Videnskabsmand for en dag

Solvognsværkstedet på Bostons Museum of Science prøver tre grupper af forældre og børn af modelbiler, de har bygget. Pludselig skynder alle sig tilbage til et arbejdsbord for at skifte hjul, justere spændingen på en gummiremskive, der forbinder en elektrisk motor til drivakslen, og foretage andre ændringer. I mellemtiden forsøger et andet hold at få sin raffinerede model til at køre en testløbsbane på 12 sekunder. Når det kommer tæt på - 12,8 sekunder - jubler børnene. Og i et andet hjørne, efter 35 minutters uafbrudt arbejde med at rette en model, hvis hjul først drejede, da bilen blev holdt i luften, kigger en 11-årig dreng sig omkring og finder en, han kender. Kom og se! han græder.

Jeg fik det til at virke og forklarer, hvad han opdagede.

Denne historie var en del af vores februar 1997-udgave

• Se resten af ​​problemet
• Abonner

Solvognsværkstedet repræsenterer forkant med udstillinger på videnskabscentre. Over hele landet laver udstillingsudviklere åbne eksperimenter designet til at stimulere besøgende den slags tænkende videnskabsmænd. Disse reformatorer afviser den traditionelle forestilling om, at museer ikke kan lære lidt om den videnskabelige proces under et typisk kort besøg. Udviklere hævder endda, at deres arbejde kan tjene som model for at forbedre formel naturvidenskabelig uddannelse.

Fra trykknapper til blandede ansigter

Naturhistoriske entusiaster begyndte at oprette museer for hundreder af år siden for at vise sjældne og vidunderlige genstande. Sådanne udstillinger udfylder selv i dag en vigtig rolle, som giver besøgende mulighed for at observere og dermed lære om spændende aspekter af usædvanlige genstande: sten, mineraler, dyr, fossiler og meget mere. Og sådanne udstillinger blomstrer stadig, som American Museum of Natural History i New York City demonstrerede for to år siden med den vellykkede åbning af sine renoverede dinosaurhaller.

Men interaktivitet - muligheden for besøgende til at betjene eller på anden måde manipulere dele i udstillinger - manglede i de første museer. Så tidligt i det tyvende århundrede bragte amerikanske museumsinspektører besked om tilgangen fra Deutsches Gesundheit Museum i München, som tilbød demonstrationer af fysik og kemi i klasseværelset, bag glas, i trykknapaktiverede udstillinger. Tre nye amerikanske videnskabsmuseer - Franklin Institute i Philadelphia, Museum of Science and Industry i Chicago og Museum of Science i Boston - introducerede ikke kun trykknapper, men levende demonstrationer af museumspersonale for at stimulere interessen for almindelig adfærd af enhver art af genstande.

Den næste bølge af videnskabelige udstillinger ankom med San Franciscos Exploratorium i 1969. Dette museums udstillingsudviklere, som var videnskabsmænd og kunstnere, tog stadig en mere praktisk tilgang. I stedet for blot at trykke på knapper for at aktivere en demonstration, kan besøgende kontrollere variabler i en udstilling mere intimt. I et sådant tilbud, designet til at lære folk om bølgeegenskaber, kan museumsgængere justere frekvensen og lydstyrken af ​​lydbølger produceret af en højttaler, der i den ene ende er fastgjort til et vandret glasrør, der indeholder en lille mængde væske. Besøgende lærer at lege med kontrollerne, så når luften i røret resonerer ved bestemte frekvenser, flyver væskedråber op for at afsløre stående bølger.

Ved at stole på genstande, der ser ud, som om de er blevet fundet i for eksempel en kælder, har Exploratoriums udviklere også forsøgt at skabe groft udseende udstillinger, der foreslår fungerende prototyper frem for de færdige udstillingsgenstande, der vises af mange andre videnskabsmuseer. Desuden er museets tilgang at gruppere disse genstande i temaer, såsom brydning og polarisering, med sæt instruktioner, der leder besøgende gennem en række trin, så folk går væk efter at have fået en logisk forståelse af et bestemt fænomen. For eksempel kan røret, der demonstrerer stående bølger, være placeret i nærheden af ​​en maskine, der mekanisk producerer en række forskellige bølger, vist ved stigende og faldende pingpongbolde.

Exploratoriums tilgang har været så god, at den har påvirket videnskabsmuseer overalt, så næsten alle, der arbejder i videnskabscentre, er kommet til at forbinde ordet interaktiv med sætningen uddannelsesmæssigt vellykket. Men selvom museer har kopieret Exploratoriums tilgang, har de gjort det med varierende grad af succes. Præcise kopier af San Francisco-institutionens udstillinger, såsom et halvforsølvet spejl, der giver to besøgende, hver på hver sin side, mulighed for at se deres ansigtstræk blandet i ét billede, har haft en tendens til at fungere meget godt. (Halvdelen af ​​lyset, der rammer denne slags spejl, reflekteres tilbage, mens den anden halvdel transmitterer igennem.)

Men nogle udstillingsudviklere har ikke forstået, at interaktion bedst fremmer læring, hvis det engagerer besøgende direkte i et fænomen og alt for ofte har inkorporeret umotiveret og dermed ubrugelig interaktivitet i nye udstillinger. Tænk på, hvordan udviklere på Museum of Science i Boston for omkring 20 år siden foreslog at undervise i fugleøkologi ved hjælp af en flippermaskine - en genstand populær blandt børn. Ideen var at male spillets overflade om, så forskellige områder repræsenterede overlevelsesfaktorer i en fugls liv. Men selvom et flipperspil kan formidle nogle lektioner om mekanik og baner, lærer det ikke i sig selv noget om fugle, eller hvordan videnskabsmænd lærer om fugle. De nye etiketter på maskinen ville have formidlet alt, hvad udstillingen havde at byde på på fugle - der adskiller sig lidt fra museumsudstillinger i glasmontre. Og tydeligvis var der ingen, der ville læse etiketterne, mens de forsøgte at forhindre, at boldene gik ned i hullet. Heldigvis droppede udviklerne ideen.

Et twist på besøgende videnskabsmænd

Exploratorium er fortsat med at producere den ene udstilling efter den anden, der bruger kreative interaktioner til at demonstrere specifikke videnskabelige fænomener spektakulært godt. Men nogle få udstillinger, som museet har udviklet over tid, går ud over denne tilgang til at risikere åbne resultater. Overvej for eksempel et bord med en central lyskilde indlejret i en metalcylinder, der er udstyret med slidser. Fastgjort til bordet med snore er forskellige typer små spejle og linser, som besøgende kan eksperimentere med, mens lyset stråler ud over bordet. Selvom sådanne udstillinger måske ikke virker så effektive til at undervise i specifikke indholdsbaserede lektioner, har udviklere andre steder erkendt, at disse aktiviteter kan stimulere besøgende til at udføre den videnskabelige proces på egen hånd og derfor kan være ret værdifulde i uddannelsesmæssig henseende. Inspireret er udviklere begyndt at skubbe designet af sådanne åbne udstillinger yderligere.

Resultatet er blevet udstillinger, der minder om arbejdende laboratorier, hvor besøgende kan forfølge deres egne korte forskningsprojekter og finde deres egne svar på de spørgsmål, de selv stiller. Tankegangen er, at videnskab ikke kun handler om f.eks. de fysiske, kemiske eller biologiske egenskaber ved verden omkring os, men en proces til at lære om verden. Uanset hvilken videnskabelig information besøgende kan tage med hjem, er den mest værdifulde lektie en udstilling kan formidle denne proces.

Det første museum, der foretog et fuldgyldigt stik ved gør-din-egen-forskningstilgangen, var Science North, som åbnede i 1984 i Sudbury, Ontario. Det museum - eller, mere korrekt i dette tilfælde, det videnskabscenter - inkluderer interaktive områder, der ligner en videnskabsmands arbejdsplads. Der kan besøgende udforske forskellige emner med et korps af videnskabsmand-lærere. Det er aktiviteten med at udføre forskning, der tæller. I Science Norths Swap Shop kan folk for eksempel både bringe ind og undersøge andres små udstillinger af naturlige genstande - såsom sten, dyreknogler og skaller - ved hjælp af apparater såsom mikroskoper, værktøjer, kort og diagrammer.

Denne tilgang har vakt udbredt begejstring blandt museumsudviklere, og andre er begyndt at komme med lignende tilgange. En af de første, der fulgte op, var J. Shipley Newlin, en udvikler ved Science Museum of Minnesota i St. Paul, hvis Experiment Gallery fokuserer på eksperimentbænke, hvor en til tre besøgende kan have eksklusiv brug af apparater til at vælge hvilken af ​​mange variabler at kontrollere, udtænke deres egne eksperimenter og dermed opleve mange resultater.

En af de mest succesrige udstillinger er Electricity Lab, som giver besøgende mulighed for at udforske grundlæggende elektriske komponenter såsom modstande, pærer, motorer, kondensatorer, dioder og kontakter. Disse klikker sammen og kan fastgøres til kobbertråd for at danne forskellige slags lavspændingskredsløb. (Kringkredsene er beskyttet, så der ikke opstår skader. Og for at give mere forsikring mod problemer, bliver en medarbejder i eksperimentgalleriet.) I en mere traditionel interaktiv udstilling kan nogle få komponenter være boltet til et bord, hvor besøgende kan ændre et par variable. Men i Elektricitetslaboratoriet bygger de besøgende faktisk kredsløbene og bestemmer, hvad de skal inkludere.

Evalueringer har vist, at besøgende opholder sig længere ved eksperimentbænke end på museets mere traditionelle interaktive udstillinger - så meget som 19 versus 6 minutter. Men eksperiment-bænkmodellens åbne karakter skaber også nogle problemer. Med mange tilgængelige muligheder har nogle besøgende svært ved at finde ud af, hvad de skal gøre. De har sagt, at de har brug for bedre instruktioner. Science Museum of Minnesota har håndteret denne bekymring ved at tilføje eksperimentkort til laboratorierne, der foreslår opgaver med lette, moderate og udfordrende sværhedsgrader.

Et andet center, der har taget åbne udstillinger til et nyt niveau, er Portlands Oregon Museum of Science and Industry, som i 1993 åbnede Engineer It! - en udstilling, der giver besøgende førstehåndserfaring med at designe, bygge og teste et objekt som en model båd eller fly. Nye ingeniører kan vælge mellem adskillige dele i skraldespandene og henvise til eksempler på, hvordan de passer sammen. De kan derefter binde deres papirfly i vindtunnelen for at se, om de vil flyve, ændre designet på modellastbiler og teste, hvor meget modstand de møder, når de bevæger sig ned ad en motorvej, eller konstruere bygninger på et bord, der ryster for at se, om designet er jordskælvssikker.

På dette museum har evaluatorer fundet ud af, at de fleste besøgende er relativt lidt opmærksomme på instruktionerne, de designer ved at prøve og fejle i stedet og lære en hel del af andre museumsgængere ved at efterligne deres design og foretage forbedringer af efterladte genstande. På den måde opfører besøgende sig som videnskabsmænd, der på samme måde bygger på hinandens resultater gennem personlige kontakter såvel som publicerede artikler.

Bostons aktivitetscentre

Den største indsats for at udvikle udstillinger, der fokuserer på videnskabelige tænkningskompetencer - en serie på seks aktivitetscentre - er i gang på Museum of Science i Boston, den institution, hvor jeg arbejder. I marts måned indviede vi aktivitetscentret Undersøg! En se-selv-udstilling. Dette center fokuserer på færdigheder forbundet med at udføre et eksperiment: stille spørgsmål, formulere hypoteser, planlægge og udføre en procedure, indsamle data, analysere beviser og drage konklusioner. Ved indgangen støder besøgende på en skulptur af en pige, der står oven på en stak soveværelsesmøbler, ligesom hun er ved at tabe en softball og en golfbold for at se, hvilken der rammer jorden først. Denne antydning af Galileos apokryfe eksperiment i Tower of Pisa symboliserer udstillingen: at udføre eksperimenter på egen hånd.

Bag skulpturen er en væg af spørgsmål og et rum dedikeret til det første trin i at udføre et eksperiment - der stiller et spørgsmål, der kan besvares. Dette rum, der er beregnet til at opmuntre til refleksion, indeholder spændende genstande identificeret med spørgsmål snarere end svar: Hvad er det lavet af? Hvad kunne du bruge det til? Hvor kom det fra? Var det engang i live? Besøgende kan tilføje deres egne spørgsmål til væggen eller deres tanker om genstandene ved at skrive disse på kartotekskort og lægge dem op, så andre kan se dem.

Fra det centrale rum kan besøgende gå i forskellige retninger. De, der drejer til højre, kommer ind i et stærkt oplyst rum med flere forsøgsstationer. Ved at bruge en ledningstemperatursonde, der er forbundet med et kabel til en computer med en farverig skærm, kan efterforskere måle temperaturen på forskellige genstande, mens de overvejer, om f.eks. Styrofoam holder en drink varmere end en papirkop gør, og hvor hurtigt blæserne blæser på. en varm kop afkøle det. Besøgende kan også udtænke eksperimenter, der involverer deres hudtemperatur, såsom et for at afgøre, om en persons hånd er varmere end en anden persons. Udfordringskort tilbyder nogle indledende ideer til forskningsspørgsmål, men udstillingen bliver virkelig vellykket, når lånere begynder at forfølge forespørgsler, udviklere ikke overvejede.

Kort efter vi åbnede udstillingen, bemærkede vi et sådant sæt forespørgsler ved Drop Stop, som lader besøgende genskabe Galileo-eksperimentet. De putter alle mulige genstande i to metalspande og trykker på en knap for at transportere dem 12 fod op i luften. Ved at trykke på en anden knap åbner spandene og taber deres indhold på samme tid. En række sensorer forbundet til en computer sporer de faldende genstande og angiver deres placering på forskellige tidspunkter.

Hvad vi ikke forventede at generere så meget interesse, er en sikkerhedslåsemekanisme, der forhindrer, at hver returnerende skovl ved et uheld kommer til at skade nogen. Besøgende, der skynder sig at åbne den gennemsigtige plastikdør, før spanden er tilbage i bunden, oplever, at den stopper, hvor den er, og først genoptager sin nedadgående bevægelse, når døren igen lukkes. Denne opdagelse har udløst en række aktiviteter, der involverer låsen: besøgende undersøger, hvor hurtigt det virker, om de kan slå det, og hvor den elektriske kontakt er, der får dimsen til at fungere.

De to mest omfattende områder af aktivitetscentret - og dem, hvor besøgende tilbringer mest tid - er solvognsværkstedet og Midden Mysteriet. Værkstedets hovedaktivitet ligner en del af Oregon-museets udstilling Engineer It! Besøgende samler modelsolbiler på en lang arbejdsbænk med plads til mange mennesker på én gang. De kan eksperimentere med hjul i tre størrelser. De kan justere spændingen på gummibåndsremskiven, der forbinder den solcelledrevne elmotor med drivakslen. De kan flytte motoren og lave et forhjulsdrevet eller baghjulsdrevet køretøj. Og ved at vende deres køretøjer på hovedet på en bænk med indbygget lys - for at aktivere solcellerne - kan de til enhver tid kontrollere, hvordan hjulene snurrer. Besøgende kan også tage deres biler til en testbane, hvor variable lysstyringer og automatiske og manuelle timere tillader en hel gruppe at have en rolle i en testkørsel. For folk, der er interesserede, foreslår udfordringskort aktiviteter ud over, hvordan man får biler til at fungere eller køre så hurtigt som muligt. For eksempel er en idé, der tilbydes, at finde ud af, hvordan man kører kurset på præcis 12 sekunder, hvilket normalt betyder, at man bremser køretøjet.

Midden Mystery fokuserer på at drage konklusioner. En mødding er en arkæologisk affaldsplads. Vores er selvfølgelig simuleret; det ligner en stor sandkasse fyldt med knuste valnøddeskaller. (De klæber ikke til hud og tøj, som sand gør.) Spørgsmål som Hvad gjorde indbyggerne på denne side her? er placeret i nærheden. Mens besøgende børster sandet væk, finder de i det skaller, dyreknogler, pilespidser og andre stenredskaber. De opdager også nogle fiberstøbte genstande, såsom af et dyreskelet, indlejret i hårdere lag nedenfor.

I nærheden af ​​gravepladsen er der arbejdsborde til måling, registrering, sække og oplysning om fundene. Besøgende kan spekulere i, hvad genstandene kan have været brugt til og kan tage dem med til borde med referencesamlinger af bløddyrsskaller, små pattedyrknogler og forskellige stenredskaber, og de kan sammenligne deres ideer med eksperters meninger, der er blevet efterladt ved besvarelsen. maskiner ved to kurators skriveborde. Endelig kan besøgende publicere deres teorier ved hjælp af en computerterminal udstyret med et miniaturevideokamera og en mikrofon og kan lære om andre museumsgængeres resultater og konklusioner.

Vi har med vilje indbygget mange sådanne rapporteringsmekanismer i Undersøg! Vi ønsker, at besøgende skal kunne efterlade deres spørgsmål, spekulationer, observationer, målinger og konklusioner, som andre kan lære af. Ideen i dette aktivitetscenter er at supplere museets pædagogiske stemme for at illustrere ideen om, at videnskabelig sandhed ikke bestemmes af autoritet, men af ​​beviser. Vi konstaterer, at kun en lille brøkdel af besøgende registrerer detaljerede konklusioner, men næsten alle bidrager med svar på begrænsede spørgsmål stillet på computerterminaler gennem hele udstillingen. Disse svar bliver en del af voksende databaser. Vi lærer også, at fremmede ofte taler med hinanden om ting, der er langt mere detaljeret end hvad gør det? Spørgsmål som hvordan fik du det til at ske? opstå.

Aktiviteterne i Undersøg! faktisk udgør Boston-museets andet aktivitetscenter. Det første center var meget enklere og repræsenterede vores første indtog i den nye tilgang. Aktiviteterne i Observatoriet, som har tendens til at være mindre komplekse, er designet til at tilskynde museumsgængere til at blive bevidste om deres observationsevner. I et område kan en besøgende betjene et fjernkamera rettet mod et terrarium for at se nærmere på for eksempel et firbens øje eller en kæmpe madagaskar kakerlak. En anden aktivitet er designet til, at to personer kan lege med at udsende og registrere lyde fra en hvilken som helst af de 12 overheadhøjttalere. Vi er nu ved at udarbejde planer for de øvrige fire aktivitetscentre.

Andre videnskabsmuseer bevæger sig i samme retning. Når Undersøg! åbnet i år, deltog personale fra 21 andre videnskabscentre i en workshop for at undersøge udstillingen og den måde, den blev udviklet på; mange lavede allerede lignende planer.

Kunstens mæcener

Den videnskabelige proces er i centrum for den seneste amerikanske indsats for at reformere undervisningen i naturvidenskab fra børnehave til klasse 12. En central rapport fra 1989 udgivet af Educational Testing Service afslørede, at amerikanske studerende haltede bagefter andre studerende, ikke i deres viden om videnskabelige fakta, men i at anvende tankefærdigheder til at løse problemer. En måned senere opfordrede Science for All Americans, en rapport baseret på en tre-årig undersøgelse fra American Association for the Advancement of Science, til massive ændringer i den måde, videnskab undervises på for at lægge vægt på udforskning af spørgsmål og kritisk tænkning frem for indlæring af svar . Det er klart, at videnskabsmuseer har en afgørende rolle at spille i at supplere det, eleverne lærer i skolen.

Således har National Science Foundation, som har finansieret aktiviteter i hele USA med det formål at forbedre videnskabsundervisningen, støttet væksten af ​​innovative museumsudstillinger: NSF's Informal Science Education (ISE) tilskudsprogram er blevet en vigtig finansieringskilde for sådanne udstillinger. Programmet giver ikke kun specifikke institutioner mulighed for at skabe nye tilbud, men opmuntrer også udviklere til at kommunikere med andre undervisere. For at sikre, at andre vil lære om, hvad der lykkes og fejler, kræver NSF evalueringer og formidling af information om museernes programmer.

For nylig er der blevet foreslået nedskæringer for ISE, herunder en nedskæring på 30 procent for det føderale regnskabsår 1997. Heldigvis fik kongresmedlemmernes anerkendelse af værdien af ​​uformel uddannelse Senatets Bevillingskomité til at genoprette finansieringen under 1997-budgetgennemgangen.

I et sådant klima kan videnskabscentre dog tydeligvis ikke være afhængige af netop denne finansieringskilde for at fremme deres nye uddannelsesmål. Den private sektor skal også bredt støtte innovativ udvikling af udstillinger. Desværre har den økonomiske virkelighed fået virksomheders filantropiske bidrag fra amerikanske virksomheder til at falde i de seneste år. Interesseret i at knytte firmanavne og nogle gange logoer til projekter, erstatter virksomheders marketingafdelinger delvist den ældre form for support. Men disse grene er mindre tilbøjelige til at investere i eksperimentelle og derfor risikable projekter.

Med blot et par museer, der har skabt aktiviteter, der understreger videnskabsprocessen, er udviklere kun begyndt at ridse overfladen på dette kraftfulde og potentielt indflydelsesrige koncept for effektiv og fornøjelig uformel undervisning. For at hjælpe med at udvikle sådanne tilgange er alle dem, der har en interesse i naturvidenskabelige uddannelser, nødt til at gå op og gøre deres del.

skjule