李 博
随着我国科技事业日益进步,近年来,关于当代科技成就的展览不断增多。科技馆推出了诸多以科普为目的科技成就展。鉴于科技馆的科普工作性质,以及观众以青少年为主的实际情况,与其他博物馆或展会相比,科技馆的此类展览往往更注重观众互动体验水平及获得的观展体验[1],并且更倾向于科技知识传播。目前,国内专门针对科技成就类科普展的讨论很少,在中国知网以“科技馆”“科技成就”“展览”“展品”等关键词组合搜索,绝大多数文章为新闻报道,鲜有学术讨论或经验总结类论文。
科技馆擅长表现牛顿力学、几何光学、电磁学等基础学科,形成了一批符合“传递直接经验、再现科学过程”理念的“经典展品”。而在表现高新科技成就时,科技馆需要面对一系列不同于以上学科领域的难题。高新科技成就,根据学科领域及功能,可分为侧重技术应用和侧重基础研究两种方向。二者有一定区别,也有联系和共性。
1. 关于技术应用类成就的主要难题
其一,更新迭代快。技术成就不同于经典基础科学理论,后者通常在相当长时期内不会大幅更新或被替代,但技术成就迭代速度很快,层出不穷的技术方法、不断刷新的应用数据,造成此类展品策划不宜耗费过长时间,相比经典展品,更有必要探索展品创意的通用模式。
其二,技术集成度高。科技馆经典展品主要关注单一原理或现象。而技术成就可能来自跨学科和领域的合作,是大量技术方案和细节的综合结果,因此,要完整细致地解释清楚成就背后的全部技术支撑是不现实的。同时,复杂的细节也限制了对成就的直接复制展示,因为复制品往往存在细节简化和失真。此外,在科技馆这类强调交互的场馆中,简单复制很难满足高强度高频率操作下对展品的稳定性要求。
2. 关于基础科学类成就的主要难题
基础科学类,特别是在物理学领域的一些前沿突破,最突出难题在于抽象性,不仅可能涉及过于宏观或微观的尺度,而且可能具有反直觉属性,需借助数学语言才能准确阐释,相关现象难以在现场直接呈现。
3. 两类科技成就的联系与共性
技术应用类和基础科学类成就虽是两个不同方向,但二者并非全无交集,基础科学需要以技术工具(如试验或观测设备)为辅助手段,技术应用则以科学定律或原理为基础。部分成果既体现技术应用属性,也体现基础科学属性,“500米口径球面射电望远镜(FAST)”即属此类。基础科学类成就的抽象性特点也存在于部分技术领域,尤其是在电子信息技术领域(如超级计算机、汉字激光照排等)特别突出。
前沿成就,不管属于技术应用类还是基础科学类,都可能有极强的专业性。而且部分成果尚未达到应用转化条件,不容易与日常生活建立联系,或不适合通过简单操作即呈现效果,这为科技成就向展品转化带来困难。
以上情况,增加了科技成就类展品的设计难度。策展人员如仍按简单直接的思路对成就进行复刻,可能造成一些共性问题。事实上,很多相关展品走向了类似方向,造成大量展品手段单一集中,内容晦涩又试图面面俱到的情况。
1. 技术性成就相关展品的问题
对于技术性成就,策展人往往大量直接使用实物、模型及纪录片视频,或在图文中以专业语言进行长篇大论地阐述。对于具有首创意义且外形特点鲜明的成果,直接呈现的确可以给观众留下深刻印象,但对于如电子设备、专业工具等强调小精尖的成果,普通观众仅从外形看不出和以往所见类似产品的区别。
2. 基础科学突破相关展品的问题
尽管基础科学类成就在综合性科技成就展中占比较少,但在一些展览中,重大、前沿、开创性基础科学突破仍是难以回避的话题。策展人往往费尽心力,希望阐释清楚其中的深奥原理,结果要么止步于该学科领域的早期基础知识介绍,要么仅能提供一些使观众难以产生共鸣的晦涩数据或图表。
以上现状,固然源于科技成就自身特点带来的难题,也与策划者对展品定位不明确,对展示目的及其与观众联系的思考不清晰有关。科技馆强调“直接经验”,但面对复杂抽象或高度集成的前沿成果,应尊重客观规律,不必强求以经典展示方式呈现所有内容。对展品的定位需要注意观众特点,与其他场馆相比,科技馆观众更多带着“动手”“有趣”“零距离”等心理预期,如果只提供围着护栏的沙盘、展柜里的实物或模型、在网络上同样可以获取的视频,显然不能满足观众需求。与其他场馆相比,科技馆更需要注意避免单纯外形复制或信息罗列,应首先明确展示目的及其与观众的联系,在此基础上,捕捉符合观众需要的展示点,适当舍弃于展示目的及观众意义不大的内容,并巧妙配合展示形式和手段。
在科技成就展中,经常存在两个误区:一是在内容上,希望尽可能把所有信息全部传递给观众,使观众难以把握重点;二是在手段上,认为互动越多越好,将互动等同于探究,事实上,应避免“为互动而互动”或互动性偏离知识传达目的等情况[2],对互动的理解不应局限于机械装置或互动屏,旧金山探索馆认为,文字图形同样可以实现互动或参与[3]。美国“非正式环境下的科学学习委员会”概括了非正式科学学习六方面目标,即: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、认同科学事业[4]。对于现阶段大多数科技成就展来说,理解科学知识和认同科学事业的目标尤为突出,此外,激发兴趣可能是容易被忽视的方面。下面从这三方面进行讨论。
1. 理解科学知识
传递知识是展品最常见目的之一。与经典展品相比,成就类展品承载的是多学科和领域的综合体,需避免面面俱到,或者过于纠结深奥原理或细节,将简单问题复杂化,而应考虑是否有助于观众把握成就最核心的技术方法、最重要的科学原理、最显著的应用效果,或者是否有助于弥补观众最可能缺失或混淆的知识空白,进而帮助观众以点带面,整体把握相关知识。
2. 认同科学事业
科技成就背后,往往有特定的需求环境、感人的研发过程、重要的社会影响等。与经典科学内容相比,新成就的时代更近,更容易引起观众共鸣。以提升观众对科技成就的认可为目的,可以使其在情感、态度、价值观方面有所触动。例如发扬求真务实精神、激发对科技工作者的敬意等。
3. 发展科学兴趣
与经典展品相比,成就类展品在激发兴趣方面的作用可能被忽视,事实上,对于此类展品,以激发观众兴趣为目的,有助于引导观众对相关信息持续关注。
皮亚杰早在20世纪60年代就提出,认识决定于认知者和物体之间的交流和相互影响[5]。美国博物馆协会(AAM)的Serrell等学者强调对展览的评价应着眼于构建观众体验[6]。因此,不能忽视展品与观众的联系。科技馆观众以自由参观为主,与有趣的声、光、电、磁现象相比,高新科技成就往往显得曲高和寡,展品要吸引观众驻足,尤其需要注意与观众的联系。可以从以下方面考虑与观众建立联系的渠道。
1. 生活经验
考虑科技成就是否与观众自身生活相关,是否能够引起观众对某些经历的联想,或者在未来阶段,可能对观众的生活质量产生积极影响。
2. 社会影响
如科技成就与观众生活较远,不易建立直接联系,也可考虑是否会为整个社会发展带来深远影响,展品如能阐释清楚这方面内容,同样可以让观众感觉与科技成就建立了关联。
3. 兴趣与好奇心
部分科技成就不仅与观众生活难以建立联系,且短期内看不到明显的应用前景或社会影响,这种情况多集中在基础科学领域,这时候,可以挖掘成就背后出人意料的发现、现象、故事等适合激发观众兴趣的内容,拉近展品与观众的距离。
在明确展示目的及其与观众的联系后,应在大量相关内容中选取适当的展示点和展示手段以实现目的。展示点关联到对内容重点的把握、叙事模式的构建、详略层次的控制。适当的展示点,有助于形成详略得当的信息传递层次,帮助观众建立理解,回避过于复杂而对观众缺乏意义的细节。
整体来说,展示点可能来自成就研发周期的前段(问题段)、中段(过程段)和后段(效果段),不同展示点适配不同成就。
科技成就往往是基于特定需要而诞生的。所谓从问题段切入,就是将科技成就面对的或要解决的问题作为核心内容。这有助于激发观众兴趣,培养观众对科技工作者的共情心理。具体分为从要解决的问题和须面对的环境切入。
1. 从要解决的问题切入
各类科技成就在投入研发前,已经有较明确的目的,例如,在基础研究领域,绝不是漫无边际的盲目尝试,其目的往往是验证某种科学假设。如能对这一科学假设加以呈现,既能让观众更准确地把握科技成就的核心目标,也有助于激发观众的好奇心和求知欲。
2. 从需面对的环境切入
很多技术成就要进入实际应用,不得不考虑特殊的工作环境。例如,深海探测器需要面对高压、低温、黑暗环境;高原铁路需要面对缺氧、冻土等环境;深空探测需要面对失重、真空、宇宙射线等环境……将这些特殊环境展示给观众,可以让观众更直观地理解和体会成果的来之不易,从中获得对科学精神的感悟和认同。
所谓从过程段切入,即从研发过程和关键技术中寻找展示点,这有助于反映成就的核心原理和技术。具体可分为从关键环节、通用原理、历史沿革切入。
1. 从关键环节切入
科技成果虽然高度集成,但其中往往有最核心或最有特色的方法或技术,能够代表该项成果。例如,“轮廓+参数”技术路线,对于汉字信息处理与激光照排,就是关键环节[7]。从关键环节切入,适用于关键环节可以高度凝练、易于理解或直观呈现的成果。
2. 从通用原理切入
出于科学普及的目的,成果所属技术方向的通用原理可作为展示点,使观众了解这一技术领域的一般方法。例如,彩色印刷技术的减法三原色原理、压水堆核电站的回路构成[8]等,都属于相关技术领域的通用原理。在选取通用原理时,应注意两点:一是原理对于科技成就应具有独特性,例如介绍压水堆核电站时,却聚焦电磁感应这种发电机一般原理,会让观众感觉过于肤浅,甚至跑题;二是对原理的选择应以服务展示目的和同观众建立联系为前提,例如对一些应用性强的技术成果,观众可能更希望了解其应用效果,如展品泛泛讲述其中涉及的摩擦力、离心力、惯性等一般力学知识,就属于没有考虑清楚观众的关注点,疏远了与观众的联系,使本来有趣的成果也变得冷漠、乏味,如同“焚琴煮鹤”,不如从效果段切入更恰当。
3. 从历史沿革切入
对于部分科技成果,要提取关键环节并不容易。这时可以转换思路,将成果置于科技发展史的大背景中,以“讲故事”方式展示科学过程的整体脉络[9],并呈现该成果在其中所处的阶段和地位,对比体现成果的突破性,有助于降低观众理解和接受的门槛。
所谓从效果段切入,即围绕科技成果最终目的或结果寻找展示点。这有助于与观众经验或生活建立联系,提升观众的认同感,培养观众的民族自尊心、自信心和自豪感。具体可分为从直观形象和应用效果切入。
1. 从直观形象切入
直观形象是传统科技成就展最常见的展示点,即将科技成就最终形态直接呈现给观众,适合具象化、形态美观或壮观、辨识度高的成就,特别适合大型工程项目,如桥梁、机械等。
2. 从应用效果切入
表现成就的应用效果,不必强求现场演示该成就的真实工作状态,只要是最终效果能够高度概括或量化的成果(例如超级计算机的运算能力、高铁列车的行驶速度、杂交水稻的产量等),都能借助一些可视化手段予以呈现。
内容和形式是展品互相搭配的两方面属性。如果手段不合适,展示点的意义也会相应削弱。想要全部展品达到“传递直接经验、再现科学过程”的效果是不现实的。但通过一些巧妙设计,可以提升传递直接经验的展品比例。
不管什么表现手段,归根结底是要把信息传递给观众,按照信息的真实程度由强到弱,科技馆展品可分为真实再现、模拟、事先嵌入三个层级[10],配合不同的表现手段,即形成实验类、模拟类、讲述类展品[11]。下面是三类展品各自对表现科技成就的适用性。
1. 实验类
科技馆教育形式是获得直接经验[12]。实验类展品属于科技馆经典展品,通过现场呈现真实现象,达到“传递直接经验、再现科学过程”的效果。实验类展品有趣、直观,深受观众欢迎,但普遍局限于明确、简单的科学过程,如声、光、电、磁等基础学科的一些现象[13,14]。对于很多科技成就,经典展品有时并不直接适用。另外,需要说明,静态实物在信息可靠程度上,属于真实层级,但在手段方面,通常缺乏与观众的深度交互,没有呈现科学过程,本文中将其归为讲述类。
2. 讲述类
讲述类展品,即将内容以图文、模型、音视频等方式直接讲出来。其手段和内容彼此独立。对于科技馆来说,讲述法通常不符合经典展品特征,但对于科技成就展来说,讲述法是普遍采用的传统手段。其优点是对各类内容普遍适用,而缺点是如全部依赖这一方法,会显得说教意味较重,观众参与程度有限。
3. 模拟类
模拟类介于讲述类和实验类之间,是对因过于宏观、微观、抽象,或因时长、危险性、复杂性等原因,不适合直接感知或实验的科学过程,采用模拟装置进行表现。模拟类与讲述类的区别在于,其输入条件和输出结果不是事先制作好的固定内容,模拟类展品与真实情况之间存在偏差。为将偏差控制在可接受范围内,需要注意对真实现象或过程核心特征的把握,避免对观众产生误导。已成为科技馆经典展品的“万有引力井”即为其中典型代表,展品按反比例函数曲线旋转面制成漏斗状结构,小球在其表面所受水平方向的分力与小球轨道半径呈平方反比关系,不仅符合万有引力公式特征,而且在一定程度上反映了广义相对论在二维空间的体现。模拟类展品相对于讲述类展品有更好的交互性、直观性和可探究性,相对于实验类展品,扩展了内容范围,但对创意水平的要求很高,数量较少。
在常规手段基础上,还可以使用一些手段以增强表现力,下面列举一些方法。
1. 感官转换
基于人的不同感官采集信息效率的差异,将原本难以描述的抽象信息通过一些手段转化成可以感受的信息。例如,根据FAST获取的中子星数据编制音乐。科学可视化可归为感官转换法的子类,它通过一系列技术手段,将抽象的科学数据转化成具象的图像、模型等,让数据各方面特征变得生动明显。法拉第以磁感线表现磁场的方法就是其中的早期代表。在非线性数学领域,也以绘制分形图形为典型研究方法。如今,计算机建模已成为科学可视化的常用手段。除科研领域,科学可视化也常用于科普,如中国科学技术大学近年来评出若干重大原创性科技成果后,会为各项成果推出科学可视化短动画。目前,科学可视化的主要传播媒介还是网络和纸媒,前沿科学相关展品设计可以考虑借鉴科学可视化方法。
2. 尺度缩放
一些科学知识在时间或空间尺度上超过了人的感官范围,因此难以形成感性认识。1亿公里和1光年对观众来说,都只是“遥远”,似乎没有多大区别。此时可以对原信息进行成比例缩放,将其纳入可感知范围。例如,介绍天文尺度时,若将地球压缩为1个直径10厘米的橙子,则神舟飞船的飞行高度大约相当于橙子皮的厚度,而月球探测器则需要飞到3米以外才能抵达目的地[15]。
3. 类比经典展品
类比展示,是为成果寻找具有共同特征的经典展品,建立成果与经典展品的联系,让观众在操作、体验经典展品时,从新的角度理解科技成果。与模拟类展品相比,类比展示法更倾向于赋予已有展品以新的内容和意义,而不是创造新展品。
4. 引入教育活动
对于一些复杂、专业的成果,如果完全依赖观众自行参观理解,效果并不理想,可以将展品做成活动辅助的形式,通过辅导员介入,以人与人的交流补充人与物的交流,提升观众获取信息的效率。
在对科技成就选取展示点及表现手段时,每项成就可能选取多个展示点,并综合运用多种表现手段。中国科学技术馆2018年推出“创新决胜未来——庆祝改革开放40周年科技成就科普展”,展览试图打破以实物、模型、多媒体为主的传统展示风格,尽量以反映成就核心信息、与观众建立有效联系等原则,选择展示点及展示手段,共68件展品,涉及40项科技成就。其中,有4项成就以图文展板形式呈现,不属于展品,有4件展品不是展现具体成就,即共以64件展品表现了36项成就,各展品展示点及展示手段如图1及图2所示,同一展品可能有多种展示点和展示手段,因此图表中数据之和大于64。
图1 展品对展示点选取的分类体现
图2 展品对各类表现手段的分类体现
本文以其中部分展品为例,关于上文所述内容如何在实际工作中运用予以阐释。
1. 案例一:展品组“青藏铁路”
青藏铁路是是世界上海拔最高、线路最长的高原铁路,在修建和运行过程中,需要面对高原冻土、动物保护、高原缺氧等问题。因此,除用图文、模型介绍铁路沿途环境及机车外观外,还以冻土保护为重点展示点,展示其中几项技术创新,即从过程段的关键环节切入。
其中,热棒作为高原冻土散热装置,是此项工程项目的代表性创新,展品选取热棒作为代表技术。对热棒的展示包括两个装置。其一是一根长度超过9米的巨大热棒实物(见图3),以富于视觉冲击力的外观,给观众留下深刻印象。其二是一套饮水鸟装置(见图4)。饮水鸟是科技馆经典展品,它借助中空管中的液体反复蒸发和液化,实现热量单向传递[16],而热棒同样是依靠中空管内液体的反复蒸发和液化,实现冻土热量向空气的单向传递,保持冻土低温[17]。使用饮水鸟配合展示,旨在帮助观众理解热棒的工作原理,属于类比经典展品。
图3 展品组“青藏铁路”中展示的热棒实物
图4 展品组“青藏铁路”中展示的饮水鸟装置
2. 案例二:“神威·太湖之光”超级计算机展品
“神威·太湖之光”是中国自主研发的超级计算机,曾多次在世界超级计算机排名中取得第一名。展品在表现这一科技成就时,以其卓越的计算速度作为展示点,即从效果段的应用效果切入。而在手段上,使用了感官转换、尺度缩放和类比经典展品。
在背景墙上,将该计算机每秒运算能力以立体数字直接呈现出来,让观众尝试去读数,由于数位过大,观众事实上很难用熟悉的数位读出来,由此直观感受计算机运算能力的强大。这种设计符合旧金山探索馆所说的以文字图形实现互动或参与的理念。
台面上是一套汉诺塔玩具,用于类比计算机运算,这也是科技馆经典展品。观众需要经过反复迭代操作,将一组圆环从一根立柱移到另一根立柱,观众可以尝试移动并计算时间。台面上还有一个固定的32层汉诺塔,按规则完成这个汉诺塔需要移动43亿次,而如果将“神威·太湖之光”每计算一次算作移动一次的话,只需要1亿分之3秒即可完成。通过类比经典展品,并将运算时间缩放到人可以感知的尺度,反映了超级计算机惊人的运算能力(见图5)。
图5 “神威·太湖之光超级计算机”展品的墙面立体数字及台面汉诺塔游戏
3. 案例三:汉字信息处理与激光照排技术
汉字信息处理与激光照排是中国工程院院士王选主持的重大技术成果。项目初衷是解决照排技术时代的汉字印刷问题,由于第四代照排技术需要使用计算机进行处理,因此该项技术不仅解决了印刷需要,还客观上为日后汉字进入各类电子产品打开了通道。
展品为该技术成果及其相关应用选择了多个展示点,涉及历史沿革、关键环节、直观形象、通用原理等。展示手段包括讲述类、实验类及活动辅助法等。
该成就的关键是以“轮廓+参数”方式实现汉字字型信息高效压缩。以往展览中通常以文字和视频介绍该成果。本展品除传统方法,还使用了针幕和亚克力导光板呈现点阵式和“轮廓+参数”式存储在系统资源消耗上的差别。当观众托起平板部件,表现传统点阵式存储的针幕中会有大量针柱升起,填满整个字形,而表现“轮廓+参数”存储的针幕中,仅有与参数相关的几个关键点升起针柱,同时一些关键轮廓亮起,由此对比二者对系统资源占用的差别。
其次,除关键环节,展品也展示了实际应用。其一是排版系统界面,展品以一台计算机造型的显示屏播放“方正书版”软件工作过程录屏视频,呈现方正书版的几项特色功能,并配有同步注释文字,帮助观众了解专业化汉字排版系统的工作情景。其二是印刷胶片实物,在展台上陈列有用于小学语文课本印刷的胶片,让观众近距离了解激光照排印刷的技术流程。其三是彩色印刷,展台上重叠放置了四张橡胶书页,各页分别以黑色、黄色、品红色、青色印刷了不同位图点阵,当把多页叠加,就会看到四色混合,组成颜色细腻的课本封面页,多种原本不包含在四张书页上的颜色都会呈现出来,以科技馆经典展示手段,介绍了彩色印刷的通用原理。
此外,展品组还包括对中国四大发明之一“活字印刷术”的介绍,古今呼应,反映中华民族一以贯之的探索实践精神,提升观众的民族自豪感。这一部分内容通过引入教育活动呈现。为了拉近同观众的距离,活动所选活字均为姓氏中出现概率较高的汉字。
4. 案例四:量子反常霍尔效应
“创新决胜未来——庆祝改革开放40周年科技成就科普展”中所涉及科技成就,大部分属于技术性成就,量子反常霍尔效应是展览中少数属于基础科学领域的成就之一。该成就原理深奥,专业性强,以往展示普遍为多媒体介绍。在内容方面,经常仅介绍更基础的普通霍尔效应现象,对量子反常霍尔效应一笔带过。
本展品回避了该成果的实验方法和技术细节,选择以过程段的历史沿革切入讲述故事,此处的“故事”不是传统理解的人的故事,而是关于物的,是对物理现象从一般到特殊认识过程的梳理,从具有高中基础即易于理解的普通导体及霍尔效应讲起,将普通导电现象、霍尔效应、量子霍尔效应、量子反常霍尔效应的研究发现脉络串联起来,组成“霍尔家族”展品组,对比四种效应的不同阶段及现象区别。
手段方面,展品借鉴“科学可视化”手法,以电子流动作对比,但并非多媒体屏幕,而是以LED灯阵透过有机玻璃罩形成移动亮斑模拟电子运动,配合图文介绍,帮助观众在历史进程及现象对比中理解量子反常霍尔效应的特点及其在学科发展中所处的阶段。
鉴于篇幅,本文仅选择以上四例进行详细介绍,下面是部分其他科技成就相关展品的简要介绍。
1. 杂交水稻
选取“产量高”作为展示点。按宋朝水稻、新中国成立初期水稻、最新杂交水稻的产量,设置了不同容量的木桶并堆放稻米模型,让观众直观感受水稻杂交技术的增产效果。
2. “悟空号”暗物质粒子探测卫星
从问题段入手,以其研究对象“暗物质”作为展示点。展品围绕“看似空旷的宇宙可能遍布暗物质”这一科学假设,使用偏光测试卡制作工艺,将科学家以科学可视化方法绘制的暗物质分布图制成肉眼不可见的隐藏画面,观众直接看上去,此图只是空旷星空,当透过偏振片,就会看到理论预测的暗物质分布。
3. 北斗卫星导航系统
除介绍星座部署及应用外,选取过程段的卫星定位通用原理为展示点,采用模拟类展品,观众可以操作三点定位机械装置,通过移动滑块引起坐标数字实时变化,了解卫星定位的通用原理。
4. “蛟龙号”深海探测器
国内对蛟龙号的外观展示已经很多,本展品组除选取常规手段外,还从问题段的工作环境切入。台面设置一套以血压计改装的压力感受装置,对深海压强按固定比例缩小并让观众体验,使观众从侧面了解蛟龙号的工作环境。
本文针对目前科技成就展览大量采用实物或模型陈列、展品与观众交流有限、基础科学类成果难以表现等现状及问题,探讨了科技馆在策划此类展品时的创意设计思路,尝试基于实践案例,对展品展示点和展示手段进行系统性梳理和概括。文中所述可能仍无法涵盖全部情况,但希望尽可能为此类工作提供方向借鉴。展品研发创新是一个漫长、复杂、反复的过程[18],本文重点着眼于展品的概念设计策划,对于属于另外探讨范畴的展览整体脉络、技术工艺等方面并未涉及。近年来,各地科技馆策划开发了多项科技成就类展览,仅在中国科技馆,除“创新决胜未来——庆祝改革开放40周年科技成就科普展”外,还有“礼赞共和国——庆祝新中国成立70周年科技成就科普展”“全面小康·科技同行”“科创百年——建党100周年科技成就科普展”等展览。目前阶段,关于科技成就展的专题性理论探讨还不多,但这些展览丰富了实践经验,对未来此类工作的进一步提升提供了借鉴。