基礎科學類展品的研發規律總結報告

孫曉軍　韓永志　付從茂

[摘 要]首先分析基礎科學類展品研發現狀、難點，并根據“基礎科學原理解讀與探究系列展品展示關鍵技術研發”課題研究過程提煉基礎科學類展品的特性及研發規律，提出對策建議，以期為科技館基礎科學類展品研發起到參考和借鑒作用，推動我國基礎科學類展品展示水平的提升。

[關鍵詞]]科技館 基礎科學類展品 展品研發規律

科技館是以展覽教育為主要功能的公益性科普教育機構，是實施科教興國戰略和人才強國戰略、提高全民科學素養的重要陣地[1]。展品作為科技館開展科學教育最直觀、最直接的核心載體，其內容和形式直接關系對觀眾良好的科學教育及啟發。

基礎科學是一切科學技術的理論基礎，推動著科技的變革。國家對基礎科學普及傳播高度重視，對基礎科學類展品創新研發給予支撐，設置國家科技支撐專項課題“基礎科學原理解讀與探究系列展品展示關鍵技術研發”，創新、研發一批公眾喜愛的基礎科學創新展品，且通過創新研發的實踐過程提煉基礎科學類展品的特性及研發規律，以期今后為基礎科學類展品展示研發設計提出建議。

一、基礎科學類展品

《國家中長期科學和技術發展規劃綱要（2006—2020）》提出了建設創新型國家的總體目標。強大的基礎科學研究是提高我國原始創新能力、積累智力資本的重要途徑，是建設世界科技強國的必要條件，是建設創新型國家的根本動力和源泉。提高公眾基礎科學類科學素養，促進全民基礎科學水平提升，將長期是科普工作的重要方向。

基礎科學類展品作為提升全民基礎科學水平的重要科普手段，已成為科技館標配展示內容，通過新奇的現象、主動探究式互動體驗和還原科技發現過程及科學家故事等，展示內容及形式，對基礎科學進行普及，增進公眾對基礎科學內容的認識，激發其探索自然的興趣?；A科學類展品不同于科普教具或科教片，它主要以機械、機電互動展示形式為主，更強調自主探究的過程、科學啟迪的作用，強調實體展示、直觀表達現象，允許大量觀眾互動操作，具有趣味、互動體驗的特點。

科技館基礎科學類部分展品對中小學物理、化學、生物、地理等學科進行大量體現，作為中小學生課本教育的補充，直觀展示科學現象，有助于公眾特別是青少年對基礎知識進一步學習、鞏固及理解，培養其學習熱情及主動探究的能力。

二、我國科技館基礎科學類展品研發現狀及其難點

（一）我國科技館基礎科學類展品展示與研發現狀

近年來，我國科技館行業迅速發展，目前全國已有達標科技館百余座。《科技館體系下科技館場館建設研究》指出，我國科技館中小型科技館和地市級科技館均占據全國科技館的“半壁江山”[2]。據調研，基礎科學類展品作為科技館建設中的標配展示，在科技館展品中占據較大比例，其中在大部分中小型科技館的展示比例超過1/3，表1為部分科技館基礎科學類展品比例。

我國科技館發展起步較晚，易于轉化為基礎科學類展品的展示內容及展示形式在國外科普中應用已非常成熟，而國內的基礎科學類展品多以模仿為主?！板F體上滾”“雙曲線槽”“萬有引力”等多件經典展品更是出現于各個科技館中，基礎科學類展品的“多館同展”現象尤為普遍。行業內提到的“創新展品”也多為對國外科技館同類展品的首次仿制或外觀和表現形式上的局部改進，缺乏自主創新，自身開發的創新展品受觀眾喜愛程度一般。因此，如何開發出更多符合科技館科學性、趣味性特點，生動、活潑的互動性基礎科學類科普展品，使公眾對基礎科學有更加直觀、形象的理解，激發起公眾對科學的濃厚興趣，從而自發地愛科學、學科學，促進我國公民基礎科學素質的提升，成為目前我國科技館展品設計研發工作亟待解決的主要問題和重要任務。

（二）基礎科學類展品研發難點

1.展示內容創新難。科學知識的海洋無邊無際，科技館也未能解讀其冰山一角。雖未在科技館展示的科學內容斗量車載，但易于轉化為展品的基礎科學內容已經被深入挖掘，被很多科技館列為常規展品[3]。如何選取適于科技館、易于運用科技館擅長的展示形式進行直觀展現的基礎科學展示內容，使展品科學性、互動性極好的結合，是基礎科學類展品內容創新的主要難點。

2.展示形式創新難。展品的展示形式對展品起著至關重要的作用，恰當的展示形式可以充分展現展品的科普效應。對已有的展項要努力設想更好的表現形式[4]，通過受眾喜聞樂見、生動活潑的展示方式，把抽象、枯燥的科學理論知識進行表現，是基礎科學類展品不斷完善、優化的難點。

3.研發力量薄弱?；A科學類創新展品的研發，需要多學科人才共同參與，對研發人員的數量和質量有著較高的要求。雖然國家對科技館建設給予了強大的支持，我國科技館建設也在高速發展，但科普場館內專業的研發人才及高素質、高學歷人才比例偏低，且分布嚴重不足，制約了其創新能力的發展。

三、課題研發成果

經前期文獻調研分析，課題組選取光學、數學、機電、力學、生命五個科技館基礎科學類展品研發設計重要領域展開研究，設計、研制6件受公眾喜愛的創新展品，探索研究基礎科學類展品的研發規律。

（一）展品研發流程

6件創新展品完全自主研發，展品研發主要流程是展示內容確定、展品方案確定、技術設計及制作。

根據創意確定展示內容，設計適宜的展示形式，完成展品設計方案，進行展品技術設計及制作。研發過程的每個環節均由相應專家把關，確保展品研發的可實施性，有效降低創新失敗概率。展品制作完成后，經過多次反復測試，查找問題，不斷改進完善，保證創新展品良好的展示效果。

（二）研發成果

1.光學全息互動體驗展示技術研發。主要研究如何將專業光學全息技術轉化為互動式科普展品，以互動的方式展示光學全息的知識，包括“全息攝影”展品。

展品“全息攝影”突破了以往只能在實驗室中進行全息攝影的局限，研發出可在科普場館展廳環境中進行全息攝影的新型展示技術，實現了全息攝影在科普場館內全過程、可視化、快速化的展示。

2.幾何特性互動展示技術研發。主要研究如何通過生動、形象的互動展示方式，將橢圓、雙曲線、拋物線三種圓錐曲線的光學特性，以及雙曲面中線與面的關系等抽象的數學知識直觀地展現給觀眾，使觀眾在了解數學知識的同時，感受數學的趣味和魅力。該研究方向包括“圓錐曲線的光學性質”和“動態立體雙曲面”兩件展品。

展品“圓錐曲線的光學性質”通過對三種圓錐曲線模型的巧妙設計，使參與者運用小球發射裝置等方式，觀察三種曲線模型所形成的奇妙效果，從而直觀地理解圓錐曲線的光學特性。

展品“動態立體雙曲面”通過控制系統，使LED點陣掃描速率與旋轉速率巧妙配合，利用人眼的視覺暫留特性，使高速旋轉的LED點陣序列在空中呈現出多種不同的雙曲面的造型。

3.傳動機構集成互動展示技術研發。主要研究如何將機械、流體（水流、氣動等）、電磁等多種傳動方式巧妙地集成在一起，形成精彩的互動展示方式，包括“有趣的傳遞”展品。

展品“有趣的傳遞”，通過探究按順序傳遞小球的展示，把最速降線、傳動比、合作抓球等展品集成轉化為傳動探究環節，并巧妙結合機械、電磁等形式各異且結構有趣的傳動機構，賦予小球傳遞類展品新的形式及內容。

4.載人氣浮平臺互動展示技術研發。主要研究如何利用氣浮平臺使觀眾通過親身體驗，更加真切地體會和理解牛頓第三運動定律，包括“隨風而動”展品。

展品“隨風而動”創新原有第三體驗視角的傳統展示形式，采用載人氣浮平臺為新型展示手段，使參與者以第一視角親身體驗，更加真切的體會和理解作用力與反作用力的特性。

5.競賽式科普游戲互動展示技術研發。主要是研究可供多人同時參與的新型交互體驗式科普展示技術，本研究方向將開發“健康競賽”展品。

展品“健康競賽”通過采用多功能互動座椅與競賽游戲相結合的全新展示形式，增強了展品的互動性及趣味性，提升了觀眾的參與熱情。展品具有一定的通用性，可作為基礎平臺以競賽的方式展示更多領域的科普知識。

四、研發規律與建議

以展品科學性、趣味性、互動性及安全性作為設計前提進行6件創新展品研發，在研發的實踐探索中提煉基礎科學類展品的特性及研發規律。

（一）創新展示范圍，重視基于基礎科學原理的高新技術的解讀及其應用的展示

展示內容不僅是對科學原理的解讀，還應關注以基礎科學技術為基礎的科研成果及高新技術應用。展品“全息攝影”將基礎科學高新技術的科研成果轉化為科普展品，通過關注科研院?；蚱髽I的研究成果，捕捉易于轉化為科技館展品的基礎科學類的最新科研成果，將其研究成果新型光致聚合物感光材料技術引入到展品中，降低了全息記錄對環境的要求，成為全息技術在科普場館展示基礎。

（二）增大挖掘深度，對基礎科學某一學科深入研究，加強對科學思想、方法的體現

通過對某一學科的深入學習，對其發展史和重要的科學概念等進行深入學習思考，挖掘展示點。以展品“圓錐曲線的光學特性”中雙曲線的光學特性展示部分為例，通過對雙曲線的光學性質的概念進行深入研究論證，并借鑒同類展品“橢圓焦點”展示形式，通過圓片運動軌跡的直觀展示形式進行呈現。

（三）集成展示，展示內容相輔相成，提高展品的整體展教功能

在展品設計研發中，歸納具有相關特點、相似規律或相同類別的展示內容，并以某一集成規律進行組合和構造，以合理且更有趣的形式展示，形成集成創新展品。展品“圓錐曲線的光學特性”將橢圓、雙曲線、拋物線的光學性質組合集成對比展示，使觀眾通過對比和多次互動的方式，認識三者之間的差別與聯系，加深對科學內容的理解和認識。

（四）創新更優展示形式，引導觀眾主動探究

對已有的展項要努力設想更好的表現形式[4]，基于對原有相關展品的深入分析，對癥下藥，對其缺點和不足提出改進方案，創新更優的展示形式，使展品展示更直觀，體驗更具有吸引力，有利于引導觀眾的主動探究。展品“動態立體雙曲面”“隨風而動”“健康競賽”，均突破傳統展示形式，針對原有展示中枯燥、互動性弱等問題，創新展示形式，使展品更易于吸引觀眾參與體驗，于體驗中主動思考、探究。

（五）采用自上而下的設計流程，保證展品展教目標精準

展品設計中應采用自上而下的設計流程，根據明確的主題思想和教育目標規劃展示內容。展品“有趣的傳遞”采用自上而下的方式設計，確定展品主題與教育目標為：展示不同傳動方式的原理、特點，引導觀眾在親身體驗中觀察傳動現象，探究其中蘊含原理；圍繞主題與教育目標，選擇要展示的機構，確保所有展示的機構都有明確的教育目標。

（六）創新展示理念，合理引入探究式學習方法

科技館雖然強調觀眾自主操作，主動探索，但現階段展品設計還不能完全引入探究式方法。因此，展品設計之初應具有探究式學習理念，引導觀眾主動探究答案。6件展品均以探究式學習方法為設計理念，使展品成為探究學習中的教師，引導觀眾主動思考、嘗試、探索。

五、結束語

本文針對基礎科學類展品研發現狀、難點進行調研分析，并根據課題研究過程，提煉總結基礎科學類展品研發規律，提出對策建議，以期能為科技館基礎科學類展品研發起到參考和借鑒作用，促進我國基礎科學類展品展示水平的提升，為科技館展品研發的可持續發展提供有力保障。

參考文獻

[1]唐罡.科技館展品開發標準研究與思考[J].中國標準化，2016（2）：71-74.

[2]蔡文東，齊欣，朱幼文.科技館體系下科技館場館建設研究[C].中國現代科技館體系研究，2014.

[3]孫曉軍.淺析科技館基礎科學展品的創新研發及教育活動設計——以展品“隨風而動”為例[J].學會，2018（1）：62-64.

[4]黃體茂.關于科技館展項創新的若干認識問題[J].科協論壇，2011（1）：33-37.