国际比较视域下的科技博物馆教育活动知识图谱研究①

李 佳 陈 怡 乔翠兰 崔 鸿

近年来，我国科技博物馆发展迅速，逐渐成为各地地标性建筑。科技博物馆是集教育、展览、收藏为一体的公益性科普教育机构，已成为提高公民科学素养的重要非正规科学教育场所。科技博物馆提供了多元的科学学习方式和结果，在学习生态中具有独特性，是连接学校与家庭教育的有效纽带[1]。2007年第21届国际博协(ICOM)代表大会上对博物馆的定义进行了修订，“教育”成为博物馆的首要目的。近10年来，国家致力于公民科学素养的提高，一系列政策文件的颁布都涉及科学教育普及，如《义务教育小学科学课程标准》中提倡引导学生利用广泛存在于学校、家庭、社会、大自然中的资源进行科学学习，科技博物馆逐渐成为公众学习科学的第二课堂。本文通过对国内外科技博物馆教育研究文献的比较，重点分析科技博物馆教育活动设计与实施的相关研究，探索国内外研究的异同，为国内科技博物馆理论与实践研究提供国际启示，增强文化自信，促进有中国特色的科技博物馆理论与实践研究的发展。

一、研究设计

2005年，我国引入科学知识图谱(mapping knowledge domains)，其作为科学计量学的新方法在我国得到了长足发展，它是以知识域(knowledge domain)为对象，体现科学知识的发展进程与结构关系的一种图像，显示了知识单元或知识群之间网络、结构、互动、交叉、演化或衍生等诸多隐含的复杂关系，对于迅速把握研究领域历史发展与前沿动态十分便捷。其中CiteSpace是应用Java语言开发的一款信息可视化软件，它主要基于共引分析理论(co-citation)和寻径网络算法(pathfinder)等，对特定领域文献(集合)进行计量，以探寻出学科领域演化的关键路径及其知识拐点，并通过一系列可视化图谱的绘制来形成对学科演化潜在动力机制的分析和学科发展前沿的探测[2]。本文借助CiteSpace软件(5.3.R11)，对国内外科技博物馆中的教育活动进行研究。

国内科技博物馆教育活动文献研究以《中国知网》(CNKI)为数据源，确定主题“科技博物馆”并含“教育活动”进行精确检索，检索年限设置为1985—2019年，以1985年为检索起点的原因在于1985年茅以升先生发表的《蓬勃发展的世界科技馆事业》开启了我国科技博物馆研究的先河[3]。经进一步筛选，共获得相关期刊文献239篇。

国外科技博物馆教育活动文献研究，以科学引文索引数据库(简称WOS)核心合集为数据源，以“learning in the museum”和“activities ”进行检索，搜索年限与国内保持同步，手动剔除无关文献，共保留165篇。

二、国内外研究发展脉络比较

(一) 时间分布

学术论文的时间分布，能在一定程度上反映该研究领域的发展脉络，有助于了解科技博物馆教育活动研究的渊源与发展脉络，把握最新研究动态。图1是1985—2019年间收录于CNKI中科技博物馆教育活动研究的期刊论文和收录于WOS核心合集中论文的年度分布曲线。可以发现，2006年WOS中首次出现科技博物馆教育活动研究的文章，与国外重视非正规科学教育的时代背景契合。2006—2014年，该领域保持缓慢发展状态；2015年发文量急剧上升。美国2013年颁布的《新一代科学教育标准》使科技博物馆教育获得越来越多的研究关注，科学教育的变革影响着科技博物馆教育的发展[4]，推动着科技博物馆教育活动的研究。2003年国内就有人提及科技博物馆教育，但还停留在感性认知上，2008年CNKI中出现了第一篇科技博物馆教育活动研究的文献，随后6年论文数量缓慢上升，是科技博物馆教育活动研究的起步阶段。从2015年开始，国内科技博物馆教育活动研究的文章数量快速增长，探因溯源，中国自然科学博物馆协会科技馆专业委员会在2014年提出“把提升科技馆的教育活动能力与水平作为今后若干年的重点工作”的计划[注]引自中国自然科学博物馆协会科技馆专业委员会《科技馆专业委员会2014年工作总结及2015年工作计划》(2014年11月7日科技馆专业委员会扩大会议通过)。，并在接下来几年，工作重点一直围绕这一核心展开。除此之外，2015年《科学教育与博物馆》创刊，2016年《自然科学博物馆研究》创刊，科技博物馆领域学术期刊的增加对这一领域研究论文增长也有推动作用，科技博物馆教育活动研究的论文2016年达到了43篇，2017年达到了61篇。论文数量的急剧增长，标志着科技博物馆教育活动研究进入高速发展期。由图1可知，国内外研究成果的时间发展趋势具有相似性，高度重视科学教育的国际背景使科技博物馆教育活动研究生机盎然，但成果数量仍远远落后于学校科学教育研究。

图1 1985—2019年国内外“科技博物馆教育活动”论文年度分布曲线图

(二) 高频被引文献分析

梳理国外高频被引文献发现，国外对科技博物馆中的技术融合、学习行为、资源开发、教育功能等做了较为深入的实证研究。研究者试图通过技术革新传统学习模式，给予学习者更个性化、科学化、趣味化的学习体验。教育技术提高了科技博物馆中学习行为的监测与评估，如利用无线射频识别(RFID)、无线网络、数据库技术和便携式设备的情景感知泛在学习系统(CAULS)对学生在科技博物馆中真实学习行为进行监测[5]，使用多媒体手机的探究性学习服务系统有效评估学生的信息接收、知识建构和学习反思等行为的数量与质量[6]。学习者与展品的对话、学习者与教育工作者的交流、亲子互动、移动设备对学习者参观行为的影响等是科技博物馆中学习行为研究关注的重点。有研究者基于文化历史活动理论、内在动机理论和概念学习研究提出利用博物馆实践框架(FMP)促进博物馆资源开发和教师成长[7]。还有研究通过对参观自然历史博物馆的学生访谈，分析博物馆教育活动在为公众参与科学提供更多机会、建立馆校科学课程知识的联系、促进科学思想的理解、增强师生互动等方面的教育功能[8]。

国内高频被引文献关注科技博物馆的教育功能、教育活动现状、科普教育形式等。有研究者指出科技博物馆应通过主题拓展、科技培训等不同形式的教育活动提高教育质量[9]。基于对已有活动的分析，指出科学教育活动应从场馆延伸到家庭，而且活动质量的监测评估至关重要[10]。为了测量科技博物馆教育活动对公众科学素质的影响，有学者以科技博物馆教育活动的开展为切入点，将科学素质的三个维度——科学思想、科学精神和科学方法的内涵及外延进行层层剖析和细分，基于学习进阶的思想，设定不同年龄段参观者的学习目标，建议科技博物馆依据参观者的认知规律与心理需求开展拓展、辩论、科普剧、科技竞赛等形式多样的教育活动[11]。

基于对高频被引文献的对比分析，可以发现：国内重视宏观分析，偏向应然状态的规划设计，注重科技博物馆教育功能的挖掘、各类教育活动的开展和具体活动的设计；国外重视微观研究，偏向实然状态的质量监测，注重利用高新技术作为系统监测工具研究公众尤其是青少年的学习行为，为场馆工作人员改进活动提供实证依据。

(三) 主题发展脉络

1. 国外科技博物馆教育研究的阶段划分

关键词是论文主题的高度凝练和内容的核心表达，关键词的解读能在一定程度上展现主题发展脉络。运用CiteSpace软件对国外期刊论文进行关键词时间线可视化分析，得到图2，该图谱由42个节点，106条连线组成，网络密度0.1231，Q值为0.3892，聚类结果良好。

分析图2可知，国外以“博物馆(Museum)”为核心主题开展研究，呈现出以下三个发展阶段：

“观众研究、学习效果研究”关注阶段(2006—2012年)——主要围绕博物馆内学习主体行为及其效果展开研究。20世纪后期，学界就博物馆应该“以物为中心”还是“以人为中心”这个问题进行了长达20年的大讨论并达成共识，“教育”成为博物馆的首要目的。那么博物馆如何实现“教育”目的？需要什么样的学习效果？观众参观学习的心理及行为对学习效果会有什么影响？教育活动等的设计如何适应不同观众的心理及行为？这一系列关于观众和学习效果的问题成为科技博物馆研究的新命题。如克劳迪亚等人通过让学生参与博物馆中生物分类和标本绘制研讨会来洞察科学史对学生科学学习效果和态度的影响[12]。而另一项关于骨骼活动的研究表明，活动之前学生绘制骨骼概念图更有益于他们对骨骼的深刻理解[13]。观众研究和学习效果研究是博物馆研究的两个重要分支，它们关系密切、相辅相成，观众行为及心理的研究，很大程度上也是为了获得更好的学习效果，而这一切又回归于实现科技博物馆的“教育”目的。此外，这与国际背景契合：美国1997年《科学教育》杂志开设非正规科学教育专刊，2001年“非正规学习和学校研究中心”成立，2004年非正规学习官方网站运行，均大力推动非正规科学学习研究，非正规学习(Informal Learning)成为这一时期博物馆教育活动研究的高频共现关键词。

图2 科学引文索引“科技博物馆教育活动”关键词时间线图

“观众研究、学习效果研究”深化阶段(2013—2014年)——“教育”成为继“博物馆”后又一重要关键词，与之相关的科学、学校、儿童、博物馆教育等都成为高频共现关键词，观众学习效果的研究对象更具针对性，如亲子学习、同伴学习、师生学习等等。艾琳等人随机选择78名儿童和他们的父母开展准实验研究，证明交谈卡(类似于国内的学习单)的使用提高了亲子交流的频率与质量，促进了儿童知识的记忆与转移[14]。研究的深入还体现在与学校科学教育的互动上，博物馆和学校的合作逐渐常规化，詹姆士认为如果要促进科学教育，厘清学校(正规科学教育)和博物馆(非正规科学教育)互动的复杂性是非常有必要的，而权威、能力、沟通和复杂性问题是影响双方互动与合作的主要因素[15]。总之，该阶段观众和学习效果的研究更加结合教育活动的实践、更加关注具体对象和项目。

“具象化、分众化、多样化”阶段(2015年至今)——研究视角逐渐多元，教育活动研究逐渐分众与细致化。观众行为与学习效果研究的“具象化、分众化”直接体现在具体教育活动项目的设计上，各大科技博物馆开始针对不同受众群体开发符合群体特点，内容、形式各异的教育项目，这是观众研究、学习效果研究到教育项目成果转化的阶段，是原本属于其它领域的观众研究(如影视、艺术表演、体育比赛的观众研究)和学习效果研究(如学校教学的学习效果研究)的“博物馆化”，并逐渐形成具有博物馆特色的理论和方法体系的重要阶段。除此之外，研究内容多样化，馆校结合、STEM教育、技术融合、观众行为评估、场馆专业人员等均在研究热点范围。由图2可知，无论从关键词的数量、聚类、密集程度和联系强度上都可看出2015年至今迎来了科技博物馆教育活动研究的黄金时期。

2. 国内科技博物馆教育研究的阶段划分

对CNKI中论文进行关键词时间线可视化分析，得到图3，该图谱由38个节点，81条连线组成，网络密度0.1222，Q值为0.3931，S值为0.7001，聚类结果良好。

图3 中国知网“科技博物馆教育活动”关键词时间线图

分析图3发现，国内科技博物馆教育活动研究在10年间内容呈现出从“认识启蒙→实践探索→理论结合实践”转变的三个发展阶段：

基本认识启蒙阶段(2008—2012年)——以科技博物馆基本问题研究居多。2005年以前，科技博物馆教育活动十分匮乏，根据2010年全国科技馆发展现状与趋势调查显示，约1/3的科技馆未开展教育活动[16]，科技类博物馆到底要不要开展教育活动是该阶段的研究重点。科技博物馆中科普教育形式创新，需要、动机、态度、选择、功能实现等内部机制和经济发展、政治需要、科技进步、教育发展等外部机制对科技博物馆教育功能的影响等都是当时的研究重点[17]。但业界对于教育活动开展的必要性仍有争议，展览辅导类教育活动尤甚，有学者认为“答疑解惑”才是较为切实可行的展览辅导形式[18]，有设计、有目标的教育活动是否能够达到理想效果还存在疑问。

活动形式实践探索阶段(2013—2015年)——多样化形式的教育活动设计开始受到关注。研究问题从“要不要开展教育活动”转向“科技博物馆需要什么样的教育活动”，从“必要性”上升到“特征性”的层面，呈现出对于活动形式多样化进行实践探索的特点。教育活动被归纳为展览辅导类教育活动(展品辅导、展览讲解、参观学习单等)、科普培训类教育活动(小实验、小制作等)、科学表演类教育活动(趣味科学实验表演、科普剧和其它科学表演)、对话交流类教育活动(科普类讲座、报告会、脱口秀、科学家与公众对话等)、科学游戏类教育活动(角色扮演游戏、竞技游戏等)、科技竞赛类教育活动(青少年科技创新大赛、机器人竞赛、发明竞赛等)、科技考察类教育活动(自然、环境野外考察与科研、工程、生产现场考察等)、综合活动类教育活动(夏/冬令营、“科技馆进校园”“科普日”等)8大类，尤其是实验类科学教育活动，强调科技博物馆与教育部门的合作，科学实验应紧密结合学校课程[16，19]。

理论结合实践阶段(2016年至今)——引进、运用教育学理论进行活动设计，理论与实践结合，是该阶段的研究特点。研究内容趋于多元，虚拟现实等移动技术对科技博物馆学习环境的支持、馆校合作机制及路径、科技博物馆教育活动与中小学《科学课程标准》的对接、科技博物馆中的STEM教育等都成为研究主题。教育活动开发理论性增强，教育学理论博物馆化，建构主义成为活动开发的理论支撑，重视探究教学法的应用，如“5E”教学模式、PBL教学法等与科技博物馆主题式、探究式、体验式的活动相契合，如具有“分解-体验-认知”等特征的展品探究式辅导开发在展品辅导中的应用[20]。 该阶段国内也开始出现关于观众行为和学习效果研究的文章，逐渐与国际接轨。从研究内容来看，我国研究正处于理论联系实践的转型时期；从研究范式来看，我国实践效果的实证研究还有很大发展空间。

对国内外研究中重要关键词的出现年份、词频、中心性(一般认为大于0.05在该领域较为重要)进行统计梳理，得到表1。由于前文检索时本就以“科技博物馆”“教育活动”“museum”等词进行检索，故这几个词势必会出现于高频共线关键词之列，因此不予统计。结合图2、图3分析发现，博物馆、教育、科学是国外该领域研究的核心关键词，与其它关键词联系密切；研究领域涉猎广泛，包括教师教育、非正规科学学习、博物馆活动本身的研究、博物馆与学校的合作；研究内容多元，公众参与、学习环境、文化遗产、文学等都在研究范围之内；与研究内容相关的学校、学生、教师均在高频共现关键词之列，这从侧面反映出国外研究关注馆校合作。各关键词联系密切、错综复杂(见图2)。而在国内，科技博物馆和教育活动是核心关键词。以研究领域来看，主要还是博物馆活动研究，除此之外还有馆校结合；研究内容上，教育功能、活动形式、展品资源、展览设计科学传播等基本问题依然是研究的重点，STEM、实验等活动形式也是关注点之一；从高频共现关键词上也可以看出，馆校结合和STEM教育是国内现阶段比较热门的研究视角。国内各关键词之间联系较少，主要与核心关键词联系。国内外关于教育学理论的关键词都不多，“探究式学习”在国内外均受认可。相比之下，国外研究内容更为丰富，凸显参观者的主体地位，重视学习效果研究和教师教育研究，研究之间呈现网状联接关系；而国内更强调管理者本位，研究发生在科技博物馆中的教育活动，研究之间呈现线性继承关系。

表1 国内外高频共现关键词统计表

三、国内外研究热点比较

(一) 研究之“同”

国内外科技博物馆教育活动研究在2015年后均进入快速发展期，文献数量增长趋势呈现出相似性，研究热点上有诸多相似点。

一是新媒体、新技术在科技博物馆教育活动中的应用。“互联网+”成为时代发展特征，国内外研究者均尝试依托新技术对参观者的表现、活动过程及效果进行监测与评估，以更富创意的活动设计来改善参观者的学习体验。如基于移动学习的虚拟游戏开发，如前文提到的利用无线射频识别(RFID)、无线网络、数据库技术和便携式设备构建情景感知泛在学习系统(CAULS)等[5]。

二是科技博物馆中教育活动的设计与创新。科技博物馆中展(藏)品位置相对固定，不能快速更替，教育活动的开发为其保持长久生命力提供了新思路，是教育功能的二次开发，多角度的活动设计使同一展品衍生出多个学习主题[1]，利于参观者全方位、多层次理解展品所传达出的精神内涵，更是对教育资源的充分利用，使得科技博物馆的教育潜能得到了更深层次的挖掘。国内外都重视教育活动的设计，尤其是教学方法的应用，如将类比的思想融入活动环节，激发儿童的好奇心与洞察力[21]，再如在馆本课程开发中应用“5E学习环”等。

三是STEM教育与科技博物馆教育活动相融合。STEM教育指向学生的探究和实践能力，聚焦多学科的融合。国内外研究者均认同STEM教育对科技博物馆教育的促进作用。有研究者通过对不同家庭的对比研究，发现为儿童提供工程说明书和转移指令更有助于儿童完成工程问题[22]，这说明STEM教育活动实施需要进行专业的设计与引导，才能将参观者已有的知识经验转化成解决问题的能力。国内的STEM教育研究处于起步阶段，研究者指出STEM课程与科技博物馆展示教育之间存在共同特征，实践、探究式学习、直接经验是二者的共同要素，科技博物馆可以为STEM教育提供真实的问题情境，激发学生对STEM的兴趣[23]。但为了实现STEM教育的“神形兼备”，科技博物馆的STEM教育项目还应着眼于“实践”“探究式学习”“跨学科概念”。[24]

(二) 研究之“异”

国内外科技博物馆教育活动研究在研究理念、研究阶段、研究内容、研究方法等方面仍然存在差异。

研究理念上，国外研究凸显参观者的主体地位，重视科学学习研究。追因溯源，或许我们能从杜威的实用主义教育理论中得到答案，杜威提出了儿童中心主义，倡导儿童通过探究活动获取知识和经验[23]，这为科技博物馆中教育活动设计提供了理论基础，进而影响着该领域的研究理念。从“教”到“学”的范式转变，从“上手”到“上心”的特征更迭，国外研究已完成了从“博物馆本位”到“学习者本位”的历史转型[25]。而国内研究立足于发生在科技博物馆中教育活动，正处于从管理者本位向学习者本位转型的关键时期。

研究阶段上，虽然我国文献数量增长与国外研究有着相似的时间变化趋势，但在研究阶段上仍滞后于国外。国外教育活动研究以观众和学习效果研究为主线，逐步深化细化，从而提升博物馆教育效果。国内从“要不要开展教育活动”等基本问题的探讨，到“开展什么样的教育活动”等活动形式的探索，再至理论结合实践、技术融合，开始系统研究科技博物馆中的探究式学习、体验式学习等，学习效果等研究也开始起步，逐渐向国际靠拢并发展迅速。

研究内容上，国外研究偏向基于数据的监测评估，重视对科技博物馆教育活动的过程及其结果开展实证研究，重视观众行为和学习效果研究，教育活动的多学科融合研究相对成熟，不仅包括教育技术在活动中的融入，也强调历史、艺术、文学等人文学科的渗透。此外，国外还关注教师专业发展问题，西方国家的馆校合作相比国内要成熟很多，合作的主要形式之一是实地考察(Field trips)，其中教师参与是影响实地考察效果的主要因素之一[26]。有研究表明场馆教育工作者应该让教师们掌握博物馆资源的教学策略，如提供入学培训计划，开设以内容为中心、以过程为重点的课程等以满足教师的不同期望[27]。怀尔德中心开发了一个培训流程，建构多部门标准化培训共享语言，创建更有意义的游客体验[28]。

国内前期研究偏向于应然状态的规划设计，当前研究正处于从宏观转向微观的历史转型期，研究内容趋于多元发展，重视基于每个科技博物馆自身特点打造品牌化教育活动，近几年尝试以建构主义学习理论为活动设计指导思想，关注参与者的学习行为与情感体验，尝试多学科的融合，注重活动设计与学校科学课程标准衔接，将探究、体验、多感官、情境、5E、PBL等具体的教学法引入基于展览展品的教育活动之中，成为我国科技博物馆教育活动研究的一大特点。学习质量监测与评估是现阶段面临的一大难题，有研究者尝试通过情绪识别技术分析教育活动的效果[29]，将教育技术运用于活动评估中，但是成熟的实践案例研究较少。此外，国内也有关于博物馆工作人员的专业发展研究，但研究内容还仅限于职业定位和专业素质的分析，其专业标准及发展路径等还有待深入探讨。

研究方法上，国外多采用混合式研究，研究者通过问卷、访谈或实验等方法以证明科技博物馆教育活动的效果，如瑞比亚将增强现实技术运用于教育性魔术玩具中，通过观察法、问卷法、访谈法等来揭示儿童在使用该玩具时的行为模式和认知素养[30]。国内科技博物馆教育活动的个案研究居多，采用问卷、访谈、准实验等方法的量化研究较少，现状描述较多，学习效果监测较少。

四、启示：未来研究生长点

通过对国内外已有文献的分析，可以获悉科技博物馆教育活动研究的四个生长点：

一是科技博物馆教育活动与技术融合。技术可以带给参与者更加丰富的体验，有益于以展品为中心获得拓展性信息，但如何在活动过程中巧妙地使用教育技术，在促进学习者个性学习的同时避免“喧宾夺主”是研究者需要思考的问题。合理应对技术融合所带来的挑战，利用移动设备精准、有效地采集、监测学习行为及效果等都是值得进一步研究的问题。

二是教育活动设计创新。教育活动设计是科技博物馆重点研究方向之一，现阶段教育活动设计存在理论界定模糊、实践效果监测不足等壁垒，结构化设计规范与经验框架尚未成熟。梳理已有文献可知，国内科技博物馆教育活动设计主要依托建构主义学习理论，常见的教学法主要包括“5E”学习环、体验式学习、情境学习、PBL等，科技博物馆是一个学习与休闲界定模糊、学习方式自主、学习内容和时间碎片化的复杂学习环境[31]，活动设计研究可以尝试引入技术提升学习理论(technology-enhanced learning，简称TEL)、脚手架设计框架、学以致用模型(learning for use，简称LFU)等[32]。利用丰富的学习理论推动教育活动设计的科学创新，为参与者带来科学有趣的学习体验。此外，活动评估也是未来研究可以突破的方向。

三是观众研究、学习效果研究的再深化。在活动实践层面，研究者多采用案例阐明针对不同类型的受众应该设计不同的活动目标与内容，并且在活动实施过程中为受众带来了什么，因此有必要建构观众分类框架对观众行为、心理等进行深入研究，以及构建系统的学习效果监测框架，融合混合式研究方法开展实证研究。可以参考“一般学习理论”(Generic Learning Outcomes)中五个学习结果维度：知识与理解，技能(智力的、实践的、专业的)，态度与价值观，乐趣、灵感、创造力，活动、行为、进步；以及非正式科学学习成果的六大类别：发展科学兴趣、理解科学知识、从事科学推理、反思科学、参与科学实践和认同科学事业[33，34]。实现从“理论—实践—理论”的螺旋式上升，形成独具科技博物馆特色的理论与方法体系。

四是馆校合作新常态研究。我国教育部颁布的《关于推进中小学生研学旅行的意见》鼓励学生走出校园，在实践中学习，科技博物馆成为研学基地，这为馆校常态化合作奠定了基础。现阶段馆校结合模式、经验的研究还处于探索阶段，并未形成成熟的合作机制与运行程序，合作过程中存在着诸多阻抗，例如政策支持、经济影响、安全考虑等等。未来研究可以从两个方面入手：一是重新定位馆校关系，充分考虑双方利益与需求，将学生科学素养与成绩联系[30]，整合校内外课程资源，形成可推广的经验框架；二是寻求消除阻抗的措施，如国策比较研究以推动政策层面的支持、课程开发的创新以吸引社会各界的资金支持等。

五是展教人员的专业化发展研究。当科技博物馆教育发展到一定程度，展教人员的专业素质成为影响其多元发展的瓶颈之一，对展教人员专业化的研究有助于科技博物馆教育潜能的再挖掘。未来研究可以从展教人员专业素质标准研究、专业发展需求、专业发展现状及影响因素、专业发展策略与路径、学校科学教师与科技博物馆展教人员联合培养等角度挖掘创新点，针对展教人员开发培训课程，厘清展教人员与科学教师的角色互动，为展教人员的专业发展出谋划策，进一步推进科技博物馆事业发展。