Naukowiec na jeden dzień

W warsztacie samochodów solarnych w bostońskim Muzeum Nauki trzy grupy rodziców i dzieci testują zbudowane przez siebie modele samochodów. Nagle wszyscy biegną z powrotem do stołu warsztatowego, aby zmienić koła, wyregulować napięcie na gumowym kole pasowym łączącym silnik elektryczny z osią napędową i dokonać innych zmian. W międzyczasie inny zespół próbuje skłonić swój wyrafinowany model do przejechania toru testowego w 12 sekund. Kiedy zbliża się do 12,8 sekundy – dzieciaki wiwatują. A w innym zakręcie, po 35 minutach nieprzerwanej pracy nad poprawianiem modelu, którego koła początkowo kręciły się tylko wtedy, gdy samochód był uniesiony w powietrzu, 11-latek rozgląda się i znajduje kogoś znajomego. Przyjdź i zobacz! on płacze.

Sprawiłem, że to zadziałało i wyjaśniam, co odkrył.

Ta historia była częścią naszego wydania z lutego 1997 r.

• Zobacz resztę numeru
• Subskrybuj

Warsztat samochodów solarnych reprezentuje awangardę wśród eksponatów w centrach naukowych. W całym kraju twórcy wystaw tworzą otwarte eksperymenty, których celem jest stymulowanie zwiedzających sposobów myślenia stosowanych przez naukowców. Reformatorzy ci odrzucają tradycyjne przekonanie, że muzea mogą niewiele nauczyć o procesie naukowym podczas typowej krótkiej wizyty. Deweloperzy twierdzą nawet, że ich praca może służyć jako model do doskonalenia formalnej edukacji naukowej.

Od przycisków do mieszanych twarzy

Miłośnicy historii przyrodniczej setki lat temu zaczęli zakładać muzea, w których wystawiano rzadkie i wspaniałe przedmioty. Takie ekspozycje do dziś spełniają ważną rolę, pozwalając odwiedzającym obserwować, a tym samym poznawać intrygujące aspekty niezwykłych obiektów: skał, minerałów, zwierząt, skamieniałości i nie tylko. I takie eksponaty wciąż się rozwijają, co dwa lata temu zademonstrowało Amerykańskie Muzeum Historii Naturalnej w Nowym Jorku, pomyślnie otwierając odnowione hale dinozaurów.

Jednak w pierwszych muzeach brakowało interaktywności – możliwości dla zwiedzających do obsługi lub innego manipulowania częściami w eksponatach. Następnie, na początku XX wieku, amerykańscy kuratorzy muzeów przypomnieli o podejściu Deutsches Gesundheit Museum w Monachium, które oferowało w klasie pokazy fizyki i chemii, za szkłem, w eksponatach uruchamianych przyciskiem. Trzy nowe amerykańskie muzea nauki — Instytut Franklina w Filadelfii, Muzeum Nauki i Przemysłu w Chicago oraz Muzeum Nauki w Bostonie — wprowadziły nie tylko przyciski, ale także pokazy na żywo pracowników muzeów, aby pobudzić zainteresowanie zwykłym zachowaniem wszelkiego rodzaju obiektów.

Kolejna fala eksponatów naukowych przybyła wraz z Exploratorium w San Francisco w 1969 roku. Twórcy tego muzeum, którzy byli naukowcami i artystami, nadal przyjęli bardziej praktyczne podejście. Zamiast po prostu naciskać przyciski, aby aktywować demonstrację, zwiedzający mogą dokładniej kontrolować zmienne na wystawie. W jednej z takich propozycji, mającej na celu uczenie ludzi o właściwościach fal, odwiedzający muzeum mogą regulować częstotliwość i głośność fal dźwiękowych wytwarzanych przez głośnik przymocowany z jednej strony do poziomej szklanej rurki zawierającej niewielką ilość płynu. Zwiedzający uczą się, jak bawić się przyciskami, aby w miarę jak powietrze w rurze wpadało w rezonans z określoną częstotliwością, krople cieczy wzlatywały w górę, ukazując fale stojące.

Opierając się na przedmiotach, które wyglądają, jakby zostały znalezione, powiedzmy, w piwnicy, twórcy Exploratorium próbowali również stworzyć nieoszlifowane eksponaty, które sugerują raczej działające prototypy niż gotowe eksponaty prezentowane przez wiele innych muzeów naukowych. Co więcej, podejście muzeum polega na pogrupowaniu tych przedmiotów w tematy, takie jak załamanie i polaryzacja, za pomocą zestawów instrukcji, które prowadzą zwiedzających przez szereg kroków, tak aby ludzie odeszli po logicznym zrozumieniu określonego zjawiska. Na przykład tuba przedstawiająca fale stojące może znajdować się w pobliżu maszyny, która mechanicznie wytwarza różne fale, co widać za pomocą wznoszących się i opadających piłeczek pingpongowych.

Podejście Exploratorium było tak dobre, że wpłynęło na muzea nauki na całym świecie, tak że prawie wszyscy pracujący w centrach nauki doszli do połączenia słowa „interaktywny” z frazą „odnoszący sukces edukacyjny”. Ale chociaż muzea skopiowały podejście Exploratorium, zrobiły to z różnym powodzeniem. Dokładne repliki eksponatów instytucji z San Francisco, takie jak półsrebrne lustro, które pozwala dwóm odwiedzającym, każdy po przeciwnych stronach, zobaczyć ich rysy twarzy połączone na jednym obrazie, zwykle działają bardzo dobrze. (Połowa światła uderzającego w ten rodzaj lustra odbija się z powrotem, podczas gdy druga połowa przechodzi przez.)

Jednak niektórzy twórcy wystaw nie zrozumieli, że interakcja najlepiej wspomaga uczenie się, jeśli angażuje odwiedzających bezpośrednio w zjawisko, i zbyt często uwzględniała w nowych eksponatach nieużyteczną, a tym samym bezużyteczną interaktywność. Zastanówmy się, jak jakieś 20 lat temu programiści z Muzeum Nauki w Bostonie zaproponowali nauczanie ekologii ptaków za pomocą flippera – przedmiotu popularnego wśród dzieci. Pomysł polegał na przemalowaniu powierzchni gry tak, aby różne obszary reprezentowały czynniki przetrwania w życiu ptaka. Ale chociaż jednoręki bandyta może przekazać pewne lekcje na temat mechaniki i trajektorii, z natury rzeczy nie uczy niczego o ptakach ani o tym, jak naukowcy dowiadują się o ptakach. Nowe etykiety na maszynie przekazywałyby wszystko, co eksponat miał do zaoferowania ptakom – niewiele różniąc się od eksponatów muzealnych w szklanych gablotach. I najwyraźniej nikt nie zamierzał czytać etykiet, próbując powstrzymać piłki przed wpadnięciem do dołka. Na szczęście twórcy porzucili ten pomysł.

Niespodzianka w odwiedzaniu naukowców

Eksploratorium kontynuuje produkcję jednej wystawy po drugiej, która wykorzystuje kreatywne interakcje, aby spektakularnie pokazać określone zjawiska naukowe. Jednak kilka eksponatów opracowanych przez muzeum z biegiem czasu wykracza poza to podejście do ryzyka nieograniczonych wyników. Rozważmy na przykład stół z centralnym źródłem światła osadzonym w metalowym cylindrze wyposażonym w szczeliny. Do stołu przymocowane są sznurkami różne rodzaje małych lusterek i soczewek, z którymi zwiedzający mogą eksperymentować, gdy światło rozchodzi się po stole. Chociaż takie eksponaty mogą nie wydawać się tak skuteczne w nauczaniu konkretnych lekcji opartych na treści, programiści z innych krajów zauważyli, że takie działania mogą stymulować odwiedzających do samodzielnego prowadzenia procesu naukowego, a zatem mogą być bardzo cenne edukacyjnie. Zainspirowani programiści zaczęli dalej rozwijać projektowanie takich otwartych eksponatów.

W efekcie powstały eksponaty przypominające pracujące laboratoria, w których zwiedzający mogą realizować własne krótkie projekty badawcze i znaleźć własne odpowiedzi na zadawane przez siebie pytania. Myślenie polega na tym, że nauka to nie tylko, powiedzmy, fizyczne, chemiczne lub biologiczne atrybuty otaczającego nas świata, ale proces poznawania świata. Bez względu na to, jakie informacje naukowe zwiedzający mogą zabrać do domu, najcenniejszą lekcją, jaką może przekazać wystawa, jest właśnie ten proces.

Pierwszym muzeum, które w pełni zaangażowało się w badania typu „zrób to sam”, było Science North, otwarte w 1984 r. w Sudbury w prowincji Ontario. To muzeum – a właściwie w tym przypadku to centrum nauki – zawiera interaktywne obszary przypominające przestrzeń roboczą naukowca. Tam zwiedzający mogą zgłębiać różne tematy z zespołem naukowców-nauczycieli. Liczy się aktywność prowadzenia badań. Na przykład w sklepie Swap Shop Science North ludzie mogą zarówno wnosić, jak i badać cudze małe eksponaty naturalnych obiektów – takich jak skały, kości zwierząt i muszle – za pomocą aparatury, takiej jak mikroskopy, narzędzia, mapy i wykresy.

Takie podejście wywołało powszechne zainteresowanie wśród twórców muzeów, a inni zaczęli wymyślać podobne podejście. Jednym z pierwszych, który podjął działania, był J. Shipley Newlin, programista z Science Museum of Minnesota w St. Paul, którego Galeria Eksperymentów skupia się na stanowiskach eksperymentalnych, na których od jednego do trzech odwiedzających może korzystać na wyłączność z aparatury, aby wybrać spośród wielu zmiennych. kontrolować, wymyślać własne eksperymenty, a tym samym doświadczać wielu wyników.

Jednym z najbardziej udanych eksponatów jest Laboratorium Elektryczne, które pozwala odwiedzającym zapoznać się z podstawowymi elementami elektrycznymi, takimi jak rezystory, żarówki, silniki, kondensatory, diody i przełączniki. Zatrzaskują się one ze sobą i można je przymocować do miedzianego drutu, tworząc różnego rodzaju obwody niskonapięciowe. (Obwody są zabezpieczone, więc nie dochodzi do uszkodzeń. Aby zapewnić większe ubezpieczenie od problemów, członek personelu pozostaje w Galerii Eksperymentów.) Na bardziej tradycyjnej interaktywnej wystawie kilka elementów może być przykręconych do stołu, a goście zmienić kilka zmiennych. Ale w Electricity Lab odwiedzający faktycznie budują obwody i decydują, co włączyć.

Oceny wykazały, że zwiedzający przebywają dłużej na stanowiskach eksperymentalnych niż na bardziej tradycyjnych interaktywnych eksponatach muzeum – nawet 19 w porównaniu z 6 minutami. Jednak otwarty charakter modelu stanowiska eksperymentalnego również stwarza pewne problemy. Przy wielu dostępnych opcjach niektórzy odwiedzający mają trudności z ustaleniem, co robić. Powiedzieli, że potrzebują lepszych instrukcji. Muzeum Nauki w Minnesocie rozwiązało ten problem, dodając do laboratoriów karty eksperymentów, które sugerują zadania o łatwym, średnim i trudnym poziomie trudności.

Innym centrum, które przeniosło otwarte eksponaty na nowy poziom, jest Muzeum Nauki i Przemysłu w Portland, które w 1993 roku otworzyło Engineer It! – wystawę, która daje odwiedzającym doświadczenie z pierwszej ręki w projektowaniu, budowaniu i testowaniu obiektu, takiego jak model łódź lub samolot. Początkujący inżynierowie mogą wybierać spośród wielu części w pojemnikach i odwoływać się do przykładów ich dopasowania. Następnie mogą przywiązać papierowe samoloty do tunelu aerodynamicznego, aby sprawdzić, czy będą latać, zmodyfikować projekt modeli ciężarówek i przetestować, jak duży opór napotykają podczas poruszania się po autostradzie, lub zbudować budynki na stole, który się trzęsie, aby sprawdzić, czy projekt jest odporny na trzęsienia ziemi.

W tym muzeum oceniający stwierdzili, że większość zwiedzających zwraca stosunkowo mało uwagi na instrukcje, projektując zamiast tego metodą prób i błędów i ucząc się wiele od innych bywalców muzeum, naśladując ich projekty i ulepszając pozostawione przedmioty. Czyniąc to, odwiedzający zachowują się jak naukowcy, którzy podobnie opierają się na swoich wynikach poprzez kontakty osobiste, a także publikowane artykuły.

Centra aktywności w Bostonie

W Muzeum Nauki w Bostonie, instytucji, w której pracuję, trwają prace na największą skalę, których celem jest opracowanie eksponatów skupiających się na umiejętnościach naukowo-myślących – seria sześciu ośrodków aktywności. W marcu zeszłego roku zainaugurowaliśmy działalność centrum aktywności Zbadaj! Wystawa „Zobacz sam”. Ośrodek ten koncentruje się na umiejętnościach związanych z przeprowadzaniem eksperymentu: zadawaniem pytań, formułowaniem hipotez, planowaniem i przeprowadzaniem procedury, gromadzeniem danych, analizowaniem dowodów i wyciąganiem wniosków. Przy wejściu zwiedzający napotykają rzeźbę dziewczyny stojącej na stosie mebli do sypialni, gdy ma zamiar upuścić piłkę do softballu i piłeczkę golfową, aby zobaczyć, która pierwsza uderzy o ziemię. To przywołanie apokryficznego eksperymentu Galileusza w Pizie symbolizuje wystawę: samodzielne przeprowadzanie eksperymentów.

Za rzeźbą znajduje się ściana pytań i sala poświęcona pierwszemu etapowi przeprowadzenia eksperymentu – zadaniu pytania, na które można odpowiedzieć. Ta sala, mająca skłaniać do refleksji, zawiera intrygujące obiekty utożsamiane z pytaniami, a nie odpowiedziami: Z czego jest zrobione? Do czego możesz go użyć? Skąd się to wzięło? Czy to kiedyś żyło? Odwiedzający mogą dodawać do ściany własne pytania lub swoje przemyślenia na temat przedmiotów, zapisując je na fiszkach i publikując, aby inni mogli je zobaczyć.

Z tej centralnej sali goście mogą kierować się w różne strony. Ci, którzy skręcają w prawo, wchodzą do jasno oświetlonego pomieszczenia z kilkoma stanowiskami doświadczalnymi. Za pomocą drucianej sondy temperatury podłączonej przewodem do komputera z kolorowym wyświetlaczem, badacze mogą mierzyć temperaturę różnych przedmiotów, zastanawiając się, czy, powiedzmy, styropian utrzymuje wyższą temperaturę napoju niż papierowy kubek i jak szybko dmuchają wentylatory gorący kubek schłodzić. Odwiedzający mogą również wymyślać eksperymenty dotyczące temperatury ich skóry, na przykład w celu ustalenia, czy dłoń jednej osoby jest cieplejsza niż innej. Karty wyzwań oferują kilka wstępnych pomysłów na pytania badawcze, ale wystawa odnosi prawdziwy sukces, gdy klienci zaczynają szukać zapytań, których twórcy nie brali pod uwagę.

Niedługo po otwarciu eksponatu zauważyliśmy jeden taki zestaw zapytań w Drop Stop, który pozwala odwiedzającym odtworzyć eksperyment Galileo. Wkładają różne przedmioty do dwóch metalowych wiader i naciskają przycisk, aby przenieść je na 12 stóp w powietrze. Naciśnięcie kolejnego przycisku powoduje otwarcie wiader i jednoczesne upuszczenie ich zawartości. Szereg czujników podłączonych do komputera śledzi spadające obiekty i wskazuje ich położenie w różnych momentach.

Nie spodziewaliśmy się, że wzbudzi tak duże zainteresowanie, to mechanizm blokady bezpieczeństwa, który zapobiega przypadkowemu zranieniu kogoś przez każdą powracającą łyżkę. Goście, którzy spieszą się z otwarciem przezroczystych plastikowych drzwi, zanim wiadro znajdzie się z powrotem na dnie, stwierdzą, że zatrzymuje się ono na swoim miejscu i wznawia ruch w dół dopiero po ponownym zamknięciu drzwi. Odkrycie to zapoczątkowało serię działań związanych z blokadą: odwiedzający badają, jak szybko działa, czy są w stanie go pokonać i gdzie jest kontakt elektryczny, dzięki któremu urządzenie działa.

Dwa najbardziej rozbudowane obszary centrum aktywności - i te, w których odwiedzający spędzają najwięcej czasu - to warsztat samochodów słonecznych i Tajemnica Midden. Główna działalność warsztatu jest podobna do części wystawy w muzeum w Oregonie Engineer It! Na długim stole warsztatowym z miejscem, w którym może pracować wiele osób, goście montują modele samochodów solarnych. Mogą eksperymentować z kołami w trzech rozmiarach. Mogą regulować naprężenie gumowego koła pasowego, które łączy zasilany energią słoneczną silnik elektryczny z osią napędową. Mogą poruszać silnikiem i tworzyć pojazd z napędem na przednie lub tylne koła. A odwracając swoje pojazdy do góry nogami na ławce z wbudowanymi światłami — aby aktywować ogniwa słoneczne — mogą w dowolnym momencie sprawdzić, jak obracają się koła. Odwiedzający mogą również zabrać swoje samochody na tor testowy, gdzie zmienne sterowanie oświetleniem oraz automatyczne i ręczne zegary pozwalają całej grupie wziąć udział w jeździe testowej. Osobom zainteresowanym karty wyzwań sugerują działania wykraczające poza to, jak sprawić, by samochody po prostu działały lub jeździły tak szybko, jak to możliwe. Na przykład jednym z zaproponowanych pomysłów jest wymyślenie, jak przejechać kurs dokładnie w 12 sekund, co zwykle oznacza spowolnienie pojazdu.

Midden Mystery skupia się na wyciąganiu wniosków. Midden to archeologiczne wysypisko śmieci. Nasz jest oczywiście symulowany; przypomina dużą piaskownicę wypełnioną pokruszonymi łupinami orzecha włoskiego. (Nie przyklejają się do skóry i ubrania jak piasek.) Pytania takie jak Co zrobili tutaj mieszkańcy tej strony? są umieszczone w pobliżu. Gdy zwiedzający strzepują piasek, znajdują w nim muszle, kości zwierząt, groty strzał i inne kamienne narzędzia. Odkrywają również niektóre obiekty odlewane z włókien, takie jak szkielet zwierzęcy, osadzone w twardszych warstwach poniżej.

W pobliżu wykopalisk znajdują się stoły warsztatowe do mierzenia, rejestrowania, pakowania i umieszczania informacji o znaleziskach. Odwiedzający mogą spekulować na temat tego, do czego mogły być używane przedmioty i zabierać je do tabel z referencyjnymi kolekcjami muszli mięczaków, małych kości ssaków i różnych narzędzi kamiennych, a także mogą porównać swoje pomysły z opiniami ekspertów, które pozostawiono po udzieleniu odpowiedzi maszyny przy dwóch biurkach kuratorskich. Wreszcie zwiedzający mogą publikować swoje teorie za pomocą terminala komputerowego wyposażonego w miniaturową kamerę wideo i mikrofon oraz mogą zapoznać się z wynikami i wnioskami innych bywalców muzeum.

Celowo wbudowaliśmy wiele takich mechanizmów raportowania w Investigate! Chcemy, aby odwiedzający mogli zostawić swoje pytania, spekulacje, obserwacje, pomiary i wnioski, z których inni mogą się uczyć. Ideą tego ośrodka jest uzupełnienie edukacyjnego głosu muzeum, aby zobrazować ideę, że prawdę naukową określa nie autorytet, ale dowody. Stwierdzamy, że tylko niewielka część zwiedzających odnotowuje szczegółowe wnioski, ale prawie wszyscy udzielają odpowiedzi na nieliczne pytania zadawane na terminalach komputerowych na całej wystawie. Odpowiedzi te stają się częścią rosnących baz danych. Dowiadujemy się również, że nieznajomi często rozmawiają ze sobą o sprawach znacznie bardziej szczegółowych niż „Co to robi?” Pytania takie jak: Jak do tego doszło? powstać.

Działania w Badaniu! faktycznie stanowią drugie centrum działalności bostońskiego muzeum. Pierwsze centrum było znacznie prostsze, reprezentując nasz pierwszy krok w kierunku nowego podejścia. Działania w Obserwatorium, które wydają się być mniej złożone, mają na celu zachęcenie bywalców muzeów do uświadomienia sobie swoich umiejętności obserwacyjnych. W jednym miejscu zwiedzający może obsługiwać zdalną kamerę skierowaną na terrarium, aby przyjrzeć się z bliska, powiedzmy, oczom jaszczurki lub gigantycznemu karaluchowi z Madagaskaru. Kolejna aktywność przeznaczona jest dla dwóch osób, które mogą bawić się emitowaniem i wykrywaniem dźwięków z dowolnego z 12 głośników sufitowych. Obecnie opracowujemy plany dla pozostałych czterech ośrodków aktywności.

W podobnym kierunku zmierzają inne muzea nauki. Kiedy badaj! otwarty w tym roku personel z 21 innych ośrodków naukowych wziął udział w warsztatach, aby zbadać tę wystawę i sposób jej opracowania; wielu już miało podobne plany.

Mecenasi Sztuki

Proces naukowy znajduje się w centrum ostatnich wysiłków USA na rzecz reformy nauczania przedmiotów ścisłych od przedszkola do klasy 12. Kluczowy raport z 1989 r. opublikowany przez Educational Testing Service ujawnił, że uczniowie amerykańscy pozostają w tyle za innymi uczniami nie pod względem znajomości faktów naukowych, ale w zastosowaniu umiejętności myślenia do rozwiązywania problemów. Miesiąc później Science for All Americans, raport oparty na trzyletnich badaniach Amerykańskiego Towarzystwa Postępu Naukowego, wzywał do ogromnych zmian w sposobie nauczania przedmiotów ścisłych, aby położyć nacisk na badanie pytań i krytyczne myślenie nad uczeniem się odpowiedzi. . Oczywiście muzea nauki mają do odegrania kluczową rolę w uzupełnianiu tego, czego uczniowie uczą się w szkole.

W ten sposób National Science Foundation, która sfinansowała działania w całych Stanach Zjednoczonych mające na celu poprawę edukacji naukowej, wsparła rozwój innowacyjnych eksponatów muzealnych: program grantowy NSF w zakresie nieformalnej edukacji naukowej (ISE) stał się ważnym źródłem finansowania takich eksponatów. Program nie tylko umożliwia określonym instytucjom tworzenie nowych ofert, ale także zachęca programistów do komunikowania się z innymi edukatorami. Aby zapewnić, że inni dowiedzą się, co się udaje, a co nie, NSF wymaga ewaluacji i rozpowszechniania informacji o programach muzeów.

Ostatnio zaproponowano cięcia ISE, w tym 30-procentową obniżkę w federalnym roku podatkowym 1997. Na szczęście uznanie wśród członków Kongresu wartości nieformalnej edukacji skłoniło Senacką Komisję ds. Środków do przywrócenia środków finansowych podczas procesu przeglądu budżetu na 1997 rok.

Jednak w takim klimacie centra nauki wyraźnie nie mogą polegać tylko na tym źródle finansowania, aby realizować swoje nowe cele edukacyjne. Sektor prywatny musi również szeroko wspierać innowacyjny rozwój wystaw. Niestety, rzeczywistość gospodarcza spowodowała, że ​​w ostatnich latach korporacyjne wkłady filantropijne ze strony firm amerykańskich spadły. Zainteresowane dołączaniem nazw firm, a czasem logotypów do projektów, działy marketingu firm częściowo zastępują starszą formę wsparcia. Ale te branże są mniej skłonne do inwestowania w eksperymentalne, a przez to ryzykowne projekty.

Zaledwie kilka muzeów stworzyło działania, które kładą nacisk na proces naukowy, deweloperzy dopiero zaczęli zarysować powierzchnię tej potężnej i potencjalnie wpływowej koncepcji skutecznej i przyjemnej edukacji nieformalnej. Aby pomóc w opracowaniu takich podejść, wszystkie osoby zainteresowane edukacją naukową muszą podjąć działania i wykonać swoją część.

ukryć