自然科學博物館科學解釋的有效路徑探究

[摘" "要] 科學解釋是自然科學博物館發揮社會教育職能的重要環節之一。自然科學博物館因其豐富的實物資源、多樣化的展覽和教育活動而具有科學解釋的優勢，然而，當前也存在解釋目標定位模糊、解釋邏輯欠完整、解釋落點欠包容等問題。文章以博物館情景學習模型為理論框架，結合了認知科學領域的概念隱喻理論和科學哲學領域的解釋模型，分別從個人、環境和社會文化三個層次提出了解決方案：第一，前置調研觀眾的基礎認知，科學預判其推理模式，合理設計其再認識架構，以滿足目標群體的需求；第二，使用概念隱喻建立基礎要素架構、使用解釋模型完善科學解釋過程，以搭建完整的解釋鏈；第三，使用對話模式、傳遞共性價值觀，構建多元性解釋落點，以實現雙向的溝通與交流。最終，形成閉環結構的科學解釋模式與效能評估過程，推動我國自然科學博物館成為向公眾傳遞科學知識、宣傳科學精神的重要場所。

[關鍵詞]自然科學博物館" "科學解釋" "情景學習模型" "概念隱喻" "解釋模型

[中圖分類號] N4；G260 [文獻標識碼] A [ DOI ] 10.19293/j.cnki.1673-8357.2023.03.010

科學素質是社會文明進步的基礎。優化科學教育資源供給，是提升公民科學素質、推動我國科普事業高質量發展的重要路徑。《全民科學素質行動規劃綱要（2021—2035年）》強調應“推動科技館與博物館、文化館等融合共享，構建服務科學文化素質提升的現代科技館體系”[1]。自然科學博物館依托于豐富的實物資源、多樣化的展覽和教育活動，內容涵蓋廣泛，包括天文、海洋科學、地質、生物、地理等[2-3]，對于提升公民科學素質具有重要意義。所以，向社會公眾普及科學理論知識與科學方法、宣傳和弘揚科學精神，是自然科學博物館發揮社會教育職能的重要目標。

科學解釋（Scientific Explanation）是指對科學現象的描述、預測，以及原因陳述[4]。在自然科學博物館語境中，科學解釋是進行科學教育的關鍵環節，是指借助實物資源、互動展項、教育活動等方式，推動觀眾建構科學知識，引導觀眾形成規范正確的科學思想的過程[5]。然而，在這類非正式教育環境中，觀眾的需求多元性、環境空間的自由選擇性、對話的復雜性等因素，為博物館進行有效的科學解釋帶來了一定難度，造成了解釋目標模糊、解釋邏輯欠完整、解釋落點欠包容等一系列問題。為了解決這些問題，本文以情景學習模型為理論框架，結合概念隱喻理論及解釋模型，從個人、環境、社會文化三個層次提出了博物館科學解釋的有效路徑。該路徑有利于為博物館科學解釋實踐提供依據，從而提升博物館的科普服務能力，推動我國建設高質量的科普服務體系。

1研究綜述與理論框架

科學哲學對科學解釋的概念進行了界定，并形成了影響深遠的科學解釋模型。在此領域中，科學解釋被視為從宏觀的視域，對原理或規律進行本質意義的分析，對多元的科學概念進行考察和比較[6]。詹姆斯·伍德沃（James Woodward）將科學解釋的概念進行了兩個關鍵的比較，一是區分了科學特有的解釋和非科學特有的解釋（如日常生活相關的解釋），二是比較了科學內部的“解釋”和“非解釋”（如描述、推理等）[7]。在此基礎上，科學哲學家們歸納了多種模型，來解釋和預測自然現象，例如定律覆蓋模型、因果解釋模型、統一模型、實用主義模型等[8-9]。

科學教育領域在科學哲學的基礎上，結合教學目標，探究了適合學生認知水平、符合教學情境的科學解釋模式[10]。例如主張—證據—推理的教學方法（Claim-Evidence-Reason，CER）[11-14]、前提—推理—結果的教學策略（Premise-Reasoning-Outcome，PRO）[15]。此外，還提出了以提升學生認知為導向的科學解釋評價標準。例如將實證效度、解釋能力、普遍性作為評估解釋質量的三項指標[16]；在因果解釋模型和統一模型范疇內，將相關性、概念框架、因果關系和適當的表現水平四項作為好的科學解釋的特征[17]。

在博物館語境中，科學解釋的研究具有一定的復雜性和分散性，需要引入理論框架進行分類與梳理。所以本文將約翰·福爾克（John Falk）的情景學習模型作為理論框架[18-21]，對博物館科學解釋的研究現狀、現存問題和解決方案進行闡述。情景學習模型是博物館領域最具有代表性的理論框架之一，其將博物館學習視為一種情景驅動下的對話，觀眾在博物館中生成的科學解釋是個人、環境和社會文化三種情景之間相互作用的產物（見圖1），目前博物館從三種情景出發探索了多種方法與路徑，以提高科學解釋的效果。

在個人情景層面，博物館根據觀眾特征的研究，來構建科學解釋的觸發路徑。例如，針對兒童觀眾群體，博物館采用問題引導的方式，促進其生成類比解釋[22]?；蚴窃O計與兒童的先驗知識存在差異的展示內容，使其觸發因果解釋[23]。

在環境情景層面，博物館通過對實物資源與展覽敘事的研究，以優化科學解釋的成效?！拔铩笔恰叭祟惣碍h境發展的見證物，是理性知識的源頭和驗證”[24]，也是博物館科學解釋的核心資源。真實的標本有利于觀眾在興趣的驅動下深化對科學概念的理解[25-26]。博物館通過恰當的展覽主題與敘事，能夠引導觀眾關注國際熱點議題與在地化議題[27]，推動觀眾對疾病、藥物等健康知識的科學認識[28]，使科學原理與生活實踐建立了聯系。

在社會文化情景層面，博物館通過開展教育活動、觀察社群對話，研究觀眾科學解釋的過程。一方面，博物館將戲劇、表演、舞蹈、即興創作等教育活動作為科學教育的輔助手段，喚起觀眾對自然科學的興趣與好奇心[29]；另一方面，博物館通過觀察、參與觀眾對話，不斷優化與社會公眾的對話模式，例如在家庭對話中，兒童既會受到父母解釋模式的影響[30]，又會因博物館展示內容與教育方式，而激活不同的解釋模式[31]，所以博物館會采取靈活的對話策略以優化其科學解釋模式。

2博物館科學解釋的現存問題

博物館雖然依托于豐富的實物資源，策劃了多樣化的展覽和教育活動，在科學解釋方面展現出了獨特的優勢，但在個人、環境、社會文化三個層次上，其科學解釋的模式仍有較大的提升空間，具體表現為目標定位模糊性、邏輯欠完整性、落點欠包容性。

2.1 個人：目標定位模糊性

博物館對科學解釋的目標定位存在一定的模糊性。我國教育部、國家文物局發布了《關于利用博物館資源開展中小學教育教學的意見》，該意見強調通過館校合作、師資聯合培養等方式，促進博物館與學校教學、綜合實踐有機結合。但未能精準界定博物館科學教育的特殊性，以及其與正式教育之間的差異與邊界。在國際上，盡管科學解釋的概念在美國、英國、澳大利亞、西班牙等國家的科學課程文獻中被廣泛提及，但是也未對科學解釋進行方法與功能上的目標界定[4]；而在此基礎上建構的非正式教育環境的學習框架（Strands of Science Learning）[5]，對科學解釋的界定則表現出更為明顯的模糊性。所以，科學解釋目標定位的模糊性是國內外普遍存在的問題。這一問題導致了博物館在貫徹落實政策時，大多依照科學理論的固有邏輯來設計展覽與教育活動，在一定程度上忽視了觀眾的解釋需求與困難，導致觀眾對進化論等耳熟能詳的經典理論依然存在認識不足、理解偏差等問題[32]。最終，未能達到博物館所預期的科學解釋效果。

2.2 環境：邏輯欠完整性

在博物館環境情景中，科學解釋往往是具體的、局部的、不完整的。目前大多數博物館無論是通過展品展示，還是教育活動解說，都難以實現邏輯鏈的完整展示，導致觀眾無法理解透徹相關知識，更難以引發深層次的對話和思考。例如在國外某博物館“光分解后不能進一步分解”（Light Decomposed Does Not Decompose Further）的展項設計中[33]，博物館說明牌和講解員的講解僅聚焦于“可見光譜”和“單色光透過第二棱鏡不分解”兩種現象的描述，卻忽視了對科學本質的關注——牛頓對白光特性的研究、“微粒說”與“波動說”的學術爭議、“波粒二象性”的統一，錯過了對科學解釋進行深化的良機。實際上，囿于博物館展品的碎片化屬性、易忽視實物組合的“奇點”特質[24]，以及講解人員專業知識儲備不足等因素，博物館的科學解釋類型、深度大都會受到不同程度的限制，阻礙了科學解釋邏輯鏈的完整性、透徹性表達。

2.3 社會文化：落點欠包容性

“努力改變公眾固有觀念中陳舊的、與現代社會認知不相適應的內容”[34]，誠然是博物館能動性與社會意義所在，但這也易使博物館陷入僅關注科研成果以及科學理論的解釋，而忽視多元性觀點解讀與科學精神升華的困境之中。一方面，在多元性觀點的解讀上，國外自然科學博物館已經進行了較大規模的實踐。例如通過開放式的互動展覽，邀請觀眾參與設計和揭示科學現象[35]，從而傳播正確的科學思想，促進觀眾認識到科學解釋是一個長期、復雜的過程，每個實驗不一定都能夠得到可理解的結果[36]。然而我國尚處于起步階段，較少的自然科學博物館開設實驗性的方法與觀眾進行對話，大多博物館將自身定位為自上而下、單向輸出科學觀點的場所，缺乏鼓勵觀眾表達觀點的意識。另一方面，在科學精神的升華上，我國博物館仍有較大的發展空間。盡管我國在政策層面強調了科普場館在弘揚科學精神和科學家精神方面的使命，但在實踐層面的深度與廣度上仍有欠缺。未能將科學解釋置于科學文化的范疇中，以闡述科學與文化的關系，這一普遍性問題限制了我國博物館對科學解釋的主題升華。

因此，自然科學博物館如何突出非正式教育機構的特性，使科學解釋達到明確目標定位、促進解釋完整性、鼓勵多元對話等目標，有待深入研究。

3博物館科學解釋的發展路徑

為了解決上述問題，本文從個人、環境和社會文化三個層次，分別提出了分析目標觀眾需求、關聯解釋基礎要素和深化教育主題的解決方案，最終形成了自然科學博物館的科學解釋框架（見圖2）。

3.1 個人：分析目標觀眾需求

前述博物館面臨的難點問題之一即目標定位的模糊性，其本質是博物館對目標觀眾群體的科學解釋需求分析不夠充分。基于當前觀眾的多樣性特點，博物館需要調研觀眾基礎認知、預判其推理模式、設計其再認識架構，從而與觀眾建立深度的鏈接。

3.1.1 調研基礎認知

對觀眾的基礎認知進行前置性調研，有助于清晰地把握展覽和教育活動的主題和詳略重點。國際上，對觀眾的前置性研究已成為博物館策劃展覽和教育活動的必要手段。博物館會根據本館的受眾群體、藏品特色和現存問題，設置專門的評估人員和部門，制定具有針對性的策略[37]。以進化論主題為例，一項針對美國六座自然歷史博物館高中生和成年人參觀者的調研頗具有代表性。調研內容選取了化石和巖層、獵豹微進化、個人信仰和地質時間線四個角度，涉及宏觀進化和微進化概念、科學的本質、進化論的依據、進化的機制等關鍵性問題，結果顯示，參與者在參觀展覽或參與教育活動前，能夠理解化石是進化的證據，但對進化的機制、如何用自然選擇來解釋生物變化等問題卻知之甚少[32]，這對深入理解科學理論的本質造成了阻礙。

3.1.2 預判推理模式

在完成對觀眾基礎認知的調研之后，需進一步將觀眾的推理模式進行分類，理清其與科學理論之間的差距，分析觀眾在解釋過程中的多元視角。以進化現象為例，有學者將觀眾的推理模式分為四種，分別是引用一個或多個達爾文進化論核心概念的知情自然推理（Informed Naturalistic Reasoning，INR）、運用直覺思維的新手自然推理（Novice Naturalistic Reasoning，NNR）、引用超自然解釋的神創論推理（Creationist Reasoning，CR），以及混合推理（Mixed Reasoning，MR）。調查結果顯示，大多數的受訪者（72%）綜合使用了知情自然推理和新手自然推理來解釋進化現象[37]。博物館應分析主體受眾的推理模式，將其推理邏輯與疑難梳理透徹，抓住解釋痛點，進而通過組織博物館語言，推動觀眾推理模式的優化升級，促進其向科學化的方向發展。

3.1.3 設計再認識架構

博物館應基于觀眾固有的推理模式，通過運用科學推理的認識論架構，傳遞科學解釋，完善、修正、重構觀眾的解釋模型，以提升觀眾的現有認知。當觀眾的認識與外界理論發生碰撞時，按照對個人認識的信念強度，可以將觀眾的再認識架構劃分為三種類型，分別是絕對主義者（強調事實和專家是認識的基礎）、多元主義者（強調情感和信念重于事實，個人觀點具有合理性）、評價主義者（強調觀點具有可比較性、可評價性）[38]。觀眾對外界理論的沖擊會產生不同程度的反應，并隨之強化或弱化已有認知。值得注意的是，情景過于復雜也會導致再認識弱化。這一再認識架構是博物館科學解釋的后置閉環，有助于啟發博物館將不同解釋內容對應于不同再認識強度的群體，有的放矢地傳遞科學理論。

3.2 環境：關聯解釋基礎要素

3.2.1 使用概念隱喻理論建立基礎要素架構

在環境層面上，博物館要做到吸引觀眾，首先應將科學語言轉化成博物館語言，使觀眾初步理解科學知識。在認知科學領域，為了傳達復雜概念而構建的隱喻和類比，被認為是解釋科學的最有效的方法之一[39]。概念隱喻理論（Conceptual Metaphor Theory，CMT）的基礎架構是“雙域映射”模型（Two-domain Model），“雙域”指源域（Source Domain）和目標域（Target Domain），映射是指把人們熟悉的、具體的源域與較為抽象的目標域，建立對應關系的過程。映射的本質不是語言，而是思維和推理（Thought and Reason）[40]。

概念隱喻理論通過引入新的介質（或稱為腳手架），建立意象圖式，來解釋復雜的科學原理。引入的介質具有通俗性、互動性、與解釋要素緊密相關等特點，能夠促進觀眾從理解簡單事物到認知復雜理論[41]。最終形成完整的解釋鏈，使觀眾對科學解釋過程具有連貫性、直觀性和結構性的理解，降低觀眾認知難度。

例如“進化創造多樣性（Evolution Creates Diversity）”展覽中使用的“彈球游戲（Pinball Game）”[42]，即是運用概念隱喻理論的典型案例（見圖3）。此裝置由彈球、游戲板組成，游戲板的縱向延伸代表時間軸，橫向分支代表人類的進化過程，彈球會在軌道內隨機滑向某一分支終點，或在滑動過程中掉進坑洞里。其中彈球（源域）對應于進化之路上的一個實體人類（目標域），彈球在節點隨機滑向某一分支的過程（源域）對應于進化的隨機原理（目標域），球掉進坑洞（源域）對應于某一實體人類的滅絕（目標域）。彈球從2000萬年以前的時間點開始出發，終點結束于尼安德特人或靈長類動物，對應的是人類從產生至物種滅絕，或最終進化為黑猩猩、人類的過程。此案例將人類進化過程映射為彈球游戲，促進了觀眾對人類起源與進化概念的理解。

此外，博物館運用概念隱喻理論傳遞科學知識，即便使用的是靜態化的解釋面板（例如用蛋糕、巧克力類比地層變遷[43]），也能夠產生很好的效果。換言之，我們對科學解釋方法有效性的判斷標準應為是否降低了復雜性理論的理解難度，而非是否采取了互動的形式。

3.2.2 使用解釋模型完善科學解釋過程

科學知識、科學證據和邏輯關系是構成博物館科學解釋的基本要素，科學解釋模型能夠通過選取準確的科學證據，建立科學證據與科學知識之間的邏輯關系，彌補博物館碎片性信息展示的弱點，將解釋過程表達完整。

選取科學證據是完善解釋過程的基礎性步驟。很多博物館提供給觀眾觀察、觸摸實物標本的機會，這在賦予觀眾直接經驗、激勵觀眾探索上起到了積極的作用。紐約科技館策劃的“進化與健康的聯系”（The Evolution Health Connection）展覽，通過對觀眾興趣的預測，選取了與觀眾生活緊密相關的科學現象——兩足行走、分娩和背痛，非洲和膚色，狩獵采集者和肥胖，放牧和乳糖不耐癥等[44]，充分構建人的身體特征、飲食習慣與進化之間的關系，以便于觀眾理解進化并非遙遠的理論，而是與生活常見的現象息息相關，使觀眾相信他們有認知的基礎。展覽評估結果顯示，較之于沒有參觀過此展覽的觀眾，參觀者能夠更全面地描述健康問題并分析其影響因素。

運用科學解釋模型，建立科學證據和科學知識之間的邏輯關系，是完善解釋過程的核心步驟。實際上，這一過程也是再現科學家推理解釋的過程，能夠促進觀眾理解科學理論的實質。如解釋地質時期景觀演變規律這一科學理論時，在確定了將成形—形變—塑造（Forming-Deforming-Shaping）作為基本架構后，運用了因果解釋模型逐項串聯更多的科學概念[45]。在解釋成形（Forming）過程中，對碎屑物的運輸和沉積、有機殘余物和骨骼礦物堆積等內容進行了串聯；搭起分支架構后，再將單一現象的解釋提煉為一般性解釋，即整個巖石形成序列的過程被視為存在至地質時代結束的循環模式：巖石經過風化和侵蝕過程，形成新的沉積物，隨后再次變成巖石。

3.3 社會文化：深化教育主題

博物館在傳遞科學解釋的同時，也應為觀眾提供發聲的機會，使觀眾在思維的碰撞中深化對科學的理解、不斷提升辯證思維能力。例如，倫敦大學學院格蘭特動物博物館在其設計的平板電腦互動裝置中提出了有關生命科學和自然歷史的諸多“挑釁性”問題，觀眾可以將自己的觀點自由發表到上面[46]?？茖W解釋的邏輯約束性和個人觀點的開放性之間看似存在矛盾，實則不然，博物館作為社會公共文化機構，與觀眾之間的溝通是雙向的，且需要在不斷的碰撞中進一步完善科學解釋框架。

此外，博物館應在多元落點中注重傳遞共性的價值觀，而非僅重視科學解釋的理論知識。只有這樣才能將主題深化到更廣泛、更具現實指導意義的維度上，使觀眾在平等交流中升華認知，建立情感聯系，實現科學解釋的情感維度目標。例如國家海洋博物館在解釋“許氏創孔海百合”化石的過程中，選取了許德佑及助手在野外采集標本時被匪徒殺害身亡、為了紀念他而將化石命名的感人故事[47]，將科學實踐上升到了科學家精神的高度；北疆博物院南樓展示了法國博物學家桑志華在25年考察中取得的碩果[48]，也展示了他難以與母親相聚的遺憾，很多觀眾在參觀后都產生了情感反應和積極宣傳的傾向①。實際上，理性的科學理論不代表自然科學博物館的全部，感性地展示科學工作者的“人”的角色及職業特征也是不可或缺的一部分，而且是與觀眾建立情感紐帶的重要途徑之一。

4結語

作為我國科普機構中的重要組成部分，自然科學博物館應該在向社會公眾傳播科學的過程中突破解釋瓶頸、優化解釋結構、創新解釋模式，不斷促進解釋目標明確化、解釋邏輯完整化、解釋落點包容化。

本文依托情景學習理論框架，從個人、環境、社會文化三個層次提出了科學解釋的整體架構。首先，在個人層次上，博物館應充分研究觀眾群體的需求，前置調研觀眾的基礎認知、科學預判觀眾的推理模式、合理設計觀眾的再認識架構，分析觀眾解釋的邏輯過程，初步規劃科學解釋策略。其次，在環境層次上，博物館應有效關聯解釋的基礎要素，運用概念隱喻理論建立科學解釋架構，通過類比觀眾熟悉的事物，降低其對科學理論的理解難度；使用解釋模型篩選實物標本、關聯現象與理論，構建完整的解釋邏輯。再次，在社會文化層次上，博物館應建立對話思維，搭建雙向溝通機制，同時將科學理論升華為共性價值觀，把弘揚科學精神貫穿于教育全過程。最后，博物館應以時間為縱深，不斷完善科學解釋的效能評估，搭建閉環的解釋模式。最終，使自然科學博物館真正成為向公眾普及科學技術知識、弘揚科學精神、傳播科學思想、倡導科學方法的堅實陣地。

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（編輯" 顏" "燕" " 袁" "博）

收稿日期：2022-11-19

基金項目：2022年天津市研究生科研創新項目“智慧博物館建設的實現模式與技術路徑”（2022BKY051）。

作者簡介：郭美廷，南開大學歷史學院博士研究生，研究方向：博物館學，E-mail：1120220900@mail.nankai.edu.cn。