科技博物馆的物理文化与教育功能

科技博物馆的物理文化与教育功能
宣桂鑫
(华东师范大学物理系上海200062)
2007年1～2月间笔者应特伦托大学物理系系主任Franco Dalfovo教授的邀请赴意大利讲学.期间，参加东道主组织的科技博物馆参观活动，受益匪浅.现就本文主题内容的所见所闻及思考写成拙文，与大家交流.
1概述
意大利对科学的发展贡献相当大，意大利科学家在经典与近代科学史中占有重要的地位.阿基米德发现的浮力原理、伏打在电学方面作出的重大贡献，蒙迪诺首次公开解剖实验并著有第一本解剖学专著，数学家斐波那契、物理学家伽利略，以及荣获1938年诺贝尔物理学奖的"中子之父"费米、1984年因发现W±粒子和Z0粒子而获诺贝尔物理学奖的鲁比亚、因坚持真理而闻名于世的哲学家与思想家布鲁诺等均是意大利人、《天体运行论》的哥白尼、著有《人体构造》的维萨里，这些大科学家都曾在意大利求学并完成过重要科学研究工作.意大利具有灿烂的科学和文化历史，意大利人热爱历史的热情经久不衰，历史和文物古迹的保护早已闻名于世.政府也因此极为重视科学史，视其为文化和社会发展的重要组成部分.意大利的博物馆、科技馆已经成为服务业中的重要力量.意大利的博物馆大致可分为八大类：自然史博物馆、科学博物馆、历史博物馆、人类学博物馆、考古博物馆、艺术博物馆、建筑博物馆以及其他的专业博物馆.意大利科普馆主要是科学博物馆和科技馆的形式.国家研究委员会的各科研院所和罗马大学等也往往设置各自相关专业的展览馆.另外诸如伽利略、伏打和费米等历史上著名的科学家曾工作过的地方也建有相应的博物馆.意大利最有影响的科学史博物馆是佛罗伦萨科学史博物馆，最大的科学技术博物馆是米兰达·芬奇国家科学技术博物馆，最有特色的科技馆是那波利科学城.
2 达·芬奇国家科学技术博物馆
科技博物馆既是体现国家民族科技文化的积淀宝库，也是传承科学文化历史的主要阵地
米兰的达·芬奇国家科学技术博物馆成立于1947年，占地4万平方米，有28个展厅，收藏15 000张图片，是意大利最大的科技馆.展出内容涵盖从文艺复兴时期的科学、技术、工程到今天的信息技术、航空航天等内容，是世界著名科技馆之一.展览馆由三幢大楼组成，即主楼、铁路交通大楼和海空交通大楼.主楼是由16世纪的Olivetano修道院改建而成；铁路交通大楼构建成老式火车站模样，内有几条铁轨，停放着各个时期的列车车头和车厢，展出了意大利于1839年最早投入使用的火车和1901年最早投入使用的电气火车；海空交通大楼，楼内则陈列着舰船和飞机及其配备装置，

展出了意大利最著名的1850年使用过的易北（Ebe）号帆船和最早跨大西洋的Conte Biancamano号蒸汽机船、另外楼外露天区域还摆放着意大利最早服役的海军潜艇506以及几架战争年代的轰炸机、侦察机等.达·芬奇在米兰生活期间的科研活动成果大多收藏在达·芬奇国家科学技术博物馆主楼内.馆内陈列品极为丰富，涉及到科学技术的方方面面， 主要以实物和模型的形式对外展示.这里陈列着达·芬奇除了艺术家之外作为一个科学家在科学技术方面无数的创造，陈列着达·芬奇在众多科技领域内理论探究的文稿以及他发明的大量仪器的原件和复制品.包括实物、模型、草图、设计图等等，这里同时展示了天文、通信、摄影、钟表、乐器、纺织、石油、冶金、造纸、珠宝、声光电等领域的发展历程.
达·芬奇极富创造力，在艺术和科学上都硕果累累.他怀揣速写本和铅笔，随时描摹有特色的风景和肖像，随时记录瞬间的思维灵光.达·芬奇在米兰近郊建有实验室，年复一年顽强地从事科学研究.为了绘画和雕塑，他研究解剖学，进而研究植物学和动物学，从鸟的飞翔、鱼的游泳想到设计飞行机和潜水艇.他研究透视学，进而钻研数学.为了寻找合适的油画颜料和建筑材料，他研究地质学和矿物学.为了建筑设计和城建规划，他研究力学和声学，他是历史上第一个科学地研究摩擦的人.他写道："科学是统帅，实践是战士"，"太阳不动"，"没有数学科学及其附则，就没有任何的准确性"，"力学是数学科学的天堂，因为我们在这里获得数学的成果."可惜他的手稿未能及时发表，后人在整理他的手稿时发现，达·芬奇的思想已远远走在同时代人的前面.后人这样评论达·芬奇"上天往往像降雨一样赐给某人卓越的禀赋，有时甚至以一种神奇奥妙的方式把多方面的才艺汇集在一个人身上.美貌，风度，才能，这个人都应有尽有；不论从事何种工作，别人都是望尘莫及."达·芬奇的成就固然来自天赋，然而更重要的是出于勤奋.达·芬奇画蛋的故事曾经感动过不少的中国青少年.达·芬奇自己也说过："懒散的思想好比生锈的刀片.
"他从根本上把科学和艺术结合起来，而不是把它们割裂开来.现在的科学家可以将其作为参考；科学不能脱离人文和艺术. 达·芬奇又是一位特别具有创新精神的发明家、科学家.他细致入微的观察、孜孜以求的不断探索、惊人的创造力和创新精神，对正在高速发展的中国有着特别重要的现实意义.从科学家、发明家的另一个视角认识以艺术家闻名的达·芬奇，感悟这位大师的智慧和神奇的创造力，将使公众进一步了解科学与艺术完美结合的典范--达·芬奇在

科技领域所取得的成就.文理结合，精神物质统一，古今传承革新，中外交流互动，多元文化碰撞的火花将把地球点缀成宇宙中最闪亮的明星.科学技术博物馆是科学文化的象征、民族文化的积淀.在向大众传播开放中，遵循以人的发展为本，在为大众服务过程中获得认可和发展.在内容上强调学科知识性，在方法上强调受众的接受性和独立思考性，在价值观上更注重科学精神和科学思想的熏陶，以及公众参与科学决策的基础和意识.互动媒体已经成为环境的重要组成部分后，科学传播具有了互动性或体验性和讨论的教学方法的特点，在内容上则有与文化设施建设以及人文精神融为一体的趋势.采用电脑的方式让学习者自主地了解知识，在内容上更注重使用多媒体形式来强化体验.由公众理解科学和科学传播所引伸出来的科学教育的公众性、全民性、互动性和体验性，意味着科学教育已经不能再局限于一个封闭的小教育系统了.科学教育理应渗透到我们工作、学习、研究和生活的方方面面，成为文化和人文精神传播的重要内容，渗透和融合在人的整体素质之中.在展示手段上运用了互动体验的展品展项，并且逐步摆脱了学科中心的规划模式，采用主题方式、STS方式进行内容规划；采用互联网和多媒体势在必行.不仅是网页，科技馆也摆脱了传统图片这一固有模式，采用声光电演示、机电一体化互动参与、仿真体验等，一方面这些手段可以反映综合性科学教育内容，另一方面又让受众享受新的生活方式.现代的科技馆旨在整体性地提高公民的科技素养.
3 特伦托自然科技博物馆
自然科技博物馆在提高公民素养中扮演重要角色并发挥其重要教育功能
特伦托自然科技博物馆占地面积不大，仅1 150平方米，然而人口约11万的小城，2002年接待观众竟达到14万人次，并召开学术研讨会，播放科普电影和电视，对教师进行科研最新进展的介绍，让青少年参观科技展览和亲自动手做科学实验.下面以物理方面的实践探究活动为案例介绍其教育功能.中学趣味物理"做中学"实践探究活动案例(每次2～3小时，3～4人一组)
(1)肥皂膜世界目的：引入表面张力的概念，引导学生发现圆周的等张力性和最小周线.活动：学生根据配方配制自己的肥皂液，探究肥皂膜的物理性质，进行有趣的游戏活动.其中运用不同的框架构建形形色色的肥皂膜；并且在框架穿线，用针穿破，形成洞穴，根据肥皂膜形状的变化，探索表面张力.
(2)光和颜色目的：几何光学内容（直线传播、反射、折射和变折射率）探究，三原色的合成，日常生活中光学现象的再现和模拟(诸如虹霓和海市蜃楼等).活动

：采用诸如激光器、光纤、透镜、棱镜和多层膜滤色镜等身边的器材动手做实验，以探索光的性质.
(3)平衡与稳度目的：熟悉质心、平衡、支点和悬挂点的概念.活动：通过学生活动和师生互动导出平衡和支点的概念.在活动过程中，引导学生领悟质心的慨念.进一步应用这些知识做相关的人体平衡活动，感悟人体活动的稳度条件.
(4)物体的浮沉目的：熟悉密度和阿基米德原理.活动：配置液体，观察如何构建不同密度层的液体，试验液体密度随温度、浓度等参数的变化而改变，以探究阿基米德原理.
(5)音乐与振动和波目的：通过学生参与诸如听、观察、测量和演奏乐器活动，将艺术、音乐、物理和技术的整合以说明声现象.活动：运用形形色色的乐器和现代技术发现乐音和噪声的物理特性，并与振动和波联系起来.
(6)飞行中的物理目的：探究空气的物理特性，以便理解飞行中的一些原理，例如热气球的工作原理；引入飞机飞行的相关的互动实验，诸如风洞模拟，飞机升力演示.活动：让学生参与诸如空气质量的测定，吸纸杯游戏，简易推进器和纸质飞机制作等实践活动.
(7)电子、原子和分子目的：引导学生探索微观世界和观察近代物理的一系列现象.实验探究有助于学生熟悉原子及其结构、分子及分子键、电子及不确定关系等.活动：以各种工具和物体，开展多种徒手实验活动，诸如以大理石球和弹簧模拟原子和键，有趣的卡通动画，放电管，平面辉光板、分光计和电子衍射管来探索微观世界的奥秘.
(8)模型机器人制作目的：从复杂光机电集成化的工程机械或探索其他星球的机器人的功能出发，学习各种构建组装技术，熟悉相关的计算机简单程序的编制.活动：学生构建拼装简易机器人，设计完成简单预定动作程序.
(9)爱因斯坦玩具在2005国际物理年期间，该馆的特创主题是利用交互式展览让参观者与爱因斯坦"交流".通过展览使青少年了解爱因斯坦光辉的一生，以及爱因斯坦时代的物理学.展览内容包括经典物理学、相对论和量子物理学等；并通过简单的展品、物理玩具和参观者参与的实际操作的实验得到了展现，这一展览会持续了10个月，有10万人参观了展览，其中3万是大、中学生，从而使10万人接近了相对论和量子物理.特伦托自然科学博物馆为了实现这个目标依托了特伦托大学理学院的研究成果.
(10)流动乐趣物理实验室这些实验室致力于小学和初中的物理教学.按照业余教学方式组织教学内容，以保持与学生的良好的互动关系，设计内容从光及其三原色、机械能守恒到肥皂泡等.乐趣物理实验室使得教学生动活泼而有趣，教学更有效.摆脱了枯

躁乏味的题海和背诵，让学生在学习中获得乐趣.
(11)仿真飞行--学习物理的一种独特方法飞行物理是中学物理涉足的课题.许多人乘飞机旅行但是不知道怎样用物理学原理来解释有关现象.对此，科技馆一方面设置简单的动手实验，领悟升力的产生，但不导入伯努利方程；再进一步在实验室创设模拟飞行环境，让中学生感受真实环境中的飞行感觉.
科技馆在教育理念方面还体现了多方面的改革，他们把以人为本的教育理念，激发创新教育理念，STS的教育理念引入到科技馆.科技馆的教育理念虽然有了上述变化，但作为科技馆教育的基本理念"边动手、边动脑"和"在体验中发现与探索"仍然在现代科技馆的教育中占有重要地位.科技馆强调教育的主动性，强调学习的自主性，倡导亲自体验，在体验中探索，在探索中发现.体验实际上是一种过程教育，通过体验揭示科学的奥秘，培养科学的兴趣，发现科学的方法，探索科学的精神.这些正是体现了科技馆的教育功能.科技馆在展示内容上有了较大的拓展，除了基础科学知识的展示以外，现代科技的展示也成为科技馆展示的重要方面.公众关心的科技热点问题，科学、技术和社会的关系问题在科技馆的展示中受到了重视.在展示的形式方面，参与性展览得到了加强，并成为现代科技馆的特色.
4借鉴
4.1如何充分利用科技馆的资源
1)与学校紧密合作是科技博物馆发展的重要条件.意大利的科技博物馆与城市的学校紧密联系.学校充分利用科技馆的资源，常组织学生到科技博物馆去活动，学生们利用那里的设备、常年展览和短期展览学习知识，在教师和科技博物馆讲解员的双重辅导下，完成一种融科学性、知识性、趣味性为一体的互动活动.通过动手实践，以激发学生对科学的兴趣，使他们对知识的领悟更加深刻.当然学校也支付给科技博物馆一定数额的费用.另一方面展品的开发与研制则充分依托着城市的大学、科研院所的研究成果转化而来.
2)自主创新是科技馆发展的灵魂.我国的一些科技博物馆总给人一种雷同感；很多展品是引进或模仿别人的东西，自己独立创制的展品相对较少.相比而言，意大利科技博物馆却给人耳目一新的感觉.大部分展品是他们自己创制的；就算是仿制，也融入了其独有的特色.参观者不只是看和听，而且可以亲身体验，可以动手参与.譬如特伦托自然科学博物馆，有的展品一触摸就播放出某种声音，询问参观的儿童是什么声音或是由什么声源发出的等等，使儿童在娱乐中学到丰富的知识.孩子们在老师指导下自己创制科学小品脚本，随后在模拟演播室里实际排练；有的则埋首于科吧进

行仿真实验.参观科技博物馆，其实是一次学习，一种考察，也是一份体验，可以激发探索与创新精神.处于11万人口的小城，占地面积仅为1 150平方米的特伦托自然科学博物馆却能天天吸引众多的孩子来参与实践活动，这与科技馆根据孩子们的年龄特征和需求创造性地开发活动内容分不开.值得欣喜的是科学博物馆在为大众服务过程中，得到社会的认可；特伦托自然科学博物馆的新馆也正在筹划设计中.
４．2课标的实施《普通高中物理课程标准(实验）》第四部分课程资源利用和开发建议中已指出:课程资源包括教科书、教师和学生的教学用书、科技图书、录像带、视听光盘、计算机教学软件、报刊、互联网、图书馆、实验室、专用教室、实践基地，以及校外的博物馆、科技馆、公共图书馆、电视节目、工厂、农村、科研院所等.社会课程资源主要来源于报刊、电视、科技馆、博物馆......为了让所有学生都受到良好的科学教育，除了学校教育的主渠道之外，充分开发社会教育资源，逐步建立校内外课程资源的转化机制，实现课程资源的广泛交流与共享.科技馆、博物馆等场馆集中了许多有趣的大中型科学教育的器材，教师应该充分利用这些科学教育资源.这样的科学教育场所，有目的地组织学生参观学习，这一种感受和体验是课堂教学所不能替代的.特伦托自然科学博物馆这种有效务实的精神，注重保留科学历史，传承科学文化，更好地培养青少年的科学素养，并与地方文化和经济建设发展相结合，所有这些，都给了我们启迪和借鉴.
致谢Trento自然科学博物馆馆长Michele Lanzinger、Roberta Guardini,Trento大学Stefano Oss教授，Silvia Defrancesco教授.