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他山归来话攻玉——美国科普管窥与思考
[2016-03-11 10:25:55]

 

《上海科普教育》2015年第3期  作者:卢昱

 

    如果有一天我老了,开始撰写回忆录,我一定要在书里说一句:我的一生,是被科普改变的:本科毕业后,本来可以按部就班地从助理工程师、工程师一直做到高级工程师的我,因为看了一些关于宇宙学、天文学的科普书之后,决定去学习天文学。等到拿了一个天文学博士,又没有从事研究,而是转向了科普出版。科普也算是我这一生的宿命吧。而让我与科普结缘的引路人,主要来自于美国。这些科学大师:卡尔•萨根、阿西莫夫、马丁•加德纳、霍金、贾雷德•戴蒙德、戴斯蒙德• 莫瑞斯、 斯蒂芬•杰•古尔德……对我影响至深。他们在我少年和青年时代,激发了我探索宇宙的兴趣,也给了我投身科普的力量。
    2015年5月到7月,我终于踏上了这些科普大师所在的国家——美国。3 个月的环美之旅,我参观了很多科普场馆、访问了不少大学校园,也和美国的一些科普和教育工作者进行了深入的沟通。对美国的科普,有了一份自己的思索。

     思索之一:“课外”科普也实用
    在美旅行之初,美国的科普给我留下的深刻感觉, 是美国人对于“非必要之物”的强烈兴趣。一个特别明显的例子就是美国人的成人科普。不论是在科普场馆里,在书店里,还是在自然体验的课堂上,我们都可以发现大量的成年人。他们或者对藏品评头品足,或者在指示牌前耐心阅读,或者在解说员面前举手发问。即使是头发花白的老年人,还像大孩子一样好奇心十足,对工作和生活中“用不上的”东西津津乐道。我的朋友是做汽车销售的,他居然对相对论和粒子物理感兴趣。他贪婪地寻找一切能找到的关于宇宙的科普视频。一听说我学过天体物理,马上很有兴趣地和我探讨起黑洞来。这样的人比比皆是,而且越是经济条件好的阶层,这样对科学感兴趣的人越多。

 

笔者在哈佛大学 科学教育中心,Micro Telescope科普项目组   笔者与美国国家光学天文台的 Helmut教授在一起

笔者与美国国家光学天文台的 Helmut教授在一起


     而在中国的科普场馆里,你经常能看到的成人很少。大多只是带着孩子的父母。他们来科普场馆的目的,只不过在完成“开拓孩子视野”的一份责任而已。至于他们自己,则多半自认为已经完成了学习的使命,要关心的只有柴米油盐和股票房产而已。

“双子座”飞船的返回舱

    在美国国立航空航天博物馆,你能听到的父母和孩子之间的英文对话,常常是这样的:“你看,这是双子座飞船。为啥叫双子座?因为它有两个舱,可以分离和对接。同时它也有两名宇航员,比之类前的水星号多乘坐了一名宇航员。有了两名宇航员,就可以一个在轨道上操作轨道舱,另一个做登陆的工作。有了这样的分工,两个人就可以登陆月球并且回来了。后来乘坐三个人的阿波罗飞船的基本部署也是这样的,多的一个人是备份。这是它的返回舱。这张照片里头上的突起是降落伞。这是什么……呃,我不知道,让我看看解说牌怎么说……噢,这块应该是它的导航系统……”很多家长对知识的了解都能到这种细致入微的程度,并且还在不断学习之中。一问之下,原来他们来这样的博物馆已经多次了,从自己小时候来看,一直到为人父母再带着自己的孩子来看。有的还是从别的州专门过来华盛顿度过他们的“博物馆周末”。
    在这里当然也能经常看到中国人,不过我们听到的中文对话,则经常是这样的:“宝宝看,这是火箭。这是飞船。这是飞机。这是火箭的喷嘴,这是飞机的翅膀。噢这边看完了,我们去下一个馆……”
    看多了这样的情景,我就开始思考:为什么美国人会对和自己生活无关的知识了解得这么细致?为什么一直保持对“无用之用”的旺盛好奇心;而中国人则这么“功利”,只关注和生活有关的柴米油盐?一开始我能想到的解释是:美国人的生活压力小,学生升学竞争没那么激烈。所以可以放心大胆去消费时间和金钱。而中国人的资源匮乏,除了“用有之用”外再无能力去顾及其他。而且中国的招生制度以考试的分数为准,学生被限制在了考试的课标之内。把时间“浪费”在课标之外的知识上,就会影响学生的升学。所以中国人从小到大,都被灌输学习“有用之用”才是正道,无关的知识,不必花太多时间。这也是课标外的中国“科普”和课标内的“科教”待遇截然不同的原因。

美国国立航空航天博物馆,吸引孩子的同时也吸引了大量成年人 “双子座”飞船的返回舱


    但是到了美国,接触了一些在美国做教育的朋友,才发现,其实美国人的兴趣广泛,一方面固然是压力比中国人小,另一方面,也是另一种“实用主义”的结果。
    有一个例子就是美国的低收入阶层的儿童中,对科学有兴趣的概率,比中高收入家庭的要少很多。这些家庭的父母自己受教育程度就不高,对于孩子读大学、找工作没有什么很大期望,也不会对孩子们的业余时间有什么限制。如果孩子的课余兴趣是自由发挥的话,那这些孩子选择各种兴趣的比例应该大体相同。但看这些家庭的孩子,兴趣大半只集中在体育和娱乐方面,分布到科学技术方面的非常少。在美国的很多学校中,如何吸引这些儿童学习科学成了一个绝大的问题。老师们说起来的时候都会感叹:“他们没有升大学的意愿,所以对于科学的学习就没有动力”。让他们能顺利毕业,是很多美国老师最头大的事情。
    另一个例子就是美国孩子的“证书收集癖”。美国的房子大,很多孩子都有自己的储物间,里面放着各种物品,其中对他们意义很重大的就是一些参加各种活动的纪念品、勋章和证书。其中有关科学活动的参与证书就是很大的一个门类。不论去哪个博物馆、自然保护区,都能看到为孩子们颁发的“护照”,里面是一些场馆或活动的分页,访问过了一个地方,就盖一个“签证章”。还有各种各样的“勋章”,通过一个培训、完成一项任务,就获得一枚“勋章”。孩子们很乐于把“护照”上的“签证章”盖得满满的,把“勋章”收集得满抽屉都是。再大一点,就要积极去参加各种活动和训练营,拿回一张证明自己某些方面能力的证书或奖状。可别以为这只是孩子在同龄人中炫耀的资本。到升学的时候,这些证书就是重要的资本了。而且参加活动过程中获得的老师推荐,也能起到不小的作用。由于美国很看重的是综合能力---包括组织能力、协调能力、独立思考和质疑的能力,与人合作的能力等,所以这些证书和学习的经历都是招生的时候,导师考量的依据。

 

 

 

 

 

 

 

皮克斯动画《飞屋环游记》里的小胖子罗素,就穿着一条挂满了勋章的绶带,这是他在历次活动中收集的

 

 

 

 

影片的一个重要线索,就是罗素要在绶带的空白位置增加一个勋章

    要不要花时间和金钱去参加课外的科学活动,是摆在很多家长面前的一道题。对于低收入家庭的孩子来说,学好课堂上的东西就可以拿到文凭了。没有指望孩子上大学,自然也不需要在课外学习方面锦上添花。有这个时间,还不如在体育和娱乐方面努力下,说不定哪天就被发掘成了明星。
而对于中高收入家庭的孩子来说,一份参加过很多课外科学活动的漂亮履历,却有很大可能给课堂考试成绩还不错的孩子带来大学的奖学金。既然有志于此,所以就处处留心。于是,我们也就不难在各种科普场所看到兴致勃勃的金发孩子们。
    美国的升学并没有一个统一的教纲,也没有统一的教材,因此并没有中国那样把课标之外的“科普”和课标之内的“科教”截然分开的现象。所有的科学学习成果都可能对升学和就业有用。在某些情况下,课外的经历说不定比课内的测验更有用。因此包括很多在我们看来“无用”的知识和能力,他们却学起来乐此不疲。这种对科学的喜爱,你还真不能说他是全然出自兴趣。它也有功利的成分在里面。和中国家长带孩子学这个那个兴趣班,有异曲同工之处。
    这种“功利”的导向,虽然给了孩子更多自由选择的空间,但是需要经济基础为代价的。很多“开眼界”的事情,都需要旅行的费用、门票、住宿、老师的费用、购买器材等等。有更多这种条件的家庭,孩子也更有可能受好的教育,未来也有更好的收入。所以它也在一定程度上固化了社会的阶层。所以说,凡事都有代价,“素质教育”也是如此。
    思索二:科研项目要公关
    科研项目要攻关,这个大家都熟悉。那么科研项目要“公关”是怎么回事?
    2015年,正好是哈勃天文望远镜上天25周年。电视里经常播放相关的节目。趁这个势头,哈勃天文望远镜的继任者詹姆斯•韦伯空间望远镜(JWST)的开发团队也在到处做活动,让公众了解为什么有了哈勃,美国航空航天局(NASA)还要去花巨资(可能超过88亿美元)去建造下一代太空望远镜。在西雅图的华盛顿大学的时候,我就旁听了这样的一次宣讲。这是一次西雅图大学天文系的公众开放活动(outreach)----美国的大学上课是不能随便旁听的。大学教育在美国是一个昂贵的精英消费产业,不交钱就不能消费。但大学里常常会有对公众的开放活动(outreach),这是免费的。平时华盛顿大学的开放活动大多是一些天文知识的讲座、天文台的使用、或者与西雅图天文协会的互动等。这在学校的网页上都可以查到。

 

JWST在中小学中的手工模型制作   在嘉年华上的模型

    那天的Outreach中,向天文系的师生和校内外的天文爱好者做报告的主讲人是詹姆斯•韦伯空间望远镜项目的一个科学家,也是项目公关团队的一员。他除了向大学的老师介绍科学目标、工程进展、观测申请流程等方面的内容之外,也重点讲了詹姆斯•韦伯空间望远镜项目的推广过程。他介绍了在各地进行的活动:比如,让孩子们手工制作詹姆斯•韦伯空间望远镜的模型,比如,他们带了一个詹姆斯•韦伯空间望远镜的大模型去参加一个摇滚嘉年华,受到现场观众和乐手的热烈欢迎。----他们不需要年轻人对知识有多么精深的了解,只需要他们觉得“这很酷!”就行了。报告后,他分享了项目的Twit¬ter和Facebook帐号,实时地就开始在Twitter和Facebook 上和现场的观众互动。
    这是一个巡回的报告,詹姆斯•韦伯空间望远镜团队要在不同的地方做很多这样的活动,尽可能广泛地做宣传。詹姆斯•韦伯空间望远镜是一个世界顶级的科学项目,在中国,这样的团队的主要科学家恐怕早就被文山会海埋住了,不会有多少空去向普罗大众做多少宣讲。要做也是在自己研究所里少数的几场----毕竟“跑部前进”才能要来经费,向公众宣传有什么效用?但美国不一样。一方面,私人的资助是科研工作的重要来源,比如对研究宇宙大尺度结构非常重要的斯隆(Sloan)望远镜,就来自Sloan基金会的捐款。搜索外星文明的SETI 研究院也是依赖民间捐款生存的。另一方面,像美国航空航天局这样主要依赖政府拨款的单位,每一笔钱都来自于民众交的税,因此要面对国会听证和质询。不把公众哄好了,就可能被代表公众的国会议员猛烈炮轰。因此,获得公众支持就成了科学家重要的工作之一。特别是面临拨款不断减少困境的美国航空航天局,时不时就要发出一些新闻,来提醒公众他们存在的价值。今天说发现“另一个地球”啦,明天说发现火星上有水啦。其实这些发现的时间和发布的时间并不同步。往往是发现以后先攒着,只把论文发表在专业期刊上,在科学家内部交流。而何时、以何种方式向公众宣布,则由公关团队确定。它们会时不时卖个关子,造成更好的传播效应。

詹姆斯·韦伯空间望远镜项目的报告现场

     在美国的科研项目中,如何进行公众传播是一个很重要的内容。由于吸引公众的兴趣,与项目经费息息相关,所以项目组往往会委派专人----通常是对项目了解深刻的专业科学家----来设计或参与设计公众宣传项目。而宣传的形式也非常丰富,从奖赛、报告、网站、游戏、科技场馆的展品,到可购买到的模型等,一应俱全。大型科学项目的公众帐号也非常活跃,经常由专业的科学家来负责回答公众问题。
    在加州大学伯克利分校的Lawrance科学中心,我访问了Alan Gould博士,他为美国航空航天局搜索类地行星的开普勒(Kepler)项目团队工作,是负责科普产品设计的专家。他向我展示的开普勒项目的科普产品,就是一整条产业链:有可以下载的海报,介绍有趣的行星;有专门为开普勒项目开发的地外行星模拟网站,使用者可以搜索到开普勒项目发现的地外行星,并模拟在它们周边看到的景象;有为老师上课设计的模拟实验室,学生可以“创造”一颗地外行星。通过调节行星的质量、大小等参数,学生可以直观地看到行星和恒星之间的距离、周期等参数如何发生变化,并且知道如果开普勒望远镜观测这些“创造”出来的行星,将看到什么样的光变曲线;有用乐高积木制作的行星仪教程,学生可以依样画葫芦地使用乐高积木做出一个地外行星系统的行星仪;有可下载的3D模型,使用3D打印机就可以打印开普勒太空望远镜的模型;还有注明地外行星的星图,让你可以用肉眼和普通望远镜观测地外行星的母恒星……这些设计,需要对公众参与的模式有了解,需要对科学成果和项目有深刻的理解,还需要非凡的创造力。因此,需要经验丰富的专家。
    虽然招这样的专家花费不菲,但美国的大型科研项目还是愿意专门招人,愿意投入资金来开发这样的系列科普产品。因为他们知道,只有向公众说明“我们都做了什么,为什么要花你们的税款”,才能获得民众的理解和支持,预算才会在国会通过。但中国的科研项目只向基金委负责,而缺乏向人大汇报的反馈机制。所以中国的“科学家做科普”,只能期待科学家个人的奉献了。

Gould博士

    思索三:有钱的“民科”不“民科” 
    在中国,“民科”是一个不怎么好听的词。特别是在重点大学的物理、数学系,不断来骚扰的“民科”成了院系秘书的灾难。这些人不愿或者不能系统地学习理论知识,光是自己闭门造车。好一点的“重新发明轮子”,把前人做过的事再做一遍;差一点的自己演绎出一套歪理邪说,自认为“真理在手”,把别人的劝告都当作“保守势力的压迫”。但是你又会觉得他们很可怜。大多都是没有受过大学教育,又没有好的收入来源的人。我读书的时候,甚至见过一个老农,连住旅馆的钱也没有,用扁担挑着被子来天文系来讨论物理问题-----所以最好的办法是不要让他们进入办公室。防火防盗防民科,成了这些院系和研究所的保安的重要责任。

 

 

介绍开普勒项目所发现行星的网站

  用乐高制作的行星仪模型
   

    但是在美国,你却可以看到很多人自称“民科”(Amateur Scientist)。相处之下,你会发现他们的科学素养都不错。即使不是科班出身,也能尊重主流的科学意见,所用的材料也来自于相关的正规科学网站。而且大多都能够遵守讨论的规则——认真听你说完,然后再发表自己的看法。这些人的教育程度大都不低,即使一些家庭妇女,也多少有个Community college的学位(相当于中国的专科)。他们的活动也通常不是个人的,而是通过一些社团、协会进行。在西雅图,我访问了西雅图天文协会、西雅图奥都本协会,在加利福尼亚,我访问了太平洋天文协会,在波斯伯罗,我参加了一次MAPS候鸟监测网络组织的迁徙鸣禽的环志。在这些协会的各种活动中,我看到这些美国的“民科”,参与科学探索的热情,完全不逊于中国的“民科”。他们能够开几个小时的车,到空旷的平原上扎营观看星空;也能够凌晨5点在候鸟栖息的森林中拉网做环志,还会花比观测时间长很多倍的时间去分析和整理数据,并在网络上分享。他们以自己参与科学体验为荣,也很乐于向其他人分享和推广这种乐趣。
    但是与中国的“民科”不同的是,这些美国“民科”并不强求自己有什么惊世骇俗的发现和发明。他们所追求的,只是能够参与科学的探索和体验。如果能够在科班出身的科学家的领导下,在科学上做出一点点的贡献,就可以带给他们很大的满足感了。他们的活动通常都不是独立的,而是参与到各种协会中。类似中国的“天文爱好者协会”之类的协会,只不过这些协会比中国要多得多。常常一个社区就有好几个兴趣协会,内容从生物、植物、园艺、天文到历史、集邮、心理、儿童教育等,领域众多,而划分也可能很细。比如对火车感兴趣的,就可以细分为爱好真实火车的和爱好模型火车的,爱好蒸汽机车的和爱好内燃机车的,爱好铁路系统的和爱好机车本身的,还有南北战争时期的火车爱好者协会,火车信标爱好者协会……协会通常都非常松散,几个核心成员积极活动,其他外围的人群则时来时不来,也不会有什么问题。但总体上大家都玩得很开心(have fun)。美国地广人稀,人们又注重隐私,人与人之间的交往机会不多,这些社团的活动就起了很重要的社交作用。
    美国不是没有自以为是的民科,但大部分有对科学有兴趣的人有足够多的机会和专业协会和科学家交流。专业人员也愿意带他们“一起玩”。科研机构、科普单位和大学有很多志愿者参与,他们也尊重这些志愿者。这就防止很多人只在自己的世界里折腾,走上自说自话的歧路。
    中国民科和美国民科的根本不同,我认为是经济层次上的不同。中国的民科很多经济水平很差,在社会关系中处于很低的阶层。他们去研究科学的动力很大程度上来自于出人头地、一举成名的狂想。这大概是当年对于陈景润的“非典型科研”的报道引发的一种对科学研究的误解,让他们觉得仅凭个人思考和努力就可以脱离科学体系,单打独斗地在科学上做出贡献。这些“民科”的付出,看表面是为了追求科学,很大程度上是为了扬眉吐气,名利双收。

 

 西雅图天文协会在华盛顿大学的活动,可以看到很多人都是老年人

    而美国人参与科学活动,大部分情况下就是为了休闲,好玩。以“天文爱好者”这个群体而论,在中国的这个群体,我们经常可以看到以年轻人做主角。年轻人雄心勃勃,总是希望能够做出点什么让大家刮目相看。但在美国,我看到是以退休的老年人为主。老年人时间充裕,也有积蓄,却没有了那一份功利心。所以就玩些“传统项目”,比如自己磨镜片、自己校准望远镜, 拍拍太阳黑子等。在很多科研和科普单位,我们都能遇到退休的志愿者。在亚利桑那的沙漠博物馆,我遇到退休的卡车司机来这里当志愿者,向游客介绍花栗鼠的习性。在Kitt Peak峰上的美国国家光学天文台(National Optical Astronomy Observatory ,NOAO))的太阳望远镜边,我遇到一位做志愿者的老人,一问才知道,原来Kitt Peak峰的博物馆里的大幅的太阳黑子照片是他用自己制作的望远镜拍的,用24幅照片在电脑上拼接一个大照片。他们在科学和科普上的投入,常常能在自己的圈子里获得满足,也不再需要额外的功名利禄了。

美国铁路模型协会的网页,上面可以看到很多其他专门协会的链接


    对于更有钱的人来说,参与科学和科普的主要模式是捐赠。美国的捐赠文化很浓,很多科研机构和科普单位都会吸收社会资本作为资金来源。当捐赠的需求到达一定程度的时候,富人们就会成立基金会, 让专业的人员来打理。科普方面,也许最著名的捐赠者可能是史密森尼学会了(Smithsonian Institution) ,在华盛顿的中央区域(大约相当于中国北京的长安街沿线),史密森尼学会建造了一系列的博物馆,有介绍美国历史的,有航空航天的, 有美国科技发展的,有博物学的,还有一些地区性的收藏,比如亚洲、非洲、美洲印第安人的。这些博物馆不仅藏品多、覆盖面广,而且都是免费的。对于喜欢科学的人来说,华盛顿的史密森尼博物馆群就简直就是一个蜜罐。除了博物馆,科学研究也是私人资助的一个重点,特别是那些容易引发人们好奇心的,或者和与人类未来发展相关的领域。比如生态、天文、环境等。比如斯隆基金会(Sloan Foundation),比如大自然保护协会(The Nature Conservancy,TNC)---马云就是中国大自然保护协会的理事,还有大家很熟悉的盖茨基金会等等。负责管理这些基金会的也是一批行业里的专家,很多就直接是从科研机构里出来的。有了这些人的引导, 有钱的人就更容易正确地在科研和科普上花钱。而不容易走上“中国式民科”的道路----至少“永动机”之类的研究,在大基金会里是看不到的。

Kitt Peak峰太阳望远镜边上的志愿者,为游人讲解太阳,并自己拍了很多太阳的照片

 


    在中国,目前这种趋势也开始有了苗头。比如一些房地产商,近年来也开始在自己的地产边上搞博物馆, 以提升自己地产的品味。但是总体来说,中国的私人资助科普和科研还很不成气候。毕竟资助科普和科研不能带来直接的收益。在缺乏捐赠传统的中国如何开发科普和科研的私人资助,还需要探索。
    思索四:我的地盘我做作主
    近几年,中国开始有钱了。有钱的一个标志就是大楼盖得多起来了,硬件设施好起来了。对科普领域来说,各地都开始建自己的科技馆、博物馆,一片欣欣向荣的景象。手面也阔气,动不动就是声光电、虚拟现实、高分辨率投影仪、大屏幕。但硬件的建设容易,软件的积累却难。很多时候我们看到的只是一个空空荡荡的大厅、干巴巴的展板、老旧的文字、小朋友在大大的触摸屏上点几下以后就无趣地走开。建设的时候花了大价钱投入的设备在孩子们的“毒手”下很快故障,从此停在那里积灰。
    重硬件,轻软件;重建设,轻维护;重速度,轻质量。这是中国很多科普场馆的现状。
    而在美国,大量的科普场馆里,我看到的则是另一种景象。
    首先,美国的科普场馆里藏品很多,这一点当然有建馆时间长、资源丰富、投入大的优势在。但也与这些场馆的建馆历史和建馆理念有关。
    美国的科普场馆的历史都不短, 动不动几十年历史。这给了他们充足的时间来充实馆藏。而美国民间的博物收藏品交易又很发达。陨石、化石、标本乃至机械、飞机都有发育充分的民间市场,私人对博物馆的捐赠也很常见,所以收集馆藏较为容易。另一方面,美国的科普场馆常常在交通便利的市中心区,占地相对较小,有的只有一层楼面。这也使得馆藏可以集中在一较小的区域,看起来比较丰富。

美国国家历史博物馆(NationalMuseum of American History)是史密森尼学会投资并管理的一座博物馆,位于华盛顿哥伦比亚特区的国家广场上。馆内收藏有大量与美国社会、政治、文化、科学和军事史有关的展品

     反观中国,为了科普场馆有充足的扩建裕量,通常把房子建的大大的。因为地价的关系,常常要放到远郊。由于是政府投资,采购招标有严格的限定,硬件上的投资比较容易被批准,而藏品和内容难以标准化,所以采购要困难得多。所以“空荡荡的大厅”就是常态了。
    其次,美国的科普场馆里,可动手操作的小机构、小装置、小游戏多,而电子设备较少。美国是一个非常注重青少年动手实践的国家,在很多科普场馆里,“体验”的装置要远多于电子屏幕。即使是一块说明板,美国人也喜欢把它做成翻牌子、转轮子的形式,读者先看到的是“这是什么?”“猜一猜”,然后转动或者翻动牌子才看到答案,以吸引读者的好奇心,而不是平铺直叙地写出来。美国人并不怎么待见 “冷冰冰”的电子屏幕。在加州大学伯克利分校的劳伦斯科学中心,这个展示最先进工程技术的科普馆里,我甚至看到还有很老式的阴极射线管显示器在使用。他们并不强调形式上的先进,而是秉承一种“适用”的原则:什么样的方法好就用什么方法,能省则省。
    在普及知识的时候,美国人的可视化工作也做作得非常好,讲什么就把什么的图展示出来。这就使得很多繁复精专的知识变得容易理解。我在“宪法号”战列舰博物馆上,看到一个完整的舰炮射击的讲解,每个步骤都非常细致地展现出来。从装发射药、装隔板、装弹、加引爆药、发射,直到清膛、复位,每一步都能够通过移动一些小板,或按下一些按钮来模拟,力图讲清楚每一步细节。反观中国的科普,却有一种矛盾的思想:一方面觉得如果内容过于详细,小朋友们就不会感兴趣(很多科普作品都很低幼化),所以讲什么都是略略而过。另一方面又仿佛觉得孩子们的理解力非常强大,所以常常吝啬的不给图片,就给一段文字让小读者去理解----往往这段文字又是直接来自网络或教科书,艰深晦涩,非专业的成年人读都有困难。
    所以我感觉,美国的科普场馆建设是“以我为主”的。正因为坚持自己的思路,以适应自己的服务对象为出发点,因此不会受到“潮流”的影响,也更容易办出特色。同时,这样的建馆思路,也从实际出发节约了资金和时间。中国当然不用照搬它们循序渐进发展出来的模式,可以适当有一点跨越,但这种“让潮流为我所用”而不是“我去追潮流”的思路,还是值得借鉴的。
    第三,便宜与昂贵的选择。在中国和美国的科普场馆建设方面,什么是昂贵的,什么是便宜的,有不同的看法。
    中国偏向于关注硬件,喜欢购买别人做过的,成熟的产品。因为成熟的产品风险小,大批量购买也比小批量或单件的制作便宜。而且由于中国财政资金拨付的时效性,所以在考虑成本的时候,侧重于前期购买的价格,却并不太考虑后续的维护、管理、更新等。

 

加州大学伯克利分校劳伦斯科学中心里的儿童角,设计制作自己的风力发电机  

设计自己的小球滚道

 

太平洋天文协会(Astronomical Society of the Pacific,PAS)接受美国航空航天局的委托,为孩子们开发的“月球行走模拟”教程,用纸盒子模拟宇航员的头盔,用布面模拟月球表面,专门针对幼儿园到小学低年级的孩子,很受欢迎。


    而美国则更多关注软件,考虑“全周期寿命”,把购买的成本和以后维护、运营、升级的成本都考虑进去。而且更愿意为思想(包括创意、创作和服务)花钱,愿意承担风险。有些条件好的场馆,更是把具有专业知识的人才当作自己“最宝贵的财富”,给他们创造机会去培训交流,提供资金让他们去开发自己的科普项目,馆里也有专门的研发中心去试制产品。
    这些区别,也许与中美之间不同的资金使用制度相关。在中国,安全的、成熟的产品比较容易获得资助。而自已研发、探索的项目,却不容易立项。相比起硬件的购买,产品的维护、人员投入、设备升级更新、进一步研发等,较不容易获得支持。

    这两种方式哪种综合成本更低呢?当然具体情况需要具体分析。不过在我看来,中国的方式看似便宜安全,实则可能昂贵。在中国,我们经常能在科普场馆看到看到损坏不能用的展品。一方面是熊孩子和熊家长多,展品更容易弄坏。另一方面科普场馆缺乏维护的资源也是个原因。所以设备经常一坏就一直坏下去了。这其实浪费很大。
    而在美国,很少看到用不了的展品。一方面家长的素质更好,更注意公德,对孩子管得更严,另一方面,对维护和运营的重视,也能让设备更容易得到及时的修理。尤其美国人的很多展品是是馆内的人员自己为主开发的,不像中国那样就少数几家布展的公司来承办, 算是自己的“孩子”,因此就特别爱护。同时,这些展品相对来说也较为简单,不涉及高精尖的声光电,所以自己修一下也就修好了。这种维护的费用虽然多了点,但是场馆和展品的利用率高了。综合下来看,还是节约了。
    还有一种节约资源的途径,是美国的科普场馆有一种“全社会办馆”的套路。大量吸引志愿者来进行志愿服务。光讲解就能节约不少人力。除了做讲解,管理馆内秩序之外,志愿者还一起参与研发设计。不少博物馆有自己的设计工坊,员工和专业的志愿者可以共同参与来加工制作自己的展品。科普场馆里还经常能看到由私人捐赠的展品或专柜,这在小的社区博物馆里更为常见,经常都写着展品或器具由某某人捐赠。这些都可以节约资源。
    在我看来,对成本的不同考虑方式,根子在“官”与“商”两种不同行为模式的区别。中国的“官”式做法:主要是对领导负责。领导能理解的通常是硬件,有大楼、有大屏,看的见的才是成绩。而日常的运营,领导往往没有时间去了解。所以场馆运营、维护和开发的动力就不强。而美国则是“商”式做法:主要是对投资人、消费者或对社区负责,实在的运营效果才是关键。好不好看,气不气派都不重要。因而美国的模式更容易合理分配资源,节约资源,也能更高效地利用资源。
    思索五:什么是科学,如何教科学?
   去美国的一个重要任务,是为我所在的少年儿童出版社2015年申请到的国家“基于大数据的‘十万个为什么’青少年科学素养分级评估系统”寻找美国对应的合作伙伴。于是我访问了美国科学促进协会(AAAS)和哈佛大学科学教育中心。他们分别接受美国自然科学基金的资助,在做青少年的科学教育的研究。他们的成果,很值得我们学习和深思。
    我所在的少年儿童出版社正在进行的国家“基于大数据的十万个为什么青少年科学素养分级评估系统”和美国科学促进化的“2061项目”有很多类似之处。“2061”计划是一套美国的国民科学素养基准及科学教育导航图。1985年,美国科学促进协会联合美国科学院、联邦教育部等12个机构,启动了一项面向21世纪的、致力于科学知识普及的中小学课程改革工程。因为1985年是哈雷彗星造访地球的时间。而项目的目标是让美国人能适应2061年彗星再次临近地球的那个时期科学技术和社会生活的急剧变化,所以取名为“2061项目”(Project 2061)。

1985~1989年,美国科学促进协会在首都华盛顿建立了领导实施“2061项目”的总部,并动员了800多位科学家、企业家、大中小学教师和教育工作者参与这项宏大工程。这个工程的成果主要由三份文件体现:一个是《面向全体美国人的科学》,说明在一个已由科学和技术主导的社会里所有公民应该具有的知识和思维方式。一个是《科学素养的基准》,这份文件将《面向全体美国人的科学》中的科学素养目标转化成基础教育的学习目标或基准。还有一个是《科学素养的导航图》,这是一系列概念线性图,显示了学生对知识和技能的理解是如何随着时间而累积的,每一张图表都描述了K-12教育中同一主题下不同的学习目标是如何相互联系,并且随着年级的增长而深化。导航图由“2061项目”和美国自然科学教师协会(NSTA)共同开发。
    2061项目对“科学素养”的概念,很值得我们思考。他们认为科学素养包括3个方面,分别是:
    1) 科学、数学和技术方面的知识和技能
    ----这一点,中国学生做的很好。中美两国几乎没有差距。
    2) 科学的思维习惯,对自然科学的理解
    ------这一点上,中国从孩子到成人都要比美国的标准弱很多。中国学校教会了学生科学的知识,但没有教会科学的思维方法,没有教会正确的独立思考和质疑的能力。所以在中国伪科学盛行,所谓“傻子太多,骗子都不够用了”。
    3) 科学素养对每个人的影响,及其在社会中的作用
    ----这一点在中国的教育里也做的很差。对转基因的认识就是一个非常突出的例子。转基因只是一种技术,而没有好坏之分。但大部分中国人并不理解技术、应用、监管之间的关系,很容易盲从。
    我以为,2061项目的这科学素养的体系,不仅比现有的中国科学课教纲更完善,相比起其他的美国“课程标准”,比如美国国家研究理事会(NRC)颁布的“下一代K-12科学教育标准”(NGSS)和美国加州K-12课标,其科学素养的核心概念范围也要更广阔、更深刻。它面对的不仅是学生在社会上生存的必要科技能力,更注重学生如何用科学的方法思考现象、合理质疑,最终理解世界。比如,对于科学的探索,它要求学生了解的概念包括:“科学不是一种定论”,“科学家也有偏见”,“假设需要检验”,“科学研究需要那些不知道结果的人作为观察员”,“人们的期望、情绪和先前的经验可以影响他们的判断”等科学哲学的内容。又比如,关于技术的运用,它要求学生了解“技术的影响对不同的人是不一样的,有些为正,有些为负。”“对技术运用的选择是有代价的,选择某种技术,主要关注的问题是决定谁将受益,谁将承担代价。”
    这些概念,对于学生理解“什么是科学”有重要的意义。对我们的科学教育有很大的参考价值。幸运的是,中国科普出版社已经引进并翻译了2061项目的一些核心文本。大家有机会的话可以研究一下。
    而在哈佛的科学教育中心,我则看到了另一个在中国的教育中常被忽略的地方。那就是对错误科学概念的研究与分析。在哈佛科学教育中心,负责人Coyle Hal博士给我看了一段他们对哈佛大学生的访谈,和对一个高中生的访谈。采访者问学生关于地球绕太阳公转的模型和地球上观察到的天文现象之间的关系。视频显示学生在回答“标准问题”时候往往是正确的----能够说出四季是公转的结果,但是通过一些“非标准”的问题,就显示出他们其实并没有真正理解----比如一个学生,画出的“公转”轨道是一个8字形。因为这个孩子在上课之前看过一些侧视图,却并没有理解真正的景象,所以给了他这样的错误印象。

科普出版社翻译的“2061项目”的导航图

笔者(右)与哈佛大学科学教育中心负责人Coyle Hal 教授合影

Misconceptions-Oriented Standards-Based Assessment Re-

sources for Teachers(MOSART)的网站页面


    通过这个例子,Coyle Hal博士告诉我,传统的教育理念是有偏差的。我们以为学生在接受知识的时候,应当像往一个空杯子里倒水。其实并非如此,学生在上课之前,往往已经有了一些错误的概念。所以正确的教学应该是修正常见的错误概念,再把正确的概念灌输进去,就像先把杯子里的水倒空,再倒进新的水。在哈佛为教师建设的错误概念评估(Misconceptions-Oriented Standards-Based Assessment Resources for Teachers,MOSART)网站上,就有一句教师对做错题孩子的报怨“我正在教,而他们并没有在学”(I am teaching, but they ‘re not learning!)。所以哈佛科学教育中心对常见的错误概念进行了分析,他们认为,测试题中的干扰项(错误选项)一样是重要信息,对干扰项的统计可以了解学生是否有统计意义上的整体偏差,从而可以敏锐而准确地对老师的教学进行修正。在美国人看来,如果学的不好,不是学生不努力,而是教学不得法。他们不认可只有学生“吃苦”才能学好的理念,而是努力去改进学习的方法,让学生能以最小的投入,产生最大的效益。为了最大化这种投入产出比,就需要使用精细的分析工具,做一系列的研究,开发一系列的工具。
    这些美国同行对于科学的理解,对于科学教育的理解,让我们深为赞叹。科学具有强大的力量,利用科学,积累数据,就可以分析,可以建模,可以预估。那么,为什么在教学的教育中,我们不能用科学的研究方法和结果,让科学教育更有效率呢?
    思索六:大众科学,没有论文也快乐
    与美国近年来大力推动“STEM”(即科学、技术、工程和数学)教育的步伐一致,近年来,在中国的学校中也开始强调学生的动手实践能力,还涌现了一大批特色课程和科学竞赛,极大促进了学生参与科学研究和科学实验的兴趣。
    但很多竞赛开始慢慢变了味儿,变成了家长和老师的“军备竞赛”。刷装备、刷老师、刷培训、刷经验,越来越贵族范儿。因为竞赛往往要求“独创性”来体现学生的实力,因此各种“论文”也成了必备的工具。很多时候,那些本来没有“独创性”的工作,也绞尽脑汁地在论文中强调自己的 “创造性”。而很多工作实际上并不是学生本人做的,而是家长、老师们“指导”完成---毕竟要一个十几岁的小孩把一整套这么专业的科学研究流程做下来,还是超出大部分孩子的能力了。
    在美国,也有孩子参与成人的科研,并且发表论文的事情。然而这毕竟是少数。大部分人并没有这样的能力,也没有这样的精力和金钱。但是科学研究并没有把他们排斥在外。一种大众参与第一线科学研究的方法,大众科学(Citizen Science),为这些爱好科学的孩子和广大公众敞开了大门。
    大众主要参与的,是很多靠科学家的小团体或者靠机器无法做的,但又是研究上需要的工作。这些工作大部分并不是那么有“创造性”,也不见得可以写出多少论文,但是对科学研究却很有用。
   

    比如近地小行星的监测项目,就是一个“大众科学”项目。近地小行星是对地球威胁很大的天体,有较大的概率撞上地球,引起恐龙灭绝那样的大灾难。因此美国航空航天局对它们有特别的关注。但是它们的数量太多了,又非常暗,轨道还可能经常变化,因此光靠天文学家、望远镜和计算机还远远不够。因此美国航空航天局、欧洲空间局都发起过一些关注近地小行星的大众科学项目,让公众帮助科学家来发现和追踪近地小行星。比如小行星动物园(Asteroid Zoo)项目、小行星数据猎手项目(Asteroid Data Hunter)等。美国的一些民间组织如美国变星协会( American Association of Variable Star Ob¬servers ,AAVSO)也在进行类似的项目。
    这些大众科学项目的门槛不高,只要你有兴趣就可以参与。程序通常如下:
    首先,你要注册成为这个项目的成员。大众科学项目大都是会员制的。便于组织和管理。管理员可以向会员发送信息,告知最新进展,也可以组织集体的活动。会员之间可以共享数据和信息,互相监督,互相激励。
     其次,你会获得指导,教你如何使用专业的工具。在近地小行星监测项目里,专业指导就是如何使用望远镜。你可以选择用自己购买的望远镜进行观测,也可以下载专业望远镜得到的图像数据进行处理。这个学习的过程可能会有些枯燥,但它也是一个筛选机制。它相对专业,正因为如此,它显得很“COOL”。只要你对科学有兴趣,你就能很快掌握相应的技巧。
    然后,在网站帮助下,你可以制订你的观测计划,或者申请下载望远镜图像。在这个过程中,你会在会员平台上获得很多人的热情帮助,甚至有些同道中人会对你进行面对面的指导。这也是大众科学项目收获友谊的过程。有不少年轻人,就是因为大众科学项目走到一起呢。
    然后,你可以实施你的观测计划,观测并且获得数据,或者研究你下载的望远镜图像。如果你能实现一个突破,比如发现一颗新的小行星,就可以在这个圈子里获得很好的声誉。有时候也可能获得物质的奖励,比如“小行星数据猎手”项目,优胜者就可以得到资金。但大众科学之所以有这么多的志愿者参与,主要原因并不是金钱,而是一种满足感,感觉到“我在做一件很酷的事情”。这就和单纯的接收科学知识不同。这也是很多人乐此不疲的原因。
    最后,你可以提交你的结果,让科学家来接手做专业的研究。这时, 大众的贡献就和科学家的需求对接上了。
    这一类的大众科学项目一直长盛不衰。美国航空航天局将要发射的欧希瑞斯(OSIRIS-Rex)卫星(全称是Origins, Spectral Interpretation, Resource Identification, Security, Regolith Explorer,即小行星光谱解析、目标辨识、安全和小行星表面探测器,首字母合写作欧希瑞斯OSIRIS,也就是埃及神话中的冥界之神,提醒人们小行星可能给地球带来的巨大死亡),在不久以前开放了它的大众科学项目“目标小行星!”     (Target Asteroids!)。

 

欧希瑞斯项目的大众科学项目“目标小行星”LOGO

    这个项目让天文爱好者上传他们拍摄的小行星照片,供科学家们研究,以帮助科学家更好地选择欧希瑞斯的观测和造访目标。
    这种足不出户,只要通过网络就进行的大众科学项目还有很多,比如“星系动物园”(Galaxy Zoo)项目,就是让公众对望远镜巡天看到的星系进行描述和分类。这方面人的肉眼做的比机器要更好。又比如“寻猎行星”(planet hunt)项目,让参与者用肉眼辨识开普勒望远镜拍到的光变曲线,辨识是否有行星掠过恒星前面,从而发现新行星。比如“塞伦盖蒂快照”(Snap¬shot Serengeti)项目,对坦桑尼亚塞伦盖蒂草原上的触发相机拍摄的照片进行分析,以了解动物运动的规律。比如“海底探索者”(Seafloor Explorer)项目,参与者用肉眼分辨深潜器在大洋洋底拍的照片,帮助科学家分辨洋底地质结构和洋底生物。还有通过逆戟鲸的声音图谱,将其归类,帮助科学家跟踪它们的“鲸鱼高频”(Whale.FM)项目等等……要强调的是,这些项目,都是正规的科研机构发起的研究项目,而不单单是科普项目。它们不仅传播知识,也切切实实地为研究积累了数据。 

 

 

(左上两图、左下左图)“塞伦盖蒂快照”(Snapshot Serengeti) 项目里的动物行为记录,只要有网络就可以参与记录野生动物的行为
(左下右图)一条隐藏在砂子中的……鱼。对于这些物体的辨认,目前人的能力还是高于电脑。所以这方面是公众参与科学研究的重要途径。

    除了室内的大众科学项目,很多自然类的大众科学项目希望参与者能够走到户外,帮助科学家收集数据。历史最悠久的大众科学项目----奥都本协会(Audubon Society)的圣诞数鸟大赛,就是一个户外的监测项目。这是每年圣诞期间,北美的鸟类爱好者参加的全国性科学嘉年华。他们在半径24千米的圆圈范围内数鸟,记录鸟的各类和数量,看谁看到的鸟种多。比赛的参与者会把鸟的种类、数量等信息录入共享的数据库,供研究者和决策者使用。这个比赛已经有115年历史了。115年来,它不仅让人们认识和欣赏了身边的鸟儿,也给科学家留下了宝贵的数据。100多年的数据,那是一笔多么宝贵的数据财富!而它主要是由普通公众,而不是职业的科学家积累的。仔细想来,这非常了不起!
    大众科学项目对现有技术的运用是很敏锐的。比如户外项目,就利用了随身使用的移动互联网。我访问的Cornell大学的鸟类学实验室,开发了一款手机应用的鸟类监测资料“E-bird“。通过和GPS和地图结合,人们使用“E-bird”,就可以实时地记录下所在位置和所监测到的鸟类情况。通过把千千万万志愿者的信息汇集到一起,CORNELL大学就可以把这些数据做出漂亮的可视化结果,从而为生态保护提供依据。
    这些大众科学项目,少的有数万人参与,多的有数百万人参加。它们成为了一种全民娱乐的方式。它们不仅满足了人们对自然界的好奇心,让公众可以用科学家的视角,用科学家的方法,和科学家一起观察整个世界,而且可以切实地帮助到科学家的工作。在这之中,每一个人的贡献都只是一点点。也很难出论文,但是依然吸引了广泛的参与。其实,繁琐重复的数据积累和分析何尝不是科学研究的最普通状态呢?反思之下, 中国学校里的一些以论文为核心的“科学实践”还是有些急功近利了吧。

 

 

奥都本协会的圣诞数鸟大赛的LOGO   一次圣诞数鸟大赛的监测数据的范围 

 


    结语:
    俗话说“他山之石,可以攻玉”。美国的科普起步早,历史久,社会参与面广,多样性丰富,在长期实践中业已摸索出了一些行之有效的工作模式和工作原则。他们的经验,对于中国的科普事业有很大的借鉴意义。近几年来,国家财政对科普的投入增长很快,我们也很欣喜地看到各地科普设施和科普机构的迅猛生长。然而正如梅贻琦在清华校长就职演讲中说的那样“大学者,非谓有大楼之谓也,有大师之谓也”。科普的发展,并不仅仅是硬件上的投入,更重要的是制度上、思想上的创新。在我看来,创新并不只是做前人之未尝做之事。如果能够把别人的花朵栽到自己的土壤上,并且还能茁壮成长,也未必不是一种创新。衷心希望中国的科普同仁,能够有更多的机会,去美国这样的科普大国接触一下他们的科普工作,体验和思考他们种种选择背后的制度基础和思想基础。争取让美国同仁的知识和经验,为中国的科普发展大潮,增添新的动力!
 

 

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