基于信息技術的科學中心展教功能開發

何丹 張路遠 馬婷婷

[摘 要] 科學中心是面向公眾開展科學傳播的重要科普教育場所。為進一步激發中小學生對科學的興趣，培養青少年的創新思維，科學中心應加強展示教育功能與信息化的深度融合，利用信息化技術以及科研院所的優質科普資源，不斷探索科學傳播的新形勢、新方法。本文僅以科學中心的教育培訓實驗室為例，說明了新的信息技術與傳統教學方式相結合，對整個科學中心的教育功能和服務內容、形式所帶來的積極影響，更可直接為科學中心培訓教育功能目標的實現提供更好的方式方法。

[關鍵詞] 科學中心；信息化；教育培訓；科學實驗

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

[中圖分類號] G322 [文獻標識碼] A [文章編號] 1673 - 0194（2017）01- 0174- 03

0 引 言

“科學中心”是指那些相當于國際上被稱為“科學技術中心” （Science and Technology Center，簡稱“科學中心”） 或以科學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”的建成為標志， 20 世紀 60 年代以后，世界上掀起了科學中心的建設熱潮。到今天，全世界已建成的科學中心已超過2 000 座。

1 科學中心信息化及展教功能建設

在我國，近年來信息化建設已經成為科學中心內容建設的重要組成部分。科學中心信息化建設的總體建設目標是，利用現代信息化技術管理科學中心運營過程中的各個環節，將各種感知技術、現代網絡技術和人工智能與自動化技術等應用在科學中心運營管理、展教和公眾服務等方面。其最高階段即科學中心的各部分都由智慧化的信息系統完成，無需人工干預，科學中心內外人與物、物與物、人與人實現智慧對話的狀態。為實現這個目標，需要在科學中心現有業務管理模式的基礎上，結合長短期的管理規劃，對業務及管理進行梳理、提升和規范后，逐步建設起來。第一步，實現基本業務信息化建設。第二步，實現基礎運營管理信息化建設。第三步，實現展教及公眾服務智能化建設。第四步，實現智慧運營管理建設。其中，最重要的功能和目的就是直接服務于展教和公眾，緊密結合現有先進、成熟的信息化技術，提升展覽教育實踐水平和公眾體驗就顯得尤為重要，這也是科學中心在信息化規劃第三步中需要重點實踐的內容。

科學中心的展教工作緊密圍繞展教大綱開展，展品類型包括互動啟發類展品、模型展示類、多媒體教育類及藝術裝置類展品等。近年來，信息化技術、互動體驗方式都發生了很大的變化。特別是虛擬現實技術（以下簡稱VR或VR技術）和增強現實技術（以下簡稱AR或AR技術）的應用和發展發生了巨大的變化，應用場景和應用范圍越來越大，資源內容越來越豐富。

科學中心實現教育傳播功能的主要載體除了常設展覽外，最重要的是加入了以探索實驗與過程體驗為主的教育培訓專區。教育培訓功能以青少年為主要服務對象，兼顧社會需求的多元化，注重雙重素質教育，既培養科學素質，更側重開發工程技術素質。

2 實驗室案例分析

現著重以B科學中心“信息千里眼”遠程觀測實驗室為例，具體闡述如何將VR技術與傳統的教育功能相結合，從而提升教學體驗的實踐。

2.1 實驗室簡介

B科學中心“信息千里眼”遠程觀測實驗室是以中小學生為主要對象，以遠程觀測為特色的科普實驗室。學生操作實驗室內的設備，可以控制遠方觀測點的攝像頭，實現遠程觀測的探究方法。本實驗室涉及生物學、生態學等自然科學。教學過程中采用學生觀測、記錄與教師引導、講解相結合的教學方式，側重培養科學探究的思路和方法。

2.2 實驗室設施配備及用途

高清網絡攝像頭均布在三個觀測地，硬盤錄像機均布在三個觀測地，用于錄像和存儲有價值的觀測視頻資料；3臺42吋觸摸屏一體機及照片打印機放置在教室，學生通過觸摸屏一體機進行操控，控制觀測地攝像頭的轉向，觀測動植物，達到科學探究的目的。

2.3 實驗室的優勢

（1）省去舟車勞頓，同時可享受異地優質科學教育資源。“信息千里眼”的三個觀測點分別分布在武漢、昆明、青海。通過本實驗室，在北京就能經常觀察三地的動植物成長和環境情況，省去多次來回奔波，節省了大量時間和金錢，提升了觀測和學習效率。

（2）整合大量優質資源進行科普教育。本實驗室整合了科研院所的優質資源。不僅提供實時觀測，還有專家團隊提供支撐。既能傳播知識，還能培養科學研究的方法。

（3）觀測過程可實時保存，成為有價值的圖像視頻資料。傳統拍照片和錄視頻，往往耗人力、時長短，而遠程觀測的方式可方便保存大量數據，滿足不同人群從中挑選有價值片段的需求。學生還可現場打印觀測到的圖像。

2.4 發現的問題及解決措施

可見，該課程教學環節的重中之重就是遠程實時觀測，遠程實時監控觀測雖然在形式上有所創新，但仍面臨以下問題：第一，受四季氣候、時長的限制，觀測者無法在一節課45分鐘內看到植物發芽、成長、開花、結果的全過程，也無法人為控制動物按課程設定呈現相應的動作行為；第二，出于對設備的保護和觀測點的實地情況等原因，攝像頭的安裝位置往往距離觀測對象較遠，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，從遠程觀測系統看到的畫面為傳統2D形式，觀測者沒有身臨其境的感覺。

利用虛擬現實技術沉浸性、交互性、構想性、動作性、自主性的特點，創建出的高度虛擬仿真效果，能使學生沉浸其中，不僅可以將植物的一生濃縮到短短幾分鐘內完整呈現，而且能將動物的各種行為活靈活現地展示出來，不受四季氣候影響，也無需擔心距離、時長等因素而產生的缺憾。如以遠程觀測小滇金絲猴的幸福成長課程為例，VR系統不僅可以在短時間內完整呈現滇金絲猴從出生到成年的形態特征，還可以通過互動設計，實現觀測者以一個小滇金絲猴的視角，體驗群體中其他成員給予小猴的關愛，如爬到爸爸的頭上，侵犯作為一家之主的權威，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，遇到危險時幫它趕走天敵等等，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，虛擬現實和VR眼鏡系統，已成為借助虛擬現實及傳感技術創造的一種嶄新的教學教育系統，讓每一個觀看者帶著驚奇和欣喜去體驗真實的虛擬世界。

3 結 語

通過B科學中心“信息千里眼”遠程觀測實驗室課程開發的實踐，將科研院所科研資源+富媒體數字科普資源+虛擬現實技術與現有教學方式有機融合，將寶貴的科研現場、科研過程，應用虛擬現實技術帶來的情景沉浸式、全景式的表達形式，形象逼真地呈現給體驗者，有利于激發中小學生對科學的興趣，有利于青少年創新思維的培養，有利于青少年及公眾科學素養的養成，更可直接為科技館相關培訓教育功能目標的實現提供更好的方式方法。

除此之外，如VR技術、AR技術等新的信息技術，還非常適合應用到科學中心的常設展覽中去，比如常設展廳大量的展項，均可運用VR、AR等新技術對展項進行延伸體驗、說明和補充，與傳統互動展項形成有效互補，更深層次的豐富了展項展示的形式和內容，從而更加吸引觀眾觀看、互動和探索。

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