Forskare för en dag

Solbilsverkstaden vid Bostons Museum of Science, tre grupper av föräldrar och barn provar modellbilar de har byggt. Plötsligt rusar alla tillbaka till en arbetsbänk för att byta hjul, justera spänningen på en gummibandsremskiva som ansluter en elmotor till drivaxeln och göra andra ändringar. Samtidigt försöker ett annat team få sin raffinerade modell att köra en testbana på 12 sekunder. När det kommer nära - 12,8 sekunder - jublar barnen. Och i ett annat hörn, efter 35 minuters nonstop arbete för att korrigera en modell vars hjul först snurrade först när bilen hölls upp i luften, ser en 11-årig pojke sig omkring och hittar någon han känner. Kom och titta! han gråter.

Jag fick det att fungera och förklarar vad han upptäckte.

Den här historien var en del av vårt februarinummer 1997

• Se resten av frågan
• Prenumerera

Solbilsverkstaden representerar spetsen i utställningar på vetenskapscentra. Över hela landet skapar utställningsutvecklare öppna experiment som är utformade för att stimulera besökarna den typ av tänkande som forskare använder. Dessa reformatorer bortser från den traditionella uppfattningen att museer inte kan lära ut mycket om den vetenskapliga processen under ett typiskt kort besök. Utvecklare hävdar till och med att deras arbete kan fungera som en modell för att förbättra formell naturvetenskaplig utbildning.

Från tryckknappar till blandade ansikten

Naturhistoriska entusiaster började sätta upp museer för hundratals år sedan för att visa sällsynta och underbara föremål. Sådana skärmar fyller även idag en viktig roll, vilket gör att besökare kan observera och därmed lära sig om spännande aspekter av ovanliga föremål: stenar, mineraler, djur, fossiler och mer. Och sådana utställningar blomstrar fortfarande, vilket American Museum of Natural History i New York City visade för två år sedan med den framgångsrika öppningen av sina renoverade dinosauriehallar.

Men interaktivitet - möjligheten för besökare att använda eller på annat sätt manipulera delar i utställningar - saknades i de första museerna. Sedan, tidigt på 1900-talet, återkom amerikanska museikuratorer om tillvägagångssättet från Deutsches Gesundheit Museum i München, som erbjöd klassrumsliknande demonstrationer av fysik och kemi, bakom glas, i tryckknappsaktiverade utställningar. Tre nya amerikanska vetenskapsmuseer - Franklin Institute i Philadelphia, Museum of Science and Industry i Chicago och Museum of Science i Boston - introducerade inte bara tryckknappar utan livedemonstrationer av museipersonal för att stimulera intresset för det vanliga beteendet av alla slag av föremål.

Nästa våg av vetenskapliga utställningar kom med San Franciscos Exploratorium 1969. Museets utställningsutvecklare, som var vetenskapsmän och konstnärer, tog fortfarande ett mer praktiskt tillvägagångssätt. Istället för att bara trycka på knappar för att aktivera en demonstration kan besökare mer intimt kontrollera variabler i en utställning. I ett sådant erbjudande utformat för att lära människor om vågegenskaper, kan museumsbesökare justera frekvensen och volymen för ljudvågor som produceras av en högtalare fäst i ena änden till ett horisontellt glasrör som innehåller en liten mängd vätska. Besökare lär sig att leka med kontrollerna så att när luften i röret resonerar vid särskilda frekvenser flyger vätskedroppar upp för att avslöja stående vågor.

Genom att förlita sig på föremål som ser ut som om de har hittats i, till exempel, en källare, har Exploratoriums utvecklare också försökt skapa grova utställningar som föreslår fungerande prototyper snarare än de färdiga skyltexemplar som visas av många andra vetenskapsmuseer. Dessutom är museets tillvägagångssätt att gruppera dessa föremål i teman, såsom brytning och polarisering, med uppsättningar instruktioner som leder besökarna genom en rad steg, så att människor går därifrån efter att ha fått en logisk förståelse av något speciellt fenomen. Till exempel kan röret som visar stående vågor vara placerat nära en maskin som mekaniskt producerar en mängd olika vågor, som visas av stigande och fallande pingisbollar.

Exploratoriums tillvägagångssätt har varit så bra att det har påverkat vetenskapsmuseer överallt, så att nästan alla som arbetar i vetenskapscentra har kommit att koppla ihop ordet interaktiv med frasen pedagogiskt framgångsrik. Men även om museer har kopierat Exploratoriums tillvägagångssätt, har de gjort det med varierande grad av framgång. Exakta kopior av San Francisco-institutionens utställningar, som en halvsilverad spegel som låter två besökare, var och en på motsatta sidor, se sina ansiktsdrag blandade i en bild, har tenderat att fungera mycket bra. (Halva ljuset som träffar den här typen av spegel reflekteras tillbaka, medan den andra halvan sänder igenom.)

Men vissa utställningsutvecklare har misslyckats med att förstå att interaktion bäst förbättrar lärandet om det engagerar besökare direkt i ett fenomen och alltför ofta har införlivat vedervärdig och därmed värdelös interaktivitet i nya utställningar. Tänk på hur utvecklare vid Museum of Science i Boston för cirka 20 år sedan föreslog att lära ut fågelekologi med hjälp av ett flipperspel - ett föremål som var populärt bland barn. Tanken var att måla om spelytan så att olika områden representerade överlevnadsfaktorer i en fågels liv. Men även om ett flipperspel kan förmedla några lektioner om mekanik och banor, lär det inte i sig något om fåglar eller hur forskare lär sig om fåglar. De nya etiketterna på maskinen skulle ha förmedlat allt utställningen hade att erbjuda på fåglar - något som skilde sig lite från museiutställningar i glasmontrar. Och det var uppenbart att ingen skulle läsa etiketterna medan han försökte hindra bollarna från att gå ner i hålet. Lyckligtvis släppte utvecklarna idén.

En vändning på besökande forskare

Exploratorium har fortsatt att producera den ena utställningen efter den andra som använder kreativa interaktioner för att visa specifika vetenskapliga fenomen spektakulärt väl. Men några få utställningar som museet har utvecklat över tiden går utöver detta tillvägagångssätt för att riskera öppna resultat. Tänk till exempel ett bord med en central ljuskälla inbäddad i en metallcylinder som är utrustad med slitsar. På bordet fästs med sladdar olika typer av små speglar och linser som besökarna kan experimentera med när ljuset strålar ut över bordet. Även om sådana utställningar kanske inte verkar lika effektiva när det gäller att lära ut specifika innehållsbaserade lektioner, har utvecklare på andra håll insett att dessa aktiviteter kan stimulera besökare att utföra den vetenskapliga processen på egen hand, och därför kan de vara ganska värdefulla pedagogiskt. Inspirerade har utvecklare börjat driva designen av sådana öppna utställningar ytterligare.

Resultatet har blivit utställningar som liknar arbetande laboratorier, där besökarna kan bedriva sina egna korta forskningsprojekt och hitta egna svar på de frågor de själva ställer. Tanken är att vetenskap inte bara handlar om, säg, de fysiska, kemiska eller biologiska egenskaperna hos världen omkring oss, utan en process för att lära sig om världen. Oavsett vilken vetenskaplig information besökare kan ta med sig hem, är den mest värdefulla lärdomen en utställning kan förmedla den processen.

Det första museet som gjorde ett fullfjädrat hugg på att göra-din-egen-forskning var Science North, som öppnade 1984 i Sudbury, Ontario. Det där museet - eller, mer korrekt i det här fallet, det vetenskapscentret - innehåller interaktiva områden som liknar en vetenskapsmans arbetsplats. Där kan besökarna utforska olika ämnen med en kår av forskare-lärare. Det är aktiviteten att bedriva forskning som räknas. I Science Norths Swap Shop, till exempel, kan människor både ta in och undersöka andras små visningar av naturliga föremål - som stenar, djurben och snäckor - med hjälp av apparater som mikroskop, verktyg, kartor och sjökort.

Detta tillvägagångssätt har väckt stor spänning bland museiutvecklare, och andra har börjat komma med liknande tillvägagångssätt. En av de första som följde upp var J. Shipley Newlin, en utvecklare vid Science Museum of Minnesota i St. Paul, vars Experiment Gallery fokuserar på experimentbänkar där en till tre besökare kan ha exklusiv användning av apparater för att välja vilken av många variabler att kontrollera, utforma sina egna experiment och därmed uppleva många resultat.

En av de mest framgångsrika utställningarna är Electricity Lab, som låter besökare utforska grundläggande elektriska komponenter som motstånd, glödlampor, motorer, kondensatorer, dioder och strömbrytare. Dessa klickar ihop och kan fästas på koppartråd för att bilda olika typer av lågspänningskretsar. (Kretsarna är skyddade så att skador inte uppstår. Och för att ge mer försäkring mot problem stannar en anställd i Experiment Gallery.) I en mer traditionell interaktiv utställning kan några komponenter vara fastskruvade på ett bord, med besökare som kan ändra ett par variabler. Men i Ellabbet bygger besökarna faktiskt kretsarna och bestämmer vad som ska ingå.

Utvärderingar har visat att besökarna stannar längre vid experimentbänkar än på museets mer traditionella interaktiva utställningar - så mycket som 19 kontra 6 minuter. Men experiment-bänkmodellens öppna karaktär skapar också vissa problem. Med många tillgängliga alternativ har vissa besökare svårt att komma på vad de ska göra. De har sagt att de behöver bättre instruktioner. Science Museum of Minnesota har tagit itu med detta problem genom att lägga till experimentkort till laboratoriet som föreslår uppgifter med enkla, måttliga och utmanande svårighetsgrader.

Ett annat centrum som har tagit öppna utställningar till en ny nivå är Portlands Oregon Museum of Science and Industry, som 1993 öppnade Engineer It!-en utställning som ger besökarna förstahandserfarenhet av att designa, bygga och testa ett objekt som en modell båt eller flygplan. Blivande ingenjörer kan välja från många delar i papperskorgar och hänvisa till exempel på hur de passar ihop. De kan sedan tjudra sina pappersflygplan i vindtunneln för att se om de kommer att flyga, modifiera designen på modelllastbilar och testa hur mycket motstånd de möter när de rör sig på en motorväg, eller bygga byggnader på ett bord som skakar för att se om designen är jordbävningssäker.

På detta museum har utvärderare funnit att de flesta besökare ägnar relativt lite uppmärksamhet åt instruktionerna, designar genom att prova och missa istället och lär sig mycket av andra museibesökare genom att härma deras design och göra förbättringar av kvarlämnade föremål. Därmed beter sig besökare som vetenskapsmän, som på samma sätt bygger på varandras resultat genom personliga kontakter och publicerade artiklar.

Bostons aktivitetscenter

Den största ansträngningen för att utveckla utställningar som fokuserar på vetenskapligt tänkande - en serie av sex aktivitetscenter - pågår på Museum of Science i Boston, institutionen där jag arbetar. I mars invigde vi aktivitetscentret Undersök! En se-för-själv-utställning. Detta center fokuserar på färdigheter i samband med att genomföra ett experiment: ställa frågor, formulera hypoteser, planera och genomföra en procedur, samla in data, analysera bevis och dra slutsatser. Vid entrén möter besökarna en skulptur av en flicka som står ovanpå en bunt sovrumsmöbler, precis när hon är på väg att släppa en softboll och en golfboll för att se vilken som träffar marken först. Denna evocation av Galileos apokryfiska Tower of Pisa-experiment symboliserar utställningen: att utföra experiment på egen hand.

Bakom skulpturen finns en vägg av frågor och ett rum ägnat åt det första steget i att genomföra ett experiment - ställer en fråga som kan besvaras. Detta rum, avsett att uppmuntra till reflektion, innehåller spännande föremål som identifieras med frågor snarare än svar: Vad är det gjort av? Vad skulle du kunna använda den till? Var kom det ifrån? Levde den en gång? Besökare kan lägga till sina egna frågor på väggen eller sina tankar om föremålen genom att skriva dessa på registerkort och lägga upp dem så att andra kan se dem.

Från det centrala rummet kan besökare gå åt olika håll. De som svänger till höger kommer in i ett starkt upplyst rum med flera experimentstationer. Med hjälp av en trådtemperatursond ansluten med en kabel till en dator med en färgstark skärm, kan utredare mäta temperaturen på olika föremål när de överväger om till exempel frigolit håller en drink varmare än en pappersmugg gör, och hur snabbt fläktarna blåser på en varm kopp kyler den. Besökare kan också tänka ut experiment som involverar deras hudtemperatur, till exempel ett för att avgöra om en persons hand är varmare än en annans. Utmaningskort erbjuder några inledande idéer för forskningsfrågor, men utställningen blir riktigt framgångsrik när kunder börjar följa förfrågningar som utvecklarna inte övervägde.

Strax efter att vi öppnat utställningen märkte vi en sådan uppsättning förfrågningar vid Drop Stop, som låter besökarna återskapa Galileo-experimentet. De lägger alla möjliga föremål i två metallhinkar och trycker på en knapp för att transportera dem 12 fot upp i luften. Genom att trycka på en annan knapp öppnas hinkarna och innehållet släpps samtidigt. En rad av sensorer kopplade till en dator spårar de fallande föremålen och indikerar deras positioner vid olika tidpunkter.

Vad vi inte förväntade oss att generera så mycket intresse är en säkerhetsspärrmekanism som förhindrar att varje återvändande skopa av misstag skadar någon. Besökare som skyndar sig att öppna den genomskinliga plastdörren innan hinken är tillbaka i botten upptäcker att den stannar där den är och återupptar sin nedåtgående rörelse först när dörren stängs igen. Denna upptäckt har utlöst en rad aktiviteter som involverar förreglingen: besökare undersöker hur snabbt det fungerar, om de kan slå det och var den elektriska kontakten är som gör att prylen fungerar.

De två mest utarbetade områdena i aktivitetscentret - och de där besökarna tillbringar mest tid - är solbilsverkstaden och Midden Mystery. Verkstadens huvudsakliga verksamhet liknar en del av Oregon-museets utställning Engineer It! Besökare monterar solcellsmodeller vid en lång arbetsbänk med plats för många att arbeta samtidigt. De kan experimentera med hjul i tre storlekar. De kan justera spänningen på gummibandsremskivan som förbinder den soldrivna elmotorn med drivaxeln. De kan flytta motorn och göra ett framhjulsdrivet eller bakhjulsdrivet fordon. Och genom att vända sina fordon upp och ner på en bänk med inbyggda lampor – för att aktivera solcellerna – kan de när som helst kontrollera hur hjulen snurrar. Besökare kan också ta sina bilar till en testbana där variabla ljusreglage och automatiska och manuella timer låter en hel grupp ha en roll i en testkörning. För personer som är intresserade föreslår utmaningskort aktiviteter utöver hur man får bilar att helt enkelt fungera eller gå så fort som möjligt. Till exempel är en idé som ges är att ta reda på hur man kör banan på exakt 12 sekunder, vilket vanligtvis innebär att sakta ner fordonet.

Midden Mystery fokuserar på att dra slutsatser. En mitt är en arkeologisk soptipp. Vår är förstås simulerad; den liknar en stor sandlåda fylld med krossade valnötsskal. (De fastnar inte på hud och kläder som sand gör.) Frågor som Vad gjorde invånarna på den här sidan här? är placerade i närheten. När besökare borstar bort sanden hittar de snäckor, djurben, pilspetsar och andra stenredskap i den. De upptäcker också några fibergjutna föremål, till exempel av ett djurskelett, inbäddade i hårdare lager nedanför.

Nära grävplatsen finns arbetsbänkar för att mäta, registrera, packa och lägga ut information om fynden. Besökare kan spekulera i vad föremålen kan ha använts till och kan ta dem till tabeller med referenssamlingar av blötdjursskal, små däggdjursben och olika stenredskap, och de kan jämföra sina idéer med experters åsikter som har lämnats vid svaret. maskiner vid två kuratorbord. Slutligen kan besökare publicera sina teorier med hjälp av en datorterminal utrustad med en miniatyrvideokamera och en mikrofon, och kan lära sig om andra museibesökares resultat och slutsatser.

Vi har medvetet byggt in många sådana rapporteringsmekanismer i Undersök! Vi vill att besökarna ska kunna lämna bakom sig sina frågor, spekulationer, observationer, mätningar och slutsatser för andra att lära av. Tanken med det aktivitetscentret är att komplettera museets pedagogiska röst för att illustrera idén om att vetenskaplig sanning inte bestäms av auktoritet utan av bevis. Vi konstaterar att endast en liten del av besökarna skriver detaljerade slutsatser, men nästan alla bidrar med svar på begränsade frågor som ställs på datorterminaler under hela utställningen. Dessa svar blir en del av växande databaser. Vi lär oss också att främlingar ofta pratar med varandra om saker som är mycket mer detaljerade än vad gör detta? Frågor som Hur fick du detta att hända? stiga upp.

Aktiviteterna i Undersök! utgör faktiskt Boston museums andra aktivitetscenter. Det första centret var mycket enklare och representerade vårt första inhopp i det nya tillvägagångssättet. Aktiviteterna i The Observatory, som tenderar att vara mindre komplexa, är utformade för att uppmuntra museibesökare att bli medvetna om sina observationsförmåga. I ett område kan en besökare använda en fjärrkamera riktad mot ett terrarium för att ta en närmare titt på till exempel en ödla eller en jättekackerlacka från Madagaskar. En annan aktivitet är designad för två personer att leka med att sända ut och upptäcka ljud från någon av 12 overheadhögtalare. Vi gör nu upp planer för de övriga fyra aktivitetscentrumen.

Andra vetenskapsmuseer går i liknande riktning. När Undersök! öppnade i år, deltog personal från 21 andra vetenskapscentra i en workshop för att undersöka den utställningen och hur den utvecklades; många gjorde redan liknande planer.

Konstens beskyddare

Den vetenskapliga processen är i centrum för den senaste amerikanska ansträngningen att reformera undervisningen i naturvetenskap från dagis till årskurs 12. En central rapport från 1989 publicerad av Educational Testing Service avslöjade att amerikanska studenter släpade efter andra studenter, inte i deras kunskap om vetenskapliga fakta, men att tillämpa tankeförmåga för att lösa problem. En månad senare efterlyste Science for All Americans, en rapport baserad på en treårig studie av American Association for the Advancement of Science, stora förändringar i hur vetenskap lärs ut för att betona utforskning av frågor och kritiskt tänkande framför inlärning av svar . Naturvetenskapliga museer har helt klart en avgörande roll att spela när det gäller att komplettera vad eleverna lär sig i skolan.

Således har National Science Foundation, som har finansierat aktiviteter i hela USA som syftar till att förbättra naturvetenskaplig utbildning, stött tillväxten av innovativa museiutställningar: NSF:s bidragsprogram för informell vetenskapsutbildning (ISE) har blivit en viktig finansieringskälla för sådana utställningar. Programmet gör det inte bara möjligt för specifika institutioner att skapa nya erbjudanden utan uppmuntrar också utvecklare att kommunicera med andra lärare. För att säkerställa att andra ska lära sig om vad som lyckas och misslyckas, kräver NSF utvärderingar och spridning av information om museernas program.

Nyligen har nedskärningar föreslagits för ISE, inklusive en nedskärning på 30 procent för det federala räkenskapsåret 1997. Lyckligtvis fick kongressmedlemmarnas erkännande av värdet av informell utbildning senatens anslagskommitté att återställa finansieringen under 1997 års budgetöversyn.

I ett sådant klimat kan dock vetenskapscentra uppenbarligen inte vara beroende av just denna finansieringskälla för att främja sina nya utbildningsmål. Den privata sektorn behöver också brett stödja innovativ utställningsutveckling. Tyvärr har den ekonomiska verkligheten fått företagens filantropiska bidrag från amerikanska företag att minska de senaste åren. Intresserade av att bifoga företagsnamn och ibland logotyper till projekt ersätter företagens marknadsavdelningar delvis den äldre formen av stöd. Men dessa grenar är mindre benägna att investera i experimentella och därför riskfyllda projekt.

Med bara ett fåtal museer som har skapat aktiviteter som betonar vetenskapsprocessen, har utvecklarna bara börjat skrapa på ytan på detta kraftfulla och potentiellt inflytelserika koncept för effektiv och njutbar informell utbildning. För att hjälpa till att utveckla sådana tillvägagångssätt måste alla som är intresserade av naturvetenskaplig utbildning gå upp och göra sin del.

Dölj