崔勝玉 辛尤隆 郭 鑫 黃 踐

靜態(tài)展示類展品是科技館或博物館展覽的重要組成部分，是不可缺少的科普傳播媒介和科普資源，該類展品往往蘊(yùn)含著豐富的歷史知識(shí)、科學(xué)概念、科學(xué)精神和人文情懷等科學(xué)、文化的信息，由于互動(dòng)體驗(yàn)不多，如果缺少主動(dòng)講解，參觀者很容易錯(cuò)過展品背后蘊(yùn)含的豐富信息內(nèi)容。

進(jìn)入物聯(lián)網(wǎng)時(shí)代，以大數(shù)據(jù)、云計(jì)算、移動(dòng)、社交為主的創(chuàng)新技術(shù)正在顛覆傳統(tǒng)的生活和工作模式，而移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)的迅速發(fā)展、智能手機(jī)逐步普及、各種智能設(shè)備的發(fā)明也為科技館或博物館展教形式的改革與創(chuàng)新帶來了更多的可能。目前，包括iBeacon在內(nèi)的移動(dòng)媒體技術(shù)，已在許多學(xué)校和科技館中應(yīng)用，利用其輔助學(xué)校和科技館開展教育，是發(fā)展的大趨勢(shì)，也是學(xué)習(xí)者的需要。不過，當(dāng)前利用移動(dòng)媒體技術(shù)設(shè)計(jì)的學(xué)習(xí)內(nèi)容存在變相說教，向用戶灌輸知識(shí)的現(xiàn)象，缺乏探究性、引導(dǎo)性，內(nèi)容表達(dá)形式大多是圖片或文字，不易于用戶理解，也讓用戶閱讀了解的興趣不高，這顯然不符合當(dāng)代科學(xué)教育倡導(dǎo)探究式學(xué)習(xí)的教育理念，也與科技館基于互動(dòng)展品的探究式學(xué)習(xí)的特點(diǎn)背道而馳，不易體現(xiàn)科技館的教育資源和教育特征優(yōu)勢(shì)。2022年，教育部印發(fā)《義務(wù)教育科學(xué)課程標(biāo)準(zhǔn)(2022年版)》，其中明確指出，倡導(dǎo)以探究和實(shí)踐為主的多樣化學(xué)習(xí)方式，讓學(xué)生主動(dòng)參與、動(dòng)手動(dòng)腦、積極體驗(yàn)，經(jīng)歷科學(xué)探究以及技術(shù)與工程實(shí)踐的過程；引導(dǎo)學(xué)生對(duì)所學(xué)知識(shí)和方法進(jìn)行總結(jié)、反思、應(yīng)用和遷移，促進(jìn)學(xué)生自主學(xué)習(xí)和合作學(xué)習(xí)，探究式學(xué)習(xí)因其重視學(xué)生主體性、能動(dòng)性和獨(dú)立性的提升而備受關(guān)注?？萍拣^展品用戶大多為中小學(xué)生與家長以及愿意深度學(xué)習(xí)展品的參觀者，應(yīng)選取探究式學(xué)習(xí)理論指導(dǎo)內(nèi)容設(shè)計(jì)。因此，利用移動(dòng)媒體技術(shù)，引導(dǎo)參觀者運(yùn)用手持移動(dòng)設(shè)備(如智能手機(jī))實(shí)現(xiàn)對(duì)展品的探究式學(xué)習(xí)，不僅可以充分體現(xiàn)科技館的教育資源和教育特征優(yōu)勢(shì)，同時(shí)對(duì)于激發(fā)學(xué)習(xí)者的好奇心也有積極意義。

一、5E教學(xué)法

5E教學(xué)法又稱5E學(xué)習(xí)環(huán)，是一種以問題為導(dǎo)向的探究式教學(xué)法，近年來我國科技館的實(shí)踐已表明它也適用于科技館的教育活動(dòng)。5E教學(xué)法的特點(diǎn)體現(xiàn)在它的教學(xué)流程(或稱教學(xué)模式)，即導(dǎo)入(Engagement)→探究(Exploration) →解釋(Explanation) →遷移(Elaboration) →評(píng)價(jià)(Evaluation)的五個(gè)教學(xué)環(huán)節(jié)，這一流程及其內(nèi)容與科學(xué)家科學(xué)研究的過程及內(nèi)容很相似，實(shí)際上是通過教學(xué)流程將“科學(xué)家們以科研為目的的科學(xué)探究實(shí)踐”轉(zhuǎn)化為“參觀者以學(xué)習(xí)為目的的科學(xué)探究實(shí)踐”。這體現(xiàn)了美國20世紀(jì)80年代末90年代初《2061計(jì)劃》提出的“像科學(xué)家探究科學(xué)一樣學(xué)習(xí)科學(xué)”、1996年美國《國家科學(xué)教育標(biāo)準(zhǔn)》提出的“科學(xué)探究是科學(xué)與科學(xué)學(xué)習(xí)的核心”、2013年美國《新一代科學(xué)教育標(biāo)準(zhǔn)》提出的“基于科學(xué)與工程實(shí)踐的跨學(xué)科探究式學(xué)習(xí)”等引領(lǐng)國際科學(xué)教育改革潮流的先進(jìn)教育理念。

圖1 5E教學(xué)法示意圖

5E教學(xué)法中“導(dǎo)入”是通過某種方式引出包含將要學(xué)習(xí)內(nèi)容的問題、懸念、認(rèn)知沖突等，以激發(fā)學(xué)習(xí)和探究的興趣，并且這一興趣要直指即將學(xué)習(xí)的內(nèi)容，有時(shí)甚至引出將要采用的探究方法?！疤骄俊笔菂⒂^者自己動(dòng)手體驗(yàn)，利用展品進(jìn)行研究，收集數(shù)據(jù)和證據(jù)，回答之前提出的問題?！敖忉尅笔窃趨⒂^者探究的基礎(chǔ)上，給予一些詞匯、概念和原理的正式解釋。參觀者在和展品的互動(dòng)體驗(yàn)中，體驗(yàn)過程，構(gòu)建新的知識(shí)和科學(xué)的解釋，回答最初提出的問題?！斑w移”是參觀者應(yīng)用新的理解解決新的問題及現(xiàn)象?！霸u(píng)價(jià)”是參觀者用正式或者非正式的方法評(píng)價(jià)新的知識(shí)、理解和能力。

二、iBeacon技術(shù)及微信的配置

iBeacon技術(shù)是一種精確微定位技術(shù)，可自動(dòng)推送相關(guān)信息至智能設(shè)備，支持IOS系統(tǒng)和安卓系統(tǒng)的開發(fā)。iBeacon基站利用低功耗藍(lán)牙技術(shù)，創(chuàng)建一個(gè)信號(hào)區(qū)域，當(dāng)用戶手持設(shè)備靠近一個(gè)iBeacon基站時(shí)，設(shè)備能夠感應(yīng)到iBeacon信號(hào)，相應(yīng)的應(yīng)用程序便會(huì)提示用戶是否需要接入這個(gè)信號(hào)網(wǎng)絡(luò)，自動(dòng)推送相應(yīng)的文字、圖片、視頻等多媒體信息。

圖2 iBeacon技術(shù)示意圖

iBeacon最主要的優(yōu)勢(shì)就是精準(zhǔn)定位，通過周邊多個(gè)iBeacon收發(fā)器，用戶的位置可以被精確定位至幾米的范圍內(nèi)，這一定位技術(shù)被業(yè)內(nèi)統(tǒng)稱為“微定位”(microlocation)。目前適用廣泛的定位技術(shù)有GPS和NFC。相對(duì)于GPS的定位不夠精準(zhǔn)和NFC要求定位距離太近的劣勢(shì)，iBeacon表現(xiàn)出強(qiáng)大的優(yōu)勢(shì)：讓地理定位能夠更加精確——從幾百米的精度提高到了一米甚至半米?？梢宰尯芏嗟膶?shí)際物體都有條件進(jìn)行地理定位，例如一張桌子、一把椅子，都可以有自己的地理坐標(biāo)。

表1 iBeacon與其他移動(dòng)媒體技術(shù)的比較

通過對(duì)比可以看出，多媒體顯示屏成本太高，設(shè)備和開發(fā)成本成為了一大障礙；“二維碼”和微信平臺(tái)只能由用戶主動(dòng)掃碼和搜索。而iBeacon技術(shù)可以直接將相關(guān)信息自動(dòng)推送到用戶的智能手機(jī)或平板電腦上，這樣用戶可以有效利用自己的智能設(shè)備進(jìn)行參觀學(xué)習(xí)，成本低廉。同時(shí)，iBeacon自動(dòng)推送信息可以大大提高用戶的使用率，由于iBeacon的技術(shù)特點(diǎn)是在后臺(tái)實(shí)時(shí)對(duì)用戶進(jìn)行定位和數(shù)據(jù)傳輸，因此用戶甚至只需要從口袋中拿出手機(jī)就能夠看到自己感興趣的內(nèi)容，而這也恰恰是iBeacon相較此前NFC或者二維碼技術(shù)的最大優(yōu)勢(shì)所在。另外，國外曾針對(duì)大量APP做過統(tǒng)計(jì)，發(fā)現(xiàn)每個(gè)APP平均6個(gè)月的用戶留存率只有15%，但做了自動(dòng)推送后，留存率即達(dá)到30%，提高一倍。

經(jīng)前期調(diào)研發(fā)現(xiàn)，2014年“五一”期間，北京某購物中心部署300個(gè)水滴iBeacon基站，將商場(chǎng)重點(diǎn)公共區(qū)域都覆蓋了iBeacon信號(hào)，進(jìn)而推出“春夏新品瘋狂BUY、下載水滴搶免單”的活動(dòng)，利用手機(jī)應(yīng)用、iBeacon基站讓消費(fèi)者可以實(shí)時(shí)互動(dòng)并獲取到位置信息，享受到更好的購物體驗(yàn)。在國內(nèi)一些課堂教學(xué)中，將iBeacon 設(shè)備放置于教室中，學(xué)生打開手機(jī)藍(lán)牙，啟動(dòng)“微信—發(fā)現(xiàn)—搖一搖”，搖動(dòng)手機(jī)，微信將接收到iBeacon 設(shè)備發(fā)射的信號(hào)，微信服務(wù)端根據(jù)接收到的UUID、Major、Minor 等信息為用戶推送綁定的H5互動(dòng)教學(xué)頁面，學(xué)生可點(diǎn)擊登入線上教學(xué)系統(tǒng)，與教師一起完成互動(dòng)內(nèi)容。

本研究基于微信平臺(tái)“周邊”功能，搭建“中科館展品助手”微信小程序，實(shí)現(xiàn)iBeacon基站與“微信搖一搖”綁定，可通過搖一搖推送輔導(dǎo)內(nèi)容。用戶在iBeacon設(shè)備信號(hào)范圍內(nèi)打開微信“搖一搖”參與互動(dòng)，只需點(diǎn)擊搖一搖結(jié)果，在微信內(nèi)嵌的瀏覽器中就可直接跳轉(zhuǎn)到輔導(dǎo)頁面。展品輔導(dǎo)資源界面進(jìn)行了特殊設(shè)計(jì)，界面采用H5網(wǎng)頁的形式呈現(xiàn)，這樣能兼容文字、圖片、音視頻。H5網(wǎng)頁主要包括6部分內(nèi)容，并與5E教學(xué)法做了對(duì)應(yīng)(見圖3)。

圖3 展品輔導(dǎo)資源一級(jí)界面示意圖

三、展品介紹

展品“神舟載人飛船返回艙”位于中國科技館四層“太空探索”展廳，展品由神舟一號(hào)飛船返回艙實(shí)物、操作臺(tái)、圍欄組成。參觀者通過操作臺(tái)上的2個(gè)平板電腦，借助增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)技術(shù)實(shí)現(xiàn)3D透視效果，了解神舟系列載人飛船返回艙內(nèi)部結(jié)構(gòu)及航天員活動(dòng)。另外平板電腦可演示降落和軟著陸過程動(dòng)畫，讓參觀者了解返回艙降落過程(見封三)。

四、展品輔導(dǎo)資源開發(fā)

(一) 激發(fā)興趣，導(dǎo)入問題

本環(huán)節(jié)對(duì)應(yīng)5E教學(xué)法中的第一個(gè)“E”，即導(dǎo)入(Engagement)。導(dǎo)入的目的是為了引發(fā)用戶的興趣。為了解用戶操作誤區(qū)及用戶針對(duì)展品關(guān)心的問題，在展廳對(duì)20組用戶進(jìn)行訪談，收集用戶對(duì)于此展品關(guān)心的問題。經(jīng)梳理匯總，包含以下內(nèi)容：“神舟一號(hào)飛船返回艙造型為什么都是這個(gè)形狀？”“神舟一號(hào)飛船返回艙里面什么樣？”等。為吸引用戶的注意力和激發(fā)學(xué)習(xí)興趣，本案例采用了“挑戰(zhàn)+角色扮演”的教學(xué)設(shè)計(jì)。

挑戰(zhàn)：用戶進(jìn)入微信小程序查看展品照片，可看到“神舟一號(hào)返回艙”外觀，但卻不了解其內(nèi)部結(jié)構(gòu)，會(huì)產(chǎn)生疑問。本文將該環(huán)節(jié)命名為“如何玩轉(zhuǎn)這個(gè)展品，返回艙內(nèi)部都有什么？”，通過問題導(dǎo)向的方式，直觀引導(dǎo)公眾參與探究展品，從給定的三張圖片中選擇 “神舟一號(hào)返回艙” 3D透視效果圖，選好之后，查驗(yàn)答案。通過營造懸念、設(shè)置挑戰(zhàn)，激發(fā)探究興趣。

角色扮演：“你是設(shè)計(jì)師，如何來設(shè)計(jì)飛船返回艙？”在載人航天史上，曾出現(xiàn)過幾種飛船返回艙造型：球型(蘇聯(lián)“東方”號(hào)飛船返回艙)、錐型(美國“水星”號(hào)和“雙子星”號(hào)飛船返回艙)、鐘型(蘇聯(lián)“聯(lián)盟”號(hào)和中國“神舟”號(hào)飛船返回艙)等?！叭绻闶秋w船返回艙設(shè)計(jì)師，你會(huì)如何設(shè)計(jì)呢”？通過“角色引入”形式，從而激發(fā)了用戶對(duì)“神舟一號(hào)返回艙”構(gòu)造的學(xué)習(xí)和探究欲望。

(二) 引導(dǎo)探究，尋找答案

本環(huán)節(jié)對(duì)應(yīng)5E教學(xué)法中的第二個(gè)和第三個(gè)“E”，即探究(Exploration)與解釋(Explanation)。本案例將通過問題或建議的形式給予用戶恰當(dāng)引導(dǎo)，帶領(lǐng)用戶探究神舟一號(hào)飛船返回艙造型及內(nèi)部構(gòu)造的相關(guān)答案(見圖4)。在此過程中，展品輔導(dǎo)界面將對(duì)用戶的設(shè)計(jì)提出明確的要求，例如：節(jié)省空間，便于安裝在運(yùn)載火箭的頂部；減少飛行阻力；方便航天員在火箭發(fā)射后發(fā)生故障時(shí)離開；防止返回地面的降落過程中發(fā)生翻滾等。用戶進(jìn)入微信小程序，可以針對(duì)上述問題及建議進(jìn)行探究。在微信小程序“全景看返回艙”界面中，通過模擬返回艙設(shè)計(jì)和試驗(yàn)的過程，引導(dǎo)用戶進(jìn)行分析思考，從中悟出科學(xué)原理。用戶可以在錐型、鐘型、球型、圓柱型等返回艙外形中進(jìn)行選擇，設(shè)計(jì)成某種造型后，演示其在安裝、發(fā)射、飛行、返回地面的過程中產(chǎn)生的不同結(jié)果；用戶還可以換一種造型，查看又會(huì)產(chǎn)生什么樣的結(jié)果？如果沒有配重，或未將配重設(shè)置在返回艙的底部，又會(huì)產(chǎn)生什么結(jié)果？引導(dǎo)用戶思考：為什么會(huì)產(chǎn)生上述結(jié)果？為什么除了第一代“東方”號(hào)飛船之外，后來美國、蘇聯(lián)、中國的返回艙都要設(shè)計(jì)成底大頭小的“不倒翁”形狀？

圖4 展品輔導(dǎo)資源探究環(huán)節(jié)互動(dòng)界面

最后，通過一段輔導(dǎo)視頻，解讀其中的奧秘。視頻內(nèi)容如下：①引入情景，兩個(gè)外形相同的飛碟，一個(gè)底部增加配重，一個(gè)沒有配重，從高處落下，抓拍飛碟下落的過程，一個(gè)平穩(wěn)下落，另一個(gè)在空中下落過程中不斷翻滾。②問題導(dǎo)入，返回艙采用一頭大一頭小的“鐘”形外形，是為了避免返回艙下落過程中翻滾？③原理解釋，返回艙在進(jìn)入大氣層后，作用在返回艙上的空氣對(duì)返回艙產(chǎn)生壓力，這些壓力可以合成一個(gè)對(duì)返回艙任何一點(diǎn)的力和力矩，但是在返回艙上有這樣一個(gè)點(diǎn)，對(duì)該點(diǎn)求合力時(shí)只有力而沒有力矩，這個(gè)點(diǎn)就叫氣動(dòng)力中心。通過合理設(shè)計(jì)儀器設(shè)備的布局位置以及增加適當(dāng)?shù)呐渲?，可以將返回艙質(zhì)心配置在返回艙氣動(dòng)力中心之前的一定位置，可保證返回艙至少存在一個(gè)穩(wěn)定點(diǎn)，不會(huì)一直翻滾，從而形成一個(gè)穩(wěn)定的再入姿態(tài)。

(三) 拓展探究

“拓展探究”對(duì)應(yīng)5E教學(xué)法中的第四個(gè)“E”，即遷移(Elaboration)。對(duì)展品展示內(nèi)容更加全面的了解，同時(shí)鼓勵(lì)公眾將概念應(yīng)用到新的情境中，獲得更多信息和技能。

在本案例的“全景看返回艙”部分，設(shè)置返回艙仿真模型，用戶可以隨意點(diǎn)選模型上的按鈕，了解返回艙模型相關(guān)文字內(nèi)容，全面認(rèn)識(shí)神舟一號(hào)返回艙?？梢粤私夥祷嘏摲罒釋拥牟馁|(zhì)，降落傘的數(shù)量及面積等相關(guān)內(nèi)容。針對(duì)其他用戶關(guān)心的問題則采用原理圖、模型、動(dòng)圖等形式，并配上盡可能精簡(jiǎn)且突出重點(diǎn)的文字，進(jìn)行解釋。

在“拓展探究”部分，推薦展廳中的關(guān)聯(lián)展品“三軸旋轉(zhuǎn)滾環(huán)”，用戶可以通過親身體驗(yàn)，讓用戶了解如何訓(xùn)練航天員在太空失重環(huán)境中的眩暈控制能力，同時(shí)也能更加深刻地感悟返回艙穩(wěn)定飛行的意義。

(四) 評(píng)價(jià)反饋

評(píng)價(jià)反饋對(duì)應(yīng)5E教學(xué)法中的第五個(gè)“E”，即評(píng)價(jià)(Evaluation)。此項(xiàng)內(nèi)容可促進(jìn)展品之間相互聯(lián)系，同時(shí)也可考察參觀者是否真正理解這個(gè)展品的原理，可以舉一反三。本環(huán)節(jié)設(shè)置“熱點(diǎn)大討論”，引導(dǎo)用戶利用自己在這一活動(dòng)中學(xué)到的新概念和技能來思考問題，主題是“如果讓你擔(dān)任載人登月、登陸火星的設(shè)計(jì)師，你會(huì)如何運(yùn)用本次所收獲的知識(shí)、方法、思路來進(jìn)行設(shè)計(jì)？”引導(dǎo)用戶在微信小程序留言，引導(dǎo)用戶從著陸器造型、返回艙主體結(jié)構(gòu)、氣動(dòng)外形、生命維持系統(tǒng)、再入熱防護(hù)材料、回收、可重復(fù)使用等多個(gè)角度進(jìn)行研討，深入思考載人航天科技發(fā)展。

五、結(jié)語與展望

本文以科技館中靜態(tài)陳列型展品為研究對(duì)象，基于iBeacon技術(shù)及微信平臺(tái)，開發(fā)信息化輔導(dǎo)資源平臺(tái)，根據(jù)5E學(xué)習(xí)教育理論，設(shè)計(jì)探究式學(xué)習(xí)輔導(dǎo)資源內(nèi)容，將原本隱含于靜態(tài)展品之中的科學(xué)技術(shù)內(nèi)容形象化、感知化、趣味化，使用戶通過微信“搖一搖”，實(shí)現(xiàn)探究式學(xué)習(xí)，提高展教過程的互動(dòng)性和用戶的學(xué)習(xí)積極性，實(shí)現(xiàn)深度學(xué)習(xí)展品展示內(nèi)容，這是利用物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)優(yōu)化科技館、博物館展覽教育的一種實(shí)踐。

移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)時(shí)代，人們的學(xué)習(xí)方式逐漸移動(dòng)化、碎片化、定制化，由于信息量的激增、學(xué)習(xí)渠道的多樣化等原因，導(dǎo)致碎片化學(xué)習(xí)的效率低下。因此，展品探究式學(xué)習(xí)輔導(dǎo)資源內(nèi)容須簡(jiǎn)潔，主要目標(biāo)為實(shí)現(xiàn)展品教育目標(biāo)的延伸和擴(kuò)展，不宜面面俱到，否則容易引導(dǎo)公眾思維不集中。要實(shí)現(xiàn)靜態(tài)展示的展品數(shù)字化，利用增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)等新技術(shù)，讓靜態(tài)展品活起來、動(dòng)起來，吸引用戶關(guān)注。要注重對(duì)展品細(xì)節(jié)科學(xué)知識(shí)的展示，可以錄制簡(jiǎn)單的科學(xué)實(shí)驗(yàn)視頻，或者拍攝輔導(dǎo)視頻等方法來詮釋晦澀難懂的科技內(nèi)容、科學(xué)概念、科學(xué)精神和歷史人文等信息。要做好調(diào)查研究，利用微信小程序平臺(tái)的優(yōu)勢(shì)，可以對(duì)使用資源包的用戶發(fā)放調(diào)查問卷，收集用戶對(duì)輔導(dǎo)資源滿意度評(píng)價(jià)信息。經(jīng)分析可看出，用戶對(duì)采用微信“搖一搖”的方式獲得展品輔導(dǎo)資料的意愿度更高，用戶喜歡形式為更多生動(dòng)的視頻輔導(dǎo)方式，此類意見對(duì)于后期展品探究式學(xué)習(xí)輔導(dǎo)資源內(nèi)容開發(fā)提供了很好的借鑒。