數字化助力博物館沉浸式科普活動的發展
——以科學本質教學為例

閆曉白

（中國鐵道博物館，北京 100005）

0 引言

進入21世紀以來隨著數字化技術的不斷發展，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窗口，搭建了觀眾與歷史對話的平臺。通過以文物為依托輔助場景復原、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期，讓觀眾切身感受到所呈現的歷史文化及價值所在。隨著新興科技的不斷發展，3D、4D技術的不斷成熟，觀眾不僅僅滿足于視覺上的單一感官，更強調聽覺、觸覺以及可以親自動手操作的環節，而這一環節的增加無疑推動了科普教育的發展。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內容通過交互式體驗達到讓學生掌握科學方法和具備科學精神的目的成為活動方案研發的重要方向。

當下以傳統節日為主題在博物館內開展各種各樣的活動，博物館會根據自身特色結合常設展覽為觀眾帶來更多的動手機會，增加博物館參觀趣味度的同時提升觀眾對于科學、歷史、地域文化等不同領域的探索興趣從而達到提升觀眾科學素養的目的。隨著數字化在博物館中的應用，不僅在展覽展示領域可以推進更大的發展，也讓科普活動從單一地在博物館內實地舉辦到在云端開展成為當下博物館科普活動發展的趨勢。可以說，發展云端科普活動已是迫在眉睫。

1 新時期博物館數字化的必要性

博物館作為進行思想政治教育、傳播文化知識、提高觀眾文化水平的重要場所，當各種媒體資源訊息通過數字化的方式成為我們生活中的一部分時，數字化博物館的建立必然要加快腳步，建設現代化博物館已成為當下博物館的重要發展方向。

1.1 博物館的任務推動著數字化的發展

博物館作為傳播科學文化知識的重要場所，對于提升觀眾的科學素養以及提升民族自信心尤其是文化自信方面都能發揮重要作用。“源浚者流長，根深者葉茂”，中華文明源遠流長、長盛不衰。博物館承載著對于中華文明歷史文物的收藏、保護、研究的職責，同時通過展覽展示、社會教育等方式將中華文明在新的歷史條件下進行發展，以全新的方式呈現在觀眾面前，做到弘揚中華文明，內化與心、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文化盛宴。線上展覽的發展推動著博物館展覽、科普活動等通過網絡傳播的要求。相比于只能進入博物館參觀，在網絡上的直播等方式可以做到與觀眾互動，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 數字化科普活動的探索

交互式體驗、沉浸式觀展等一系列新名詞的誕生，預示著社會的發展，也對博物館提出了新的挑戰。當下以觀眾為主導的科普活動的設計能夠更好地發揮博物館的教育職能，不僅僅是針對學生更能通過抖音、微信等平臺讓博物館變得更加“接地氣”。利用現代技術，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了解歷史不同時期的發展階段。這些不同時期、不同歷史時代的產物，又以新的身份再次出現于人們的視野中，這些文物的名稱已成為現代社會的“流行語”。依托于展覽更好地開展科普社教活動一直是博物館的一大亮點，也是最吸引觀眾的環節，因為這些活動更能豐富參觀者的體驗感和獲得感，真正做到寓教于樂。運用現代技術，將博物館內的鎮館之寶卡通化、流行化，更容易被觀眾所接受，利用線上網絡平臺實現科普活動“線上+線下”的一體化發展是現代科普活動發展的必然趨勢。

1.3 科普活動的數字化面臨的機遇與挑戰

隨著博物館數字化的不斷發展，所面臨的問題也越加突出：第一，數字技術人員嚴重不足的問題。第二，出現了展示與教育脫節的問題。第三，數據的整理反饋以及進行創意更新方面出現滯后的問題。對于這些問題需要在博物館的不斷發展中進行不斷調整，才能讓博物館的校外教育得到更好的發展，真正能夠打破時間和空間的限制做到物品標本資源的數字化、數據傳遞的互聯網化以及讓博物館的科普活動更好地走入觀眾的視野。

2 沉浸式科普活動的開發與利用

就博物館內科普活動的設置而言，如何提升觀眾的參與度成為一項活動成功與否的關鍵。沉浸式科普活動成為學生觀眾最喜愛的科普形式之一。這種新的科普活動形式完全從學生觀眾的體驗為出發點來設計活動。活動設計的出發點首先從“我”是否喜歡這個活動為主題，而后通過“我”對于這個問題是否感興趣進行思考，最終以“我”如果在當時的歷史條件下如何解決問題完成探究活動。活動全程以“我”為主語，層層深入地展開活動，從而使探究過程成為活動中學生最喜愛的一種形式。

2.1 項目式教學創造沉浸式學習體驗

項目式教學對于提升學生的沉浸式學習體驗具有重要的意義，從依靠于博物館工作人員以及專家講述，到以學生觀眾為中心的探究式學習轉變，需要通過建立適合的科普背景文化、活動內容主題、探究評估學習過程來實現搭建能讓學生有效學習的知識框架體系，引導學生參與過程，通過不斷完善這些環節來完成項目式教學課程。中國鐵道博物館通過數字化應用以及展覽對于科普內容的解讀，更好地創造了科普鐵道文化的渲染氛圍，而這正是實現沉浸式教學體驗的關鍵所在。

2.2 中國鐵道博物館科學探索課程的開發及STEAM的應用

蒸汽機車、內燃機車、電力機車及高速鐵路所蘊含的科技知識不勝枚舉，如何將這些科學原理以STEAM的科學方法呈現出來，是中國鐵道博物館相關工作人員一直在努力研究的課題。

STEAM教育以探究性的活動設計和豐富的學科知識來培養學生的探究能力和創新精神，主要包含科學（Science）、技術（Technology）、工程（Engineering）和數學（Mathematics）相融合的教育。在傳播鐵路科學的種子活動中，對于錢塘江大橋建造的工程學原理進行了STEAM模式的教學內容設計，通過對工程學原理—橋梁建造技術剖析—錢塘江大橋設計難點—氣壓沉箱法相關科學問題進行探究，實現了對于錢塘江大橋建設的情景還原及沉浸式體驗課程的設置。

2.2.1 錢塘江大橋設計中的科學

博物館老師以“歷史—探究”的教學模式開展科學史的學習，從火車的發展歷史、物理學的相關知識進行情景式的教學模式，學生通過參觀、體驗、實驗、合作、交流的方式來構建對于相關科學知識內容的理解，對于科學方法的建立以及對于日常生活中的使用發揮著十分必要的作用。

2.2.2 “傳播鐵路科學的種子”科普活動方案設計

科學學的奠基人、英國物理學家貝爾納認為“科學可作為一種建制、一種探索方法、一種研究活動、一種積累知識的傳統、一種維持或發展生產的主要因素以及信仰和精神來源之一。”①“傳播鐵路科學的種子”采取了沉浸式教學及探究式學習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勢，將鐵路科學家精神與現代鐵路科學知識相融合，緊扣“知—情—意—動”的科學教育規律，面向中小學生開展主題教育實踐活動。沉浸式體驗高速動車組小司機駕駛等互動環節，從“小火車”到“動車組”，這是中國鐵路百年飛躍的重要體現，在激發學生學習興趣的同時，提升學生民族自豪感和自信心，真正做到熱愛科學、有所收獲。

2.2.3 課程內容

通過“科學故事—科學原理—科學精神—科學傳承”的探究方法，讓學生將科學學科與歷史相結合，通過情景教學和互動體驗實現對于學習方法的掌握以及科學精神的傳承。

對于課程中所涉及的茅以升與錢塘江大橋的內容，我們從科學故事入手，由茅以升為中國爭氣的愛國心的角度出發，還原歷史背景，講述了茅以升去美國留學后歸國投身鐵路橋梁建設事業的故事，讓學生產生共鳴。在對于鐵路橋梁的學習方面通過視頻和數字化展示的方式讓學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拓展知識。結尾通過茅以升先生的工程學思想，將“博聞強記、見多識廣”作為學生的座右銘，實現對于科學的認知領域的拓展。在整個體驗課程過程中，博物館老師時刻關注學生們的反應，并引導學生要“多思多問”，在生活中要不斷地加強思考，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，鼓勵學生不斷進行創新，只要保持著一顆好奇的心，并通過自己的刻苦鉆研以創新性思維解決好問題，就能實現自我的成長和科技的進步。課程整體體現了現代科學本質的博物館社會教育活動要求（表1）。

表1 體現現代科學本質的博物館社會教育活動要求

學生在課程中可以扮演工程師的身份，而博物館老師則是時代的介紹者、問題的提出者，帶領學生“穿越”到20世紀30年代，共同挑戰工程學難題，體驗工匠精神。課程中還提到了茅以升對于工程學家應具有的品質做出的總結：1942年，在中國工程師學會成立三十周年時茅以升曾提出要制定《中國工程師信條》，內容大體是：“工程師要認識國家民族之利益高于一切；不慕虛名，不為物誘，維持職業尊嚴；實事求是，精益求精，努力獨立創造，注重集體成就，勇于任事，忠于職守，相互切磋，精誠合作”。②這也成為我們對于科學精神學習和傳承的方向。

2.3 沉浸式教學方法的意義

博物館社會教育中最重要的一點就是參與度，往往體驗項目較多的科技類場館對于觀眾的吸引度更高。科技場館教育活動的學習內容與學校課程相關，設計與開發分年級、年齡的不同層次的學習方案，以便適合學校團體的運用。科技場館是提供學習者在學校正式教育之外的最佳個別化學習場所。科技場館的教育活動利用場館內的各類資源進行活動設計、規劃和實施，其學習更傾向于探究式學習及與創意主題結合的主題式學習。這些學習模式更能引發學生們主動學習，便于建構在場館中學習到的知識體系。科技場館利用館內的展覽特色和動手做等活動優勢來吸引學習者的參與、提升學習者的科學素養、啟發學習者對科學技術的關注，能夠達到科學教育的目標。

3 科學學科普活動建設的重要意義

對于科學進行探究式研究是博物館持續發展的必經之路，尤其是針對科技類博物館社會教育活動的開發和利用。博物館數字化是信息技術不斷發展的產物，可以將展廳中所呈現出來的歷史、科學等知識進行物聯化、互聯化、智能化的應用，通過數字化不斷發展可以通過“情景還原”的方式助力科學本質教學，從而更好地發揮博物館的教育職能。

3.1 博物館中科學本質教程的數字化應用

PEHDSR是Monk&Osborne在1997年發展的“歷史—探究”的教學模式，主要包括：呈現、誘導、歷史研究、設計實驗、科學的想法與正式性測試和回顧與評價。數字化對于科學探索應用以及在課程設置中實現“情景復原”的作用，讓學生可以在交互式體驗中更好地了解所學習的知識，從而獲得學習方法及科學知識體系的建立。

3.2 數字化博物館推動科學教學活動的體驗性

隨著信息技術的飛速發展，如今，一個以用戶為中心、以開放服務為核心，以“大眾創業”與“萬眾創新”為代表的“創新2.0時代”已經到來。③數字化博物館能幫助博物館更好地延伸社會教育職能。“雙減”政策的出臺，給博物館的社會教育職能提供了更多平臺的同時，也對于如何實現科普教育數字化提出了更高的要求。

博物館的教育原則主要包括四個方面：第一，科學性和思想性的有機結合；第二，尊重個性、以人為本；第三，服務至上，社會效益第一；第四，靈活多樣不斷創新。④博物館作為校外教育的重要場所，需要針對學生設計更符合青少年的科普活動，讓學生在活動中學習科學精神、科學態度和科學方法，建立科學世界觀，并應用于學習生活中。以學生為主體和中心設計科普方案應寓教于樂，增加互動體驗環節通過動手操作來實現提升活動趣味度。當下互聯網課程的發展，對于博物館科普活動也提出了線下體驗如何在線上開展的新要求，同時，科普活動需要不斷抓住熱點問題，將新發現、新觀點、新成果及時有效地進行網絡化的開發，才能讓科普活動更具有生機活力。

3.3 科學教學活動推動博物館社會教育職能發展

“科學技術是經濟社會發展的一個重要基礎資源，是引領未來發展的重要主導力量”，科學技術在經濟社會發展和人類文明進程中發揮了更加明顯的基礎性和帶動性作用。世界科學技術正醞釀著新的突破，一場新的科學技術革命和產業革命正在孕育之中。⑤

博物館作為校外教育的重要場所，發揮著社會教育的職能，如何將數字化更高效地應用于科普活動中，從而提升科學學科的重視程度，成了博物館對于科普活動開發的關鍵問題。科學學科的發展往往與歷史背景緊密相關，在研發的過程中更加側重于探究式教學方式，讓學生通過了解歷史、解決知識難題、收獲科學原理和科學精神的過程，成為他們探究的樂趣所在。而我們現在所提出的沉浸式教學方法，則是現在學生最為喜愛的教學方式，改變了傳統的“老師教、學生聽”的教學模式，讓博物館的社會教育職能得到了更大的發揮。

4 結語

博物館作為連接歷史與現代進行時空對話的重要橋梁，肩負社會教育的重要職能。對于學生的校外教育的發展起著重要作用，對于學生樹立正確的科學觀、提升探究意識、掌握科學的學習方法具有重要作用。數字化博物館對于人工智能的使用推動了科普活動的交互式體驗與學生進入博物館后沉浸式探究的活動方式。隨著數字化博物館的不斷發展，推動著科普教育形式的轉變，在不斷發展的同時也面臨著挑戰。相信通過不斷進步，學生科普活動的開發與利用也會得到更大的突破。

注釋

①J.D.貝爾納.科學的社會功能[M].北京：商務印書館，1982.

②戴穎.茅以升工程創新思想研究[D].杭州：浙江工商大學，2011.

③丁福利，劉璐.關于“互聯網+博物館教育”的探索與思考：以中原五省博物館為例[M]//中國博物館協會社會教育專業委員會，秦始皇帝陵博物院.帶路：博物館教育的行動與思考.西安：三秦出版社，2017：93-98.

④北京博物館學會.博物館社會教育[M].北京：北京燕山出版社，2006.

⑤杜龍云.科學學視野中的大學學科建設[D].蘭州：蘭州大學，2009.