科学家纪念馆科普讲解的实践与思考

摘 要 科学家纪念馆是一种较为特殊的人物类纪念馆，在爱国精神、民族精神的展示和传播之外，还有着一层科学教育的使命。对大多数科学家纪念馆来说，如何利用场馆资源针对受众开展科学教育，仍是亟待解决的问题。结合钱学森图书馆的实践指出，依托于陈列展览的科普讲解是科学家纪念馆实现科学教育功能的有效途径，通过一系列生动的故事和互动的形式，融入对科学成就的介绍、科学理论的阐释、科学精神的解读、科学方法的传播，在体现思想文化内涵的同时兼顾科学性和普及性，从而助力公民科学素质的提升。

关键词 科学教育 科普讲解 钱学森图书馆

0 引言

我国目前拥有各类博物馆近5 000家，其中人物类纪念馆超过450家。在这些人物类纪念馆中，部分可归为科学家纪念馆，包括展示近现代科学家生平业绩的钱学森图书馆、李四光纪念馆、詹天佑纪念馆、邓稼先故居、华罗庚纪念馆、郭永怀事迹陈列馆、吴健雄纪念馆、李政道图书馆、严济慈纪念馆等，也有反映古代科学家科学成就的郭守敬纪念馆、徐光启纪念馆、祖冲之纪念馆、张衡博物馆、宋应星纪念馆、蔡伦纪念馆等，以及表现科学家群像的中国科学院与“两弹一星”纪念馆、上海院士风采展示馆和正在筹建中的中国科学家博物馆。

科学家纪念馆是一种较为特殊的人物类纪念馆，它是为纪念在某个领域做出杰出贡献的科学家而建造，一般以科学家的生平活动为线索，旨在启迪后人、教育来者。科学家纪念馆在爱国精神、民族精神的展示和传播之外，无疑还有着一层科学教育的使命。然而，对大多数科学家纪念馆来说，如何利用场馆资源针对受众开展科学教育，这个问题并没有得到足够的重视，无论是实践和理论层面，相关的探索几乎仍为空白。

科学家纪念馆也有其自身优势，可依托于主题展览，以“讲故事”为主要形式，进行兼具知识性、趣味性、互动性的科普讲解，从而达到较好的教育和传播效果。如果我们将科普场馆的讲解定位为对科学的诠释，那么科学家纪念馆的讲解就是对科学家的诠释。因此，我们认为，科普讲解应该成为科学家纪念馆开展科学教育的主要方式。结合钱学森图书馆的实践，在科学家纪念馆的科普讲解中，可从以下四个维度出发：介绍科学成就、阐释科学理论、解读科学精神、传播科学方法。

1 介绍科学成就

毫无疑问，介绍科学家成就，这是所有科学家纪念馆最为重视的内容，也是陈列展示的重点。我们希望通过讲述科学家的突出成绩，让观众了解科学家对人类社会的巨大贡献，从而引起观众的崇敬之情，培养观众尤其是青少年对科学的兴趣。但是我们发现，很多场馆在讲解过程中，或是失之于简单——仅铺陈成就的来之不易，或是过于艰深——专业术语难以掌握。科学家纪念馆中的科普讲解，在陈述事实之外，还应重视两个方面：一是要体现科学性——完整地叙述科学家进行科学探究的过程，二是要体现普及性——在复杂的科学理论与观众的常识认知之间建立关联，从而帮助观众理解科学家试图解决的问题。这样我们对科学成就的介绍就不再只是让观众知晓一段史实，而是引导观众将科学思维化为自己的思维方式，进而在日常生活中去发现、思考和应用无处不在的科学。

以“卡门-钱近似公式”为例，这是一个二维无黏性定常亚声速流动中估算压缩性对物体表面压力系数影响的公式，用于寻求计算高速飞机机翼上压力分布的方法，也是钱学森博士论文的第三部分，当年钱学森正是凭借这个公式一举奠定了他在空气动力学界的地位。

“卡门-钱近似公式”的价值在于，钱学森通过计算研究证明，在求解由查普雷金变换得到的线性方程时，不用驻点处的切线而改用来流状态点处的切线来代替等熵关系曲线，可以得到更为精确的计算结果，而且可以把切线近似的适用范围扩大到高亚声速流动。

但是很明显，如果这样来阐释钱学森的科学成就恐怕无法引起普通观众的共鸣。事实上普通观众所欠缺的不仅是专业知识，更重要的是语境的缺失妨碍了他们去理解这一科学成就的价值所在。因此，我们首先要做的是补充相关的背景知识，带领观众进入公式产生的语境之中，并在此基础上运用适当的“转述”。

在实际讲解中，我们对“卡门-钱近似公式”的介绍采用这样的方式：

钱学森的导师冯·卡门是世界空气动力学的权威，空气动力学是航空工程的基础理论。20世纪30年代，钱学森进入空气动力学研究领域的时候，恰恰赶上世界航空工业大转折的时代：老式的螺旋桨飞机正在向喷气式飞机发展，飞机的速度开始接近甚至超过音速。这给空气动力学理论带来了许多新的问题和挑战。

这一段是关于时代背景（大背景）的补充。

要想提高飞机的速度，必须解决两大科学难题：第一，当飞机的飞行速度提高到亚音速时，气体的可压缩性对飞行器的性能有哪些影响，它们之间的定量关系是怎样的；第二，如果想再把飞机的飞行速度进一步提高到超音速时，应该采用何种理论指导和技术设计才能实现。冯·卡门要求钱学森把这两大难题作为他的博士论文的研究课题，从而建立全新的亚音速空气动力学和超音速空气动力学。

这一段是关于专业背景（小背景）的补充。有了这两个背景，观众就能了解钱学森当时面对的问题究竟是什么。

在冯·卡门的指导下，钱学森花费三年的时间，终于成功地攻克了这两大难题。钱学森曾说：“我在做空氣动力学博士论文的时候，把关于空气动力学方面英文的、法文的、德文的、意大利文的200多篇文献，全都看过，而且还进行了仔细的分析，以求理清空气动力学的来龙去脉。”1939年，钱学森完成了自己的博士论文，提出了“热障”理论和“卡门-钱近似公式”，第一次显示了他在科学研究上的惊人才华。

这一段反映了科学成就的取得并非易事，而是源于辛苦钻研和辛勤付出。对钱学森来说，他的成功正是源于严谨求实、一丝不苟的科学精神。

那么“卡门-钱近似公式”解决了什么问题呢？简单地说，“卡门-钱近似公式”就是一种计算高速飞行的飞机机翼表面压力分布情况的科学公式。随着飞机速度不断提升，飞机设计师们感到，仅仅依靠以往的经验，无法达到新型机翼的设计要求，他们急需知道，在亚音速状态下，气体的可压缩性对飞机机翼会产生怎样的影响，如何才能选择合适的抗压材料，优化机翼的设计。“卡门-钱近似公式”可以帮助设计师们轻松地计算出飞机机翼上蒙皮所受压力的大小，从而使翼型设计更为合理。在此后的二十多年中，“卡门-钱近似公式”被各国广泛应用于超声速飞机的设计与制造，也被收录到许多经典的教科书当中。正是通过“卡门-钱近似公式”，年轻的钱学森一跃成为世界著名的空气动力学家。

在这一段中，我们并没有去过多解释“卡门-钱近似公式”的推导过程，而是从实用的角度来告诉观众，“卡门-钱近似公式”解决了什么问题？它的价值在哪里？对钱学森来说，这个公式又有着何种意义？由此，观众不仅对钱学森早年的科学成就有了一定的了解，同时，借助讲解，观众能够知晓钱学森的这项成就与现实世界的关联到底是什么，从而领悟科学理论是如何指导实践的，以实现科普传播的目的。

2 阐释科学理论

虽然我们强调在讲解中对科学成就、科学知识进行普及传播的重要性，但是这并不意味着要回避复杂的理论问题。从某种程度上来说，大科学家的价值和贡献恰恰在于复杂的理论问题的提出和解决，我们有必要让普通观众了解这些科学大师对开拓人类知识边界所做的努力。因此，向观众们介绍科学家的理论创见，打开观众的思维和眼界，这是科学家纪念馆开展科普讲解的题中应有之义。

以钱学森图书馆的“钱学森系统科学思想”展厅为例，这是钱学森一生最重视、最花心血的领域。他的系统科学思想不仅开辟了一个学科，甚至可视作是基础理论的创新。但是，由于系统科学太过抽象和深奥，我们只是将钱学森的相关文稿和重要观点罗列出来，对普通观众来说，要通过参观展览理解如此晦涩的理论非常困难。为了帮助观众理解系统科学理论，科普讲解势必要发挥更大的作用。

这个部分，我们介绍的是钱学森的系统科学思想。说到“系统科学”，可能大家并不了解，可是如果说到另一个概念——“系统工程”，大家应该都会很熟悉。今天，这已经成为我们经常使用的一个概念，比如“构建社会主义和谐社会是艰巨复杂的系统工程”（胡锦涛），“全面深化改革是一项复杂的系统工程”（习近平）。那么“系统工程”究竟是什么意思呢？我们往往把特别复杂、难于处理、包含各种因素的工程称为“系统工程”，而这个概念，正是来源于钱学森的创造。

我们并没有局限于展品本身，而是适当地“跳出去”，由观众熟悉的概念引入钱学森的系统科学理论，在普通观众与钱学森的系统科学思想之间建立了联系，起到打破“陌生感”的作用。

钱学森认为，系统工程是一项实现系统最优化的管理工程技术，系统工程的任务就是改进我们的组织管理，提高效率。早在20世纪50年代，钱学森就开始了控制论的研究，并创立了一门新的学科“工程控制论”。回国后，他肩负起我国火箭、导弹和航天器研制的技术领导重任，在工作中，他日益感到，创建中国的航天事业是一项艰巨而复杂的工程。它的难度不仅在于技术层面，更在于如何把成千上万的人力组织起来，并以较少的投入在较短的时间内，研制出质量可靠的型号产品来，这就需要有一套科学的组织管理方法。最终，钱学森开创了这套既有中国特色又有普遍科学意义的科学方法，并经实践证明是十分有效的。从20世纪80年代开始，系统工程理论在他的热情宣传和大力推广下迅速发展，在社会主义建设中发挥着日益重要的作用，也成为今天大家耳熟能详的一个概念。

这一段从应用而非学科的角度介绍了系统工程理论提出的背景，让观众得以对系统工程理论建立初步的认识。系统工程的应用十分广泛，我们选择以航天事业为例证，既因为这是理论提出的背景，同时也显示了科学的组织管理方法发挥的巨大作用。

钱学森并没有就此止步，他觉得只有“系统工程”这一概念尚且不够，还需要最基本的理论支持，这样才算完整，所以他提出，要创建“系统学”。在钱学森看来，系统学的建立，实际上是一次科学革命，它的重要性绝不亚于相对论或者量子力学。在构建系统学的探索中，他提出了另一个重要概念——“开放的复杂巨系统”。什么是“开放的复杂巨系统”呢？钱学森认为，任何一个系统都是由一系列相互联系、相互作用、相互影响的部分组成的，如果这些组成部分数量和种类繁多，本质各异，相互关系复杂多变，就可以被称为“复杂巨系统”，如果这个系统还与外部环境有信息交流，那就是“开放的复杂巨系统”，类似于人体、生物体、人脑、地球环境和社会等等。

这一段解释了钱学森晚年最具亮点的学术创新之一——“开放的复杂巨系统”，是理解钱学森系统科学思想的一把钥匙。接着，我们还需要进一步用例证来说明。

举例来说，我国经济政策的调整就是一个“开放的复杂巨系统”问题。20世纪80年代初，我国农副产品补贴和销售价格的不平衡，给国家财政带来巨大负担，国务院试图通过调整政策来解决这个困境。由于涉及生产、消费、流通、分配等各个领域，相关因素太多，太过复杂，经济学家无法做出准确的预测。于是，国务院委托了一家科研机构来参与决策，机构中的系统工程专家们在整合必要的经济学知识和大量的数据资料之后，建立了不同参数的数学模型。随后通过大型电子计算机进行政策模拟，根据模拟结果再进行分析、讨论，从而不断修正模型、调整参数，最终提交了5种政策建议。这些政策实施后，取得了良好的效果。钱学森敏锐地觉察到，这是自然科学和社会科学的一次成功携手，是解决“开放的复杂巨系统”问题的一个典型案例，他把这个方法概括為“从定性到定量的综合集成方法”。

这一段通过一个具体的例证，告诉观众“从定性到定量的综合集成方法”是处理“开放的复杂巨系统”问题的有效手段。在实际讲解中，我们还准备了一个反面的例证：钢铁冶金专家徐匡迪曾撰文回忆，他在主持上海经济工作时，曾试图建立和采用数学模型等科学管理方式取代“长官意志”，但因过分迷信数学逻辑，忽视了社会这个复杂系统中的其他因素，并没有达到预期的效果。后来按照钱学森的“从定性到定量的综合集成方法”，把众多经济和非经济因素都考虑进来，加以综合判断，才有所改观。一正一反两个例证结合，有助于观众理解“从定性到定量的综合集成方法”这一科学方法的价值。

后来，钱学森提出要为“从定性到定量的综合集成方法”取一个有中国味的新名字——“大成智慧工程”。按照中国的传统说法，将一个复杂事物的各个方面综合起来，达到一个整体的认识，称之为“集大成”，而大成智慧工程就是运用系统学的方法，把人类几千年来的智慧成就集其大成，把计算机科学技术、人工智能技术、作战模拟技术、思维科学、学术交流经验，加上马克思主义哲学，合成为Metasynthetic Engineering。

我们为观众勾勒出系统科学思想与大成智慧工程之间的关联，让观众对“大成智慧学”建立基本的概念。钱学森的系统科学理论和综合集成方法正是通过打破知识壁垒，对跨学科、跨领域的知识进行全面融合，对古往今来的所有知识资源和人类智慧、机器智慧（人工智能）进行综合集成，从而最终得到解决复杂问题的“大成智慧”。

2008年，胡锦涛同志看望钱学森时，对他说：“20世纪80年代初，我在中央党校学习时，就读过您的有关报告。您这个理论强调，在处理复杂问题时一定要注意从整体上加以把握，统筹考虑各方面因素，这很有创见。现在我们强调科学发展，就是注重统筹兼顾，注重全面协调可持续发展。”时至今日，钱学森的系统科学思想对我国的经济建设和社会发展，尤其是对加强国家创新体系建设，提高国家整体决策水平，减少失误，仍有重要意义。

最后一段，从理论再次回到现实，通过中央领导的评价告诉观众，系统科学思想有着重要的现实意义。可见，钱学森不是书斋里的科学家，他的科学研究始终指向現实，他的科学理论最终用于指导现实，系统科学思想离我们并不遥远，通过学习和运用，可以成为我们每一个人理解现实、认识世界的工具。

3 解读科学精神

著名科学家身上所体现出的科学精神也是科学家纪念馆希望重点展示和传播的内容，但是在实际讲解中，人物精神的解读往往容易变成说教和灌输，或是褒词的堆砌，既缺少对人物精神的提炼概括，更没有以具象化的方式向观众呈现这种精神。对此，我们认为科学家纪念馆应该根据自身特点，通过展品故事讲述科学精神。

以钱学森图书馆为例，我们首先对钱学森的科学精神进行了总结归纳：追求科学真理、激励科学创新、倡导学术民主。在此基础上，结合展示内容，我们选取了三件文物展品，试图通过讲故事的方式来阐述钱学森的科学精神。

3.1 追求科学真理——钱学森的《柱壳轴压屈曲》手稿

1941年，在撰写论文《柱壳轴压屈曲》时，钱学森五易其稿，演算了800多页手稿，而最终成文发表在美国《航空学学报》上的，只有薄薄10页。手稿中所有的计算数字都精确到了小数点后8位，要知道，在没有计算器的年代，要达到这样的精确程度，工作量是极其庞大的。当这篇论文终于定稿后，钱学森在存放手稿的信封上，用红笔写下了大大的“Final”（定稿）。可是他突然又意识到，“Final”也意味着“完结”，可是对于科学真理的探求，又怎么会有完结呢？于是他在“Final”后用黑笔写了一句“Nothing is final”（凡事皆无止境），还打了三个惊叹号，以此告诫自己不能懈怠。

追求科学真理并不是一句空泛的口号，任何一项科学成就的背后一定有着无比艰辛的付出，科学家既要通过自己的努力最大限度地接近真理，但也对科学的进步、知识的迭代保持着开放的心态，展望在未来去探索更多的可能。

3.2 激励科学创新——王永志看望钱学森的照片

1964年，“东风二号”导弹试飞时，戈壁滩上气温骤升，高温导致推进剂汽化，导弹达不到预定射程。正在众人一筹莫展之际，一位年轻的中尉提出了一个大胆的方案：从推进剂中泄出600公斤酒精，减轻导弹重量，从而提升射程。大家都觉得这个想法太过“异想天开”，不愿采纳，这位中尉不服气，干脆直接去找钱学森汇报。钱学森听了他的方案，非常赞同这种逆向思维：“这个年轻人的想法有科学依据，就按他的话办！”结果导弹连打三发，全都进入目标区域。这个年轻的中尉就是王永志。后来，王永志一路跟随钱学森，屡有创新。1992年载人航天工程上马，钱学森还推举王永志担任了总设计师。

钱学森发现和培养了航天技术专家王永志，这个生动的事例告诉观众，追求科学真理必须激励创新，只有勇于创新、敢于创新，科学技术才能不断取得进步。在实际讲解过程中，讲解员通过设问和互动的方式，使得许多观众都对王永志的“逆向思维”留下了深刻印象。

3.3 倡导学术民主——钱学森致郝天护的信

钱学森在美国求学期间，加州理工学院所崇尚的创新精神和学术民主，对他产生了重要影响。一次，钱学森和导师冯·卡门因为对一个学术问题见解不同而发生了争执，相持不下，冯·卡门把钱学森的文章扔到地上，摔门而去。令钱学森意外的是，第二天早上，冯·卡门来到钱学森的办公室，给他深深鞠了一躬，说：“我仔细想过了，昨天那个问题，你是对的，我是错的。”钱学森很受感动，而导师的这种品格他也继承了下来，回国以后，一直大力倡导并身体力行学术民主。1964年，一位名叫郝天护的年轻人偶然发现钱学森发表的一篇力学论文有一处错误，他鼓起勇气致信钱学森，指出了这个错误。当时，钱学森已经是一位德高望重的科学家，而郝天护刚刚30岁出头、默默无闻，没想到，钱学森亲笔给他回了信，在信中，他非常谦逊、坦然地承认了自己的错误：“我很感谢，您指出我的错误，也可见您是很能钻研的一位青年，这使我很高兴。科学文章的错误必须及时澄清，以免后来的工作者误用。”在钱学森的鼓励下，郝天护更为积极地投身于学术研究，最终成为一个知名学者。

这一段其实讲述了两个故事，二者互为因果。科学不会回避争论，科学的道理是越辩越明的，科学的一大特点正在于其可被证伪。以开放平和的心态去面对学术上的不同观点，勇于承认错误，敢于接受不同观点的挑战，这才是步步逼近科学真理的有效途径。

4 传播科学方法

对一位科学家来说，无论是科学成就的取得还是科学理论的突破都离不开科学方法的运用。因此在科学成就的介绍、科学理论的阐释、科学精神的解读之中，必然会融入科学方法的传播。例如上文对“卡门-钱近似公式”的讲解中就介绍了钱学森在完成博士论文时是如何穷尽文献资料的，这既是一种学术态度，也是一种科学方法。再如上文对“钱学森系统科学思想”的讲解，既是解释科学理论，也是在向观众介绍一种认识和改造客观世界的科学方法。

因此，虽然本文强调传播科学方法是科学家纪念馆开展科普讲解时必须考虑的要素，但并不意味着在讲解工作中刻意将科学方法抽离出来，而是在策划筹备阶段，对科学家运用的科学方法予以总结提炼，将其作为串联在讲解内容中的有机组成部分。根据受众的特点，以恰当的方式将科学家运用科学方法的过程及其所取得的成果告知观众，在潜移默化中让观众了解科学方法是如何帮助我们更好地认知世界和解决问题的。

以钱学森图书馆的“钱学森藏书”展项（见图1）为例，可知钱学森藏书多、种类全、涉猎广泛，他畅游学海，博览群书，一生参阅过的书籍、期刊达三万多本（册）。在讲解中，先抛出一个问题：钱学森是如何读完这么多书的？接着，详细介绍钱学森的“四步读书法”，钱学森源源不断的学术创见与他勤于学习、善于总结、长于思辨有着密切关系。让观众被活到老、学到老的精神所感染，并将这种科学的学习方法化为己用。

5 结语

科學家纪念馆有着“纪念”和“科普”的双重身份，但这二者之间并非是割裂的。“纪念”既是为了缅怀，更是为了继承和传播，以行之有效的方式利用展陈资源开展科学教育，让科学思想得以传承，这恰恰是对科学家最好的纪念。

如前所述，在现有条件下，讲解无疑是科学家纪念馆最直接有效的科学教育和传播方式。本文以钱学森图书馆为例，结合人物的生平事迹和科学生涯，通过一系列生动的故事和互动的形式，融入对科学成就的介绍、科学理论的阐释、科学精神的解读、科学方法的传播，在讲解中既体现思想文化内涵，同时兼顾科学性和普及性。

今天我们对公众科学素质的培养，至少应该包括以下四个方面：公众对科学的理解；公众对科学的应用能力；公众对科学的态度（包括科学精神、科学思想和科学方法）；公众对科学的世界观。对科学家纪念馆来说，这同样适用。当观众走进科学家纪念馆，他们所收获的不仅是对科学家的崇敬之情。在震撼和感动之外，通过精心设计的科普讲解和各种形式的教育活动，我们也要帮助公众启发对科学的认知，激发对科学的好奇，增进对科学的理解，形成对科学的态度，并最终助力公民科学素质的提升。

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