Sue Allen 面向学习的设计：超越娱乐的科学博物馆展品研究 Designs for Learning (2004)

编者按

本文是我与一位科技馆相关行业从业者的合作。编辑校对的过程，唤起了不少小时候在科技馆玩各种滚球和水枪的回忆。科学｜游戏的界面上有之前提及过的科学研究，复杂系统的相似性，有各类公民科学项目，而也包括了本文提及的科技馆展品的设计，去思考这种展品设计与自然/科学的关系也会有助于帮助我们思考游戏。相信在阅读这篇二十年前的老文章的过程中，会得到不少游戏设计的启发。也希望或许有机会，国内的电子游戏设计和开发团队也可以发挥其所擅长，真正地与科学教育的领域有更多的合作，不然我们只能去羡慕别人小朋友的童年了。

叶梓涛

译按

旧金山探索馆（Exploratorium）作为科技馆领域设计实践及展品研发的领先机构，对科技馆的展览及形式做了诸多研究与思考。本论文来自旧金山探索馆研究员 Sue Allen 在 2004 年发表的一篇高引论文《Designs for Learning: Studying Science Museum Exhibits That Do More Than Entertain》。虽然时间较久，但对于科技馆从业者，尤其是展品设计研究有许多启发与帮助。

探索馆拥有自己的展品研发部门，他们甚至把展品制作车间（展品创造工坊）摆进展厅，变成展览的一部分。此外，其他地区的大型科学博物馆机构如英国科学博物馆集团（Science Museum Group）、波士顿科学博物馆（Museum of Science）等等，均设有独立的展览研发部门，定期更新/发布原创的巡回主题展览或常设展览，这些大型机构涉及的领域贯穿科技馆的所有环节。遗憾的是，国内的相关领域机构还缺乏类似的发展模式。另外，国外科学博物馆机构资金来源更加广泛，有足够的资源和动力投入展览/展品的研发。国内通常采用政府招标采购的形式，乙方设计公司更倾向于选择与国外机构合作，缺乏自主投入资金研发的动力。

另外，科技馆展品的设计其实与游戏设计密不可分，两者都涉及产品交互设计、规则及玩法的制定、视觉艺术、编程、音效、多媒体脚本等多方面的工作设计内容。尤其在新媒体如此普遍的今天，展馆中几乎每一面墙至少都有一块屏幕。如果能够有优秀的游戏设计团队参与科技馆的展品设计，我相信会有非常棒的作品出现。

翻译的过程中，我发现有部分内容引用自作者本人或其他研究人员的研究内容，这些论文值得进行系统性的阅读，我强烈建议感兴趣的读者翻阅论文的参考文献部分，针对感兴趣的概念进行拓展阅读。

草原张

Sue Allen

Sue Allen，1994 年 5 月获得美国加州大学伯克利分校数学和科学教育博士学位，曾在旧金山探索馆担任游客研究和评估主任。现为缅因州数学和科学联盟（The Maine Math & Science Alliance, MMSA）高级研究科学家。

探索馆官网：https://www.exploratorium.edu/

作者：SUE ALLEN

翻译：草原张

校对：叶梓涛

部分图片为校对者添加

为学习而设计：超越娱乐性质的科学博物馆展品研究 Designs for Learning: Studying Science Museum Exhibits That Do More Than Entertain

摘要：科学博物馆的从业人员在设计公共空间时，面临着一个建构主义的困境：展品应该促进科学学习，但它们也需要支持多样化的观众进行自主选择，在何处参观、做什么动作，以及如何解读他们的互动行为。为了成为有效的教学工具，展品需要在互动的每一步都具有高度的内在驱动力，以驱使那些将参观视为休闲活动的观众能持续参与互动。鉴于这些挑战，用一个强有力的研究和评估项目来支撑设计过程至关重要。我从个人的角度介绍了一个机构在过去十年中的研究和评估工作，主要集中在四个方面：即时可理解性、物理互动性、概念一致性和学习者的多样性。

（校注：建构主义（Constructivism）是一个教育领域的理论，其认为个人或学习者不是通过在直接的知识传播过程中被动地感知来获得知识和理解，而是通过经验和社会话语，将新的信息与他们已知的东西（先验知识）结合起来，构筑新的理解和知识。对儿童来说，这包括在进入学校之前获得的知识。它与各种哲学立场有关，特别是在认识论以及本体论、政治和伦理学方面，起源也与瑞士发展心理学家让-皮亚杰的认知发展理论有关。- wiki ）

导言：从个人角度看学习中的困境

在本文中，我提出关于博物馆中学习环境的一些个人观察与思考，特别是关于实践性科技馆的展览空间。这些内容的灵感来源于过去十年中我在旧金山探索馆的学习和工作经验。此外，我的研究集中在参观者「自我引导（self-guided）」（即没有讲解员）的方式使用展馆中的各类展品[1]，因为这是探索馆中普通观众最常见的体验方式。

（注1：在这篇文章中，我用 「展品（exhibits）」来指一个单独的元素（在我们的科学博物馆里，单个展品通常会吸引游客大约一分钟），而 「展览」或 「系列展品」指的是更大的、有主题的展品组合。）

第一眼看来，科技馆的展览空间似乎是学校科学课堂教育的一个有吸引力的替代方案：可动手的展品是新颖的、刺激的、循证的、多感官的、以及有趣的。这种环境提供了无数的个人选择，没有老师强迫学生做一些不感兴趣的事情，没有课程范围限制，没有测验或考试。正如探索馆的创始人弗兰克·奥本海默（Frank Oppenheimer）（译注：著名物理学家罗伯特·奥本海默 J. Robert Oppenheimer 的弟弟）经常指出的那样：「从来没有人会在博物馆中考试不及格」（Semper, 1990）。

但正是因为这些原因，科技馆实际上也是一个非常难设计的学习环境。在展馆内，没有问责制，没有固定课程，没有教师来强制学生集中注意力，没有经验丰富的导览员来解释和赋予展览大量的刺激信息和意义。在这种情况下，参观者有完全的自由跟随他们内心的兴趣和冲动，在一个「挤满」展品的公共空间中流动，被各式各样的展品争夺注意力。这种完全不受限地自由选择，对于科技馆的学习环境设置有很大影响。起初，作为该领域的新人，我并没有意识到这种问题的严重性，但经过十年的研究和评估，我认为这是科技馆展览设计的最大制约因素。

在学校环境中，老师可以使用多种策略来调整学生的学习进度，确保每个人能了解课程的重点内容。相比之下，在科技馆中如果有一个展项出现无聊、费力或令人困惑的情况，观众无法知道坚持下去是否有回报，便会失去耐心。在遍布展项的科技馆空间中，他们很可能跳至下一个目标。因此，一个展品仅仅具备「High 点」是不够的，观众在体验展项的过程中，每一个环节都要有足够的驱动力，促使他们继续在展项中投入时间和精力。这种互动展项每一步都依赖于个人动机，使得观众很难遵循一个限制好的简单学习过程，特别是涉及连续互动操作或中、高难度智力挑战的那那类。

这种挑战是建构主义困境（constructivist dilemma）的一部分：一方面，我们希望这些制度能够为大量不同的观众提供娱乐，让他们自由探索，在个人兴趣的驱使下创造自己在展馆中探索的意义。另一方面，我们希望博物馆成为受人尊敬的教育机构，人们可以利用一小时的时间来学习一些经典的科学知识。这种进退两难的局面在科技馆的每一个层面都有发生。

过去十年间，我开始相信我们有可能创造这样一个展览环境，让参观者在自由探索的同时学习到必要的科学知识。但这项工作也非常困难，需要制定详细的研究计划，关注这种学习方式所处的物理环境的细节特征。在下文中，我会介绍探索馆（Exploratorium）为迎接这一挑战所作的尝试，并总结出有效设计科技馆展览环境的几个关键参考因素。

早期成功：探索馆的原型 EARLY SUCCESS: THE ORIGINAL EXPLORATORIUM MODEL

探索馆创立于 1969 年，是物理学家弗兰克·奥本海默的心血结晶。探索馆后来成为第一批根据人们在科技馆学习的「标准模式（standard model）」来设计和建造实践展品的机构之一。设计重点是让观众直接体验自然、物理和技术现象，使人们建立信心和技能来理解他们周遭世界。尽管奥本海默的教育模式是复杂的，非规定性的，但他的展览方法的基础与美国教育家约翰·杜威（John Dewey）的方法相一致，即把对现象的直接体验（direct experience of phenomena）的作用放在中心，并试图为观众提供一种问题引导式（problematic）的体验，让他们可以进行真正的探究。这也符合让·皮亚杰的「不平衡」（disequilibration）概念，即通过改变现有知识图式来推动学习进程。

图1：上图是探索馆经典展品——「站在空气上的水（Water Standing on Air）」。

该展品引导参观者进行以下的探究循环（inquiry cycle）：

(1) 令人惊讶的现象（Surprising phenomenon）：参观者被邀请将大的有机玻璃缸翻过来，使水通过横在中间的金属网屏障。出乎意料的是，水并没有全部穿过网孔，而是有一定量的水留在了网孔上面。

(2) 探索（Exploration）：参观者尝试以不同的方式反复旋转圆筒，看看是什么原因使这一现象生效或失效。观众会发现这与旋转速度有关，并留意到悬浮的水在金属网上是不稳定的。

(3) 解释（Explanation）：展签用物理学原理解释了这一现象产生的原因，即孔的表面张力和金属网眼上下腔室之间的微小气压差综合导致的结果。

(4) 相关性（Relevance）：展签也与日常生活中的经验做了连接，诸如人们尝试将吸管浸入液体中并用拇指盖住，吸管内液体并未下落。

回到科技馆的建构主义困境，这种模式如何帮助人们在自由选择的状态下学习科学？我认为它用了多种策略组合：

1. 它强调在复杂和混乱的物理环境中，用最容易和最愉快地方式学习科学知识，即采用探索、动手操作和实验的形式。
2. 它避免枯燥的学习方法，包括任何需要记忆的内容（如专业词汇、数量关系），或任何需要长链推理或费力思考的情况（如，设计实验以区分竞争模型，争论两种解释的优劣）。
3. 它阐明（通过展签）和支持（通过其物理设计）一个简单的探究循环（cycle of inquiry）。观众的好奇心成为驱动力，促使他们在这个循环中一步步地，从新奇的现象 → 探索 → 解释 → 最终的相关性。通过说明牌的问题引导 「这是什么原因？」和 「会有怎样的现象？」，以帮助引导观众的好奇心，并在整个循环中为他们提供引导的脚手架。好奇心根本性的推动，让这个探究循环显得自然且不费力，特别是对于没有科学背景的观众来说。

从建构主义的角度来看，这种模式是领先于时代的。当许多博物馆仍然被基于知识传递（transmission-based）的枯燥学习理论所支配时，科学（和儿童）博物馆接受了这种模式，因为它将观众置于一种积极学习者的角色：实验、假设、解释和得出结论。同时，这些努力并没有与所谓的对学习的研究计划结合起来，在过去的十年中，它的局限性变得很明显，我将在后文中简短说明。

机构内部研究进展 AN INSITUTIONAL RESEARCH AGENDA

自十年前凯瑟琳·麦克林（Kathleen McLean）上任以来，探索馆的展览人员一直在创造体验更广泛的实验性展项，以此来应用更广泛的学习模型。基于此，我们在展馆内设立了一个游客研究和评估部门，其研究议程处于学术性和实践性团体的交叉点。对于我们来说，研究和实践是紧密相连的。我希望通过讨论学习环境的四个方面来强调这种综合方法，这四个方面在我们（及其他机构）的研究中显得非常重要：即时可理解性、物理互动性、概念一致性和学习者多样性。

即时可理解性：为挑战创造轻松的氛围背景 Immediate Apprehendability: Creating Effortless Backdrops for Challenge

认知过载（Cognitive overload）是各类博物馆 (e.g., Evans, 1995; Hedge, 1995) 面临的一个巨大挑战，在需要上手操作展品的科技馆中尤其如此。想想看，在科技馆中：参观者进入展馆，面对由数百个展品组成的眼花缭乱的景观，许多展品观众日常从未见过，这些展品也没有提供标准化的控制或理解机制。家长带领孩子了解每个展品，破译展项说明，引导孩子获得关键性的体验（现象），家长自己也要理解这种体验（现象），并帮助孩子翻译体验（现象）的意义，评估结果，并根据需要做出即时调整，以优化孩子的学习效果，一遍又一遍……每隔几分钟，家长就会指导他们的孩子进行技术和认知技能的培养，而家长在来科技馆参观之前没有经过任何培训。通过常见的「博物馆疲劳（museum fatigue）」现象，可以看出游览博物馆所需的努力。参观者只能在有限的时间内（通常约30分钟）深入了解展品，然后就会丢失注意力，开始在展厅内「巡视」，寻找任何特别引人注目的东西，然后继续前进 (Falk et al., 1985)。博物馆疲劳是造成此现象的一个重要因素，它限制了观众在科技馆中有效地学习科学知识。

在考虑博物馆环境促进内在动机和科学学习的特性时，认知过载的普遍出现指向了我所说的即时可理解性（immediate apprehendability）的核心重要性。换句话说，一个令人激动或印象深刻的展品，应该使第一次见过他的人立刻就能理解它的目的、范围和属性，而且不需要费力去思考。即时可理解性类似于「可供性（affordance，或示能）」的概念（Gibson, 1977; Norman, 1988），更应该普遍化囊括为展品中没有直接物理用途的东西，如展签，或某种复杂互动，如玩一个特定的游戏。显然，即时可理解性取决于被引入环境的人（博物馆参观者）的先验知识，但在参观者共享感知和概念图式的情况下，有可能将其视为科技馆环境中的一个属性。

以用户为中心的设计（User-Centered Design）。

在展览中实现即时可理解性和减少认知过载的方法是通过 「以用户为中心的设计」（也称为 「端用户（end-user」或 「自然化」设计）。这种方法促进了对象的创造，由其物理形式和位置，邀请观众与之某种方式，而非其他方式的互动。具有讽刺意味的是，这样的设计往往不为人所见，也不为人所欣赏，因为巧妙的设计往往会让物品看起来简单易用。

对于工业和交互设计师而言 (e.g., Dreyfus, 1967; Loewy, 1951; Papanek, 1971)，以用户为中心的设计理论经过认知科学家 Donald Norman 的发展进入主流心理学领域。他用「可供性」（affordances）这个术语来指代物体可直接感知的属性，这些属性指向了它们可能被使用的方式。「板子是用来推的，旋钮是用来转动的，槽是用来插入东西的……用户只需要看一下就知道该怎么做，不需要图片、标签或指令。复杂的东西可能需要解释，但简单的东西不需要」(Norman, 1988, p. 9)。以用户为中心的设计原则与探索馆的展品开发理念非常吻合，经过多次反复的设计、研究和反思，「可供性」概念现在已经渗透到探索馆的展品设计理念之中。

除了「可供性」的设计理念之外，我们还总结出关于设计的其他相关原则，并发现这些原则很有帮助，包括：

• 利用物理类似物和文化标准的自然映射。例如，顺时针转动一个旋钮会增加正在调整的物理量。

• 在同一时间中限制可用的操作集。虽然这一点在多媒体展品界面上最容易做到，但实物展品也可以做到。一种方式是突出不同的控制方法。例如图2中的展品「触摸弹簧」，这是一个用凹面镜创造弹簧虚像的展品。该展品令人惊讶的现象是：里面的图像看起来像一个真实存在的弹簧，但是当参观者试图触摸它时，手却直接穿过去了。本展品互动的另一种方式是用手电筒对准弹簧照射；令人惊讶的是，弹簧背后投下一个影子。手电照射的互动方式是次要的，它被故意放置在展品的一侧，不显眼地悬挂着，常常在参观者触摸行为之后才被发现。另一种将展品「分割」成可控的互动控制集的方法是将一个复杂的展品分成相邻的站点，每个站点强调要探索同一现象的不同方面（例如，使用不同的电路结构使风扇转动，点亮灯泡，转动马达等）。

• 标准化（standardizing）以实现一致性，以减少后续展品互动的认知负担。在波士顿科学博物馆，听筒（提供标签文字音频版本的耳机）总是放在展品标签上的同一个位置，这样盲人或弱视人群就不必每次都费力去寻找听筒。在探索馆，「电与磁」展区所有磁铁都被涂成红色和白色，以帮助观众建立更加清晰的概念。

图2 触摸弹簧，由凹面镜呈现弹簧虚像的展品。

用熟悉的活动作为互动图式（Familiar Activities as Schemas）。

我们的研究和评估结果表明，通过使用大众熟悉的活动作为互动图式，也可以提高即时可理解性。在几秒钟内，游客就能理解展品的互动形式，并能注意到展品的具体规则和对具体展示现象的解释。以下是几个常见的例子：

• 驱动一个复杂机械工作。「自行车循环（Bike Cycle）」是一个模拟自行车骑手的机器人展品，用液压活塞来代替主要的腿部肌肉。四个按钮控制这些活塞的收缩。要使机器人顺利实现踩踏，需要按照正确的顺序和时间按下这些按钮，这个挑战有一定难度，通常需要多次尝试。然而，我们调查发现，73% 的参与者坚持到了成功，70% 的人认为挑战的方式是正确的。这个展品为观众在整体认知（机器人可以立即被识别为一个骑在自行车上不动的模拟人）和部分认知（唯一的控制器是四个大按钮，位于中心位置，容易按下，并以颜色编码来匹配相关活塞）两个方面建立即时可理解性。

• 竞赛，特别是竞速比赛。「下坡赛（Downhill Race）」是一个经典展品，观众在斜面上用不同形状和重量的车轮比赛。展品设有两条并排的车道，展品标签，以及六个外观特征略有区分的车轮。这些设计让观众立刻认识到该展项是用不同车轮在轨道上进行比赛。竞赛模式让观众投入注意力来思考影响车轮滚动速度的特征，一些研究表明，该展品引发了观众的预测、解释和重新诠释知识的能力 (Gutwill, 2002; Perry & Tisdal, 2004)。Rowe(2002) 曾分析过类似的展品，他注意到竞赛是一种构建观众积极性的想法。

• 观察和等待。成功的展品图式不一定需要精力充沛的身体活动。例如，在探索馆的一个临时展览中，一个看起来「空」的青蛙水箱引起了观众的学习兴趣。这个圆形的镀锌铁罐里装着由卵石、水和植物组成的小型生态系统，实际上里面有很多青蛙，但由于它们是夜行动物，在博物馆开放的时间段里，大多数青蛙都躲起来睡觉。工作人员起初认为该展品设计有问题，但通过对观众的对话研究表明，这个展品能够引起观众进行复杂推论思考的好奇心，例如关于青蛙的伪装或生活习性的推测（Allen, 2002）。它也是排名第二能唤起故事和观众个人联想，以及对青蛙的先验知识的展品。显然，观众认为该展品是一个必须通过等待和观察才能看到青蛙的例子，他们接受这个挑战，并把它当作与同伴分享故事和知识的机会。在30对参观者中，不论他们是否最终找到青蛙，都没有展现出任何的厌烦情绪。

这种观众「熟悉的活动」的方法也适用于整个展览的尺度。例如，用侦探解谜来作为关于法医学的主题展览的框架，使参观者能够立即领悟到诸如犯罪现场、DNA 实验室和模拟解剖实验室等不同元素之间的目的和关系（Walter, in press）。

全尺度的即时可理解性（Immediate Apprehendability on All Scales）。

Csikszentmihalyi 和 Hermanson (1995) 将理想中的展览学习过程描述为由好奇心和兴趣驱动，并通过「心流（flow）」的状态维持。在这种状态下，参观者的身心完全投入到一种内在驱动的活动中。为了创造这种「心流」状态，活动通常需要一套明确目标和规则，以及与人的技能密切相关的挑战活动。因此，我相信，需要优化的不仅是互动挑战的难易程度，还有互动的时长和环境氛围：研究表明，观众只有在感到舒适和有方向性的情况下才会参与互动挑战 (e.g., Hayward & Brydon-Miller, 1984)。因此，对于任何体验的早期阶段来说，即时可理解性是一个特别重要的品质，因为它减少了注意力分散，将观众置于一个舒适的框架中，使其发挥其好奇心。

实际上，人们可以把整个科技馆参观活动看作是一系列不同尺度上的挑战和获知（apprehension）的交替：设想一个正在度假的家庭准备参观探索馆，因为他们希望参观新奇有趣的东西。一家人驱车前往探索馆，他们以为探索馆的位置可以立刻被获知，但由于路标不佳，他们迷失了方向，花费时间和精力寻找建筑，最终找到入口。一旦进入馆内，他们立刻看到接待处、卫生间和咖啡厅，毫不费力地进入展览空间。随后，他们对附近一个展品感到好奇，这是一个大型的复式钟摆，摆锤看似混乱地摆动着。幸运的是，展品的控制装置——一个大的铜制旋钮理解起来很直观。他们迅速进入探索阶段，转动旋钮，看看能引起哪些现象。现在，他们对这样一个奇怪装置的目的感到好奇，他们查看了展品标签，很容易确定「发生了什么」，然后他们投入时间和精力来阅读和理解相关的科学解释。

一般来说，无论是工作人员还是观众，不会通过即时可理解性的角度来分析上文中的故事。按照定义，这些是我们不常关注的细节问题。然而，从设计的角度来看，这一点十分重要，因为它们减少了观众存在的认知负担，使他们能够专注于环境中那些对他们有益的、值得他们关注的问题。正如研究者 Serrell 所强调的，「人们喜欢所呈现的信息能帮助他们做出明智的选择」(1996, p. 72)。

在探索馆，我们在重新设计公共空间时应用了这些原则，包括采用更多的照明和座位，布置声学挡板以减少环境噪音 (Fry, 2002)，另外还有地图、三维模型和寻路牌等导览装置。这种「舒适」氛围的营造对观众体验的重要性不应该被低估：Falk 和 Balling 的研究 (1977) 表明，如果为观众提供基于博物馆布局的观前指引，并且提供在博物馆商店里吃饭和购物的机会，那么参加博物馆实地考察活动的儿童能够表现出更高的学习水平。Maxwell 和 Evans (2002) 通过认知疲劳、分心、动机和焦虑等心理过程将物理环境与学习联系起来，他们的研究表明，在更安静、更小、更有区分的空间里，学习会过程得到增强。

即时可理解性、以及其对于观众舒适以及毫不费力的理解，似乎与科学博物馆的学习模式相对立，因为传统上科学博物馆的学习模式是建立在惊讶、认知失调和好奇心的激励属性上的。然而，根据在我们在科学博物馆和其他类型博物馆的综合研究表明，我相信，这种即时可理解性构成了使这种令人振奋的前景体验成为可能的基础背景。

物理互动性：一种更具批判性的观察 Physical Interactivity: A More Critical Look

物理互动性（physical interactivity），即展品对观众行动的回应能力，被认为是科学（和儿童）博物馆的主要特征。从建构主义的角度来看，这是科学学习的过程之一，包括让学习者得以接触自然世界的关键现象。对游客在博物馆中的学习过程的研究表明，物理互动可以促进观众对展品的参与、理解和回忆（相关研究可参考 Schneider & Cheslock, 2003）。例如，Maxwell 和 Evans 引证表明，不论儿童还是成人，人们对自己所做的身体动作的记忆要好过仅靠肉眼观察到的。Richards 和 Menninger（2000）评估了盖蒂博物馆（J.Paul Getty museum）精心设计的交互式展厅，发现在这些展厅中，观众的停留时间更长。Borun 和 Dritsas（1997）认为互动设计的特点，如多结果和多模式（modal），是科学中心促进观众学习的关键因素。

在探索馆，我们开展了一套严格的课题研究：通过多媒体展示微观生物展品中物理互动所产生的作用（我们有很多案例）。展品开发者对这一课题有相当大的兴趣，因为要维持活体动物的生命既昂贵又费时，一些学者建议我们使用预先录制好的动物行为视频，而不是让观众在寻找和关注活体动物的复杂互动中挣扎。因此，我们创建了三个不同版本的展览，名为《发光的蠕虫（Glowing Worms》：

1. 强互动（可改变的灯光、焦点和培养皿位置），以及活体标本；
2. 弱互动（可改变的灯光、焦点），以及活体标本；
3. 非互动（预录制的视频）和非活体标本。

结果显示，与非互动版本相比，看到活标本，互动版本的参观者停留时间更长，对展览的评价更高，并且能够以更加相关的细节来重构他们的参观体验（Allen, S., & Feinstein, N.）。

然而，在互动功能方面，「多不一定意味着好」。在同一研究中，我们发现在强互动和弱互动两个版本之间的体验没有明显的差异。这表明，至少对于该展品来说，拥有某种形式的活体动物互动很重要，但一味增加互动方式并不能改善展品体验或提高学习效果。此外，对探索馆其他展品的研究表明，强互动性或具有多种互动功能的展品面临五个常见的陷阱：

1. 同等突出的多个互动选项会使观众不知所措。
2. 多个用户同时进行互动会导致互相干扰。
3. 即使是单个观众的互动也会扰乱正在展示的现象。
4. 互动的特性会使关键现象难以被发现。
5. 次要特性会使观众的注意力从更主要的上移开 (Allen & Gutwill, 2004)。

我们从这些发现中总结认为，展品可能有一个最佳的互动度，形成性评估（formative evaluation) 对确保互动特性的和谐运作来说至关重要的。

虽然博物馆的研究者相对来说缺少严谨的控制变量实验研究资源，但我们也可以从展览的总结性评估的结果中学习。有趣的是，近年来，探索馆最受欢迎的一些展品几乎没有使用物理互动形式（例如展品「死亡的能量（Energy from Death）」，一个玻璃柜里放置不同分解阶段的以及被更小动物吃掉的动物残骸；或者由七个视错觉装置组成的展品组，要比单独错觉装置停留时间更久）。更有趣的是一个青蛙主题展（Allen, 2002）。我们分析了观众在观看过程中的对话，结果显示，玻璃缸中活体动物的展览更有吸引力，比带有物理互动形式的展品更能唤起「学习谈话（learning-talk）」（显示学习证据的谈话）的行为。展览中引起最多样化的学习对话（以及最长的停留时间）的单一展品是一盘青蛙捕捉和吃它们猎物的录像带。这表明，在认识到互动体验的力量的同时，我们应该对笼统地宣称互动性是学习的必要条件，或者甚至宣称它一定会在我们的博物馆中创造出最有力的、令人难忘的或有吸引力的体验持怀疑态度。

除了开展以上工作，探索馆也同其他机构一起努力推动研发互动展览原型，探索互动展览的不同形式，这些展览既是 「思维的」，也是 「动手的」。例如，我们创造并研究在观众中引起 「积极长时间参与」（active prolonged engagement, APE）的展品，将现象与深度的认知体验相结合。中期评估（Perry & Tisdal, 2004）显示，APE 展品引起的游客体验在几个方面不同于传统展品（如飘在空气中的水，图1）。首先，APE展品吸引观众的时间是传统展品的两倍以上。其次，它们引发了更多的「驱动性问题（driving questions）」，即观众在看到展品时的最初想法。传统的展品通常只为观众带来一个问题（具体来说，如「这里发生了什么？」），但 APE 展品能够引发观众一连串的问题思考，例如「我能这样操作吗？」（如在一个电路结构中）以及「我可以看到并分享关于该展品哪些有趣的现象？」（在一片冻结的冰上，观众可以用手融化或通过偏光滤镜观看）。最后，与传统展品相比，观众与 APE 展品在物理互动模式和顺序上都有很大的不同，标签常在展品使用顺序的后面被提及，这表明 APE 展品比传统展品更能引发观众的自我驱动探索。

Perry 和 Tisdal认为，造成 APE 展品停留时间较长的一个因素是，与所研究的传统展品不同，APE 展品的设计是面向不止一人的社会群体而设计的展品。这与Borun 和 Dritsas（1997）的研究结果一致，即允许多个用户同时操作的展品有利于家庭学习，当然是在避免Allen 和 Gutwill（2004）提到的注意力互相干扰问题的情况下。此外，Gutwill（2002）还探讨了展品的其他一些特征，这些特征说明了展品对观众行为的影响。在对 APE 展品「下坡赛」的详细研究中，他评估了两种结果：参观者在多大程度上阐明了展览所依据的正确原理（在这种情况下，中心质量大的圆盘在斜坡上滚动得更快），以及他们对展览进行探究的程度（被编码为身体和智力参与的结合）。他发现在展品设计方面通常面临两个有趣的取舍：

1. 当展览使用专门设计的木盘以凸显质量分布这一关键变量时，观众成功地找出了木盘背后的正确原理。然而观众整体的停留时间却减少了，能够读懂标签中的原理的参观者也降低了对展品深度参与的愿望。
2. 一个更加传统的展品标签（简单的互动引导语，附加对基本原理的解释）使更多的参观者说出了正确的原理，但会导致他们对展览的深入参与意愿降低。这项研究强调了在设计展品以支持科学内容和科学探究过程之间可能出现的矛盾。

概念一致性：一个持续的挑战 Conceptual Coherence: An Ongoing Challenge

十年前，Driver 等人（1994）在定义课堂背景下的建构主义时认为，「学习者不仅需要获得物理知识经验，还需要获得传统科学中的概念和模型」(p. 7)。然而，对博物馆的研究人员来说，科学博物馆的观众对展品的解释往往是高度文字化和具象化的（e.g., Falk & Dierking, 1992; Gammon, 1999）。在这样的环境下，我们怎么能希冀创造出成功传达科学的抽象概念、主题和模型的系列展品呢？

最初，探索馆的模式是一种未经检验的「课程理想主义（curricular idealism）」。正如创始人奥本海默所说：「我们把科学博物馆看作是一个道具的集合，构成了一个环环相扣的小型课程网」 (1986, p. 6)。工作人员了解这些小型课程，并希望在松散的分组、区域标题和提及相关展品的标签文字的帮助下，观众也能意识到不同展品组之间的联系。然而，评估显示，大多数观众并未能完全领会预期的主题，特别是当表达的内容是抽象的（如反馈）而非现象的（如声音）时候。参观者很难从多个单独设计的展品中推断出这些概念。

在过去的十年中，我们探索各种技术，使抽象的概念和主题对观众更加明显，包括对展品系列的选择，展品的线性排序，在展品集群之间统一的设计美学，空间引导（主题系列入口处的概念说明或空间概述），以及加强抽象主题展品组的说明，而非专注于单个展品。这些对博物馆领域来说都不是新鲜事物，但它们的有效性取决于它们的精确设计，这些设计的组合使用为参观者的学习带来了新的未经测试的可能性。我们进行了一项对照研究，并发现，在一组相关的展品周围增加简单的隔板，使观众正确识别其共同主题的百分比从 30％ 增加到 51％，这突出环境因素对学习效率的影响（Allen, 2003）。

我们已经用这些方法取得了一些巨大的成功。例如，我们最近的 「看见（Seeing Collection）」系列展览，由美国国家科学基金会资助，部分取代了我们原有的「光、视觉、颜色和光学」系列展览，该展览旨在提供关于眼睛和大脑如何共同运作以及文化如何影响我们对所见事物的理解和认识。外部评估员惠特尼（2003）比较了旧有的 「光学」展览和新推出的「看见」展览中观众的观展感受，发现「看见」系列展览中，观众更多地谈到了作为阐释的观看，提到视觉系统中的特定部分，说他们对于关注于观看的重要性有了新的认识，并说他们先前没意识到人们观看方式的差异，而这些展品与他们的日常生活息息相关。以上的观察研究表明，该展览设计的五个原始目标中有四个目标相吻合，这意味着微妙而复杂的科学思想可以通过成组的展品成功传达。

另一方面，探索馆的 「生命特征（Traits of Life）」系列展览则不太成功，该展览旨在向观众传达一个抽象的主题——生物所具有的四个共同特征。外部评估员 Hein（2003）指出，我们的展览策略是展示一系列生物以说明它们之间的共同点，不过许多观众却更加关注这些生物间的多样性。有趣的是，Hein 对观众最常提到的两个 「替代主题」（即生命的循环，和环境的相互依赖）的可能原因作了如下假设。「[这些概念]已被正统教育、流行文化和生命科学博物馆不断强调……概念转变是困难的，人们更愿意在他们已有的概念基础中添加新的经验、新的数据和新的信息，而不是接受一个新的总体性的想法」(p. 36)。这似乎我们在概念一致性方面的尝试（更别提观念改变）仍然面临着和过去一样的严峻挑战。

在一个开放的环境中，要凸显展览的主题可能非常困难，因为大多数展品在设计上都是通过各种可选的可能联系的网松散地关联。观众可能根本没有动力去寻找展品间强有力的联系；在一项关于临时展览的对话研究中，Allen (2002) 发现，在观众停留的展品中，只有5%的展品间建立了明确联系。

学习者多样性：帮助观众优化其自身的学习 Diversity of Learners: Helping Visitors Optimize Their Own Learning

如果学习从根本上说是由参观者自我驱动的（建构主义的基本立场），那么一个单一的、静态的、非媒介的系列展品如何能适配多元化的科学博物馆参观者？

1992 年，美国博物馆协会发表了「卓越与公平（Excellence and Equity）」报告，呼吁博物馆承认教育作为其公共服务的核心，并要求在其运作和产品的各个方面更具包容性。同时，在过去的十年里，学习者多样性的概念被提上日程。有几种理论方法，其一是多元智能理论 (Multiple Intelligences, Gardner, 1991)，该理论强调人们通过不同的认知风格来理解世界，而不局限于语言和数理逻辑。第二种是 Kolb（1984）、McCarthy（1987）等人提出的 「学习风格（learning styles）」系统，该系统强调根据学习者对信息的感知和处理偏好模式对他们进行分类。第三种是对不同感官体验模式的认识：视觉、听觉、触觉、嗅觉甚至味觉。这些方法证实了许多博物馆教育者所熟知的事实：即参观者在他们的喜好、风格和学习动机方面都有所差异。

博物馆正在试图通过更多样的学习体验来拥抱这种多样性，通常由教育家或相关研究人员带领或支持。在一项有影响力的研究中，Borun 和 Dritsas（1997）表明，促进家庭团体学习的展品有七个特征，其中一个是「多模式（multimodal）」，这意味着展品能够覆盖不同学习方式和知识水平的观众。另一项重要的研究验证了通用设计（Universal Design）的有效性，「产品和环境的设计应该尽可能对所有人友好且易于使用，不需要做特殊的调整或设计」。(Center for Universal Design, 2002)。据此，波士顿科学博物馆的工作人员根据以上原则修改了展馆陈列，目的是使陈列主题在智力上和身体上都能被普遍触达，并找到新的方法让参观者都参与进来，而无需考虑其特殊需要（Davidson, 1991）。他们增加了新的感知元素，包括提供触摸、倾听和嗅觉等互动形式，以及邀请参观者在动物身体部位和人类工具之间进行比较的活动站，或者在显微镜下检查不同类型的毛皮，考虑这些因素对动物生活方式的影响。Davidson, Heald 以及 Hein (1991) 研究表明，这些设计总体上改善了观众的参观体验：观众在停留时间、科学原理和对展区主题的理解都有大幅增加。Tokar (2003) 的调查表明，在科学展品制作机构中，为符合美国残疾人法案的规定，许多展品已经针对残障人士进行适配设计。然而，通用设计更顶层的目标，即面向所有参观者的智力可触达性与参与度，还未被纳入主流的设计。

探索馆始终坚持多感官的学习模式。原因部分在于，我们的内容侧重于人类各种形式的感知体验。我们也一直在努力设计能够吸引更多观众学习风格的展品，因为我们早期设计的展品强调具体的体验而不是抽象概念，强调积极的动手实验而不是反思性观察（使用 McCarthy 的框架）。特别的，我们也尝试了一些更安静、铺有地毯、有选择性的照明和空间分区的展品，以及支持观察和反思而不是动手活动的展品。评估研究表明，我们的参观者注意到了并重视博物馆内这种空间的多样性 (Hein, 2003; Gutwill-Wise et al., 2000)。

过去十年中，我们探索的另一个领域是展览叙事。我们试图用叙事吸引更多样的受众，并探索由此产生的不同类型的学习。叙事（narrative），宽泛地定义为个人的故事讲述，并通过个人观点、事件序列和与大众关切的相关性等特质而区别于科学论述，长期以来被认为是历史和文化类博物馆的一种强有力的展览技术 (e.g., Bedford, 2001; Rounds, 2002)，甚至被一些心理学家认为是人类思维的基本模式（Bruner, 1986; Shank, 1990）。Roberts（1997）和 Silverman（1995）等研究者在过去十年中认为，建构主义中具有广泛影响力的论点之一是：叙事，尤其是多方发声的叙事，应该取代权威性的知识传播，成为博物馆执行教育性任务的标志性模式。然而，叙事和个人故事现今在科技馆中的作用要小得多，主导模式仍然是单一的权威解读以及上手实践探索。

在我们的实验性展览中，我们为观众创造了书写、叙述或聆听与展品或展览主题有关个人故事的机会。我们的评估表明，虽然观众很容易参与讲述或聆听关于情感主题的故事，如爱情、艾滋病或与来自某人家乡的珍贵物品相关的记忆（Pearce, 2003; McLean, 2003），但单一叙事展品参与程度要低得多，相比我们在基于经典现象的展品基础上改进叙事版本的展品而言（Gutwill-Wise & Allen, 2002）。后者是一个名为「寻找意义（Finding Significance）」研究项目的一部分，在这个项目中，我们在现有展览基础上增加了视频内容，并比较了「叙述性」视频（四个不同的人讲述他们与展览之间的关系）、「探究性」视频（同样的四个人向观众提出简短的问题，并邀请他们进一步探索或思考本展览）以及对照组（没有添加任何视频的基础展品）之间的效果。初步结果（Allen &Gutwill, 2003）表明，观众更喜欢探究性的视频，这可以帮助他们将观展经验融入到他们先验知识中，相比对照组，叙述性视频所呈现的影响很小或几乎没有。

例外的情况是，一个以小孩为主角而展开的戏剧形式的叙事：这显示了一些证据，与对照组或探索视频的情况相比，唤起了更多参观者生活中的个人联系。除了我们在展示学习效果方面看到的微小差异外，我们意识到在我们的环境中创造有效的叙事效果面临一些特殊的难点。这些困难包括：一个嘈杂混乱的环境不利于观众坐下聆听；能够吸引观众注意力的叙述长度上限为几分钟；观众更喜欢与展品具体相关的东西，而不是松散的关联或隐喻；观众在观看和聆听视频的同时与他人对话会出现注意力冲突。另外，我们发现要找到一种本真的叙事，即能吸引观众，又和展览主题相关，还要避免科技馆那种「老生常谈式」的说教，是非常具有挑战性的。一些研究人员（如 Martin, 1996）已经研究过展览过程中的叙事问题，结果表明最有说服力的叙事是那些讲述危及生命的故事，而对于如何利用叙事来帮助观众理解有关科学现象和原理的展品而言，该领域还有待进一步研究。

结论 CONCLUSION

我认为，设计科学博物馆的展品，让观众时刻参与其中，同时鼓励他们学习科学知识，是一项艰巨但并非不可能的任务。鉴于这些任务充满挑战，我们认为用严格的研究和评估计划来支持展览设计至关重要，这是探索馆十年前做出的承诺，并将继续发展下去。在本文中，我们强调了探索馆研究的综合方法，并讨论了对我们来说很重要的四个内容：即时可理解性、物理互动性、概念一致性和学习者多样性。

我们的许多研究表明，在整个展览中需要关注以用户为中心的设计，从观众对展品操作的理解承受力，到展品周围空间环境的布局和方向。我曾提出，构建科学博物馆学习研究的一个关键概念是即时可理解性，它减少了观众的认知负担，使观众能够专注于展览环境中值得关注的问题。虽然我们已经了解一些实现即时可理解性的标准做法，如使用大众熟悉的日常活动作为展品互动的模式，或者在展馆中放置高度可读和一致的导览标志以帮助观众确定方向，但仍有许多东西需要学习。例如，我们仍然需要了解更多关于理解难易程度与挑战之间的影响，以及两者之间体现的张力在参观过程中的不同规模、不同时间和不同观众中的表现。这就需要在现场研究观众对我们所创造的展品和环境的详细先验知识。

许多我们的研究表明，在所有的尺度上都需要更加关注以用户为中心的设计，从展品控制的精确的可供性到周遭环境的布局和导向。我曾提出，构建博物馆学习研究的一个关键概念是即时可理解性，它减少了认知超载，使参观者能够专注于环境中值得他们关注的方面。虽然我们知道一些实现即时可理解性的标准方法，例如使用熟悉的活动作为展品互动的模式，或者在博物馆内放置高度可读和一致的方向性标识以帮助参观者确定方向，但仍有许多东西需要学习。例如，我们仍然需要了解更多关于可理解性与挑战的影响，以及它们之间的张力关系在博物馆参观的不同规模、不同时间和不同观众中的表现方式。这就需要在现场来研究我们的观众对我们所创造展品和环境的详细先验知识。

作为博物馆的工作人员，我们也需要明确我们自己的意图，即我们认为学习环境中哪些方面适合让观众直面挑战，哪些不适合。我们可能都同意，参观者不应该绞尽脑汁打开科技馆前门（顺便说一下，探索馆实际上也有这样的问题，因为把手直觉上需要推动，但实际上观众是拉动才能打开）。然而，关于学习的许多方面仍然是有争议的。例如，我们到底希望科学现象的解释是容易发现和理解，还是希望观众能够迎接挑战，用自己的方式调查科学现象？我们是否应该创造更有规律的展品和线性参观动线，以加强展品之间的联系和逻辑关系，还是应该保持开放的布局，因为展品之间的逻辑关系正是我们希望观众应该仔细思考的问题？这些都是仍待解决的问题，需要研究机构优先考虑和进一步研究。

我们对物理交互性的研究表明，它并不是提升学习效果的一个简单和普遍的解决方案。虽然一些研究支持该领域的一般性结论，即互动性增强了参观者的参与、理解和回忆的效果，但我们也发现，过多的互动功能会降低参观者的参与兴趣和学习效果。我们的研究还表明（与其他机构一起），互动展品可以被设计成能引起长时间的参与和自我探索，特别是如果展品支持多个用户的参与，可以避免对一个现象出现「单线」的解释。然而，展品设计如果最大限度地提高参观者的自主探究，有时可能会减少参观者理解特定科学原理的深度。展望未来，随着互动性展品在科技馆的不断增加，仍需进一步探究它对学习效果的影响。特别是，该领域迫切需要更多关于非语言学习形式的研究，因为这可能是物理互动的主要形式，特别是对儿童而言。非语言研究也将有助于揭示一种有争议的、日益流行的技术的学习效果，我们称之为 「无理由互动（gratuitous interactivity）」，其展品的互动功能与它的中心现象没有关系。

我们在调查多个展览概念一致性方面的研究表明，通常很难让观众看到这种体系之间的联系（尤其是展品连接的主题是抽象的科学概念或原理），部分原因在于观众倾向于在展品中以具体的、文字的方式学习。在一个相关的研究问题上，我们发现观众对展品在最基础的层面上「相关（about）」的内容有很强的认知惯性，不易简单通过如重做展签的方式而改变。相反，整个展览的概念一致性似乎取决于许多因素，其中许多是环境因素，比如展品组周围是否有隔板。在这个领域仍可以做很多有意义的研究，因为这种大尺度的设计问题在逻辑上很难在真实的博物馆环境中进行测试，而且成本很高。我们怎样才能鼓励观众在展品组之间建立更多的联系？什么是与观众先验知识相关的现实抽象？如果观众不断地从我们的展品中构建个人意义，那么科学的抽象概念和主题在多大程度上可以被框定和体现出来，以便为原本零散的参观体验赋予背景和意义？

我们试图研究观众的智力和学习风格的多样性，主要是通过系列展品的设计，纳入更广泛的方法和感官模式，并提供多种方式帮助观众将日常生活与科学材料建立联系。我们的部分研究集中在将多种个人叙事融入展览的效果上，这种技术在文化和历史博物馆或情感主题的展览中被证明非常有效，但到目前为止，它在增强学习或基于现象的科技馆展览中相对效果不佳。我们需要更多的研究来确定是否是我们的叙事实例有缺陷，或是因为科学博物馆无序、活跃的环境和科学的非轶事性质，导致故事讲述的学习策略在科学博物馆中失效。

最后，过去十多年的工作对我来说强调了持续的、聚焦研究和评估的重要作用。有效的设计是非常复杂的（nontrivial），即使是电话和收音机这样的简单设备，也需要多次反复设计和多年迭代。因此，设计一个独特、新颖、易于被任何年龄和背景的人使用、对个人有意义，并能让观众实现学习科学知识或认识世界的展品，那是多么大的挑战！面对物理系统和人类不可化约的复杂性，我们不太可能创造出完美的设计原则以省去对展品的研究、原型设计和评估。如果我们想要了解观众的感受，并解释和了解我们的展览空间的无数种不同的组合方式，这需要许多尺度上更加仔细和详细的研究。

感谢 Joshua Gutwill、Kathleen McLean、Beverly Serrell 和三位匿名审稿人对本文初稿的反馈。本文大部分工作在国家科学基金会资助下完成。

参考 Refenrece