淺談多感官學習法在科技館展廳輔導中的應用

王洪鵬+歐亞戈

[摘 要]以互動體驗為特征的科技館體現了“做中學”教育的獨特魅力，然而在科技館展廳輔導過程中墨守“做中學”成規，任由觀眾自主體驗參觀是不夠的。在展廳輔導過程中，輔以“多感官學習法”，即通過對觀眾聽覺、視覺、運動、語言、感覺等各個感官的刺激，同時創設良好的參觀體驗情境，可以達到更好的參觀體驗效果。該文以講述抽象的伯努利定律為例，除了體驗互動展品，還可以通過有趣的科學故事和趣味科學實驗等開展多角度的立體傳播，進而收到很好的科學傳播效果。

[關鍵詞]科技館 多感官學習法 展覽輔導 伯努利定律

一、科技館互動體驗的優勢與局限

（一）以互動體驗為特征的科技館體現了“做中學”教育的獨特魅力

現代科學中心（我國稱“科技館”）是在杜威“做中學”思想的影響下誕生和發展起來的。受杜威“做中學”思想的啟發，1907年德國德意志博物館將展廳中原先部分靜態展示的工業機械解剖開來，讓其運轉并對公眾進行演示和講解，以便公眾理解。德意志博物館這座率先“動”起來的博物館也由此被視為現代科學中心的雛形。20世紀60年代末，以美國舊金山的探索館、勞倫斯科學宮、加拿大的安大略科學中心的建成為標志，以互動展品而非工業藏品為主要展示內容的現代科學中心誕生，互動體驗也成了科技館區別于傳統博物館的顯著標志。

進入21世紀，隨著互聯網的深入發展，人們獲取信息、資訊，以及工作、學習、生活、娛樂等方式發生了巨大變化，對博物館的發展產生了深刻影響。比如，美國博物館的年觀眾量較歷史峰值已經下降了1/4左右[1]。有人質疑，在獲取科技信息日益便捷的互聯網時代，公眾為什么還要走進科技館？其實，科技館有自己存在的獨特價值，正如英國瑪麗亞·蒙臺梭利所言，“我聽見我會忘記，我看到我會記得，我做過才會理解?！睂τ诳茖W傳播效果而言，在科技館獲得的互動體驗是網絡等途徑無法替代的，這也正是科技館的獨特品質和時代優勢。

（二）科技館僅有互動體驗是不夠的

現代教育學研究表明，學習是全方位的過程。蒙臺梭利提出的“多感官學習法”認為，通向大腦的六個主要通道，我們學習是通過我們所看、所聽、所學、所嗅、所觸、所做。大多數人在全身心地參與和動手實踐時會學得更好，此外，有些人用這一種方法會學得好，有些人用另一種方法會學得更好。有些人主要是視覺學習者，喜歡看照片或圖畫；有些人是聽覺學習者，喜歡聽；有些人是觸覺學習者，通過觸覺會學得更好；有些人是動覺學習者，通過移動身體或其他動作會學得更好；有些人偏重于印刷文字，通過讀書會輕而易舉地學會東西；有些人是“群體互相影響”的學習者，在與其他人相互影響時會學得最好。不同的學習途徑，效率也不一樣[2]。

互動體驗是科技館教育的優勢所在。本質上，互動體驗的過程就是調動多個感官學習的過程。精彩的展項由于調動了視覺、觸覺、聽覺等多個器官，使觀眾沉浸其中，從而獲得良好的學習效果。然而，互動體驗不能是科技館教育的全部內容。實際上，這也牽涉到近年來關于科技館的一些爭論，即科技館展廳要不要講解輔導，有人認為科技館應鼓勵自主體驗探索，不需要講解輔導，并且從展廳實踐來看，講解輔導的效果并不好；有人則認為，展廳需要講解輔導，尤其是我國展品制作水平有限，展項常常無法直接傳遞應有的科學信息，且受應試教育和傳統思維習慣的影響，我國觀眾習慣于被動接受教育。姑且不論兩種觀點孰是孰非，爭論存在的本身即已說明科技館僅有“互動體驗”是不夠的。

科技館展廳的實踐也證明了科技館“互動體驗”的局限性。如中國科技館兒童科學樂園的滾球展項深受觀眾歡迎，很多家長和小朋友會體驗上好幾分鐘，而科技館展項的平均參觀時間約為1分鐘。展廳工作人員在對滾球展項開展講解輔導活動時有觀眾感嘆：原來這件展品包含這么多信息，傳動的類型包括帶傳動、鏈傳動、軸傳動、齒輪傳動、蝸桿渦輪傳動、摩擦輪傳動、螺旋傳動、液壓傳動、氣壓傳動等，輔導員不解釋真不知道。

二、“多感覺學習法”講述伯努利定律

為了進一步驗證“科技館僅有‘互動體驗是不夠的”這一觀點，筆者在展廳開展了“多感官學習法”的嘗試，即通過對觀眾聽覺、視覺、運動、語言、感覺等各個感官的刺激，同時創設良好的參觀體驗情境，進而觀察學習效果。試驗的辦法是通過多種途徑調動不同的感官闡述抽象的伯努利定律，即通過體驗互動展品和有趣的科學實驗及趣味科學故事等方式，開展多角度的立體傳播，進而觀察、統計觀眾的參觀體驗效果。

伯努利定理是瑞士科學家丹尼爾·伯努利（1700—1782）在1726年提出的，概括起來就是：在水流或氣流里，如果速度小，壓強就大；如果速度大，壓強就小。伯努利在數學、物理學等諸多領域都做出了貢獻，被譽為數學物理方程的開拓者和奠基人[3]。據說在一次旅途中，伯努利同一個陌生人閑談，他謙虛地自我介紹說：“我是丹尼爾·伯努利?！蹦吧肆⒓磶еI諷的神情回答道：“那我就是伊薩克·牛頓了！”人們將其與牛頓相提并論，可見伯努利的科學地位[4]。伯努利定律是在流體力學的連續介質理論方程建立之前流體力學所采用的基本原理，實質是流體的機械能守恒，即“動能+重力勢能+壓力勢能=常數”。等高流動時，流速大，壓力就小。在很多人看來，伯努利定律過于抽象，難以理解。

（一）利用經典展品讓觀眾感悟體驗伯努利定律

展品是科技館一切工作的基礎。國內外很多科技館都有關于伯努利定律的經典展品，如新西蘭國家博物館展廳中用鷹翅與機翼的剖面加以比對，并輔以圖像文字來說明伯努利定律，然后再讓觀眾雙臂套上特制的仿生翅膀，通過鼓風實驗親身體驗氣流產生向上的升力[5]。重慶科技館從英國引進了大型互動體驗式展品項目——伯努利鼓風機，實現了觀眾當魔術師的夢想。有的科技館把伯努利定律相關的展項組合在一起，如廣西科技館把“氣流投籃”、“聽話的小球”、“機翼與小球”、“風洞”等6件展品組成“流體之韻”展區，構成了有關伯努利定律的主題鏈，這些展品從不同的角度展現了伯努利定律的原理和應用。

中國科技館中關于伯努利定律的展項也很多，如兒童科學樂園“氣流投籃”展品，不用手，只用氣流就能把氣球投進籃筐。探索與發現展廳中的“香蕉球”和“球吸”展項，展現了伯努利定律的應用，“香蕉球”不但可以讓觀眾回味“足球運動中解說員的解說：香蕉球！漂亮的香蕉球！一記漂亮的香蕉球入門，多么完美的弧線啊……”，還可以讓觀眾明白香蕉球中蘊含的伯努利定律?！扒蛭边@件展品由兩只懸掛的空心球和一個出風口組成，當按下出風的按鈕后，會有風從兩個空心球中間的縫隙通過，這時兩只小球不但沒有向外分開，反而向內吸引并碰撞到一起，這些都是深受觀眾喜歡的展項。然而，由于伯努利定律較為抽象，很多觀眾參觀體驗結束后都表示“不是特別理解這些展品，知其然不知其所以然”。根據筆者的調查統計，在106位受訪者中，有55位表示“不是特別明白這幾件與伯努利定律相關的展品”，有82位“無法理解伯努利定律是怎么回事”。

總之，依托展品開展互動體驗是科技館教育的優勢所在，但是由于展項設計得不夠完美，以及觀眾自身的科學素養和學習能力不足等因素的影響，任由觀眾自主體驗展品，觀眾并不能特別好地理解抽象的伯努利定律。

（二）利用科學故事解讀伯努利定律

1.不懂伯努利定律的站長和法官。1905年，俄國的一位高官要坐火車經過某火車站，站長沃爾倫斯基率領全站職工排列在鐵道兩旁恭候高官的到來。為了表示恭敬，他們站得離鐵軌很近。一會以后，火車快速沖進了由38名職工組成的“人巷”，靠近火車的職工好像同時被人從背后猛推了一下，不由自主地向前倒下去……結果造成了4人終身殘疾，34人喪命車輪下。悲劇發生以后，由于法官不懂伯努利定律，沒有調查出什么結果，最后只在判決書上寫下了《圣經》中的一句話：“每個人都是上帝的羔羊，遲早要回到上帝的跟前！”

2.船吸現象。1912年的一天，一艘名為“奧林匹克”號的軍艦以25千米/小時的速度在海上航行，此時，巡洋艦“豪克”號以34千米/小時的速度從后面追趕“奧林匹克”號，兩艘船好像在比賽，“奧林匹克”號與“豪克”號在相距大約100米的海面上并排快速行駛。就在這時，“豪克”號巡洋艦，直接向“奧林匹克”號沖來，“豪克”號艦首把“奧林匹克”號的船舷撞了一個大洞，損失慘重。事情發生后，海事法庭對事故進行了審理，分析究竟是誰的過錯。由于法官不知道伯努利定律，認為“奧林匹克”號太大了，轉彎的時候把“豪克”號吸過來了，結果“奧林匹克”號的船長被判為有過失的一方。雖然“奧林匹克”號的船長感到冤屈，但也沒有找出辯解的理由提出申訴，只能自認倒霉。

3.法國礦井怪事。19世紀，在法國的一座礦山里，一名工人要把從坑道外向礦井輸送壓縮空氣用的通氣孔用護板遮蔽起來，費了九牛二虎之力也沒能把通氣孔堵上，可是突然之間護板卻“砰”的一聲自動關上了，這種現象就是在礦井通風中伯努利定律的應用，在礦井通風中伯努利方程又稱為能量方程，礦井中的護板就是由于它兩側的壓力差較大而自動關閉的，是伯努利定律在作怪。

4.黃河拔船。20世紀70年代之前，羊皮筏子是蘭州黃河上獨具特色的交通工具，除此之外，還有一種擺渡工具叫黃河拔船，曾經在黃河的交通運輸上發揮了很大的作用。黃河拔船與一般的船一樣呈棗核形，兩頭尖，中間大，拔船通過活動滑輪系在橫跨黃河兩岸的一根鋼絲繩上，巧妙地利用黃河水流自然擺渡，使橫渡黃河不需要其他動力。這種拔船非常實用，危險性很小，也是利用伯努利定律的杰作。當船與河流方向成一定角度時，船兩邊水的流速不相等，水流對船的壓力與其流速成反比，結果水對船產生壓力差，促使船做橫向運動，來回擺渡只需要取兩個適宜的角度即可[6]。

實踐結果表明，講述趣味科學故事能收到很好的傳播科學知識的效果。根據統計分析，86%的觀眾反饋說：“聽了這些與伯努利定律有關的趣味科學故事，對相關展項理解更透徹，觀察更仔細了，對科學也更感興趣了，感覺科學就在身邊”。

（三）利用文學作品和傳統器物講述伯努利定律

1.杜甫《茅屋為秋風所破歌》。杜甫的《茅屋為秋風所破歌》：“八月秋高風怒號，卷我屋上三重茅?！背啥嫉那镲L竟然卷去了杜甫草屋上的茅草，這是因為刮風的時候屋面上方的空氣流動速度基本等于風速，而屋內的空氣幾乎不流動或者流動得慢，如果風的速度超過一定程度，這個壓力差就可以把茅草屋頂掀起來。在我國東南沿海地區，因為臺風時常光顧，因此在設計房屋的時候就必須要考慮到風壓和風速的關系才有利于抵御風災。在刮大風的時候，房屋門窗玻璃會被大風從里向外，而不是從外向里“壓”得粉碎，四散跌落，所以刮大風的時候不要站在玻璃窗下。另外，我們在郊游的時候，鋪在地上的野餐墊或者篷布經常被風吹起來，也是此原因。

2.古代帆船與伯努利定律?！俺o白帝彩云間，千里江陵一日還”和“朝發白帝暮江陵，頃來目擊信有征”等古詩描寫了古代帆船速度很快，可以“倏忽南與北”、“日暮千里隔”。周靖在《“疾風吹飛帆，倏忽南與北”——帆船航行的力學詩趣》中給出了其中的奧秘，就是“欹帆側柁入波濤，撇漩捎漬無險阻”[7]。帆，作為船舶航行的重要工具，早就為我國古代人民使用，帆在航行過程中所體現出來的一些力學特征，經常成為文人墨客所吟唱的對象。帆船朝逆風方向時調整帆面使其迎風而行，風吹過帆面前緣，速度較快的緣失去少許壓力，與通過帆面后緣的風產生壓力差（驅動力），使帆面有一股拖曳的力量，就是這股力量驅使帆船朝逆風方向前進。

3.竹蜻蜓。兩千多年來，竹蜻蜓一直是我國孩子手中的玩具，竹蜻蜓的最早文字記載來自晉朝葛洪所著《抱樸子》：“或用棗心木為飛車，以牛革結環劍，以引其機，或存念作五蛇六龍三牛、 交罡而乘之，上升四十里，名為太清?！逼渲械摹帮w車”被認為是關于竹蜻蜓的最早記載。竹蜻蜓可以說是最早的直升機模型，傳到歐洲后，被稱為“中國陀螺”，并引起了早期航空家的極大注意。被譽為“航空之父”的喬治·凱利一輩子都對竹蜻蜓著迷，他的第一項航空研究就是在1796年仿制和改造了“竹蜻蜓”，并由此悟出螺旋槳的一些工作原理[8]。萊特兄弟發明飛機也從竹蜻蜓中得到不少啟發，例如飛機的機翼向前飛行時，傾斜的機翼受到空氣的作用力有向上的分力，因此在各類飛行器漫游太空時，我們不應該忘記古代中國人在嘗試飛行的歷史上做出的探索。竹蜻蜓升力的獲得，可以根據伯努利定律解釋，流速慢的大氣壓強較大；流速快的大氣壓強較小。葉片下表面的壓強比上表面的壓強大，就是大氣施加于葉片下表面向上的壓力比施加于葉片上表面向下的壓力大，二者的壓力差便形成了竹蜻蜓的升力。

4.巨木順江而下。北京故宮建筑所需木料主要來自南方，南方河流密布、水網縱橫，以水運為主，伐下的巨木順江而下自西向東運到南京，然后沿京杭運河北上運到北京地區。因為江河中心水流快，這些巨木才能順江而下并很少擱淺，可見古人早在勞動實踐中懂得了伯努利定律。在水流湍急的江河里游泳很危險，這是因為當江心的水流以每秒1米的速度前進時，大約有300牛頓的力在吸引著人的身體，就連游泳健將也望而生畏。

5.中國古人關于伯努利定律的探索。筆者還準備了中國古人關于伯努利定律的探索，以應對部分渴望深入探討伯努利定律的觀眾。明末清初科學家方以智在《物理小識》中列出了“水行洊勢”條目，指出“習坎言洊至，佛言滴滴相續”。方以智用“滴滴相續”、“流通不止”來描述流動現象，包含了流體力學中連續性原理的思想。對比“水行洊勢”原理和伯努利定律，可以看到“其來處何高，則所激之高可與之相比”的論述與“實際下降和可能上升的等同性”的論述不僅思路一致，而且表述方式也很相似，可以說“水行洊勢”是伯努利定律的雛形[9]。中國科學技術史表明，一方面，中國人在經驗科學和經驗總結上做出了不可磨滅的貢獻；另一方面，中國人在科學猜想、科學假說的構建上也做出了同樣不可磨滅的貢獻?？上У氖?，在中國古代科學的發展中很少有超脫實際應用目的，而致力于對自然界基本規律的系統而深入的研究。中國古代之所以這些方面的工作比較少，是因為中國古代學者更多地注意經驗的陳述，缺乏對相關因素的分析，忽視了演繹和因果關系的探求，因此很少進行枯燥的純理論研究，所以大多只停留在具體現象層面，未能發展成為科學理論體系。我們要充分借鑒中國傳統思維和西方科學思維的各自優勢，不能再停留在現象層面，要進一步把經驗上升為理論，唯有如此，我們才能在世界科學的舞臺上扮演自己應有的角色[10]。

統計結果顯示，利用中國人熟悉的思維方式，用包含中國元素的事例講述伯努利定律，有利于拉近與觀眾的距離，有助于提高民族自豪感，有助于形成講科學、愛科學、學科學、用科學的良好氛圍。

（四）利用科學實驗表演解釋伯努利定律

科學實驗表演是科技館擴展課堂教學較為常見的，也是最活潑的一種教育形式，一般指在常設展廳設置專用或流動表演臺，將一些無法使用或者不好使用展覽形式表現出來的科學現象、科學原理和應用，以互動實驗表演的形式直觀、生動地展示在觀眾面前。通過科學實驗表演，可以調動觀眾的積極性，使其能夠身臨其境地體驗科學技術的魅力，從而更有效地傳播科學知識，激發公眾的科學興趣，更有效地發揮科技館的教育功能。為了使觀眾更清楚地理解抽象的伯努利定律，筆者開展了多個與伯努利定律有關的趣味科學實驗。

1. 科學實驗表演一：吹氣使兩紙靠攏。取兩張紙，相隔一定距離豎直放置，用嘴向兩張紙中間吹氣，可以看到兩張紙向中間靠攏，如果把紙張換成氣球，向著兩個氣球中間吹氣，不但吹不開氣球，并且風吹得越大，氣球靠得越近，同樣原理也可以解釋向兩支點燃的蠟燭中間吹氣，蠟燭火焰為什么會靠攏。在光滑的桌面上，兩個大約相距1厘米的乒乓球，用細管向乒乓球之間用力吹氣，兩只乒乓球不但不分開，反而更靠近。

2. 科學實驗表演二：吹氣使兩個盛水玻璃杯漏水。取兩只完全相同杯口平整的玻璃杯，將其放到盛滿水的透明玻璃桶中，待兩玻璃杯都充滿水后，使兩個玻璃杯口相合并垂直地從桶中拿出來放到一淺盤中，盡管兩玻璃杯杯口之間有縫隙，但是在大氣壓強及水的表面張力作用下，上邊玻璃杯的水并不會沿縫隙漏出來。如果用吸管靠近兩杯口之間的縫隙快速吹氣，可以看到上邊玻璃杯的水隨氣流沿縫隙漏出來；吹氣越急，漏水越快，空氣進入到玻璃杯以后，上面玻璃杯內的水除了受重力作用外，還受到杯內大氣壓的作用，漏水更快。

3. 科學實驗表演三：小球疊羅漢。用電吹風機把乒乓球放在出風口上方吹，松手以后，氣流可以使乒乓球停留在空中，如果是大型吹風機，還可以在上方多放幾個乒乓球，管道內噴出的高速氣流可以使多個乒乓球長久懸浮在空中，這種現象被形象地稱為小球疊羅漢，或者乒乓球糖葫蘆。當然，還可以反其道而行之，透明三角漏斗里放置一個乒乓球，用吹風機向倒置的漏斗頸口吹氣，再松手時，乒乓球并沒有被吹下來，好像被“吸”住了。這是因為漏斗口乒乓球兩側的氣體流速變大，氣壓就變小，而乒乓球下方的氣體變化不大，因此下方的氣壓大于兩側的氣壓，乒乓球就被大氣壓托住了。關于伯努利定律的科學實驗表演很多，我們可以從多角度、多層次設計開發基于伯努利定律的科學實驗表演，這些實驗表演取材方便、制作簡單、現象明顯、趣味性強，有利于激發觀眾對科學的興趣。

統計結果顯示，趣味科學實驗是解釋抽象的伯努利定律的一個良好途徑，在108位受訪者中有85位表示理解了伯努利定律是怎么回事，有90位表示看了與伯努利有關的科學實驗后更愿意去體驗其他相關展品，或者更容易理解已經體驗過的伯努利定律相關展品了。

三、結 語

互動體驗是科技館教育優勢所在，展廳的實踐反復證明了這一點。毋庸諱言，任由觀眾在展廳自主體驗參觀是不夠的，就像筆者在展廳中開展的關于伯努利定律不同途徑參觀效果的試驗一樣，如果任由觀眾參觀體驗相關互動展品，觀眾難以明白伯努利定律，但輔之以講述趣味科學故事開展趣味科學實驗表演等，就可以收到很好的科學傳播效果?？傊?，在展廳輔導過程中，除了充分發揮互動體驗展品的優勢之外，輔以“多感

官學習法”，即通過對觀眾聽覺、視覺、運動、語言、感覺等各個感官的刺激，同時創設良好的參觀體驗情境，可以達到更好的參觀體驗效果。

參考文獻

[1]歐亞戈. 淺談美國科技博物館的發展態勢與運營管理[J].科技館，2015（1）：29-36.

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[7]周靖.“疾風吹飛帆，倏忽南與北”——帆船航行的力學詩趣[J].力學與實踐，2008（3）：115-119.

[8]李艷平，戴念祖.中國古代的飛行器械[J].力學與實踐，2004（4）：88.

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[10]王洪鵬.從經驗上升為理論——由曹沖和阿基米德談起[J].科技導報，2010（5）：120.