随着物联网、云计算、大数据等高新技术的兴起，科技馆的发展逐步迈向数字化、智能化、人性化的智慧科技馆。本文从“智慧科技馆”的概念入手，通过对智慧科技馆与智慧博物馆二者之间的比较，提出了智慧科技馆具备的基本特征并介绍了其采用的关键技术，最后介绍了智慧科技馆信息化服务系统设计、开发过程中的实践经验，以期共同探寻智慧科技馆的发展之路。
2009年以来，物联网、云计算等高新技术的兴起代表着全球又一次新的信息网络技术革命浪潮。2016年，《中国科协科普发展规划（2016-2020年）》指出“创新科普的精准化服务模式，依托大数据、云计算等信息技术手段，采集和挖掘公众的科普需求数据，洞察和感知公众科普需求，定向、精准地将科普信息资源送达目标人群。”2018年，国家互联网信息办公室发布《数字中国建设发展报告（2017年）》指出，要建设数字中国，加快推动经济社会的数字化、网络化、智能化进程，开启我国信息化发展新征程。
可见面对层出不穷的新技术应用和新社会形态，科技馆作为展示前沿科学原理和技术应用的平台，其服务的对象、展示的内容和手段、教育的模式都应随之改变。如何基于科技馆教育特征与当代科学教育理念，将最新技术与科技馆有机结合，设计出具有智能化、人性化的智慧科技馆是一个极具探索意义和实用价值的课题。
（一）智慧科技馆的概念
关于智慧科技馆的定义，目前国内外尚无统一完整的概念，但我们可以发现：智慧科技馆的概念属于智慧城市这个大范畴。智慧科技馆是智慧场馆的一部分，智慧场馆包括博物馆、科技馆、美术馆、文化馆、图书馆等场馆。本文中采用李伟等人的观点，即：从狭义角度看，智慧科技馆是指利用物联网、云计算、大数据、人工智能、移动互联网、虚拟现实、光通信等一系列先进信息技术手段和专业展览展示技术，为进行全面感知与全面认知而建设的科普展览、教育、活动场所。
由此可以看出，智慧科技馆的本质是现代信息技术发展到一定阶段后在科技馆展览、管理与服务中的一种聚合性应用与技术提升。数字海量化、应用视频化、分布智能化、交互实时化是智慧科技馆不可或缺的技术手段和方法，最终通过综合的技术集成与应用实现科技馆的各部分都由智慧化的信息系统完成，无需人工干预，科技馆内外人与物、物与物、人与人实现智慧对话状态。
（二）智慧科技馆的特征
科技馆是现代科技博物馆的一种类型，它将传统博物馆的收藏、研究、展陈三大功能之中的展陈提升到了展示教育的高度，并居于核心地位。智慧科技馆坚持强化自身的教育功能，并凸出强调以人为中心，综合利用信息技术手段，改进展览展示效果，最终实现科技馆展示教育功能的优化与升级。智慧博物馆是以数字博物馆为基础，充分利用物联网、云计算等新技术，用互联网思维做指导构建的以全面透彻的感知、宽带泛在的互联、智能融合的应用为特征的新型博物馆形态。智慧博物馆构建了物、人、数据动态双向多元信息传递模式，并借助物联网和云计算等技术实现对博物馆服务、保护和管理的智能化自适应和控制。智慧科技馆与智慧博物馆都是信息技术时代的产物，通过先进技术对传统场馆进行改进和提升，二者既有联系也有区别。笔者试图从功能定位、关键技术、展品内容、教育特征、场馆活动五个方面将智慧科技馆与智慧博物馆进行比较（见表1）。
通过分析和比较智慧科技馆与智慧博物馆，我们可以清晰地看出二者之间的共同之处在于均以人为中心，二者之间的本质不同在于教育功能方面，智慧博物馆强调文化传承，而智慧科技馆则注重展示教育和科学传播。智慧科技馆以展示教育功能为核心，将互联网思维引入到科技馆的运行与管理中，强化科技馆“基于实物的体验式学习，基于实践的探究式学习”的教育特征，实现科技馆教育本质与互联网特征的融合，并集中体现在其特征之中。
智慧科技馆的主要特征具体而言包括如下三点。
1. 智慧展教
科技馆作为国家重要的科学教育基础服务设施，重要目标之一是通过积极的、能够获得认知的和有情感教育体验的参与和实践来帮助人们熟悉科学。智慧科技馆将物联网、大数据、云计算、人工智能和虚拟现实、增强现实等先进的技术应用到展馆的建设和实践中，其目的就是要加速这一目标的达成，在展览展示中让受众潜移默化地感受科技的魅力和力量。
首先，在展示教育方面，智慧科技馆融入了如利用计算机技术模拟出多元信息融合的、可交互多感知的三维动态环境的虚拟现实技术，将虚拟元素叠加到真实世界信息之上、提供超现实感官体验的增强现实技术等高新技术，对科技馆展览教育方式进行了创新，大大提高了公众的参与欲望和体验感，为科技馆展览教育形式和科技知识传播方式带来了极大的空间和想象力。虚拟现实提供的沉浸式传播是指调动人的行为系统形成一个拟态的世界，进行人机交互的传播。观众投入时间、精力、专注力，作用于拟态世界中的展示项目，展示项目以某种行为方式回应观众。借助虚拟现实技术和增强现实技术，我们可以将观众置于各式各样的虚拟场景中进行人机交流、实时互动，也可以将眼前的真实影像叠加上各种虚拟元素，融合构建成增强现实影像提供给观众。比如让观众进行“太阳系漫游”或“人体内部探秘”，让观众沉浸到这种虚实结合的环境中实时感知、体验感受、互动实践、学习探索。借助这种超现实、超时空的展教方式，为观众带来强烈的视觉、触觉、听觉、甚至是嗅觉和味觉的感受。这种超乎寻常的多感官参与体验将会在观众脑海中留下深刻的印象，让其感受到科技的强大魅力，在观众心中播下科技启迪之光，引导其在未来的求知路上继续探索。
其次，在展览内容的设计上融入智慧城市日常应用等领域的基础研究和前沿技术内容。在布展过程中充分体现“场馆即展品”的展览理念，实现科技馆的全部设备设施都是可以用来展示的科技展品。
此外，智慧科技馆提供泛在展览教育与个性化展览教育共存的科普教育模式，改变了科技馆展览教育方式，提升了科普教育效果。公众可以在任何时间、任何地点、任何情境自主开展科普活动。并且，智慧科技馆依据公众的兴趣、行为特点、适用环境，获取参与者的个性特点，构建参与者需求模型，进而在此基础上对科技馆的资源进行个性化筛选，与公众进行精准匹配，向公众推送需要的信息，进而达到个性化展览教育的标准。
2. 智慧管理
智慧科技馆具有多种内外部信息交互手段和先进的智能化设备，构成一个专业的智慧管理系统。智慧管理系统主要体现在科技馆管理人员的综合管理和科技馆展品管理两方面。从管理人员方面看，智慧管理系统为能够对科技馆实际运行过程中的内外环境进行智能检测和评估，为管理人员提供大数据信息，如观众的行为特征、科技馆运营数据报告、科普效果评估报告、工作人员活跃情况等，从而为管理人员提供决策支持、工作考评分析和精准化的指挥调度，提升管理效果。从展品管理方面看，智慧科技馆具有多种内外部信息交互手段，以及先进的智能通信设备，构成一个专业的智慧展示系统。如通过室内定位结合大数据技术，及时获取展品损坏及被访问信息，从而可以及时对展品进行维护和管理，并根据观众的兴趣喜好有针对性地选择展品。
3. 智慧服务
智慧科技馆可以为观众提供个性化的服务。先进的智能调度系统优化了服务流程，结合配套的硬件设施很快能使观众体会到便利，理解观众的潜在需求后提供有价值或有针对性的信息推送服务让观众倍感体贴。如利用室内定位及观众行走轨迹进行分析；帮助观众实时获取位置信息；利用智慧导览系统和智能语音系统帮助观众精准规划参观路线，并通过语音留言、视频留言与观众展开实时互动；在每一个展示现场实现即时评价以及事后评价功能。此外，在手机客户端和网站进行参观流量提示、空间热度分析、场馆实时视频画面展示，结合大数据分析，提供参观交通拥堵预警等。
1. 大数据技术
广义上的大数据指的是所涉及的信息量规模巨大，无法通过目前主流软件工具在合理时间内撷取、管理、处理、并分析得出能有效支持决策制定的数据资讯，通常具备“4V”特性，即数据量大（Volume）、速度快（Velocity）、种类多（Variety）和价值密度低（Value）。
智慧科技馆中有各类传感器设备运行，展品使用的文字、图片、音视频，公众对网站、社交媒体的浏览次数、评论等会产生大量数据。通过这些数据，能对场馆、展品和公众的兴趣爱好进行数据分析和关联，为科技馆的展览、发展、服务方式、管理方式等重大决策提供依据，为智慧科技馆的建立奠定基础。
2. 云计算
云计算一般被定义为在网络环境下计算资源的交互和使用方式，用户通过网络按需、易扩展的方式获得所需服务。
科普云，是一个承载大量科普信息的整合平台，整合所有科普信息资料，将文字、图片、音乐、录像等多种媒体统一结合起来，为受众提供资源。
语音云，基于云计算技术基础，提供语音合成、语音识别以及语音听写等智能语音交互式服务。通过对科普内容资源的调用和语音解说，实现语音交互及原理介绍。
3. 物联网
国际上一般将物联网定义为具有一定身份、属性、特征的物品，通过通信协议进行配置的网络设置，所有部分由一个综合信息网络进行连接。
在智慧科技馆中，主要是通过物联网来实现物与物，物与人，人与环境之间泛在的互联和感知。物联网技术改变了传统科技馆中展品、观众与管理人员相互分隔的状态，实现了对展厅、展品及访客的信息采集、分析及智能化处理。
4. 虚拟现实和增强现实
虚拟现实（VirtualReality，缩写VR）是一种可以创建和体验虚拟世界的计算机仿真系统，基于可计算信息的沉浸式交互环境，利用现代高科技手段生成一种特定范围内的逼真视、听、触觉一体化的模拟环境。用户借助必要的设备与虚拟环境中的对象进行交互，产生身临其境的体验。
增强现实（AugmentedReality，缩写AR），是在虚拟现实技术的基础上发展起来的新技术，是虚实融合和的混合现实（Mixed Reality，缩写MR）技术。在虚拟现实场景中，用户只能看到虚拟世界，而在增强现实中，用户不仅可以看到真实世界，还可以看到叠加或组合在真实世界之上的虚拟内容。
智慧科技馆利用虚拟现实技术和增强现实技术来改进展教方式，让用户沉浸至超越时空、超越现实的场景中进行互动体验、感受认知和探索学习。通过这种升级的展教方式，达到增强科技馆展示教育效果、提高科技馆科普传播效能的作用和目的。
5. 智能语音
语音识别技术，是指将人说话的语音信号转换为可被计算机程序所识别的文字信息，从而识别说话人的语音指令以及文字内容的技术。语音合成技术，又称文语转换技术，解决的主要问题是如何将文字信息转化为可听的声音信息，即“让机器像人一样开口说话”。
采用先进的语音技术，可以为观众提供解说和开放式智能问答服务，并对语音（互动内容）进行采集分析。基于机器学习的图像识别技术让观众从任何角度对展品扫描即可快速调取相关介绍。
在智慧科技馆信息化服务系统的设计和实现方面，笔者参考了宋新潮，张遇等人对智慧博物馆系统建设的理解，认为智慧博物馆系统的建设应结合云计算、物联网、大数据、移动互联等新一代信息技术的发展，引入互联网思维，提升博物馆、文物与观众之间的信息交流。因此，本文提出的智慧科技馆信息化服务系统集成了新一代信息技术的发展成果，在充分调研科技馆管理者、工作人员和访客需求的基础上，从智慧服务和智慧管理两个方面阐述信息化服务系统的基本模式，进而完成信息化服务系统设计与实现，具体包括应用层、支撑服务层和基础设施层三个层级。
1. 智慧服务
笔者将科技馆观众的需求进行整理，编写了观众需求表（见表2）。
2. 智慧管理
对科技馆工作人员实现办公、运营管理、考评的智能化。笔者根据科技馆管理人员需求编写了管理人员需求表（见表3）。
1. 设计原则
（1）可扩展性
系统具备良好的输入输出接口，可为各种增值业务提供接口，例如AR原理模块、智能展品互动模块等。同时，系统可以进行功能的定制开发。
（2）稳定性
系统架构简单，清晰，不过度设计。对关键设备、关键数据、关键程序模块采取备份、冗余措施，有较强的容错和系统恢复能力，确保系统长期正常运行。
（3）安全性
构建积极主动、有效的系统安全体系，包括网络结构的设计、应用系统的安全、安全基础设施和安全管理保障体系等方面。
2. 整体设计
系统主要针对于目前国内尚无完整、系统、科学的科技馆智能化信息服务平台这一问题，设计并实现一套功能全面、界面友好的智慧科技馆信息化服务系统，并且综合运用大数据、云服务、虚拟现实、增强现实、智能语音、室内精准定位、视频分析等技术，包括应用层、支撑服务层和基础设施层三个层级（见图1）。
（1）应用层
包括三大系统：智慧导览系统、公共服务系统和展厅管理系统（见图2）。
（2）支撑服务层
包括统计分析、安全保障、平台管理和语音服务四个部分。
统计分析：对数据进行收集、整理和分析。
安全保障：保证系统能够相对安全的部署、运营、维护、升级、发展。
平台管理：是科技馆方管理人员和供应商使用的主要子系统，也是整个信息化服务系统的核心，所有子系统产生或查询的数据均通过管理平台进行交互。
语音服务：利用基于人工智能（ArtificialIntelligence, 缩写AI）、用户界面（User Interface, 缩写UI）等技术的人机对话交互开放平台，以及语音听写、语音合成等服务，向用户提供与科普展览相关的智能化服务功能。
（3）基础设施层的组合（见表4）
三、总结与展望
本文基于科技馆教育功能与当代科学教育理念，在综合分析了智慧科技馆的本质及其与智慧博物馆关系的基础上，指出智慧科技馆是信息技术时代的产物，它强调以人为中心，通过物联网、云计算、大数据、人工智能、虚拟现实、增强现实、智能语音等先进技术创新科技馆展示教育方式，提升科普教育效果，丰富了智慧博物馆的教育功能，尤其是弥补了智慧博物馆在科学教育方面的不足。同时，通过对智慧科技馆信息化服务系统的探究与实践，对智慧科技馆信息化服务系统的应用层、支撑服务层和基础设施层进行设计，为智慧科技馆的推进与发展提供参考与借鉴。但在如何让智慧科技馆系统更好地服务于科技馆的展示教育功能方面尚有欠缺，仍需进一步深入探索。未来的科技馆工作团队将结合最新技术发展成果，调研和分析当前智慧科技馆运行的实际情况，有针对性地开发智慧科技馆解决方案，让高新科技真正服务于科技馆的发展，提升科技馆的科学教育与科学传播能力。
本文原载于《自然科学博物馆研究》2019年第5期，第36-43页
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