笔者曾多年从事科技馆展览的设计与研究，但就展览研究展览，一直有一些问题百思不得其解。2013年后又从事教育活动的开发和研究，经过多年的实践、思考并受到各地科技馆优秀教育活动的启发，不仅许多长期困惑的展览展品问题变得豁然开朗，而且以前未曾意识到的一些问题也被发现、被破解。在此，与读者共同探讨并分享这些来自教育活动的启示。
2015年以来，我国科技馆的教育活动，特别是基于展览展品的教育活动，在数量和质量上均有明显提高，并对展览展品设计提出了新的要求。有许多科技馆展教人员已发出了某些展览和展品“难以成为开发高水平展教活动的资源”“如果能这样设计（这样改）就好了”的声音。
（一）部分展品难以满足体验式、探究式教育的需求
2015年，第四届全国科技馆辅导员大赛修改了此前与博物馆讲解相似的竞赛规则和评分标准，强调展品辅导要引导观众实现体验式、探究式学习。此后的几届全国科技馆辅导员大赛进一步修改和完善竞赛规则和评分标准，以更好地贯彻上述展览教育理念。加之同期的“全国科普场馆教育项目培育/展评”活动也在引导体验式、探究式学习，有力推动了各地科技馆教育活动的开发，其能力与水平有了逐步而显著的提升。
但是，在这一过程中，许多科技馆面临着一个比较普遍的问题：现有的许多展品难以开发出体验式、探究式教育活动，而且在某些科技馆中这类展品所占比例还很大。从全国科技馆辅导员大赛上可以发现三个有意思的现象：参赛选手几乎都不选择采用多媒体、VR/AR等新技术的展品；几乎没有国内科技馆和展览展品企业自主研发的“创新展品”（包括获得“创新奖”的展品）；几乎都是二三十年前从国外著名科技馆学来的“经典展品”。如果一个科技馆里多媒体展品、VR/AR展品、“创新展品”多，而“经典展品”少，展教人员开发基于展品的体验式、探究式教育活动往往会遭遇“巧妇难为无米之饮”的困境。
上海师范大学鲍贤清教授曾指出：“展品是场馆学习发生的基础，但并不能保证学习能自然地发生”。展览展品是科技馆中最丰富、最重要的科学教育载体，它们就像是学校中的教材和教具，须利用其开发出课程、开展教学才能发挥其教育功能。如果教材、教具不适合开发课程、开展教学，就说明其编写、设计有问题，须加以改进。长期以来，我国科技馆一直以体验式、探究式教育作为自己的特点和优势，然而科技馆最重要的教育资源中竟有很多难以用来开展体验式、探究式教育，这是展品设计中存在的显著问题。
（二）部分“主题展览”难以满足多维教学目标与核心概念的需求
近年来，科技馆教育活动还有一个重要趋势：注重科学方法、科学思想的传播，并且已经涌现出一批教学设计、教学效果在这方面都很优秀的项目。这些项目的特点鲜明：一是采用了多维教学目标，如三维目标“知识与技能、过程与方法、情感态度价值观”或四维目标“科学观念、科学思维、探究实践、态度责任”；二是教学目标大多具有明确而具体，且能体现科学方法、科学思想的核心概念。显然，这是科技馆科学教育的一大进步。
在实践中，各地科技馆也遇到了一个普遍问题：科技馆现有展览并未提供具体而明确的科学方法、科学思想内容和主题，展教人员须另辟蹊径、另寻素材、另外设计核心概念。
所谓主题，是作品中所表现的中心思想，是作品思想内容的核心。中国科技馆王恒指出：科技博物馆的展览都是表现一定的科学内容，因此展览也应该是由一系列相关的科学概念组成，并由概念形成主题。据此笔者所在研究团队认为：展览主题，是展览表达的核心思想；而科普展览的主题，是展览所表达的核心科学思想和科学概念。真正的展览主题应表达具体而明确的科学思想与核心概念；没有明确科学思想与核心概念的主题，并非真正的展览主题。一个展览如果没有真正的主题，当然也就不是真正的“主题展览”。而近年来各地科技馆、博物馆的诸多展览、展厅，又有哪个不自称是“主题展览”“主题展厅”？这又是一个十分突出的现象。
早在20年前，时任中国科协副主席、书记处书记徐善衍在一次会议上指出：多位科学界的朋友对我说，目前的科技馆展厅里只有科学知识，没有科学方法、科学思想。由此可见，这一问题由来已久。当前科学普及、科学教育均强调传播和培育科学方法、科学思想。缺乏科学思想与核心概念的展览，显然不能满足时代要求和各地科技馆科学教育实践的需求。
（三）展览环境设计难以满足“教学/学习情境”的需求
目前大多数科技馆的展厅环境设计比10年、20年前已大有进步，场景化设计越来越普遍，且有许多展览设计文件强调通过环境设计“营造情境”。与此同时，近年来许多科技馆教育活动也十分强调“创设情境”。比如，在进入2021年第七届全国科技馆辅导员大赛资源包决赛阶段的73个教案中，有52个教案提及了“情境”，占比超过70%。但是，如果将展览设计文件和教案中的“情境”加以对比就会发现，教案中的“情境”几乎均未能利用现有展厅中的“情境”。
教学设计中的“情境”，理论基础是“情境学习”（situated learning）和“情境教学”（situational approach）。前者又称“情境认知与学习”（situated cognition and learning）理论，其核心是为学习者营造进行体验式学习、探究式学习的“实践场”，所学的知识或技能“在哪里用，就在哪里学”，在这一过程中实现科学认知；情境教学则是通过讲故事、做游戏、猜谜语、角色扮演、观看影视或戏剧等方法，引发好奇、疑问、惊异等情感，激发学习和探究欲望，以营造有利于受众进入学习进程的心理状态。
在中国知网上以“博物馆情境”“展览情境”为主题进行检索，可检索到数十篇论文。这些论文所表达的观点，可以看作是当前大多数展览设计团队设计“情境”的理论依据。纵观这些论文中的“情境”，几乎都是从感官体验、艺术氛围、观赏效果出发，未能从教育学和认知心理学的角度加以分析并进行设计。
由此可见，目前展览与教育活动的“情境”不是一回事，设计的出发点、目的也不一样，这就导致展览的“情境”难以转化为教育的“情境”。展览是科技馆教育功能的第一载体，展厅环境设计本应为教育服务，展览的“情境”也应可转化为教育的“情境”，为形成“学习—认知”的过程与机制服务，为实现探究式学习、体验式学习创造条件，这就需要运用“情境学习”和“情境教学”理论来指导展览的“情境”设计。显然，目前的展览设计尚未达到这一要求，许多展览设计师也未意识到这一问题。
上述三个方面的问题并非在一朝一夕间产生，是近年来我国科技馆教育活动的迅速发展导致展览展品设计的缺陷突显出来。近年来科技馆在教育活动实践和教育学理论研究两方面的进步，既为上述展品设计、展示内容设计、展览环境设计带来了挑战，也带来了启示。
（一）可以实现科学教育效果的展品设计特征
长期以来，许多科技馆展品设计师把“科学性、知识性、趣味性、体验性”作为展品设计的基本要素和追求，但是为什么游乐园的过山车虽然“科学性、知识性、趣味性、体验性”都有，但游客乘坐体验后却未能实现科学认知？尽管在科技馆展品设计文件中也频频出现体验式学习、探究式学习的概念，却未见到需要什么样的操作、体验方法和过程才能实现体验式学习、探究式学习的分析和设计。在这种情况下，是否真的能将体验式学习、探究式学习理论转化为展品设计？
巴黎发现宫（Palais de la découverte）创始人让·佩兰（Jean Baptiste Perrin）和旧金山探索馆（Exploratorium）创始人弗兰克·奥本海默（Frank Oppenheimer），都有过将用于科学研究的实验仪器转化为教具为中小学生上课、又转化为科技馆展品的共同经历，后来他们把展品原型逐步扩大至生产工具（机械）、自然和生活中的科学现象。奥本海默要求探索馆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……以帮助学习者自主地进行探索与发现”。让·佩兰和奥本海默的共同经历以及奥本海默对探索馆展品的上述要求并非偶然。
2006—2011年间，王恒与笔者研究发现：科技馆互动体验型展品的本质特征不是“科学性、知识性、趣味性、体验性”，而是“模拟再现科技实践的过程，为观众营造从实践中进行探究式学习的情境，从而使观众获得直接经验”。这其中，“科技实践”“探究式学习”“直接经验”是上述特征的“三大要素”，并且是科技馆展品独特的教育学价值所在。但是在展品设计中如何实现“三大要素”，则是在后来受到各地科技馆优秀教育活动的启发才得以逐步认识。
2013年，从“展品辅导不应是灌输式讲解，而应引导观众进行探究式学习并获得直接经验”的认识出发，中国科技馆展览教育中心设立了“科技馆教育活动模式理论与实践研究”课题，其中首先取得突破的是“学习单”子课题组。该课题组2014年开发出展品的“探究式学习单”，一改“考卷式”学习单只是让观众填空回答知识性问题的惯例，根据展品的关键知识点和关键现象，提示观众看到了什么、想到了什么，一步步引导观众操作、体验、观察和思考，从而将操作、体验、观察展品的过程变成了参与“科技实践”和“探究式学习”的过程。在这一过程中观众自己分析、领悟出展品的原理，形成关于科技知识的“直接经验”。在讨论“探究式学习单”时，中国科技馆李光明曾有如下分析：“这些基于展品的探究式学习有一个共同特点：通过展品辅导或学习单的引导，观众操作、体验展品就如同做一项科学实验”。
2015年的第四届全国科技馆辅导员大赛上，中国科技馆孙伟强、张力巍率先在展品辅导竞赛中运用了引导观众像做科学实验一样观察、体验、探究展品的辅导方式。2016年第三届科普场馆科学教育项目展评，合肥科技馆在“离心现象”展品教育项目中通过辅助器材进行体验式、探究式辅导，中国科技馆陈闯将其分析总结为“分解—体验—认知”模式。后来根据各地科技馆的探索实践，又陆续归纳出了“对比—体验—认知”“模拟—体验—认知”“强化—体验—认知”三种模式，并从中认识到：游乐园里的过山车虽具有“科学性、知识性、趣味性、体验性”却不能实现科学教育效果，原因就是它的“体验”不是为了科学认知而设计的；展品和教育活动中的体验能不能实现科学教育的效果，关键是看它的体验过程与方法能不能带来实现科学认知的“直接经验”。由此，基于展品的体验式、探究式辅导，有了开创性的突破，并逐步发展起来。
（二）通过展品设计实现教育效果的途径
在当初讨论“探究式学习单”时，中国科技馆李光明认为：“美国《探索馆展品集》中的绝大多数展品，均可以设计出这种如同科学实验一样的教育活动”，并补充说：“在某些科技馆的上百件展品中，能设计出这种像科学实验一样的教育活动的展品只有很少一部分”。而这些难以开发出像科学实验一样的教育活动的展品，恰恰基本是国内各科技馆和展览公司的“创新展品”。
2017年，合肥科技馆在更新改造基础科学展厅时，根据体验式、探究式教育活动的成功经验和认识，提出了研发互动体验型展品的两个新追求：“凡是不能开发出体验式、探究式教育活动的展品，就不是好展品”；“要把展品的操作体验过程设计成像是做一项科学实验”。这些要求对笔者很有启发：前一项是互动体验展品的设计理念和标准，后一项是互动体验展品的设计思路。在这一理念和思路指导下，可以使展品真正实现体验式、探究式学习，让观众获得“直接经验”。
美国1990年前后推出的《面向全体美国人的科学》《科学素养的基准》等“2061计划”系列文件中提出“要像科学家探究科学一样学习科学”，该系列文件是此后美国科学教育改革的纲领性指导文件。在科技馆中，不论是自然标本、仪器和设备等实物展品，还是以实验装置、机械工具、自然或生活中科学现象为原型而研发的展品，都曾是科学家科学探究的对象或使用的器材，它们所承载的科学信息都是以某种“现象”（形态、成分、反应、运动状态等）存在于展品之中，而不是文字、语言、图表等形式。当初，科学家们正是通过对于这些“现象”的观察体验（包括视觉、听觉、嗅觉、触觉等）和分析，获得了科学认知（即科学发现），并归纳为我们今天在教科书中所看到的原理和知识。在教育学上，这种通过亲身实践获得的知识被称为“直接经验”，而科学家们的研究、考察、实验的过程就是科学探究实践的过程。
让·佩兰和奥本海默之所以将用于科研的实验装置转化为展品，并要求探索馆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”“以帮助学习者自主地进行探索与发现”，就是因为要通过展品模拟再现科技实践的过程，为观众营造在实践中进行探究式学习的情境，引导观众像科学家一样获得“直接经验”，实现科学认知。由此可知：那些可以实现体验式、探究式学习的展品，其实是“将科学家们以科研为目的的科学探究实践，转化为观众以学习为目的的科学探究实践”。
奥本海默对探索馆展品的要求，李光明对于探索馆展品的分析，合肥科技馆的互动体验型展品设计理念与思路，“将科学家们以科研为目的的科学探究实践，转化为观众以学习为目的的科学探究实践”，其实都是“要像科学家探究科学一样学习科学”在展品设计上的具体体现。
借鉴“XX—体验—认知”型教育活动的设计经验并将其运用于展品设计，则形成了以下设计方法：分析确定展品的关键知识点；分析最有利于感知这一知识的关键科学现象；分析和寻找这一关键科学现象最有利于认知的演示、操作、体验方法与过程；将上述现象及演示、操作、体验方法与过程转化为展品设计。
许多展品中的原理当初是科学家通过某种实验或考察方法及过程获得发现的，模拟再现上述实验装置、实验或考察的方法及过程，则形成了以下展品设计方法：找出并突出最有利于感知该原理的关键科学现象，消除、弱化假象或其它干扰因素；分析关键科学现象最有利于认知的演示、操作、体验方法与过程；将上述现象及其演示、操作、体验方法与过程，转化为展品设计。
即使是采用多媒体、VR/AR等新技术的展品，虽然它们难以呈现真实的科学现象，但也应尽可能接近真实地模拟上述科学家科学实验或考察的现象、操作、体验方法与过程，或是为再现上述科学家科学探究过程与方法提供辅助展示，为观众创造“体验—认知”的条件。否则，多媒体、VR/AR等新技术的展品就仅仅是“视频化”“动态化”的灯箱而已。
（一）主题与教育目标、核心概念的关系
笔者在2011年进行中国科协“创新科技馆展览设计思路及发展对策研究”课题研究时有一个未能研究明白、甚至未能意识到的关键问题：展览主题与展览展示教育目标是什么关系？展览主题与核心概念又是什么关系？
那些优秀而规范的教育活动教案，各维度的教学目标基本都有明确而具体的核心概念，并且其中一两个核心概念是该教育项目最主要的教学目标，整个教学内容围绕该教学目标/核心概念而展开。不论该教案是否写明了自己的主题，该核心概念都成为该教育项目事实上的主题。
比如，上海自然博物馆的教育项目“鸟类是如何适应飞行的?”和“飞鸟探秘”系列活动，虽分别着眼于鸟的躯体、翅膀、羽毛、喙、爪、鸟巢等，但均聚焦于生命科学的学科核心概念之一“生物体结构与功能的统一”。山西科技馆的教育项目“‘科学有曰’之激情世界杯”，聚焦于力学的学科核心概念之一“力作用于物体，可以改变物体的形状和运动状态”。辽宁科技馆的教育项目“牛顿‘说’，末日下的奇迹年”，则通过展品“棱镜分光”背后牛顿以实证推翻了前人“七色光由棱镜带来”的假说、展品“惯性定律”背后牛顿通过实验发展了伽利略的惯性理论、展品“万有引力”背后牛顿提出理论后人加以验证的典型案例，深刻地揭示了以实证为核心的科学认识论、方法论、价值观这些原本比较抽象的科学概念。
这些教育活动案例中核心概念与主题的关系，启发我们重新审视《创新科技馆展览设计思路及发展对策研究》课题报告中曾对两个优秀主题展览做过的分析。
荷兰阿姆斯特丹市新大都会科学中心“技术：工具的制造者”展区的前期策划文件中有如下描述：“探讨人类作为工具制造者的本质，以及他们通过使用工具来和身边世界互动及改造身边世界的能力。技术‘使世界尽在掌握之中’——技术扩展了人的自然能力并为实现人类的最终目标和使世界适应人类的需要创造了条件”。从上述描述中，可以清晰地看出该展区所要表达的主题思想：科技改变世界。这一主题可以延伸至历史唯物主义的著名论断：科学技术是第一生产力。
日本国立科学博物馆的“生命进化”展厅有两个主题：一是“生命进化与环境变迁的关系”；二是“一切科学的发现与结论必须来源于对自然的考察和科学实验”。前一主题表达了环境对物种进化的选择性作用，即“物竞天择、适者生存”，这是生命进化思想的科学内核；后一主题则表达了从哥白尼、伽利略到牛顿、达尔文等科学家们所开创、形成和传承的近代科学思想的精髓之一，它甚至成为马克思主义认识论基本原理“实践是检验真理的唯一标准”的基础。显然，该展厅的这两个主题表达了明确的科学思想，内涵深刻，是真正的展览主题。
经过分析可以发现：上述两个展览的主题包含了该展览所要表达的核心科学概念，同时体现了该展览的顶层科学教育目标。至此便可以明确：展览主题应是特定科学概念和科学教育目标的特殊表述形式；展览所要表达的核心科学概念与所要实现的顶层科学教育目标，即是提炼该展览主题的依据。来自教育活动的这一启示，不仅指明了展览主题的具体内涵及其与展示教育目标、核心概念的关系，而且揭示了提炼展览主题的依据和途径。
（二）科学方法、科学思想的有效传递
许多科学原理，特别是科技馆展品所表现的科学原理，有物质形态和运动状态，有肉眼可见的视觉形象。但科学方法、科学思想都是比较抽象的概念，没有肉眼可见的物质形态和运动状态。如果仅是通过文字、语言、图像等形式来传播，很容易变成枯燥而抽象的口号式说教，其教育效果很难理想。在展览中如何以生动、有效的手段和形式来传播科学方法、科学思想？近年来科技馆教育活动的成功经验也给我们以启示。
1. 科学探究实践
展品本身是“物”，它没有大脑、没有思维活动。而科学方法、科学思想是人的思维产物，它是在科学家进行科学探究的过程中运用或体现出来的。既然科技馆的展品和教育活动模拟再现了科学家科学探究的实践，观众在科学探究的过程中，既可以从实践中学习和运用科学方法，也可以在实践中感知和领悟科学精神、科学思想。
辽宁科技馆《牛顿“说”，末日下的奇迹年》教案中“棱镜分光”的展品辅导，观众即可在光学实验中学习和运用科学方法，又可在这一过程领悟以“实证”为核心的科学认识论、方法论、价值观。
上海自然博物馆《千足百喙觅真凶》教案中，鸟食仓库发生失窃案，“假如你是一名侦探，如何根据被窃食物种类、现场留下的喙印和爪印等线索和展厅中各种鸟类形态、结构、功能、习性的展示，来侦破案情”？在破案过程中，观众既要学习和运用有关生物形态、结构与功能、习性关系的科学知识，又要运用推理分析、寻证验证的科学方法，还要经历依据证据进行推理分析作出假设、再寻找新的证据验证或推翻假设、再推理分析、再寻证验证的过程，并领悟“求真”和“理性思辨”“实证”的科学思想。
2. “讲故事”
如前所述，科学方法、科学思想是在科学家进行科学探究的过程中运用或体现出来的；同时，它们又是在科学家处理与物、与人、与社会、与自然的关系的过程中运用或体现出来的。这个过程和关系，有矛盾冲突、有情节，就形成了故事。许多优秀教育活动项目巧妙地运用了“讲故事”的策略，并在故事中生动地表现了科学方法、科学思想的内涵。
合肥科技馆《趣味科学课之“科学有道”》教案，用一条“故事线”串联英国物理学家汤姆逊发现电子、英国物理学家卢瑟福发现原子核、丹麦物理学家玻尔运用量子理论解释原子结构、德国物理学家海森堡创立量子力学矩阵力学方程的科学发现，通过“四位科学家是四代师生，且均是老师对学生有发现提携之恩的特殊师生，又都是学生改进甚至颠覆了老师的理论或假说”的故事，生动地揭示了“吾爱吾师，吾更爱真理”的科学求真精神，并具有了鲜明而深刻的主题。耐人寻味的是，某科技馆的展览中也依次展示了上述四位科学家的科学发现及相关展品，但由于没有讲出“四代师生”的关系及故事，其科学求真精神的内涵也就无从表现。
辽宁科技馆《牛顿“说”，末日下的奇迹年》教案通过“棱镜分光”“惯性定律”“万有引力定律”三件展品背后牛顿的科学探索故事，揭示以“实证”为核心的科学认识论、方法论、价值观。
有时，还可以综合采用“科学探究实践+讲故事”的策略来传播科学方法、科学思想的内涵。前面提到的《千足百喙觅真凶》教案，就既有科学探究的实践，又有破案的故事情节。
（三）引发学习兴趣和探究欲望的叙事方法
展览设计者在设计展览内容结构时，往往采用平铺直叙的方式，直接将知识、过程、结果等内容讲出来。而近年来，许多科技馆的优秀教育案例在教学开始阶段采用了悬念、认知冲突、讲故事等方式，不仅有效地激发了受众的学习和探究欲望，而且引出了推动整个学习、探究进程发展的驱动性问题和挑战，引导受众更加聚焦于关键问题。
大多数学生已从书本或家长、老师口中得知“日光由七色光组成”的常识，但在辽宁科技馆《牛顿“说”，末日下的奇迹年》的“棱镜分光”展品辅导中，辅导员却故意说“是棱镜带来的七色光”，这就形成了强烈的认知冲突。辅导员接着说“这就是中世纪和牛顿同时代许多科学家的观点。假如你是牛顿，如何通过实验推翻前人的假说，来证明日光是由七色光组成的？”从而激发了学生们科学探究的欲望。这是一种运用“认知冲突+角色赋予”的叙事方法营造了“悬念+任务”的学习情境。上海自然博物馆的《千足百喙觅真凶》则是运用“破案故事+角色赋予”的叙事方法营造了“悬念+任务”的学习情境。类似的叙事方法，在山西科技馆的“‘科学有曰’之激情世界杯”和“‘科学有曰’之再现经典——伽利略比萨斜塔实验”、重庆科技馆的“探秘电磁”、黑龙江科技馆的“让运动无所不‘能’——探寻碰撞中的科学”、上海自然博物馆的“天生建筑师”和“候鸟的新衣”等其它优秀教育活动项目中也有应用。
上述叙事方法之所以能够有效引导学习和探究，不仅在于构建了“起承转合”的叙事结构和激发兴趣的叙事技巧，还在于它们运用了“情境学习”和“情境教学”的理论和方法。认知冲突、悬念、故事等方式，采用的是“情境教学”，营造了有利于受众进入学习和探究进程的心理状态；而挑战、任务和角色赋予等方式，则采用的是“情境学习”，营造了“在哪里用就在哪里学”的条件。上述案例均实现了叙事/教学内容、叙事/教学方法、趣味性元素“三位一体”的有机融合。
显然，这种叙事方法比平铺直叙的叙事具有更强烈、更有利于探究和学习的效果。这种叙事方法在展览设计中也可以运用。比如，伦敦设计博物馆（Design Museum）“移居火星”展分为六个部分：“想象火星”“现在的火星”“星际航行”“火星生存”“火星未来”“脚踏实地”，以类似于教育学“问题制学习”“项目制学习”教学法的方式，向观众提出了人类去火星所面临的一系列科学和技术问题，引导观众跟随展览内容进行思考和探究，解答科学问题，寻找应对挑战的方案。在这一过程中，观众不仅要学习和运用科技知识，还要掌握科学方法，秉持科学的态度和价值观。
