提升文博講解科技內涵 完善博物館教育功能

李健 鄧歡

摘 要：通過開展館校合作和研學旅游等，博物館大課堂已成為中小學教育的重要組成部分。然而長期以來博物館的講解工作往往側重于文物背后的歷史故事，忽略了其背后所隱藏的科學技術，限制了博物館教育功能的發揮。文章以三個典型文物展品為例，分別從數學、物理和化學三個學科的角度揭示了文物蘊含的科學技術內涵，提出了文博工作者在講解工作中挖掘文物中科學元素的方法途徑及應注意的問題，探討了提升文博講解中的科技內涵在激發青少年對科學的好奇、興趣和樹立文化自信等方面的重要意義，從而讓博物館在具有歷史教育功能的同時，完善其自然科學教育以及課程思政的功能。

關鍵詞：文博講解；自然科學；館校合作；文化自信

DOI：10.20005/j.cnki.issn.1674-8697.2024.01.012

2020年，教育部和文旅部下發了《關于利用博物館資源開展中小學教育教學的意見》，全國各地中小學開始利用我國豐富的博物館資源開展館校合作的相關工作。這種把課堂搬進博物館的方式，使博物館的教育功能得到了一定程度的發揮。但長期以來博物館講解通常僅圍繞文物背后的故事展開，缺乏對文物所蘊含的科學技術的挖掘與解讀，文博資源僅有助于學生學習歷史知識，限制了博物館教育功能的發揮。中國古代科技水平從3世紀到13世紀總體上領先于西方①，讓參觀者尤其是中小學生了解我國古代科技成就，不僅有助于鞏固其所學自然科學知識、提高學習興趣，還有助于培養其民族自豪感和文化自信，并最終轉化為學習和探索中的自信心、自覺性。對于科教宣傳來說，雖然其主要陣地是各省市的科技館，但科技館較多展出現代科學技術，很少涉及古代科技，更缺少直觀的文物資源。因此，充分挖掘博物館展品中的科學技術內涵具有重要意義，不僅能讓博物館具備歷史教育的功能，還可以發展與完善其自然科學教育和課程思政的功能，從而顯著提升館校合作的效果。在這一過程中，文博講解人員對我國古代科技成就的講解宣傳起著關鍵作用。本文以博物館的文物和展覽為例，結合當前課程思政要求和中學理科教學內容，提出了文博工作者講解文物中蘊含的科學元素的方法途徑及應注意的問題，并探討了提升博物館講解中突出其科技內涵的意義，以便讓講解工作最大限度地發揮其教育和思政功能。

1 文物與展品中的科學技術內涵

1.1 劉徽、祖沖之—數學案例

南京六朝博物館是展示中國六朝時期最全面的遺址博物館，內容涉及青瓷器、書畫、陶俑、石刻、建康城遺址及六朝時期的名人故事。該館的“六朝人杰”展廳展示了這一時期的科學家及其成就，包括劉徽和祖沖之以及他們計算的圓周率。劉徽在公元264年計算得到π≈3.14159；祖沖之則在公元5世紀算出π在3.1415926與3.1415927之間②。他們對于圓周率的探索，超越了世界水平1000多年③。而至于他們是如何計算出如此精確的圓周率的，講解中常常忽略這一內容，從而削弱了館校合作在數學方面的教育功能。在《九章算術》中，劉徽描述為：“割之彌細，所失彌少，割之又割，以至于不可割，則與圓合體，而無所失矣。”④這表明劉徽和祖沖之采用基于極限理論的割圓術計算出圓周率⑤，因此有必要對極限理論和割圓術進行講解。

割圓術的大體思路為：通過圓形的無限內接正多邊形來無限接近直至較準確計算出圓形的周長和面積。具體做法是：做圓的內接正六邊形，此時該六邊形的任意一邊與弧形之間存在一個陰影面積；再做圓的內接正十二邊形，此時該十二邊形任意一邊與弧形之間的陰影面積有所減小；隨著內接正多邊形邊數的不斷增加，正多邊形的周長和面積就無限的逼近圓形的周長和面積（圖1）。割圓術體現了極限思想，這種無限逼近的理念正是高等數學的基礎和起源。劉徽的極限思想比古希臘的同類思想要深刻，古希臘的學者創造了窮竭法，然而他們都沒有極限的概念⑥。在割圓術的基礎上，劉徽又先后提出無窮小分析、面積求和取極限、有限差分極其比等思想，這些算法領先于同時期的歐洲，所以有學者認為：微積分的歷史應該從中國古代開始。⑦

通過以上描述，講解人員可以在介紹此類中國古代科學巨匠時，結合高中理科數學教材的部分內容將展覽內容背后的數學原理展現給青少年，使其在博物館參觀中不但能進一步加強對數學原理的理解，還能培養民族自豪感。

1.2 漢畫像石桔槔汲水—物理案例

“給我一個支點，我就能撬動地球?！边@是古希臘科學家阿基米德給世人留下的豪言壯語。阿基米德雖然沒有撬動地球，但向人們揭示了杠桿原理，即：動力×動力臂=阻力×阻力臂，用代數式表示為F1×L1=F2×L2。在初中物理的教材上，同學們早已熟知這是古代西方科學家的智慧，可隨之而來的問題是：難道在幾千年的歷史長河中，中國人沒有認識到這個原理嗎？在古人留給我們的歷史遺跡中，又能否找到當年阿基米德想要去撬動地球的那根杠桿呢？答案是肯定的。

走進山東地區的博物館，我們會看到各種精美的漢畫像石，有相當數量的內容是以反映社會下層勞動人民從事農業和生產勞動情景為主的，如農耕、收獲、糧食加工等。這些畫像以圖畫的形式再現了漢代農業生產的工作方式、耕作技術、勞動工具、生產力水平等歷史原貌⑧。仔細觀察這些漢畫像石，我們能發現其中的勞動工具顯示出古人已經將杠桿原理成功用于農業生產中。例如，圖2中的桔槔是利用杠桿原理以減輕勞動強度的提水機械，是一種原始的井上汲水工具。它是在一根豎立的架子上加上一根細長的杠桿，當中是支點，末端懸掛一個重物，前段懸掛水桶，一起一落，汲水可以省力?！拌從緸闄C，后重前輕，挈水若抽，數如泆湯，其名為槔?！雹徇@種最原始的農業汲水工具就是杠桿原理在實踐中的運用。隨著技術的不斷進步，人們在桔槔基礎上又設計出了滑輪、輪軸等汲水工具，有效提高了農業生產效率。展現農業生產的漢畫像石是漢代的，但桔槔的起源遠早于漢代。明代羅頎編寫的《物原》記載：“伊尹始作桔槔?！眰髡f伊尹是商湯的賢臣，據此推斷，桔槔可能起源于公元前17世紀⑩。由此看來，杠桿原理在中國古代勞動生產中的實際運用遠早于古希臘阿基米德生活的年代（公元前3世紀）。

1.3 長信宮燈—化學案例

長信宮燈被譽為“中華第一燈”（圖3），是河北博物院的鎮館之寶，也是中國工藝美術品中的重要代表。這件鑄造于西漢時期的銅鎏金青銅器，成器于公元前172年前后（西漢文景時期），距今已經2200多年歷史。k宮燈表面鍍有一層黃金，歷經兩千多年，雖然鍍金表面有些斑駁，但仍不失皇家氣派。在近現代，人們會采用電鍍工藝，但是古代沒有電，古人到底是用什么方法把黃金鍍在青銅宮燈上的呢？原來，我國古代采用鎏金工藝（或稱“鎏鍍”）將黃金鍍在宮燈表面。鎏金工藝過程復雜，其原理是將金箔剪成細絲溶于汞中，成為糨糊狀的金汞齊（金汞合金），將金汞齊均勻地涂到干凈的金屬器物表面，用炭火烘烤加熱使汞揮發，黃金與金屬表面固結，形成光亮的黃金鍍層。l我國出土的最早的鎏金器具是西周時期的銅戈，表明中國是世界上最早使用這一技術的國家。m鎏金工藝所需的汞需要經過提煉獲得。天然存在的汞是很少的，在自然界中主要是以丹砂（硫化汞）的形式存在。晉代葛洪《枹樸子內篇》提到，“丹砂燒之成水銀，積變又還成丹砂”n，表明我國古代采用加熱丹砂的方式獲取汞，即：

長信宮燈除了運用了鎏金工藝之外，它還是世界上最早的環保燈。漢代青銅燈主要以動物油脂或蠟燭作為燃料來照明，但是這種燃料燃燒的時候會產生黑煙。o現代研究表明，燃燒產生的煙氣中含有大量的多環芳烴，即含有兩個及以上苯環的物質（圖4），多環芳烴具有強烈的致癌性，吸入會影響健康。p東漢的這盞宮燈通過結構的巧妙設計，將煙氣全部吸收到了宮燈里面。原來，宮燈中宮女的袖管和底座都是中空的，袖管與底座連通。底座內部盛水，煙氣通過宮女袖管到達底座內部，與冷的金屬內壁接觸后冷卻并凝結，避免了污染空氣。而西方直到15世紀才由達·芬奇完成了金屬導煙解決煙熏問題的類似設計，比長信宮燈晚了1600多年。美國前國務卿基辛格來華訪問時看到長信宮燈后發出贊嘆：“中國早在兩千年前就已經有了環保意識，了不起?！眖西漢和東漢時期具有相似原理的環保燈還有爐彤燈（西漢）、錯銀銅牛燈（東漢）等，可見環保意識在我國兩千多年前就得到了廣泛認同。

2 講解中應注意的若干問題

通過以上三個案例我們不難發現，文物展品中不但蘊含著中國悠久的歷史和文化，其背后隱藏的科學技術同樣展現了中國古人智慧的光芒。在博物館講解中，如果能結合觀眾的實際情況，尤其是在接待青少年學生團隊時，把古代科學技術元素融入博物館的講解中，可以在觀眾觀賞精美文物、學習歷史文化的同時，培養其對自然科學的興趣和文化自信。這對我國博物館的社會服務、文化教育乃至對外文化宣傳方面大有裨益。不過由于古代科學技術介紹的主要對象是青少年學生，所以在實踐中會出現一些具體的問題，需要引起我們的關注。

2.1 注重內容的科學性和選擇對象的代表性

博物館文物展品眾多，在講解中對每一件文物展品都深度剖析其科學性是不現實的，也沒有必要，畢竟絕大多數文物展品向觀眾展現的是歷史價值和其背后的文化元素。所以，在講解中若要體現文物展品的科學價值，則要對講解的文物展品進行適當的甄選，使其在對游客的講解中具有代表性，既能體現其背后的科技含量，又能展示其對應的歷史朝代中古人所達到的科學高峰，如甘肅省博物館東漢銅奔馬（力與重心原理）、河北博物院長信宮燈（鎏金工藝與環保理念）、湖北省博物館編鐘（音樂學與聲學）等。講解人員完全可以在介紹此類具有較高科技含量的文物時，從文物結構、文物功能和文物設計三個方面來提煉其背后的科學知識。r講解人員應當了解文物展品的基礎性專業知識，不能滿足于僅僅將文物展品的表象特征傳達給觀眾，而是要將從文物展品表象所看不到的知識信息挖掘出來，傳遞給廣大觀眾。s

2.2 講解人員的知識拓展

博物館的講解員大多是文科出身，其知識結構一般集中在歷史、考古、中文、師范、新聞傳媒與播音主持等專業，較少有理工科畢業生從事此項工作。這造成對文物背后的歷史故事和傳統文化的講解較多，而對文物背后的科學技術知識的講解不充分，甚至完全忽略。在博物館講解中，尤其是在自然科學相關的解說中，講解人員自身的知識結構、知識積累、對陳列展覽的理解、對專業知識的掌握，都會對講解內容和效果產生直接的影響。t所以一方面，文物講解員需要關注與文物相關的科學技術知識，加強學習；另一方面，博物館也可開展相關培訓，針對具有科學技術內涵的館藏文物編寫講解內容，供講解員使用。

2.3 注意針對青少年學生的講解與互動模式

博物館觀眾的思維方式、文化背景、知識結構和工作經歷都存在較大的差異，故講解員在介紹文物的過程中應根據觀眾的特點把控深度和廣度。面對青少年學生，最好能夠安排接受過師范教育學習培訓，或具有教育工作經歷的講解員進行講解，根據學生的不同年齡段和所學教材內容，做到因材施“講”，并掌握與學生互動的技巧，熟練開展啟發式講解u，避免長時間的單向灌輸。這樣能大幅提高學生參觀時對自然科學的興趣，并將課堂知識與歷史文物結合起來，這對于館校合作至關重要v。另外，還可以在館校合作項目中與學校的任課教師多合作，在充分研究學校教材的基礎上，尋求博物館教育資源與學校教學目標、教學內容的契合w，開發出符合學生認知能力的講解內容和模塊，也可根據需要在深度和難度上略有提高，但不超出最近發展區，以便在學習歷史文化的過程中激發學生對自然科學的興趣與好奇心，切實讓博物館成為青少年的第二課堂x。

3 本研究的目的和意義

3.1 提高青少年對我國古代科技的認知，激發對科技的好奇心

習近平總書記曾在科學家座談會上指出：“好奇心是人的天性，對科學興趣的引導要從娃娃抓起，使他們更多地了解科學知識，掌握科學方法，形成一大批具備科學家潛質的青少年群體。”y如果能夠充分挖掘隱藏在文物中的科學技術內涵，那么就可以讓博物館的講解不再僅僅局限于文史哲，從而在展現我國古代優秀傳統文化的同時，拓寬青少年的視野，激發其對中國古代科學技術的好奇心。好奇心的驅動力論認為，“人本能的想了解我們周圍的世界”，這種原始的“生物內驅力”能激發探索行為z。功能性磁共振成像研究發現，好奇心越強，大腦中負責預期回報、錯誤預測和記憶的區域活躍度就越高，參與者愿意為獲得答案消耗的資源就越多，而且他們以后記住這些信息的可能性就越大。對于博物館觀眾來說，他們的心理準備與即將參觀科技館的觀眾是有區別的，大多數是抱著了解歷史文物的心態走進博物館的大門，所以一旦在觀賞文物的過程中涉及科學原理，會本能地提出一些疑問，比如這些發明的工作原理、器械的功能以及在歷史上曾經發揮的作用等。這些本能的疑問就是“生物內驅力”所激發的探索行為。對于青少年來說，這種探索學習的實踐過程本身能夠顯著促進對課本知識的理解，同時還能驅動他們自覺學習更多知識。

3.2 提升青少年的民族自豪感，樹立文化自信

博物館文物展品所蘊藏的科學知識，可以讓青少年認識到中國人自古就擁有非凡的智慧；同時，從東西方科技史對比中，我們又不難發現，在數學、天文、地理、冶金、工程技術等領域，許多科學原理的發現和科學技術的實踐運用，中國比西方領先數百年甚至上千年。在講解中對比東西方科技發展史，有利于幫助我國青少年樹立文化自信。講文化自信，要有充分的理由和底氣，這個理由和底氣就來自中國古代勞動人民的智慧和對真理的不懈追求。習近平總書記強調：文化自信是更基礎、更廣泛、更深厚的自信，是更基本、更深沉、更持久的力量。在博物館的講解中，如果能結合中外科技史，深入揭示文物具有的科學技術內涵，充分展現中國古人在科學技術方面的智慧，就能夠有效提升我國青少年的民族自豪感，幫助他們從小樹立文化自信，將這種更基本、深沉和持久的力量植根于心中，形成推動中華民族偉大復興的強大動力。

3.3 完善館校合作的教育功能

隨著我國博物館事業的蓬勃發展和基礎教育水平的不斷提高，為了充分發揮博物館對青少年的教育功能，教育部出臺了一系列政策措施，以推動中小學生利用博物館資源開展學習，促進博物館與學校教學、綜合實踐有機結合。面對前所未有的歷史機遇，博物館完全可以在促進中小學素質教育的過程中大展身手。文博場館社教部門可以連同教育部門和學校，結合中小學生認知規律和學校教育教學需要，充分挖掘博物館資源，研究開發歷史類、科技類等系列活動課程，讓博物館資源不僅有助于學生學習歷史知識，還有助于掌握自然科學知識，提高學生學習興趣，在了解文物蘊含的科學技術的同時，培養民族自豪感和文化自信，從而完善博物館在歷史、科技和思政三方面的教育功能。博物館的教育功能不僅可以面向館校合作，還可以面向研學旅游等學習形式以及各類參觀者，從而讓博物館文物資源充分發揮育人作用。

4 結語

作為物質產品和藝術產品的文物，不僅體現了創作者的經驗、思維與知識，也反映了一個時代的科學認識水平。長期以來，由于各種原因和條件的限制，凝聚著古人智慧結晶的科學技術在博物館講解中并沒有被重視，這不能不說是目前存在的一種遺憾。沒有科技就沒有真正的人類文明。在文博場館的講解中，如果能帶領觀眾從科技的視角去鑒賞文物展品，無異于穿越時空隧道與古代賢哲進行知識交流。這種煥然一新的講解方式可以讓觀眾從科技的視角理解歷史，從歷史的視角感受科技，從而使博物館在館校合作進程中利用開辟第二課堂的優勢，有效促進青少年的科學通識教育，樹立文化自信，讓博物館的教育功能從單純的人文歷史范疇拓展到自然科學和思政領域，同時也促使中國博物館在新時期對外交流中充分發揮其價值，為提高我國文化軟實力貢獻力量。

注釋

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