博物館主體建筑本身是一座歷史紀念建筑物,殘歷碑高18米,寬30米,進深11米,建筑面積500多平方米。它以殘損的、臺歷形象展現在人們面前,意在以形象的建筑,讓人們牢記這一給中國人民造成深重災難的悲慘的一面。殘歷碑框架由混凝土鑄成,花崗巖貼面,其堅固挺拔表現了東北人民堅貞不屈的英雄氣節。建筑主體正面彈痕累累,喻示了日軍侵華的野蠻"罪行"。同時,經過藝術加工,組成呻吟吶喊狀的骷髏群,表現了"殉難同胞對日軍血腥罪行的控訴。殘歷碑右面一面刻著"1931年9月18日,農歷辛未年八月初七"的字樣,向人們昭示著那個永遠難忘的悲痛的日子。左面的一頁鐫刻著"九·一八"事變史實,從殘歷碑下正面拱形門進入一樓正廳,迎面黑色大理石上,刻有"勿忘國恥"四個顏體大字,在字的上方嵌有一面殘月形時鐘,其時針指在10時20分,這正是日本侵略者發動"九·一八"事變的時刻。人們在這里接受歷史教育和愛國主義教育,它告誡人們不要忘記亡國之恥。在殘歷碑西南20米處有一個"九·一八"事變碑,這是日偽時期為炫耀其"赫赫戰功"在鐵路爆破地點樹立的呈蜂尾翼形的紀念碑。抗戰勝利后,被人民推倒,現已成為日本國主義侵華的罪證。在殘歷碑正南70米處,有一座地下展覽廳,廳內分為錄像廳和展覽廳,在錄像廳內可以觀看有關"九·一八"事變的歷史資料片。展覽廳內以雕塑塑造了人物造型,繪畫表現場景象地再現了沈陽地區淪陷,沈陽人民遭受的苦難。1997年的擴建是將其建成為內容完整,實物豐富,設施現代,規模的紀念館和文物保護單位；規劃在原殘歷碑北側擴建"九·一八"事變紀念館,新館占地3.1萬平方米,建筑面積1.5萬平方米。擴建后的新館將采取圖片、實物、立體雕塑和模擬電動聲光及影視錄像等形式,展示真實、全面、廣泛、深刻的史料,使其成為戰爭狂人的恥辱柱,中華民族抗戰勝利的不朽豐碑,教育當代、警示后人的愛國主義教育基地。

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