这次建成的新馆是一个具有国际先进水平的现代化综合性国家级科技馆，共分为“科学乐园”、“华夏之光”、“探索与发现”、“科技与生活”、“挑战与未来”五大主题展厅，设有公共空间展示区和宇宙剧场、巨幕影院、动感影院、4D影院等四个特效影院，还设有若干实验室、教室、科普报告厅和多功能厅等辅助设施，并将开设数字科技馆。
观的人们会看到科普长廊，由各种齿轮、连杆、气缸、活塞等组成的复杂机械装置“机械旋律”；从南门进入，是高47米的世界上最大的室内雕塑“生命螺旋”……
作为目前国内唯一综合介绍中国古代科学技术的科普展览——位于新馆一层的华夏之光展厅给人的第一印象是“自豪”。华夏之光展厅，是目前国内唯一综合介绍中国古代科学技术成就的展厅。该展厅面积2300平方米，与旧馆相比，不仅面积增加了一倍，在表现形式也有很大突破，基本上所有的展品都能动、能玩、能演，大大提高了展品的互动性和趣味性。整个展览巧妙地运用了各种先进的展示手段和信息技术，将古代的科技文物和文献记载转变为可动模型和互动展品，让观众在亲身体验与操作中，了解古代发明的构造及其原理。展厅布置也力求复古求真，陶寺古观象台、水力纺纱机等特色展品可以让观众身临其境地体味先贤的伟大创造，了解古代发明的构造及其原理。 脚踏水车 庞大的架构完全真实再现人力取水的过程，孩子们都争先恐后的坐上去，体验一把，脚踏取水的乐趣！ 新馆二层的探索与发现主题展厅分为A、B两厅，共有166个展项、220件展品，分为宇宙之奇、物质之妙、运动之律、声音之韵等八大展区。与“门捷列夫”对话展现元素周期律的发现过程；自行设计一个小球运动路线的“小球旅行记”；荡荡秋千也能学到知识的“共振秋千”……多种表现形式相结合的展品充斥着科学的基本原理。在体验的几个展项中，利用综合性多学科高新生物识别技术连接的展项“寻找自己”给参观的人们印象最深。展览以机械互动、视频演示、幻影成像等多种表现形式，围绕科学探索的若干重要方向搭建展览框架，按照“问题比答案重要，过程比结果重要，方法比知识重要”的原则设计展项，采用多种展示手段相结合的方式，营造探索与发现的科学实践情景。通过使人们能感受人类探索自然过程中史诗般的震撼，启迪科学精神，通过使参观者融入科学实践的体验之中，享受探索过程的快乐和启发。家之道，信息之桥，交通之便，机械之桥六个主题展区，约300项展品。展厅以百姓生活的衣食住行作为贯穿整个主题展厅的核心脉络，配合多样化、情景化、艺术化的展览形式，传播科技以人为本的观念，不仅关注科技发展给社会生活带来的巨大改善，同时展现人类为应对共同的挑战做出的探索和努力，让参观的人们在参观和体验中进行思考和领悟，感受科技创新为人类带来的福祉和恩惠。 挑战与未来展厅位于新馆四层，分为地球述说、能源世界、海洋开发、太空探索等七个展区，共138件展项。展厅依据“挑战-解决方案-未来”为线索，以全球面临的重大挑战引发人们对可持续发展的关注，并通过从挑战到未来的整体架构和连贯性的展示，激励公众积极应对挑战，共创和谐未来。例如通过大型立体沙盘，让参观的人们众直观地看到气候变化给中国带来的变迁。 五大常设主题展厅设计精巧，生动灵活，散落在新馆各层的公共空间展厅同样精彩。展厅围绕“创新之美、和谐之美”的展示主题，与常设展厅“和而不同”，既互相呼应，又自成体系。小球阵列、生命螺旋、机械旋律、气泡成像、时间之轮等大型展品的设立，将科技的亲和力展现无余，让参观的人们在美的环境中感受科技的魅力
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