繼而獲得對自然現象的科學解釋。 眾所周知， 相較于學校開設的科學教育課程， 場館科學教育具備較大的自由度， 能夠為學習者提供獨立思考與實驗的機會。 此外， 場館科學教育還具有交互性， 學習者對展覽施加作用力的同時， 展覽也在悄無聲息地影響著學習者的認知體系［15］。 如Koran 和Longino 發(fā)現， 移去貝殼展中展品的玻璃封蓋， 觀眾便有機會停下來拿起貝殼觀察， 這增加了駐足的觀眾人數和停留時間， 以提高展覽的互動性、 觀眾的參與感及學習深度［16］。

（四）反思科學本質

在場館環(huán)境中， 學習者通過參與科學活動， 激發(fā)學習動機和興趣， 理解科學知識形成概念并記憶概念， 對抽象事物進行邏輯推理。 然而， 學習者通過觀察、 實踐、 交流等方式獲得的知識往往是隱性化的知識， 促進學習者對科學與自然、 社會的關系， 以及科學知識的社會建構等問題的深入思考， 即反思可以提高學習者對這些知識的理解。 在基于場館的科學教育中， 反思科學作為一種學習方式， 特別關注概念、 學習過程與學習場景。 研究發(fā)現， 人們不能很好地理解科學的本質［17］， 主要有以下兩方面原因： 一是無從了解科學知識的建構原理， 二是簡單實施科學調查并不能自動導向對科學性質的了解。 大量證據表明， 觀眾在被提問時能夠反思他們自身的學習， 例如Jones 在終結性評價中使用訪談詢問觀眾， 是否存在以前他們不知道或不重視的內容， 結果發(fā)現觀眾能夠并確實反思了他們自身的學習［18］。

（五）參與科學實踐

通過參與基于場館學習的科學教育， 學習者可以重建他們所掌握的語言和科學工具的理解。 一些場館科學教育活動不僅要求參與者交流科學語言和概念， 而且還要求他們使用實驗器材、 研究工具和測量工具。 比如在明尼蘇達科學博物館舉行的“細胞實驗室”展覽中， 參與者在參觀生物實驗室時， 有機會使用很多科學儀器和工具， 包括顯微鏡、 照相機、 檢測器、 載玻片、 試管、 孵化器、 干式恒溫器和紫外線探測器等［19］。 研究交流和討論是一種普遍的科學實踐形式， 對科學教育十分有益， 成功的科學教育取決于學習者對各種形式的科學共同體交流和推理過程的參與［20］。

（六）認同科學事業(yè)

基于場館的科學教育的作用之一是讓參與者開始改變自我認識的方式， 以及他們與科學的關系。每個參與者在與他人交流時， 可重新定義自己， 并以新的身份來看待研究問題。 學習和身份認同是一體的、 互相影響的， 參與者把自己看作是科學學習者并形成身份認同， 以對科學做出貢獻。 美國有學者探討了參與科學項目與選擇專業(yè)之間的關系， 發(fā)現參與科學項目對參與者的專業(yè)選擇有著重要影響［21］。 場館科學教育的長遠目標之一就是隨著時間的推移， 不斷更新個人對科學的理解與認同。

四、 基于場館學習的科學教育形式

場館科學教育的形式眾多， 但最為常見也較為完備的形式是基于展品的科學教育活動和基于技術的科學教育活動。

（一）基于展品的科學教育活動

展品是場館中最有特色的教育資源， 是實現場館教育功能的重要物質基礎。 基于展品的科學教育活動是實現展品教育功能的重要載體， 是場館最基本的教育活動， 也是場館運行的核心工作之一。 場館學習者基于展品的科學教育活動具有體驗性、 探究性和多樣性。 龍金晶等人根據國外優(yōu)秀案例， 歸納了14 種以展覽講解、 展品輔導為主題的教育形式［22］： 故事講述型、 實驗體驗型、 實驗演示型、 科學考察型、 角色扮演型、 角色參與型、 游戲型、 競賽型、 戲劇表演型、 制作實驗型、 器材輔助型、 媒體演示型和綜合型等。 其中， 實驗體驗型、 實驗演示型、 制作實驗型、 器材輔助型的展品輔導均可成為“基于實物的體驗式學習”或“基于實踐的探究式學習”。 在媒體演示型、 故事講述型、 戲劇表演型等類型的展品輔導中， 也可根據內容和條件， 適當引入上述理念和教學方法， 加入實驗觀察、 對比分析、 交流討論等環(huán)節(jié)， 使觀眾從中獲得直接經驗。 即使是那些難以直接運用上述理念和教學方法的展品輔導， 也在豐富展品輔導類型、 適應不同展品和不同觀眾的要求、 提升科學教育效果等方面起到積極作用。

（二）基于技術的科學教育活動

無處不在的技術應用影響著場館科學教育的發(fā)展。 場館的數字化不僅體現在網站， 還體現在社交媒體、 移動工具和應用程序等方面。 虛擬場館是基于實體場館服務時間和空間的延伸與擴展， 可以自由游覽和實現簡易交互， 利用虛擬技術， 體現三維和交互式探索。 當學習者處于實體環(huán)境時， 可以與他人實體觀察交互， 進行意義協商； 當處于網絡構建的虛擬環(huán)境時， 可以虛擬在線交互， 通過技術提供的腳手架進行討論， 從而促進自我認知發(fā)展［23］。 具體而言， 基于場館學習的科學教育常應用以下幾種技術。

一是自帶技術， 具體指人們將筆記本電腦、 平板電腦、 智能手機或其他移動設備帶到學習或工作場所的做法。 個人智能手機的普及使其成為提供場館基本服務和教育服務的切入點。 例如， 位于美國喬治亞州亞特蘭大市的弗恩班克自然歷史博物館（Fernbank Museum of Natural History）與美國電話電報公司（A＆T）、 思科系統公司（Cisco）合作， 為觀眾提供移動設備應用。 該應用包括基于位置的服務、 基于瀏覽器的服務和實時位置分析（NMC）。 觀眾可以在該應用的協助下， 按順序進行參觀， 這如同在一位古生物學家陪同講解下， 深入探索博物館。 二是游戲與游戲化。 該技術是指在教學、 培訓中引入游戲元素、 機制和形式， 使新一代的場館學習者在接受科學教育的過程中產生共鳴。 例如， 故宮博物院出品的“皇帝的一天”軟件， 以卡通方式讓學習者體驗皇帝生活， 使其在游戲中了解歷史中皇家的飲食起居， 于潛移默化中接受古代科學教育。 三是基于位置的服務， 該項技術根據用戶所處地理位置向其提供量身定制的動態(tài)信息， 可以在人們參與場館學習的過程中， 推薦特定物件或展覽。 例如， 一款名為“蒙特利爾博物館”（Montreal Museums）的軟件， 利用此技術， 篩選附近的展覽和活動推薦給用戶。 四是引入虛擬現實技術（VR）、 增強現實技術（AR）等技術。 在基于場館學習的科學教育設計里融入VR、 AR等技術， 力圖為參觀者創(chuàng)設逼真的學習情境， 生成3D 或4D 場景。 通過多種感官刺激， 增強場館學習的感知體驗性， 使學習者沉浸在場館學習環(huán)境中， 滿足學習者在情境中的交互與可視化， 加強與真實環(huán)境的交互聯系， 增強科學教育效果。 例如， 2014 年12 月， 美國舊金山青年藝術博物館（M． H． de Young Museum）讓參觀者佩戴上谷歌眼鏡， 以獲得圖片和音頻解說， 包括見證人記述、 背景音樂和視頻， 眼鏡中的“GuidiGo”平臺通過講故事的方式幫助參觀者獲得相關背景知識， 了解科學、 文化與藝術［24］。