Consideration on Exhibition Design of Science and Technology Museum Based on STEM Curriculum Framework

Zhang Zuxing

Abstract:In the process of the transformation of the exhibition design of science and Technology Museum from "material oriented" to "human oriented", the idea of constructing the knowledge system of exhibition with core scientific concepts is changing the present situation of the fragmentation of exhibition knowledge. Such a perfect way can integrate the knowledge structure of a theme exhibition education, but such a design idea still fails to solve the problems of exhibition openness and blind visit The problem of sex, the interaction experience between exhibition and audience and the problem of insufficient relevance. This paper attempts to start from the idea of stem curriculum framework, analyze how to combine the exhibition with stem education, and try to explore a stem exhibition design method, which unifies the project-based learning method of stem education and the situational experience guidance of the exhibition.

Keywords:STEM，Science and Technology Museum ，Exhibition Design

一、STEM教育内涵与在科技馆展览中设计中不足

（一）STEM教育的定位与关联

1．STEM教育由来与定位

在2011年美国发布的《K-12科学教育框架：实践、跨学科概念和核心概念》（后简称《框架》）指出，为实现一个科学和工程教育的意景，经过多年的学校教育，学生积极参加科学与工程实践，并应用跨学科概念来加深他们对这些领域之核心概念的理解^[1]。对STEM教育方式提出一个框架性的愿景，在2013年美国颁布《新一代科学教育标准》中对三个维度“科学与工程实践”“跨学科概念”和“核心概念”的表述，进一步指明了STEM与三个维度的关系,在《新一代科学教育标准》中指出通过在各个学段的科学课堂教学中将工程设计提高到与科学探究同样的水平，以及强调工程设计和技术应用的核心理念，将科学和工程有机地整合到科学教育中^[2]。从此我们看出STEM教育作为新一代科学教育的理念的一种理想的承载方式，将成为一种主流教育方式，直接影响我们现行的科学教育发展方向，也将为科技馆的展览设计带来新的变化。

2．STEM教育与科技馆教育的关联

博物馆（包括科技类博物馆）现有展览设计从“以物为中心”转变为“以人为中心”；目标与功能从“收藏、研究、展陈”转变为“教育、研究、收藏”（后称两个转变）的过程中，科技博馆的教育功能逐步完善与发展，从科技馆的发展历程来看，科技馆教育从非正式教育到非正规教育的转变和发展^[3]，其定位于作为校内正规教育体系的补充与拓展。从2017年我国颁布的《义务教育小学科学课程标准》的要求来，现行小学科学教育仍然以探究学习为主，同时涉及科学与工程实践领域，基于现在小学的条件与标准要求，科技馆可以在新科学教育理念与方向上有所尝试与创新，但是现在科技馆的展览教育与展览设计大都也仅局限于科学探究方向上的运用，真正以STEM方向的展览设计几乎是一个全新的领域和方向。

而从科技馆的展览特点来看，STEM教育与科技馆的展品与展览有着许多不谋而合的技术与实践中的共同点，将是我们能够便捷运用新理念，快速切入新的尝试方向一个很好的接入点和方向。

（二）科技馆在展览教育中所反应出来的问题

1.展览情境设计空泛，缺少代入感，文化背景缺失。

在新建成众多科技馆都存一个设计同质化的通病，大都采用没有具体目标性的科技大情景的设计，用一些所谓的科技元素套用于各种主题，主题的区分主要是颜色与文字的表达，没有针对所展览主题进行特定情境设计。当人们走进科技馆时可能感受到是一个充满科技元素的场馆氛围，但当进入一个主题展区时就没有具体环境或情景的体验，这样同质化的氛围中没有多少代入感，不像在自然博物馆，如设计的热带雨林展区，从仿景到拟声，从3D到四维的角度让你有身临其境的代入感。观众走入其中可以了解其中发生的动物间的故事，但走在科技馆的展品之间你无从获知展品背景或故事，更多是描述得官方的讲解词与产品原理说明。

2.参观的盲目性与展览教育的无序性,互动体验感差。

现在的科技馆参观大都默认为自由式参观，哪怕我们试图设计一条参观线路也大都是游乐园式的“黄金线路”，本质上还是自由式参观。如果说观众参观在一定程度上还是可以在自由与引导中做出妥协的话，那么在对于定位具备科学教育功能的展览来讲，有序性就显得十分重要，首先在核心概念构建的知识体系对知识有序的组合，其次是人认知与学习的有序性，都要求我们如何能把展品结合的知识点有序地排列设计以达到人们在参观科技馆时起到的有序学习的功用。但是，现有设计的展品大都是独立和冰冷的个体，许多所谓的主题展览只是把相关知识点的展品罗列在一个区域，无序也没有互动。

3．展品设计对于科学探究与STEM课程实践的支持甚少。

对于许多展品的设计都仅限于科学知识的表述或现象的表达，没有按照对科学实践的教育活动的方向进行考虑，根本原因还是展品先于或脱离教育活动的设计模式，同样，我们的相关展品之间联系没有达成一体化和关联化，如许多科技馆都有表现伯努利原理的展品，还有一部分场馆同时有飞机的展品，但是，这两类的展品在表达上没有目的性地对应，只有讲解词的自话自说，对展品之间的关联性不够。同时飞机机翼构件与风洞上的吹风部件没有达到统一的关联，在自制部件测试上对展品的实践支持度不够。这种经典的科学原理在工业产品上的技术运用的展品组合，只沦为科学现象探究层面的解释，与STEM教育所需要达到的实践学习的效果相差甚远。

二、如何运用STEM课程思维进行科技馆展览设计

运用STEM课程思维来进行展览设计需要把展览营造在真实情境的各项展品进行知识体系的梳理与教育互动的改造以满足STEM学习者对任务式学习的需求，提供一个便于跨学科与科学实践教育活动开展的环境与条件。在展览设计中不仅需要真实还原技术在生活中的应用，同时也需要契合科学教育实践可行性的真实诉求，把两者有机的统一起来，才能做好STEM式的展览设计。

（一）营造真实的情境以强化展览的体验功能

情境的营造不仅仅是需要还原硬件环境的真实性，也需要赋予情境的软件内涵如故事性，历史性或文化背景。只有情境中软硬件的有效结合，才能让观众真正有情景体验式学习的代入感和深入学习的驱动力。

1.产品的真实性与真实关联性

费兰克•奥本海默在规划旧金山探索馆时要求探索馆制作的展品必须营造出一种“与科学家真实的工作环境一模一样的氛围”来帮助学习者自主地进行发现与探索，从探索馆在展览设计和教育活动的研究的经验得出,科学教育中的探究应该尽可能地接近反映从事真正科学研究的真实^[4]。那么，在基于《新一代科学教育标准》框架的STEM教育所强调科学实践的真实性与可行性的前提下，我们通过STEM教育的思路来进行科技馆的展览设计时，也应该是真实地还原在工业化生产环境中进行科技运用的工作环境和条件，以营造真实情境和使用真实的工具与材料来进行科学实践。展览的参观者可以切身体验生产中的某个环节或使用专业工具进行某项操作以便引起真实职业体验的共鸣或进入角色的扮演。

2.情境真实的代入感与学习的重要性

在5E学习环、情景学习、体验式学习基于科技馆学习的各种科学教育方法中，大都有一个共同点就是情境的营造，如果整个科技馆来营造一个公众学习科学的氛围，那么每个主题展览或展区就需要营造基于符合自身主题的情境来吸引各个层次的观众沉浸入其情境中去学习。

STEM理念下的环境重要的一点就是尽可能真实的还原我们工业技术的新产品所处的环境与状态，如果学习者没有真实的环境体验又如何面对和解决是真实的问题呢？同时失真的环境不利于学习者做出倾向于可行性真实方案。当然在真实性与安全性的之间，我们是需要一个妥协的平衡点，对于一些基于场地限制的情境中也可以通过虚拟现实（VR）或现实增强（AR）技术来进行必要的补充。

3.科学故事的精神指引与跨学科的文化融合

科学故事是营造氛围的重要手段，我们情境不仅是一种硬件的情景，还有软件的情景，这才是完整的情境学习，也是能够把科学教育带入深入学习的重要手段。科学故事不仅可以让复杂难懂的科学内容变得相互关联和易于被理解，而且故事中的情节很好地吸引观众的注意力、加深印象、激发好奇心，调动我们与展品互动的情感，形成某种共鸣的联系^[5]。美国印第安纳州费舍的康纳草原互动历史公园，通过《创造关联：纪念印第安纳的创新精神》展览体验中运用历史和科学思维，把科学、技术、工程和数学（STEM）与人们过去和现在活动联系起来^[6]。我们可以看出作为引导参观者进入学习的科学故事，不仅仅是情景学习软模式，已经上升到精神层面的指引与激励。

（二）通过规划展品间逻辑与空间关系来梳理展览教育的知识体系

1.展品的逻辑顺序是展览设计的魂

在展览设计中展品间逻辑顺序往往不被人重视，主要是因为逻辑顺序是一种隐性关系，所以在许多展览中面对展品间的逻辑关系设计大都是得过且过。

（1）通过展品的逻辑关系构建起关于某个核心概念的知识体系。以核心概念构建展品的知识体系成为未来科技馆展览设计时对知识结构定位的一个框架，在这样的框架体系下这样设计出来的展品或展品组合在展览中既有整体性也可以是独立性的。

（2）展品间形成任务式逻辑才能保证参观学习的连贯性。如何把作为硬件的展品用“软性”连接起来，除了在知识体系的连接外，就是围绕从一个知识点到下一个知识点进行学习所设计的任务学习单，这可以促使部分有意向的参观者进行连贯性地学习，同时也构建了对于基于课程串联起的展品间的逻辑关系。

2.展品的空间顺序是展览设计的脉络

人体的脉络是按照一定的循环顺序运行的，我们也希望科技馆参观者能按照我们的思路去参观前行。当然，这是一种基于针对抱有学习愿望的参观者设计的科学教育的学习顺序，人们在参观时也可以跳过许多内容或环节，但我们需要保证的是，当人们发觉并愿意学习时，他们能找到一条明显空间顺序的路线可以循序参观学习下去。

有明确空间顺序的展览设计案例中像迪斯尼游乐园的《小熊威尼历险记》和上海科技馆的《食物的旅行》这样的展览设计，在很大程度保证了学习顺序性和情景体验感，但这样的完全空间限制式的展览设计也带来了明显的局限性，从而可以在半限制式或引导式的方向来着手改进。展品的空间顺序不一定是一种提前规划的强制手段，可以通过数据统计来分析和判断公众的行为习惯和路线，从而在空间设计上按照参观习惯进行顺势而为，进而调整展品上的空间布局。

（三）优化展品的互动性以实现展览教育性

游戏不仅是单纯地再刺激学习动力与和加强情感联系，更多于在发掘学习中对学习的思考与创造力。许多展品设计中刻意加入的娱乐互动是增加展览的趣味性，而不是在基于科学教育的本质设计互动的环节，这种“知识裹糖衣”或是“知识游戏机”的做法与教育本身背道而驰，我们提供的“做中学”或“玩中学”应该是基于教育活动那目标的，除了在展品的互动功能上体现外，还应该设计有“科学游戏”的方案。

如果说科学故事的讲述是为了让观众在浸入情景体验学习的同时，激发起他们的兴趣，那么科学游戏是打开参与者在科学学习中的创造性。基于展品设计的互动科学游戏一般是引导游戏,恰当的游戏引导对学生情景下学习行为、情绪和认知的投入有非常积极的影响。精心设计的游戏规则能够有效地激活目标学习的内容,重复循环的游戏在一定程度上反映了科学探究的过程,学生可以通过这种以探究为基础的实践来提高学生对科学概念的理解 ^[7]。

参考文献

[1] The National Research Council. A Framework for K-12 Science Education:

Practice, Crosscutting Concepts, and Core Ideas[Z] 2010.7

[2]The Next Generation Science Standards Executive Summary 新一代科学教育标准概要-第2稿https://wenku.baidu.com/view/576802cbb9d528ea81c77976.html

[3][4]朱幼文.教育学\传播学视角下的展览研究与设计[J]博物院2017(2):74

[5]汤姆•欧文.故事，让科学入脑入心《维度》[J]2014（4）:23

[6] 梅兰尼•海斯.在一个以故事为驱动的历史博物馆做科学《维度》[J]2014（4）:43

[7]玛格丽特•赫尼 大卫•E•坎特 赵中建张悦颖 译《设计•制作•游戏培养下一代的STEM创新者》[M]上海科技教育出版社P150-152