Scienziato per un giorno

Nell'officina di automobili solari del Museum of Science di Boston, tre gruppi di genitori e figli stanno provando modelli di automobili che hanno costruito. All'improvviso tutti si precipitano a un banco da lavoro per cambiare le ruote, regolare la tensione su una puleggia elastica che collega un motore elettrico all'asse motore e apportare altre modifiche. Nel frattempo, un altro team sta tentando di far eseguire al suo modello raffinato un percorso di prova in 12 secondi. Quando si avvicina a 12,8 secondi, i bambini esultano. E in un altro angolo, dopo 35 minuti di lavoro ininterrotto per correggere un modello le cui ruote inizialmente hanno girato solo quando l'auto è stata tenuta in aria, un ragazzino di 11 anni si guarda intorno e trova qualcuno che conosce. Vieni a vedere! lui piange.

L'ho fatto funzionare, e spiega cosa ha scoperto.

Questa storia faceva parte del nostro numero di febbraio 1997

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L'officina dell'auto solare rappresenta l'avanguardia nelle mostre nei centri scientifici. In tutto il paese, gli sviluppatori di mostre stanno creando esperimenti aperti progettati per stimolare nei visitatori il tipo di pensiero impiegato dagli scienziati. Questi riformatori stanno scartando l'idea tradizionale che i musei possano insegnare poco sul processo scientifico durante una tipica breve visita. Gli sviluppatori sostengono persino che il loro lavoro può servire da modello per migliorare l'educazione scientifica formale.

Dai pulsanti ai volti misti

Gli appassionati di storia naturale hanno iniziato ad allestire musei centinaia di anni fa per esporre oggetti rari e meravigliosi. Tali esposizioni svolgono ancora oggi un ruolo importante, consentendo ai visitatori di osservare e quindi conoscere aspetti intriganti di oggetti insoliti: rocce, minerali, animali, fossili e altro ancora. E tali mostre continuano a prosperare, come ha dimostrato l'American Museum of Natural History di New York City due anni fa con l'apertura con successo delle sue rinnovate sale dei dinosauri.

Ma l'interattività - l'opportunità per i visitatori di operare o manipolare in altro modo parti nelle mostre - mancava nei primi musei. Poi, all'inizio del ventesimo secolo, i curatori dei musei statunitensi riportarono la notizia dell'approccio del Deutsches Gesundheit Museum di Monaco, che offriva dimostrazioni in classe di fisica e chimica, dietro un vetro, in mostre attivate da pulsanti. Tre nuovi musei scientifici statunitensi - il Franklin Institute di Philadelphia, il Museum of Science and Industry di Chicago e il Museum of Science di Boston - hanno introdotto non solo pulsanti ma dimostrazioni dal vivo da parte del personale del museo per stimolare l'interesse per il comportamento ordinario di ogni tipo di oggetti.

La prossima ondata di mostre scientifiche è arrivata con l'Exploratorium di San Francisco nel 1969. Gli sviluppatori di mostre di questo museo, che erano scienziati e artisti, hanno adottato un approccio ancora più pratico. Invece di premere semplicemente i pulsanti per attivare una dimostrazione, i visitatori possono controllare più intimamente le variabili in una mostra. In una di queste offerte progettata per insegnare alle persone le proprietà delle onde, i frequentatori di musei possono regolare la frequenza e il volume delle onde sonore prodotte da un altoparlante collegato a un'estremità a un tubo di vetro orizzontale contenente una piccola quantità di liquido. I visitatori imparano a giocare con i controlli in modo che quando l'aria nel tubo risuona a frequenze particolari, gocce di liquido volano verso l'alto per rivelare onde stazionarie.

Facendo affidamento su oggetti che sembrano essere stati trovati, ad esempio, in un seminterrato, gli sviluppatori dell'Exploratorium hanno anche cercato di creare mostre dall'aspetto approssimativo che suggerissero prototipi funzionanti piuttosto che i pezzi finiti mostrati da molti altri musei scientifici. Inoltre, l'approccio del museo consiste nel raggruppare questi oggetti in temi, come la rifrazione e la polarizzazione, con serie di istruzioni che guidano i visitatori attraverso una serie di passaggi, in modo che le persone se ne vadano dopo aver acquisito una comprensione logica di un particolare fenomeno. Ad esempio, il tubo che mostra le onde stazionarie potrebbe essere posizionato vicino a una macchina che produce meccanicamente una varietà di onde, mostrate da palline da ping-pong che salgono e scendono.

L'approccio dell'Exploratorium è stato così buono che ha influenzato i musei della scienza ovunque, così che quasi tutti coloro che lavorano nei centri scientifici sono arrivati ​​a collegare la parola interattivo con l'espressione di successo educativo. Ma sebbene i musei abbiano copiato l'approccio dell'Exploratorium, lo hanno fatto con vari gradi di successo. Le repliche esatte delle mostre dell'istituzione di San Francisco, come uno specchio mezzo argentato che consente a due visitatori, ciascuno su lati opposti, di vedere i loro tratti del viso mescolati in un'unica immagine, hanno avuto la tendenza a funzionare molto bene. (Metà della luce che colpisce questo tipo di specchio si riflette all'indietro, mentre l'altra metà la trasmette.)

Ma alcuni sviluppatori di mostre non sono riusciti a capire che l'interazione migliora l'apprendimento se coinvolge direttamente i visitatori in un fenomeno e troppo spesso hanno incorporato l'interattività gratuita e quindi inutile nelle nuove mostre. Considera come circa 20 anni fa, gli sviluppatori del Museum of Science di Boston proposero di insegnare l'ecologia degli uccelli con l'aiuto di un flipper, un oggetto popolare tra i bambini. L'idea era di ridipingere la superficie del gioco in modo che le diverse aree rappresentassero fattori di sopravvivenza nella vita di un uccello. Ma mentre un gioco di flipper può trasmettere alcune lezioni sulla meccanica e sulle traiettorie, intrinsecamente non insegna nulla sugli uccelli o su come gli scienziati apprendono sugli uccelli. Le nuove etichette sulla macchina avrebbero trasmesso tutto ciò che la mostra aveva da offrire sugli uccelli, differendo poco dalle mostre museali in teche di vetro. E chiaramente nessuno avrebbe letto le etichette mentre cercava di impedire alle palle di cadere nel buco. Fortunatamente, gli sviluppatori hanno abbandonato l'idea.

Una svolta sugli scienziati in visita

L'Exploratorium ha continuato a produrre una mostra dopo l'altra che utilizza interazioni creative per dimostrare in modo spettacolare fenomeni scientifici specifici. Ma alcune mostre che il museo ha sviluppato nel tempo vanno oltre questo approccio per rischiare esiti a tempo indeterminato. Si consideri, ad esempio, un tavolo con una sorgente luminosa centrale incorporata in un cilindro metallico dotato di fessure. Attaccati al tavolo tramite corde ci sono vari tipi di piccoli specchi e lenti che i visitatori possono sperimentare mentre la luce si irradia attraverso il tavolo. Sebbene tali mostre possano non sembrare altrettanto efficaci nell'insegnare lezioni specifiche basate sui contenuti, gli sviluppatori altrove hanno riconosciuto che queste attività possono stimolare i visitatori a svolgere il processo scientifico da soli e quindi possono essere piuttosto utili dal punto di vista educativo. Ispirati, gli sviluppatori hanno iniziato a spingere ulteriormente il design di tali mostre aperte.

Il risultato sono state mostre che assomigliano a laboratori di lavoro, dove i visitatori possono portare avanti i propri brevi progetti di ricerca e trovare le proprie risposte alle domande che essi stessi si pongono. Il pensiero è che la scienza non riguarda solo, diciamo, gli attributi fisici, chimici o biologici del mondo che ci circonda, ma un processo per conoscere il mondo. Indipendentemente dalle informazioni scientifiche che i visitatori possono portare a casa, la lezione più preziosa che una mostra può trasmettere è questo processo.

Il primo museo a puntare a tutti gli effetti sull'approccio della ricerca fai-da-te è stato Science North, aperto nel 1984 a Sudbury, in Ontario. Quel museo - o, più propriamente in questo caso, quel centro scientifico - include aree interattive simili allo spazio di lavoro di uno scienziato. Lì, i visitatori possono esplorare vari argomenti con un corpo di insegnanti-scienziati. L'attività di ricerca è ciò che conta. Nello Swap Shop di Science North, ad esempio, le persone possono sia portare dentro sia esaminare piccoli display di altri oggetti naturali, come rocce, ossa di animali e conchiglie, utilizzando apparecchi come microscopi, strumenti, mappe e grafici.

Questo approccio ha suscitato una diffusa eccitazione tra gli sviluppatori di musei e altri hanno iniziato a proporre approcci simili. Uno dei primi a seguire è stato J. Shipley Newlin, uno sviluppatore del Science Museum of Minnesota a St. Paul, la cui Experiment Gallery si concentra su banchi sperimentali dove da uno a tre visitatori possono avere l'uso esclusivo dell'apparato per scegliere quale delle molte variabili controllare, ideare i propri esperimenti e quindi sperimentare molti risultati.

Una delle mostre di maggior successo è l'Electricity Lab, che consente ai visitatori di esplorare i componenti elettrici di base come resistori, lampadine, motori, condensatori, diodi e interruttori. Questi fanno clic insieme e possono essere collegati al filo di rame per formare diversi tipi di circuiti a bassa tensione. (I circuiti sono protetti in modo che non si verifichino danni. E per fornire maggiore sicurezza contro i problemi, un membro dello staff rimane nella Galleria degli esperimenti.) In una mostra interattiva più tradizionale, alcuni componenti potrebbero essere fissati a un tavolo, con i visitatori in grado di cambia un paio di variabili Ma nell'Electricity Lab, i visitatori costruiscono i circuiti e decidono cosa includere.

Le valutazioni hanno dimostrato che i visitatori rimangono più a lungo sui banchi degli esperimenti rispetto alle mostre interattive più tradizionali del museo, fino a 19 minuti contro 6. Ma la natura aperta del modello del banco sperimentale crea anche alcuni problemi. Con molte opzioni disponibili, alcuni visitatori hanno difficoltà a capire cosa fare. Hanno detto che hanno bisogno di istruzioni migliori. Il Museo della Scienza del Minnesota ha affrontato questo problema aggiungendo ai laboratori le Carte Esperimento che suggeriscono compiti con livelli di difficoltà facili, moderati e impegnativi.

Un altro centro che ha portato le mostre aperte a un nuovo livello è l'Oregon Museum of Science and Industry di Portland, che nel 1993 ha aperto Engineer It!, una mostra che offre ai visitatori un'esperienza diretta nella progettazione, costruzione e collaudo di un oggetto come un modello barca o aereo. Gli ingegneri in erba possono scegliere tra numerose parti nei contenitori e fare riferimento a esempi di come si adattano insieme. Possono quindi legare i loro aeroplani di carta nella galleria del vento per vedere se voleranno, modificare il design dei modellini di camion e testare la resistenza che incontrano mentre si spostano lungo un'autostrada, o costruire edifici su un tavolo che trema per vedere se il design è antisismica.

In questo museo, i valutatori hanno scoperto che la maggior parte dei visitatori presta relativamente poca attenzione alle istruzioni, progettando invece per tentativi ed errori e imparando molto dagli altri frequentatori del museo imitando i loro progetti e apportando miglioramenti agli oggetti lasciati indietro. In tal modo, i visitatori si comportano come scienziati, che allo stesso modo si basano sui risultati degli altri attraverso contatti personali e articoli pubblicati.

Centri attività di Boston

Lo sforzo su vasta scala per sviluppare mostre incentrate sulle capacità di pensiero scientifico - una serie di sei centri di attività - è in corso al Museum of Science di Boston, l'istituzione in cui lavoro. Lo scorso marzo abbiamo inaugurato il centro attività Investigate! Una mostra da vedere per te. Questo centro si concentra sulle abilità associate alla conduzione di un esperimento: porre domande, formulare ipotesi, pianificare ed eseguire una procedura, raccogliere dati, analizzare le prove e trarre conclusioni. All'ingresso, i visitatori incontrano una scultura di una ragazza in piedi in cima a una pila di mobili della camera da letto, proprio mentre sta per far cadere una palla da softball e una da golf per vedere quale cadrà per prima. Questa rievocazione dell'esperimento apocrifo della Torre di Pisa di Galileo simboleggia la mostra: condurre esperimenti da soli.

Dietro la scultura c'è un muro di domande e una stanza dedicata al primo passo nella conduzione di un esperimento, ponendo una domanda a cui è possibile rispondere. Questa stanza, destinata a stimolare la riflessione, contiene oggetti intriganti identificati con domande piuttosto che risposte: di cosa è fatto? Per cosa potresti usarlo? Da dove proviene? Era una volta vivo? I visitatori possono aggiungere le proprie domande alla parete o i propri pensieri sugli oggetti scrivendoli su schede e pubblicandoli affinché gli altri possano vederli.

Da quella stanza centrale i visitatori possono dirigersi in diverse direzioni. Quelli che girano a destra entrano in una stanza molto illuminata con diverse stazioni sperimentali. Utilizzando una sonda di temperatura a filo collegata tramite un cavo a un computer con uno schermo colorato, gli investigatori possono misurare la temperatura di vari oggetti mentre valutano se, ad esempio, il polistirolo mantiene una bevanda più calda di un bicchiere di carta e quanto velocemente soffiano i ventilatori. una tazza calda lo raffreddi. I visitatori possono anche ideare esperimenti che coinvolgono la loro temperatura cutanea, come uno per determinare se la mano di una persona è più calda di quella di un'altra persona. Le Challenge Cards offrono alcune idee iniziali per le domande di ricerca, ma la mostra diventa un vero successo quando i clienti iniziano a perseguire domande che gli sviluppatori non hanno preso in considerazione.

Subito dopo aver aperto la mostra, abbiamo notato una di queste serie di richieste al Drop Stop, che consente ai visitatori di ricreare l'esperimento Galileo. Mettono tutti i tipi di oggetti in due secchi di metallo e premono un pulsante per trasportarli a 12 piedi in aria. Premendo un altro pulsante, i secchi si aprono e contemporaneamente rilasciano il loro contenuto. Una fila di sensori collegati a un computer traccia gli oggetti che cadono e indica la loro posizione in diversi momenti.

Quello che non ci aspettavamo di generare così tanto interesse è un meccanismo di interblocco di sicurezza che impedisce a ogni secchio di ritorno di ferire accidentalmente qualcuno. I visitatori che si affrettano ad aprire la porta di plastica trasparente prima che il secchio torni sul fondo, lo trovano fermo dove si trova e riprende il suo movimento verso il basso solo quando la porta viene richiusa. Questa scoperta ha innescato una serie di attività che coinvolgono l'interblocco: i visitatori indagano quanto velocemente funziona, se possono batterlo e dove si trova il contatto elettrico che fa funzionare il gizmo.

Le due aree più elaborate del centro di attività, e quelle in cui i visitatori trascorrono più tempo, sono l'officina dell'auto solare e il Mistero di Midden. L'attività principale del workshop è simile a una parte della mostra del museo dell'Oregon Engineer It! I visitatori assemblano modellini di automobili solari su un lungo banco di lavoro con spazio per consentire a molte persone di lavorare contemporaneamente. Possono sperimentare ruote di tre dimensioni. Possono regolare la tensione sulla puleggia elastica che collega il motore elettrico a energia solare all'asse motore. Possono muovere il motore e creare un veicolo a trazione anteriore o posteriore. E capovolgendo i loro veicoli su una panchina con luci incorporate, per attivare le celle solari, possono controllare in qualsiasi momento come girano le ruote. I visitatori possono anche portare le loro auto su una pista di prova dove i controlli della luce variabile e i timer automatici e manuali consentono a un intero gruppo di avere un ruolo in una corsa di prova. Per le persone interessate, le carte sfida suggeriscono attività oltre a come far funzionare semplicemente le auto o andare il più velocemente possibile. Ad esempio, un'idea proposta è quella di capire come percorrere il percorso in esattamente 12 secondi, il che di solito significa rallentare il veicolo.

Midden Mystery si concentra sul trarre conclusioni. Un midden è una discarica archeologica. Il nostro, ovviamente, è simulato; assomiglia a una grande sabbiera piena di gusci di noce schiacciati. (Non si attaccano alla pelle e ai vestiti come fa la sabbia.) Domande come cosa facevano qui gli abitanti di questo sito? sono posti nelle vicinanze. Quando i visitatori spazzano via la sabbia, trovano in essa conchiglie, ossa di animali, punte di freccia e altri strumenti di pietra. Scoprono anche alcuni oggetti in fibra, come lo scheletro di un animale, incastonati in strati più duri sottostanti.

Vicino al sito di scavo ci sono banchi di lavoro per misurare, registrare, insaccare e pubblicare informazioni sui reperti. I visitatori possono speculare su cosa potrebbero essere stati utilizzati gli oggetti e possono portarli a tavoli con collezioni di riferimento di conchiglie di molluschi, ossa di piccoli mammiferi e vari strumenti di pietra, e possono confrontare le loro idee con le opinioni degli esperti che sono state lasciate in risposta macchine alle scrivanie di due curatori. Infine, i visitatori possono pubblicare le loro teorie utilizzando un terminale di computer dotato di una videocamera in miniatura e un microfono, e possono conoscere i risultati e le conclusioni di altri frequentatori del museo.

Abbiamo appositamente costruito molti di questi meccanismi di segnalazione in Investigate! Vogliamo che i visitatori siano in grado di lasciare le loro domande, speculazioni, osservazioni, misurazioni e conclusioni da cui gli altri possano imparare. L'idea in quel centro di attività è quella di integrare la voce educativa del museo per illustrare l'idea che la verità scientifica è determinata non dall'autorità ma dall'evidenza. Stiamo scoprendo che solo una piccola parte dei visitatori registra conclusioni dettagliate, ma quasi tutti forniscono risposte a domande limitate poste sui terminali dei computer durante la mostra. Queste risposte entrano a far parte di database in crescita. Stiamo anche imparando che gli estranei parlano spesso tra loro di questioni molto più dettagliate di Cosa fa questo? Domande come come hai fatto a farlo accadere? presentarsi.

Le attività in Indagare! costituiscono in realtà il secondo centro di attività del museo di Boston. Il primo centro era molto più semplice, rappresentando la nostra prima incursione nel nuovo approccio. Le attività dell'Osservatorio, che tendono ad essere meno complesse, sono progettate per incoraggiare i frequentatori dei musei a prendere coscienza delle proprie capacità di osservazione. In un'area un visitatore può utilizzare una telecamera remota puntata su un terrario per osservare da vicino, ad esempio, l'occhio di una lucertola o uno scarafaggio gigante del Madagascar. Un'altra attività è progettata per consentire a due persone di giocare con l'emissione e il rilevamento di suoni da uno dei 12 altoparlanti sopraelevati. Ora stiamo preparando i piani per gli altri quattro centri di attività.

Altri musei della scienza si stanno muovendo in una direzione simile. Quando indagare! inaugurato quest'anno, il personale di altri 21 centri scientifici ha partecipato a un workshop per esaminare quella mostra e il modo in cui è stata sviluppata; molti stavano già facendo piani simili.

Patroni dell'Arte

Il processo scientifico è al centro dell'ultimo sforzo degli Stati Uniti per riformare l'insegnamento delle scienze dall'asilo fino al 12° anno. Un rapporto fondamentale del 1989 pubblicato dall'Educational Testing Service ha rivelato che gli studenti statunitensi sono rimasti indietro rispetto agli altri studenti non nella loro conoscenza dei fatti scientifici, ma nell'applicare le capacità di pensiero alla risoluzione dei problemi. Un mese dopo, Science for All Americans, un rapporto basato su uno studio triennale dell'American Association for the Advancement of Science, ha chiesto cambiamenti massicci nel modo in cui la scienza viene insegnata per enfatizzare l'esplorazione delle domande e il pensiero critico rispetto all'apprendimento delle risposte . Chiaramente, i musei della scienza hanno un ruolo fondamentale da svolgere nel completare ciò che gli studenti imparano a scuola.

Così la National Science Foundation, che ha finanziato attività in tutti gli Stati Uniti volte a migliorare l'educazione scientifica, ha sostenuto la crescita di mostre museali innovative: il programma di sovvenzioni Informal Science Education (ISE) di NSF è diventato un'importante fonte di finanziamento per tali mostre. Il programma non solo consente a istituzioni specifiche di creare nuove offerte, ma incoraggia anche gli sviluppatori a comunicare con altri educatori. Per garantire che altri imparino cosa ha successo e cosa fallisce, NSF richiede valutazioni e diffusione di informazioni sui programmi dei musei.

Di recente sono stati proposti tagli per l'ISE, compreso un taglio del 30% per l'anno fiscale federale 1997. Fortunatamente, il riconoscimento tra i membri del Congresso del valore dell'istruzione informale ha spinto la Commissione per gli stanziamenti del Senato a ripristinare i fondi durante il processo di revisione del bilancio 1997.

In un clima del genere, tuttavia, i centri scientifici chiaramente non possono dipendere solo da questa fonte di finanziamento per portare avanti i loro nuovi obiettivi educativi. Anche il settore privato deve sostenere ampiamente lo sviluppo di mostre innovative. Purtroppo, negli ultimi anni la realtà economica ha causato un calo dei contributi filantropici delle imprese statunitensi. Interessati ad allegare nomi aziendali e talvolta loghi ai progetti, i dipartimenti marketing delle aziende stanno in parte sostituendo la vecchia forma di supporto. Ma questi rami hanno meno probabilità di investire in progetti sperimentali e quindi rischiosi.

Con solo pochi musei che hanno creato attività che enfatizzano il processo della scienza, gli sviluppatori hanno appena iniziato a grattare la superficie su questo concetto potente e potenzialmente influente per un'educazione informale efficace e divertente. Per aiutare a sviluppare tali approcci, tutti coloro che hanno un interesse nell'educazione scientifica devono intensificare e fare la loro parte.

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