Wetenschapper voor een dag

In de werkplaats voor zonneauto's in het Museum of Science in Boston proberen drie groepen ouders en kinderen de door hen gebouwde modelauto's uit. Plotseling haast iedereen zich terug naar een werkbank om van wiel te wisselen, de spanning aan te passen op een rubberen riemschijf die een elektromotor met de aandrijfas verbindt, en andere wijzigingen aan te brengen. Ondertussen probeert een ander team zijn verfijnde model in 12 seconden een testparcours te laten afleggen. Als het bijna 12,8 seconden is, juichen de kinderen. En in een andere hoek, na 35 minuten non-stop werk om een ​​model te corrigeren waarvan de wielen eerst alleen draaiden toen de auto in de lucht werd gehouden, kijkt een 11-jarige jongen om zich heen en vindt iemand die hij kent. Kom kijken! hij huilt.

Ik heb het laten werken en leg uit wat hij ontdekte.

Dit verhaal maakte deel uit van ons nummer van februari 1997

• Zie de rest van het probleem
• Abonneren

De werkplaats voor zonnewagens vertegenwoordigt de voorhoede van tentoonstellingen in wetenschapscentra. In het hele land creëren tentoonstellingsontwikkelaars experimenten met een open einde die zijn ontworpen om bezoekers het soort denkende wetenschappers te stimuleren. Deze hervormers verwerpen het traditionele idee dat musea tijdens een typisch kort bezoek weinig kunnen leren over het wetenschappelijke proces. Ontwikkelaars beweren zelfs dat hun werk als model kan dienen voor het verbeteren van het formele wetenschappelijke onderwijs.

Van drukknoppen tot gemengde gezichten

Liefhebbers van natuurgeschiedenis begonnen honderden jaren geleden met het opzetten van musea om zeldzame en prachtige voorwerpen tentoon te stellen. Dergelijke displays vervullen zelfs vandaag nog een belangrijke rol, waardoor bezoekers kunnen observeren en zo leren over intrigerende aspecten van ongewone objecten: rotsen, mineralen, dieren, fossielen en meer. En zulke tentoonstellingen floreren nog steeds, zoals het American Museum of Natural History in New York City twee jaar geleden aantoonde met de succesvolle opening van zijn gerenoveerde dinosaurushallen.

Maar interactiviteit - de mogelijkheid voor bezoekers om onderdelen in exposities te bedienen of anderszins te manipuleren - ontbrak in de eerste musea. Toen, aan het begin van de twintigste eeuw, vertelden conservatoren van Amerikaanse musea over de aanpak van het Deutsches Gesundheit Museum in München, dat klassikale demonstraties van natuurkunde en scheikunde aanbood, achter glas, in tentoonstellingen met drukknoppen. Drie nieuwe Amerikaanse wetenschapsmusea - het Franklin Institute in Philadelphia, het Museum of Science and Industry in Chicago en het Museum of Science in Boston - introduceerden niet alleen drukknoppen, maar ook live-demonstraties door museumpersoneel om de belangstelling voor het gewone gedrag van alle soorten te wekken van objecten.

De volgende golf in wetenschappelijke tentoonstellingen arriveerde met San Francisco's Exploratorium in 1969. De tentoonstellingsontwikkelaars van dit museum, die wetenschappers en kunstenaars waren, hanteerden nog steeds een meer praktische benadering. In plaats van simpelweg op knoppen te drukken om een ​​demonstratie te activeren, kunnen bezoekers de variabelen in een tentoonstelling nauwkeuriger controleren. In een dergelijk aanbod dat is ontworpen om mensen over golfeigenschappen te leren, kunnen museumbezoekers de frequentie en het volume aanpassen van geluidsgolven die worden geproduceerd door een luidspreker die aan één uiteinde is bevestigd aan een horizontale glazen buis die een kleine hoeveelheid vloeistof bevat. Bezoekers leren hoe ze met de bedieningselementen kunnen spelen, zodat wanneer de lucht in de buis op bepaalde frequenties resoneert, vloeistofdruppels omhoog vliegen om staande golven te onthullen.

Door te vertrouwen op objecten die eruitzien alsof ze zijn gevonden in bijvoorbeeld een kelder, hebben de ontwikkelaars van het Exploratorium ook geprobeerd om ruige tentoonstellingen te maken die werkende prototypes suggereren in plaats van de voltooide pronkstukken die door veel andere wetenschapsmusea worden getoond. Bovendien is de benadering van het museum om deze items te clusteren in thema's, zoals breking en polarisatie, met instructies die bezoekers door een reeks stappen leiden, zodat mensen weglopen nadat ze een logisch begrip van een bepaald fenomeen hebben gekregen. De buis die staande golven demonstreert, kan bijvoorbeeld worden geplaatst in de buurt van een machine die mechanisch een verscheidenheid aan golven produceert, weergegeven door stijgende en dalende pingpongballen.

De aanpak van het Exploratorium is zo goed geweest dat het wetenschapsmusea overal heeft beïnvloed, zodat bijna iedereen die in wetenschapscentra werkt, het woord interactief is gaan koppelen aan de uitdrukking educatief succesvol. Maar hoewel musea de aanpak van het Exploratorium hebben gekopieerd, hebben ze dat met wisselend succes gedaan. Exacte replica's van de exposities van de instelling in San Francisco, zoals een halfverzilverde spiegel waarmee twee bezoekers, elk aan weerszijden, hun gelaatstrekken in één afbeelding kunnen zien, werkten meestal heel goed. (De helft van het licht dat op dit soort spiegel valt, reflecteert terug, terwijl de andere helft doorlaat.)

Maar sommige ontwikkelaars van tentoonstellingen hebben niet begrepen dat interactie het leren het beste verbetert als het bezoekers direct bij een fenomeen betrekt en hebben te vaak onnodige en dus nutteloze interactiviteit in nieuwe tentoonstellingen opgenomen. Bedenk hoe zo'n 20 jaar geleden ontwikkelaars van het Museum of Science in Boston voorstelden om vogelecologie te leren met behulp van een flipperkast - een object dat populair is bij kinderen. Het idee was om het speloppervlak opnieuw te schilderen, zodat verschillende gebieden overlevingsfactoren in het leven van een vogel vertegenwoordigden. Maar hoewel een flipperkast een aantal lessen over mechanica en trajecten kan overbrengen, leert het intrinsiek niets over vogels of hoe wetenschappers over vogels leren. De nieuwe etiketten op de machine zouden alles wat de tentoonstelling te bieden had op vogels hebben weergegeven - weinig anders dan museumstukken in vitrines. En het was duidelijk dat niemand de etiketten zou lezen terwijl hij probeerde te voorkomen dat de ballen door het gat zouden gaan. Gelukkig lieten de ontwikkelaars het idee vallen.

Een draai aan het bezoeken van wetenschappers

Het Exploratorium is doorgegaan met het produceren van de ene tentoonstelling na de andere die creatieve interacties gebruikt om specifieke wetenschappelijke fenomenen spectaculair goed te demonstreren. Maar een paar tentoonstellingen die het museum in de loop van de tijd heeft ontwikkeld, gaan verder dan deze benadering en riskeren open-ended uitkomsten. Denk bijvoorbeeld aan een tafel met een centrale lichtbron ingebed in een metalen cilinder die is voorzien van sleuven. Aan de tafel zijn met koorden verschillende soorten kleine spiegels en lenzen bevestigd waarmee bezoekers kunnen experimenteren terwijl het licht over de tafel straalt. Hoewel dergelijke exposities misschien niet zo effectief lijken in het geven van specifieke, op inhoud gebaseerde lessen, hebben ontwikkelaars elders erkend dat deze activiteiten bezoekers kunnen stimuleren om het wetenschappelijke proces zelf uit te voeren, en daarom heel waardevol kunnen zijn in het onderwijs. Geïnspireerd zijn ontwikkelaars begonnen het ontwerp van dergelijke exposities met een open einde verder te ontwikkelen.

Het resultaat zijn exposities die lijken op werkende laboratoria, waar bezoekers hun eigen korte onderzoeksprojecten kunnen uitvoeren en hun eigen antwoorden kunnen vinden op de vragen die ze zelf stellen. De gedachte is dat wetenschap niet alleen gaat over, laten we zeggen, de fysieke, chemische of biologische eigenschappen van de wereld om ons heen, maar een proces om over de wereld te leren. Welke wetenschappelijke informatie bezoekers ook mee naar huis nemen, de meest waardevolle les die een tentoonstelling kan overbrengen, is dat proces.

Het eerste museum dat een volwaardige poging deed om de doe-het-zelf-onderzoeksbenadering te doen, was Science North, dat in 1984 werd geopend in Sudbury, Ontario. Dat museum - of beter gezegd dat wetenschapscentrum - omvat interactieve ruimtes die lijken op de werkruimte van een wetenschapper. Daar kunnen bezoekers verschillende onderwerpen verkennen met een korps van wetenschappers-leraren. De activiteit van het doen van onderzoek is wat telt. In de Swap Shop van Science North kunnen mensen bijvoorbeeld de kleine displays van natuurlijke objecten van anderen, zoals stenen, botten van dieren en schelpen, binnenbrengen en onderzoeken met behulp van apparaten zoals microscopen, gereedschappen, kaarten en grafieken.

Deze aanpak heeft geleid tot wijdverbreide opwinding onder museumontwikkelaars en anderen zijn begonnen met soortgelijke benaderingen. Een van de eersten die volgden was J. Shipley Newlin, een ontwikkelaar in het Science Museum van Minnesota in St. Paul, wiens Experiment Gallery zich richt op experimentbanken waar één tot drie bezoekers exclusief gebruik kunnen maken van apparatuur om te kiezen welke van de vele variabelen om te controleren, hun eigen experimenten te bedenken en zo veel resultaten te ervaren.

Een van de meest succesvolle tentoonstellingen is het Electricity Lab, waar bezoekers elementaire elektrische componenten zoals weerstanden, gloeilampen, motoren, condensatoren, diodes en schakelaars kunnen verkennen. Deze klikken in elkaar en kunnen aan koperdraad worden bevestigd om verschillende soorten laagspanningscircuits te vormen. (De circuits zijn beschermd zodat er geen schade ontstaat. En om meer zekerheid te bieden tegen problemen, blijft een medewerker in de Experiment Gallery.) In een meer traditionele interactieve tentoonstelling kunnen een paar componenten aan een tafel worden vastgeschroefd, zodat bezoekers verander een paar variabelen. Maar in het Elektriciteitslab bouwen bezoekers daadwerkelijk de circuits en beslissen ze wat ze opnemen.

Evaluaties hebben aangetoond dat bezoekers langer op experimentbanken blijven dan bij de meer traditionele interactieve tentoonstellingen van het museum - wel 19 versus 6 minuten. Maar het open karakter van het proefbankmodel zorgt ook voor problemen. Omdat er veel opties beschikbaar zijn, hebben sommige bezoekers moeite om uit te zoeken wat ze moeten doen. Ze hebben gezegd dat ze betere instructies nodig hebben. Het Wetenschapsmuseum van Minnesota heeft dit probleem aangepakt door experimentkaarten toe te voegen aan de laboratoria die taken voorstellen met gemakkelijke, gemiddelde en uitdagende moeilijkheidsgraden.

Een ander centrum dat tentoonstellingen met een open einde naar een nieuw niveau heeft getild, is Portland's Oregon Museum of Science and Industry, dat in 1993 Engineer It! opende, een tentoonstelling die bezoekers uit de eerste hand ervaring geeft bij het ontwerpen, bouwen en testen van een object zoals een model boot of vliegtuig. Ontluikende ingenieurs kunnen uit talloze onderdelen in bakken kiezen en voorbeelden raadplegen van hoe ze in elkaar passen. Ze kunnen dan hun papieren vliegtuigjes in de windtunnel vastbinden om te zien of ze zullen vliegen, het ontwerp van modeltrucks aanpassen en testen hoeveel weerstand ze ondervinden wanneer ze over een snelweg rijden, of gebouwen bouwen op een tafel die schudt om te zien of het ontwerp aardbevingsbestendig is.

In dit museum hebben beoordelaars geconstateerd dat de meeste bezoekers relatief weinig aandacht besteden aan de instructies, in plaats daarvan ontwerpen met vallen en opstaan ​​en veel leren van andere museumbezoekers door hun ontwerpen na te bootsen en verbeteringen aan te brengen aan achtergelaten objecten. Daarbij gedragen bezoekers zich als wetenschappers, die op dezelfde manier voortbouwen op elkaars resultaten via persoonlijke contacten en gepubliceerde papers.

Activiteitencentra van Boston

De grootste inspanning om tentoonstellingen te ontwikkelen die zich richten op wetenschappelijk denkvermogen - een reeks van zes activiteitencentra - is aan de gang in het Museum of Science in Boston, de instelling waar ik werk. Afgelopen maart hebben we het activiteitencentrum Investigate! Een kijk-voor-jezelf-tentoonstelling. Dit centrum richt zich op vaardigheden die samenhangen met het uitvoeren van een experiment: vragen stellen, hypothesen formuleren, een procedure plannen en uitvoeren, gegevens verzamelen, bewijs analyseren en conclusies trekken. Bij de ingang stuiten bezoekers op een sculptuur van een meisje dat bovenop een stapel slaapkamermeubilair staat, net op het moment dat ze een softbal en een golfbal wil laten vallen om te zien welke als eerste de grond raakt. Deze evocatie van Galileo's apocriefe experiment Toren van Pisa symboliseert de tentoonstelling: zelf experimenten uitvoeren.

Achter de sculptuur is een muur van vragen en een ruimte gewijd aan de eerste stap in het uitvoeren van een experiment - een vraag stellen die beantwoord kan worden. Deze kamer, bedoeld om reflectie aan te moedigen, bevat intrigerende objecten die eerder met vragen dan met antwoorden worden geïdentificeerd: waar is het van gemaakt? Waar zou je het voor kunnen gebruiken? Waar kwam het vandaan? Was het ooit levend? Bezoekers kunnen hun eigen vragen aan de muur of hun gedachten over de objecten toevoegen door deze op indexkaarten te schrijven en ze voor anderen te plaatsen.

Vanuit die centrale ruimte kunnen bezoekers verschillende kanten op. Wie naar rechts draait, komt binnen in een helder verlichte ruimte met meerdere proefstations. Met behulp van een draadtemperatuursonde die met een kabel is bevestigd aan een computer met een kleurrijk scherm, kunnen onderzoekers de temperatuur van verschillende items meten terwijl ze overwegen of bijvoorbeeld piepschuim een ​​​​drankje heter houdt dan een papieren beker, en hoe snel ventilatoren aanblazen een hete kop koelt het af. Bezoekers kunnen ook experimenten bedenken waarbij hun huidtemperatuur betrokken is, bijvoorbeeld om te bepalen of de hand van de ene persoon warmer is dan die van de ander. Uitdagingskaarten bieden enkele eerste ideeën voor onderzoeksvragen, maar de tentoonstelling wordt echt succesvol wanneer klanten vragen gaan stellen waar ontwikkelaars geen rekening mee hebben gehouden.

Kort nadat we de tentoonstelling hadden geopend, merkten we zo'n reeks vragen op bij de Drop Stop, waarmee bezoekers het Galileo-experiment kunnen nabootsen. Ze stoppen allerlei voorwerpen in twee metalen emmers en drukken op een knop om ze 12 voet de lucht in te vervoeren. Door op een andere knop te drukken, gaan de emmers open en valt tegelijkertijd hun inhoud. Een rij sensoren aangesloten op een computer volgt de vallende objecten en geeft hun locaties op verschillende tijdstippen aan.

Wat we niet hadden verwacht dat het zoveel belangstelling zou genereren, is een veiligheidsvergrendelingsmechanisme dat voorkomt dat elke terugkerende emmer per ongeluk iemand pijn doet. Bezoekers die zich haasten om de doorzichtige plastic deur te openen voordat de emmer weer beneden is, merken dat hij stopt waar hij is en zijn neerwaartse beweging pas hervat wanneer de deur weer wordt gesloten. Deze ontdekking heeft geleid tot een reeks activiteiten met betrekking tot de interlock: bezoekers onderzoeken hoe snel het werkt, of ze het kunnen verslaan en waar het elektrische contact is dat het apparaat laat werken.

De twee meest uitgebreide ruimtes van het activiteitencentrum - en waar bezoekers de meeste tijd doorbrengen - zijn de zonnewagenwerkplaats en het Midden Mystery. De hoofdactiviteit van de workshop is vergelijkbaar met een deel van de tentoonstelling Engineer It! Bezoekers assembleren model zonneauto's aan een lange werkbank waar veel mensen tegelijk kunnen werken. Ze kunnen experimenteren met wielen van drie maten. Ze kunnen de spanning aanpassen op de rubberen poelie die de elektromotor op zonne-energie verbindt met de aandrijfas. Ze kunnen de motor verplaatsen en een voertuig met voorwielaandrijving of achterwielaandrijving maken. En door hun voertuigen ondersteboven te draaien op een bank met ingebouwde lichten - om de zonnecellen te activeren - kunnen ze op elk moment controleren hoe de wielen draaien. Bezoekers kunnen ook met hun auto naar een testbaan gaan waar variabele lichtregelingen en automatische en handmatige timers een hele groep een proefrit laten maken. Voor mensen die geïnteresseerd zijn, suggereren uitdagingskaarten activiteiten die verder gaan dan auto's laten werken of zo snel mogelijk laten rijden. Een van de voorgestelde ideeën is bijvoorbeeld om erachter te komen hoe het parcours in precies 12 seconden moet worden afgelegd, wat meestal betekent dat het voertuig langzamer gaat rijden.

Midden Mystery richt zich op het trekken van conclusies. Een afvalhoop is een archeologische vuilnisbelt. Die van ons is natuurlijk gesimuleerd; het lijkt op een grote zandbak gevuld met gemalen walnotenschillen. (Ze plakken niet aan huid en kleding zoals zand.) Vragen als Wat deden de bewoners van deze site hier? zijn in de buurt geplaatst. Terwijl bezoekers het zand wegvegen, vinden ze er schelpen, botten van dieren, pijlpunten en andere stenen werktuigen in. Ze ontdekken ook enkele met vezels gegoten objecten, zoals van een dierlijk skelet, ingebed in hardere lagen eronder.

In de buurt van de opgravingslocatie zijn werkbanken voor het meten, registreren, inpakken en plaatsen van informatie over de vondsten. Bezoekers kunnen speculeren over waar de objecten voor zijn gebruikt en kunnen ze meenemen naar tafels met referentiecollecties van weekdierschelpen, botten van kleine zoogdieren en verschillende stenen werktuigen, en ze kunnen hun ideeën vergelijken met de meningen van experts die zijn achtergelaten bij het beantwoorden machines aan de bureaus van twee curatoren. Ten slotte kunnen bezoekers hun theorieën publiceren met behulp van een computerterminal die is uitgerust met een miniatuurvideocamera en een microfoon, en kunnen ze de resultaten en conclusies van andere museumbezoekers leren kennen.

We hebben met opzet veel van dergelijke rapportagemechanismen ingebouwd in Investigate! We willen dat bezoekers hun vragen, speculaties, observaties, metingen en conclusies kunnen achterlaten waar anderen van kunnen leren. Het idee in dat activiteitencentrum is om de educatieve stem van het museum aan te vullen om het idee te illustreren dat wetenschappelijke waarheid niet wordt bepaald door autoriteit maar door bewijs. We stellen vast dat slechts een klein deel van de bezoekers gedetailleerde conclusies trekt, maar bijna iedereen geeft antwoorden op beperkte vragen die tijdens de tentoonstelling op computerterminals worden gesteld. Deze antwoorden worden onderdeel van groeiende databases. We leren ook dat vreemden vaak met elkaar praten over zaken die veel gedetailleerder zijn dan Wat doet dit? Vragen als Hoe heb je dit voor elkaar gekregen? ontstaan.

De activiteiten in Onderzoek! vormen eigenlijk het tweede activiteitencentrum van het Boston-museum. Het eerste centrum was veel eenvoudiger en vertegenwoordigde onze eerste kennismaking met de nieuwe aanpak. De activiteiten in The Observatory, die doorgaans minder complex zijn, zijn bedoeld om museumbezoekers aan te moedigen zich bewust te worden van hun observatievaardigheden. In het ene gebied kan een bezoeker een camera op afstand bedienen die op een terrarium is gericht om bijvoorbeeld een hagedisoog of een gigantische Madagaskar-kakkerlak van dichtbij te bekijken. Een andere activiteit is bedoeld voor twee personen om te spelen met het uitzenden en detecteren van geluiden uit een van de 12 overheadluidsprekers. Voor de andere vier activiteitencentra maken we nu plannen.

Andere wetenschapsmusea gaan in dezelfde richting. Wanneer onderzoeken! dit jaar geopend, namen medewerkers van 21 andere wetenschapscentra deel aan een workshop om die tentoonstelling en de manier waarop deze werd ontwikkeld te onderzoeken; velen maakten al soortgelijke plannen.

beschermheren van de kunst

Het wetenschappelijke proces staat centraal in de laatste Amerikaanse poging om het onderwijs in de wetenschap te hervormen van de kleuterschool tot de 12e. Een cruciaal rapport uit 1989, gepubliceerd door de Educational Testing Service, onthulde dat Amerikaanse studenten achterbleven op andere studenten, niet in hun kennis van wetenschappelijke feiten, bij het toepassen van denkvaardigheden bij het oplossen van problemen. Een maand later riep Science for All Americans, een rapport op basis van een drie jaar durend onderzoek door de American Association for the Advancement of Science, op tot enorme veranderingen in de manier waarop wetenschap wordt onderwezen om het onderzoeken van vragen en kritisch denken te benadrukken in plaats van het leren van antwoorden . Het is duidelijk dat wetenschapsmusea een cruciale rol moeten spelen bij het aanvullen van wat leerlingen op school leren.

Zo heeft de National Science Foundation, die in de hele Verenigde Staten activiteiten heeft gefinancierd die gericht zijn op het verbeteren van het wetenschappelijk onderwijs, de groei van innovatieve museumexposities ondersteund: het NSF-subsidieprogramma Informal Science Education (ISE) is een belangrijke financieringsbron voor dergelijke exposities geworden. Het programma stelt specifieke instellingen niet alleen in staat om nieuw aanbod te creëren, maar moedigt ontwikkelaars ook aan om met andere docenten te communiceren. Om ervoor te zorgen dat anderen zullen leren over wat wel en niet lukt, heeft NSF evaluaties en verspreiding van informatie over de programma's van musea nodig.

Er zijn onlangs bezuinigingen voorgesteld voor ISE, waaronder een bezuiniging van 30 procent voor het federale belastingjaar 1997. Gelukkig was de erkenning door de leden van het Congres van de waarde van informeel onderwijs aanleiding voor de Senaatscommissie voor kredieten om de financiering te herstellen tijdens het begrotingsherzieningsproces van 1997.

In een dergelijk klimaat kunnen wetenschapscentra echter duidelijk niet alleen op deze financieringsbron vertrouwen om hun nieuwe onderwijsdoelen te verwezenlijken. De particuliere sector moet ook de ontwikkeling van innovatieve tentoonstellingsstukken breed ondersteunen. Helaas heeft de economische realiteit ervoor gezorgd dat de filantropische bijdragen van bedrijven in de VS de afgelopen jaren zijn afgenomen. Geïnteresseerd in het bevestigen van bedrijfsnamen en soms logo's aan projecten, vervangen de marketingafdelingen van bedrijven deels de oudere vorm van ondersteuning. Maar deze branches investeren minder snel in experimentele en dus risicovolle projecten.

Met slechts een paar musea die activiteiten hebben gecreëerd die de nadruk leggen op het proces van wetenschap, zijn ontwikkelaars nog maar net begonnen met het ontdekken van dit krachtige en potentieel invloedrijke concept voor effectief en plezierig informeel onderwijs. Om dergelijke benaderingen te helpen ontwikkelen, moeten al degenen die belang hebben bij wetenschappelijk onderwijs, hun steentje bijdragen en hun steentje bijdragen.

zich verstoppen