专题｜基于公众认知特征的科技馆展品创新实践与思考——广西科技馆展品创新实践分析

作者：黄星华 李 丹 韦文潮

（ 广西科技馆 ）

促进公众对科学形成全面、准确、正向的认知，能够为科技创新营造良好的社会氛围，也能吸引更多有志者献身科学研究事业。2023年2月，习近平总书记在中共中央政治局第三次集体学习时强调：要加强国家科普能力建设，深入实施全民科学素质提升行动，线上线下多渠道传播科学知识、展示科技成就，树立热爱科学、崇尚科学的社会风尚；要在教育“双减”中做好科学教育加法，激发青少年好奇心、想象力、探求欲，培育具备科学家潜质、愿意献身科学研究事业的青少年群体。作为科技馆提供服务的重要载体，展品是公众参观科技馆的聚焦点。展品能够将知识、理念、情感等信息传递给公众，并引导公众对信息进行加工、存储和应用等处理，公众对信息的处理能否达到普及科学知识、弘扬科学精神、传播科学思想、倡导科学方法的目标，是检验科技馆展品质量和水平的重要标准。公众对信息的处理过程是认知形成和深化的过程，展品的展教作用是促进公众形成和深化对科学的认知，从这个意义上说，通过展品的创新设计在公众认知过程上加强干预，可以提升科普信息传递的有效性，对科技馆科普能力有积极推动作用。

认知心理学将人的认知分为注意、知觉、表象、记忆、思维等几个方面。其中“注意”是受外部刺激后心理活动对一定对象的指向和集中，由注意可连带引发感知、思考、记忆、联想等一系列心理活动。“知觉”是客观事物直接作用于感官而在头脑中产生的对事物整体的认识。“表象”是指基于知觉在头脑内形成的感性形象，是由感知过渡到思维的中间环节。“记忆”是过去的经验在头脑中的反映。思维是认知过程的高级阶段，探索与发现事物的内部本质联系和规律性。基于认知心理学的这几个主要概念，可把公众参观科技馆形成的认知分为几个重要过程：即注意过程、感知过程（形成知觉和表象）、记忆过程、思考过程（形成思维）、情感塑造过程。其中，情感塑造是结合新时代科普工作要求提出的。新时代科普工作要实现价值引领，传播科学知识已经不是唯一目的，应促进公众形成对科学的认同、热爱等正向情绪，以及对科学技术与社会、人类和自然之间关系的辩证认知等。

上述各过程虽存在一定的递进关系，但并非完全顺次进行，而是重叠交错进行，也通过重叠交错强化了各过程的相互作用，进一步提升认知速度、质量和水平。科技馆应设法在整个参观阶段维持公众的注意过程，在引导学习的过程中还可反复调用公众的过往经验（记忆），促进联想记忆等参与思考，进一步推动对新知识点的理解和记忆。科技馆展品可以通过各种技术手段和表达方式突出或延伸展品特性，加速、优化、重复或强化各认知过程，推进各过程的顺畅衔接和相互作用，引导公众自主开展学习和探究，在短暂的参观时间内完整无误地接收和处理展品所承载的信息，内化成为自身的知识体系，并将知识和参观体验转化为对科技馆的喜爱，增强重复参观的意愿，最终产生对科学探究的热情等。

对应公众参观科技馆的认知过程，科技馆展品通常会强化三个方面的设计。

一是对应注意与感知过程，通过作用于公众感官的展品外在特性设计，吸引公众兴趣，提升参观时的正向情绪。感官是人们了解事物的第一层信息接收的工具，信息对感官的刺激强度越高，越有可能引起公众的注意，决定着公众进一步参与科学探究的意愿。当一件展品能够引起人们在感官上的愉悦舒适或者是情绪上的兴奋好奇时，在感知层面给人们的第一印象就会是正面的，很容易吸引人们进一步观察和思考。如合肥科技馆展品设计会通过展示与人们意识中存在的预设结果不同的科学现象，以“反常态”“反经验”“反直觉”现象引起公众好奇，有时还融合震撼的表演效果，放大感官刺激，瞬间集中公众注意力，使人们对展品有深刻且美好的印象。如该馆的展品“音乐特斯拉放电”，将大型空间作为展品主体进行设计，以场馆中庭盒体的高大空间作为演示舞台，利用球幕影院的球形金属外壳作为法拉第笼，设置三个放电装置交替或同时放电。电弧奏响中庭盒体的舞台音乐，公众在观看大型法拉第笼放电效果的同时还能欣赏美妙的音乐，具有强烈的视觉冲击力和艺术表现力。

二是对应记忆和思考过程，凸显展品的自主探究功能。与参观展品相关的记忆包括既往经验以及参观过程中优化或重塑的新记忆。人们思考时总会不自觉地运用过往经验和知识，而展品可以在引导人们思考的过程中让既往经验趋于丰富和完整，或摈弃错误的既往经验，形成全新的科学认知。传播学中的“个体差异论”认为，受众在接收信息时会倾向于接受或只记得与自己的观念、经验、个性、需求等因素相一致的信息，即选择性理解和记忆。参观的过程是形成新的过往经验（记忆）的过程，当观众对于展品输出的信息并非被动接收，而是经由观众本人实践得出的结论时，形成的过往经验（记忆）更能被观众认定与自身经历和经验相符合，从而主动理解和记忆。科技馆展品以演绎的形式直观地展现事物内部的运行机构和机制，或通过增加变量的方式丰富探究层次，让观众的观察、记忆和思考同步交错进行，不断地调用新旧记忆交错思考。新事物的刺激和新思路的形成促使观众将注意力始终维持在展品上，参观的过程即是观众不断“选择性记忆”的过程。以美国旧金山探索馆（Exploratorium）展品“人力发电”为例，该展品的传动结构由透明外壳包裹，发电机、电路和灯泡的连线一览无余，观众通过踩踏动作将动能转化为电能，最终点亮电灯。观众在操作过程中可以直观地看到踩踏动作带动发电机转动，形成了“能量传递”的概念。透明外壳在展品制造中几乎不存在难度，但有些展品制造商认为，只要让观众通过踩踏动作让灯亮起来就完成了科普，设计展品时忽略了展示过程的重要性，让展品失去鲜活的表现力，导致“传导”在观众的认知中始终是一个抽象的概念。在生活中，人们对用电很熟悉，但对发电的过程不一定了解，该展品通过简化的发电装置让观众“人力发电”，既对“电从哪儿来”有了具象的了解，也丰富了能量转化的知识点。探索馆内另一展品则通过增加变量吸引人们深入探究，这就是用于演示伯努利原理的展品——“风枪吹小球”。该展品基于体积、材质、构造等可变量，提供了若干不同的球体，同时风枪的风口角度和风力皆可调整。一件小型展品因变量的加入衍生出十几个对比实验，从多个不同角度呈现了伯努利原理。

三是情绪塑造过程，可将引起正向情绪波动的元素巧妙地融进参观体验中。科技馆教育中的情绪塑造主要包含两个层次——第一层次指公众在参观过程中生发的愉悦或兴奋的情绪，这一点上文已有论述；第二层次是公众接受展品输出的价值取向，为展品加入能够体现科技人文内涵的元素，可以提升公众对价值取向的接受度。2021年4月28日，中国空间站天和核心舱1:1结构验证件在中国科技馆展出。展示航天科技相关的知识以及我国载人航天事业的里程碑成就，将人类的探索精神与爱国主义精神融合在一起，对公众来说无疑是一次成功的宣传和引导。该展品展出的第二天，即2021年4月29日，长征五号B遥二运载火箭搭载天和核心舱在文昌航天发射场发射升空。围绕“天和核心舱”展品，中国科技馆于发射活动当天通过同步直播发射现场、科学家现场讲解等形式开展系列主题活动。2023年12月9日，“天宫课堂”第一课在中国科技馆开讲，神舟十三号飞行乘组航天员翟志刚、王亚平、叶光富与地面课堂实时连线开展科学实验，“天和核心舱结构件”成为现场最受瞩目的展品和教具。天和核心舱是中国空间站发射的首个舱段，其发射任务是我国空间站建造任务的开局之战、奠基之战，任务成功为空间站在轨建造奠定了坚实基础。该展品在发射前夕展出，呼应了重大科技事件，体现了科技馆面对科技热点事件的高度敏感和迅速反应，高质量的科普服务也为科技馆塑造了良好的形象。

根据公众认知理论和规律，广西科技馆在展品创新实践中针对公众的“注意与感知过程”“记忆与思考过程”“情绪塑造过程”中的选择倾向，不断强化展示效果、丰富实景体验和探究过程、营造多元体验情境，开发展品多重传播效果，让参观科技馆成为一种既愉悦身心又提升素质的有意义的活动。

（一）增加刺激强度，聚焦观众注意力

对感官和心理刺激强度越大的展示现象越能吸引观众的注意力。基于公众认知的这一特点，广西科技馆通过不断优化和改进展品，提高了展品的观赏性、趣味性和感染力，能够在展览现场迅速打造氛围圈，继而围绕展品设计“问题引导—对比实验—原理解读”的展教流程。此类展品通常以生活中常见的物品为实验对象，观众对这些物品相互作用产生的现象会有预设结果。但通过操作展品，他们会看到违反自身经验的现象，与以往的认知形成强烈反差和冲突，注意力被瞬间吸引。

以展品“乒乓球炮”为例，目前通过互联网可以见到许多利用真空和气压作用发射乒乓球的装置，通常用于娱乐表演或物理现象演示。此类装置结构简单，与当前世界上应用最广的实验室用冲击加载装置——气体炮原理相似。气体炮具有高速发射弹丸的能力，可对固体材料加载强大的冲击压力。广西科技馆改进了“乒乓球炮”展品，提升了其产生的冲击力度和发射精度。该展品在演示时使用乒乓球作为“炮弹”，能够击穿易拉罐甚至乒乓球拍，形成极具视觉冲击力的效果，激发了公众尤其是青少年的强烈兴趣。结合该展品的科学实验秀“乒乓球击破球拍！谁在幕后助力？——神奇的大气压强”，围绕气体压强知识点，循序渐进地演示和讲解了不同气压差下乒乓球击穿球拍的现象，同时展示了大气压在实际生活工作中的应用。该展品和系列实验受到媒体关注，于2021年9月参与了央视10套《实验现场》栏目的大型直播节目《奋进吧！科学少年》和央视2套《是真的吗？》栏目的节目录制。

2021年9月，广西科技馆研发的《乒乓球击破球拍！谁在幕后助力？——神奇的大气压强》实验登上2021全国科普日大型科学实验直播秀节目《奋进吧！科学少年》

另一个“网红”科普演示实验是“空气涡流炮”。该实验通常使用直径20~50cm的水桶形“空气涡流炮”产生气流，用烟雾或轻质帷幕显示空气涡流前进的动态。广西科技馆对该实验的设备和演示形式进行了改进。首先把实验设备的体积增大，制做了一个最大直径约2m，长约3m的大型空气涡流炮并加入烟雾。体积增大后的空气炮在发射时能产生超大烟圈，更加引人注目，为公众呈现出极具视觉冲击力的景象。其次是提高实验演示产生的声音频率，将原先使用的直径20cm的手动空气炮击发装置替换为频率范围在16~25Hz的低频扬声器，炮口可以产生连续涡流。改进后的装置能够将直径约10cm范围内的明火迅速熄灭，为公众呈现了声波灭火的现象。该实验在实际演示中，为丰富探究过程，首先采用圆形炮口展示涡流效果，随后向观众提出问题：如果炮口换成正方形或三角形，产生的气流动态是否会改变？现场观众给出回答后，更换炮口开始第二轮实验。当观众看到炮口形状改变后喷出的气流动态不变，辅导员会引导观众从空气涡流炮的工作原理寻找答案。观众通过参与对比实验，可以在辅导员的引导下带着问题一步步地观察、思考，最终得出结论。

大型空气涡流炮聚焦公众注意力

此外，广西科技馆还研发出类似的、具有强烈视觉冲击力现象的展品 “纹影摄像”“吸尘器的力量”“真空演示装置”“声音发生器”等十余件（套），配套设计“声波碎杯”“肉眼能看到身上热气”“吸尘器能抬起汽车”“不接触气球就能给气球充满气”“借助声音就能转动瓶子”等实验（科学秀），均通过“聚焦注意力”增强教育效果（见表1）。

（二）获取直接经验，调动观众记忆和思维

直接经验指人们经过亲身实践获得的感性认识和理性认识。人们通常会有“眼见为实”的观念，对于亲身实践的事情或亲眼看到的现象更愿意相信其真实性，印象也更为深刻。在科技馆展教工作中，为保证科学传播的准确性和科学性，为观众提供图文或人工讲解等手段必不可少。但为了让观众的参观体验成为一段难忘的经历，让科学信息深植于观众脑海，应让获取直接经验成为参观的核心活动，间接经验作为辅助和引导。科学研究是由现象看本质的过程，是提出假设、设计实验、收集数据、验证的反复循环，也正是这些层层揭开世界神秘面纱的探究活动，让无数科学家对科学永葆旺盛的激情和纯粹的喜悦。科技馆展品应该引导观众参与探究的过程，让观众经历科学家的情感体验，为科学着迷，为解开“谜题”兴奋。受某科技博物馆中的红外线视觉展品“看不见的能量——红外线”启发，广西科技馆将本馆的红外光相关展品设计成一个实验台，分别展示可见光、近红外、远红外三个波段的拍摄画面，让观众看到同一事物在不同波段电磁波下的成像。试验台上安装了两块不同温度、不同形状的恒温装置，观众可以触摸实验台上温度不同的装置，观察手部红外成像。试验台还内嵌透明玻璃板、深色玻璃板、气球、亚克力板、LED灯等多个道具，公众可观察三种光线穿透道具的情况，进行对比实验。值得注意的是，对比探究的设计既要有科学性和一定的挑战性，保证通过正确操作得出确定的结果，但也不能过于繁杂或难以操作，避免削弱观众的兴趣和注意力。

在获取直接经验的过程中，外界信息刺激的重复率同样影响公众的选择记忆和理解。信息的适当重复会让公众认识到信息的重要性，并倾向于以此类信息作为思考的线索，加强记忆。针对这一特性，广西科技馆围绕同一展品设计出一系列展教活动，每个活动都会重复同一个参观线索和核心知识点，并引申出新的知识点。在基于展品“真假皇冠”设计展教活动时，以阿基米德甄别真假皇冠的故事为线索，以浮力和密度的关系作为核心知识点，故事线和知识点交替重复，对观众的记忆点层层打造。首先，通过展品复刻阿基米德的实验，将展品整体设计成一个天平，分别放置金属块和皇冠，通过测量流入天平下方水桶中水的质量来测算皇冠的密度、辨别皇冠的材质。活动进行时，先为观众讲述阿基米德甄别真假皇冠的故事，再由观众操作展品重复试验，最后利用自主研发的教育活动资源包“谁主沉浮”引导公众自主开展三个层层递进的实验，通过观察、测量、控制变量等基本的科学研究方法，进一步探究浮力与物体质量和体积的关系。

（三）弘扬科学精神，引发公众情绪共鸣

科学精神是人们在科学探索和实践中体现出来的态度、理念和方法论等，通过人的行为和思想展现出来。科技馆展品的主要功能是演绎科学原理，一定程度上难以既直观又富有感染力地展现科学精神。广西科技馆通过艺术加工，将科技馆展品运用到舞台剧中，把展品作为串联故事线的重要节点，通过各种舞台特效打造沉浸式的科学和艺术体验空间，科学精神是牵引舞台剧故事走向的暗线。

广西科技馆大型原创励志科普剧《科学少年奇遇记》，利用自主研发的各类展品完成18个物理化学实验，10次大型互动，展演时长80分钟，通常在“科技馆之夜”演出，营造了极具氛围的剧场感（见表2）。剧目讲述了小朋友们在科学博士的指引下，利用科学实验层层闯关，最终击败代表愚昧和迷信的黑巫师的故事。整个故事在“科学战胜黑暗”的主题下展开，故事中的每个重要转折点都会有“勇于探索、坚持不懈”或类似内容的台词鼓励主人公完成挑战，既体现了科学博士对科学的坚守和信念，也通过小朋友的闯关活动展现了在科研道路上不畏艰险、勇攀高峰的勇气和意志。通过舞台剧的形式，科学的力量感和人类的探索精神赋予展品更深层的涵义。该剧在2023年全国科普日系列活动暨全国科技馆联合行动“同上一堂科学课”主题联动科普活动启动仪式上首演。第七届“一带一路”青少年创客营与教师研讨活动期间，该剧英文版面向13个共建“一带一路”国家和地区的200余名师生展演，均获得良好反响。

《科学少年奇遇记》在2023年全国科普日系列活动暨全国科技馆联合行动“同上一堂科学课”主题联动科普活动首演