科技館傳動(dòng)機(jī)構(gòu)集成互動(dòng)展品的設(shè)計(jì)

范亞楠

[摘 要]傳動(dòng)機(jī)構(gòu)集成互動(dòng)展品因其互動(dòng)性和啟發(fā)性強(qiáng)，深受觀眾尤其是青少年的喜愛。但隨著公眾科學(xué)素質(zhì)的迅速提升，觀眾對(duì)優(yōu)質(zhì)科普資源的需求與科技館行業(yè)所能提供展品之間的矛盾日漸凸顯。本文在對(duì)現(xiàn)有傳動(dòng)機(jī)構(gòu)展品的現(xiàn)狀、存在的問題與不足進(jìn)行深入分析的基礎(chǔ)上，結(jié)合參加“基礎(chǔ)科學(xué)原理解讀與探究系列展品展示關(guān)鍵技術(shù)研發(fā)”課題工作在傳動(dòng)機(jī)構(gòu)集成互動(dòng)展品研發(fā)中遇到的問題和解決問題的經(jīng)驗(yàn)，歸納了此類展品設(shè)計(jì)研發(fā)中應(yīng)注意的問題，并就如何打破瓶頸，創(chuàng)新展品設(shè)計(jì)提出了四點(diǎn)建議，該建議對(duì)一般的展品研發(fā)具有參考意義。

[關(guān)鍵詞]科技館 傳動(dòng)機(jī)構(gòu) 展品 創(chuàng)新設(shè)計(jì)

近年來我國日益重視公眾科學(xué)素養(yǎng)的提升，科普?qǐng)鲳^作為傳播、體驗(yàn)科學(xué)新知的重要平臺(tái)也得到了迅猛發(fā)展，科技館里的展品變化萬千，展示手段豐富多樣。但對(duì)于科技館來說，最受觀眾歡迎、最能體現(xiàn)科技館教育特點(diǎn)的還是“機(jī)電展品”，例如傳動(dòng)機(jī)構(gòu)大型集成互動(dòng)展品，因其互動(dòng)性和啟發(fā)性強(qiáng)，深受觀眾尤其是青少年的喜愛，是機(jī)電展品的典型代表。這類展品，以機(jī)械或機(jī)電一體化控制技術(shù)為實(shí)現(xiàn)手段，展示多種機(jī)械傳動(dòng)機(jī)構(gòu)，相對(duì)于其他展品，交互體驗(yàn)性強(qiáng)，操作結(jié)果直觀。

作為深受觀眾喜愛并具有很好展教效果潛力的一類展品，國內(nèi)科技館傳動(dòng)機(jī)構(gòu)集成互動(dòng)展品展示現(xiàn)狀、展品研發(fā)中可能存在的問題，以及如何突破瓶頸，推動(dòng)展品設(shè)計(jì)制作能力明顯提升，都是展品設(shè)計(jì)人員必須充分考慮和解決的問題。本文對(duì)國內(nèi)科技館典型傳動(dòng)機(jī)構(gòu)集成互動(dòng)展品的狀況及此類展品的研發(fā)現(xiàn)狀進(jìn)行分析，歸納存在的問題，思考解決問題的方法，并在此基礎(chǔ)上對(duì)如何設(shè)計(jì)研發(fā)傳動(dòng)機(jī)構(gòu)集成互動(dòng)展品做進(jìn)一步探討，提出具體建議。

一、科技館傳動(dòng)機(jī)構(gòu)類展品展示現(xiàn)狀

（一）現(xiàn)有展品

目前，在科技館中，傳動(dòng)機(jī)構(gòu)集成互動(dòng)展品的典型代表是中國科技館的“鏗鏘鑼鼓”和“小球旅行記”兩個(gè)展品。

展品“鏗鏘鑼鼓”在高處設(shè)置一對(duì)鑼鼓，觀眾需要利用展品提供的傳動(dòng)機(jī)構(gòu)模塊自主進(jìn)行組合，形成傳動(dòng)鏈路，將觀眾由手輪輸入的轉(zhuǎn)動(dòng)傳遞到鼓槌上，推動(dòng)鼓槌運(yùn)動(dòng)而敲響鑼或鼓。每個(gè)機(jī)械傳動(dòng)機(jī)構(gòu)“模塊”都是一個(gè)立方體，里面含有各種機(jī)械傳動(dòng)機(jī)構(gòu)，觀眾只需將兩個(gè)立方體的輸入、輸出端連接起來，就可以傳遞動(dòng)力至鼓槌上，展示了動(dòng)力傳遞的原理和傳遞過程。

展品“小球旅行記”設(shè)置若干機(jī)構(gòu)，搭建了一條傳遞小球的路徑，觀眾可以通過按鈕、手輪等互動(dòng)機(jī)構(gòu)讓小球完成滾動(dòng)、拋射、下落等動(dòng)作，使小球在精確控制的軌道上運(yùn)動(dòng)起來。該展品展示了物體的各種運(yùn)動(dòng)形式及物體運(yùn)動(dòng)過程中能量轉(zhuǎn)換的相關(guān)知識(shí)。

（二）現(xiàn)有展品存在的問題與不足

上述機(jī)械傳動(dòng)類展品，自展出后受到了觀眾的歡迎與好評(píng)，實(shí)現(xiàn)了不錯(cuò)的展教效果，并迅速被國內(nèi)多家科技館借鑒。但是，隨著時(shí)間推移，這些展品逐漸暴露出一些問題。

1.展品教育目標(biāo)體現(xiàn)不夠充分。部分機(jī)構(gòu)設(shè)置缺乏明確的教育目標(biāo)，重復(fù)展現(xiàn)的機(jī)構(gòu)較多，對(duì)觀眾的教育意義體現(xiàn)不充足。

2.互動(dòng)點(diǎn)不足，互動(dòng)方式較單一，探究學(xué)習(xí)的特點(diǎn)體現(xiàn)不足。以“鏗鏘鑼鼓”展品為例，觀眾雖然可以自主拼接機(jī)械傳動(dòng)機(jī)構(gòu)“模塊”，但是拼接模式單一，只能單向?qū)⒛K對(duì)接，結(jié)果也是唯一的，缺少新奇性。同時(shí)，由于互動(dòng)形式的限制，觀眾的注意力都集中在搭接出的一條路徑上，沒有精力去關(guān)注“模塊”內(nèi)的具體機(jī)構(gòu)，起不到展示機(jī)械機(jī)構(gòu)原理的作用。“小球旅行記”展品只是在某些特定環(huán)節(jié)，觀眾可以參與互動(dòng)，且互動(dòng)形式只是按下按鈕，釋放小球，或手搖手輪將球運(yùn)動(dòng)到某一點(diǎn)，對(duì)于展示的機(jī)構(gòu)，觀眾只可觀察其運(yùn)動(dòng)，不能實(shí)際操作和深入探索機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)特點(diǎn)，因此觀眾對(duì)各種機(jī)構(gòu)的探究性不強(qiáng)。

3.集成度不高，展示的機(jī)構(gòu)較簡單。相對(duì)簡單的機(jī)構(gòu)展示，對(duì)觀眾思維拓展的作用不明顯。同時(shí)，就傳動(dòng)來說，除機(jī)械傳動(dòng)外，還有電氣、液壓和氣動(dòng)傳動(dòng)等，目前的展項(xiàng)基本都是機(jī)械傳動(dòng)的組合，內(nèi)容不夠豐富。如果將多種傳動(dòng)類型集成在一個(gè)展項(xiàng)中，可以極大地豐富展品的構(gòu)成，優(yōu)化展品的結(jié)構(gòu)，將一系列精彩的傳動(dòng)機(jī)構(gòu)直觀地展示在參觀者面前，使觀眾了解更多的機(jī)構(gòu)原理與結(jié)構(gòu)特點(diǎn)、優(yōu)缺點(diǎn)、適用環(huán)境等，吸引觀眾的注意力，激發(fā)觀眾的探索興趣，具有更好的展教效果。

4.可靠性不足，展品中的機(jī)構(gòu)時(shí)常出現(xiàn)不能正常運(yùn)行的情況。作為大型集成互動(dòng)展品，可靠性與可維護(hù)性具有更為重要的現(xiàn)實(shí)意義，展品的任何一個(gè)環(huán)節(jié)出現(xiàn)故障，都將導(dǎo)致展品的展示效果大打折扣，甚至無法運(yùn)行。因此，在設(shè)計(jì)展品時(shí)就應(yīng)該對(duì)展品的可靠性與可維護(hù)性提出更高的要求，這是設(shè)計(jì)人員應(yīng)重點(diǎn)考慮的內(nèi)容。同時(shí)，在展品制作中技術(shù)和材料方面應(yīng)給予保證。

目前，科技館中傳動(dòng)機(jī)構(gòu)類展品受歡迎度有所降低，觀眾期待有新型展品出現(xiàn)。

二、傳動(dòng)機(jī)構(gòu)類展品設(shè)計(jì)中的問題

（一）如何使展品對(duì)觀眾有更大的吸引力，引導(dǎo)觀眾主動(dòng)探究，啟迪觀眾思考

科技館展品強(qiáng)調(diào)激發(fā)觀眾的探索興趣，通過自主操作展品，學(xué)習(xí)科學(xué)知識(shí)、科學(xué)方法。因此，在設(shè)計(jì)展品時(shí)應(yīng)想辦法讓觀眾自己操作展品，探究展品中機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)特點(diǎn)，且探究結(jié)果應(yīng)能影響觀眾操作的結(jié)果，達(dá)到啟迪觀眾主動(dòng)思考機(jī)構(gòu)原理，拓展觀眾思維的目的。

（二）如何將機(jī)械機(jī)構(gòu)、流體、電磁等形式各異且結(jié)構(gòu)較為復(fù)雜的傳動(dòng)機(jī)構(gòu)巧妙地結(jié)合在一起，組成一套生動(dòng)、有趣、互動(dòng)性強(qiáng)的大型集成展品

由于展品展示內(nèi)容專業(yè)性強(qiáng)，集成度高，要求設(shè)計(jì)者能科學(xué)地規(guī)劃將要展示的內(nèi)容，創(chuàng)造性地設(shè)計(jì)出傳動(dòng)機(jī)構(gòu)組合路徑，合理設(shè)置互動(dòng)點(diǎn)，創(chuàng)新互動(dòng)形式，讓觀眾真正參與到展覽活動(dòng)中。

（三）如何保持展品長期協(xié)調(diào)、順暢、安全、穩(wěn)定地運(yùn)行

雖然制作展品采用的都是成熟技術(shù)，但是傳動(dòng)機(jī)構(gòu)集成互動(dòng)展品屬于大型機(jī)電一體化展項(xiàng)，集成了眾多機(jī)械機(jī)構(gòu)及電控系統(tǒng)。同時(shí)，倡導(dǎo)觀眾對(duì)展品充分參與互動(dòng)，使展品的可靠性得到保障。因此，設(shè)計(jì)者需要綜合考慮，確保展品能安全穩(wěn)定地運(yùn)行，保障工作人員能方便、快捷地維護(hù)展品。endprint

三、傳動(dòng)機(jī)構(gòu)類展品創(chuàng)新設(shè)計(jì)建議

作者參與了中國科協(xié)“科技館展品創(chuàng)新關(guān)鍵技術(shù)與標(biāo)準(zhǔn)研發(fā)及信息化平臺(tái)建設(shè)應(yīng)用示范”項(xiàng)目“基礎(chǔ)科學(xué)原理解讀與探究系列展品展示關(guān)鍵技術(shù)研發(fā)”課題（編號(hào)：2015BAK34B01），負(fù)責(zé)“傳動(dòng)機(jī)構(gòu)集成互動(dòng)展示技術(shù)研發(fā)”展品“有趣的傳遞”研制任務(wù)。為了解決上述面臨的問題，設(shè)計(jì)出滿足觀眾需求的展品，課題組創(chuàng)新設(shè)計(jì)理念，較好地完成了研制任務(wù)。展品“有趣的傳遞”由五組相互銜接，共計(jì)40余個(gè)傳動(dòng)機(jī)構(gòu)組成，通過要求觀眾按照既定的順序，依次傳遞一組4個(gè)黑白顏色的小球，將機(jī)械、流體、電磁等多種傳動(dòng)方式巧妙地集成在一起，形成精彩的互動(dòng)展示方式。結(jié)合實(shí)施項(xiàng)目的實(shí)踐，對(duì)傳動(dòng)機(jī)構(gòu)類展品創(chuàng)新設(shè)計(jì)提出以下建議：

（一）采用自上而下的設(shè)計(jì)方式

傳動(dòng)機(jī)構(gòu)類展品不是各種機(jī)械機(jī)構(gòu)的簡單組合，不能先有機(jī)構(gòu)選擇，再確定展品主題與教育目標(biāo)，這樣設(shè)計(jì)出來的展品主題不明確，機(jī)構(gòu)間相互關(guān)系混亂，有的機(jī)構(gòu)甚至沒有教育目標(biāo)或目標(biāo)重復(fù)。展品“有趣的傳遞”，即采用自上而下的方式進(jìn)行設(shè)計(jì)。首先，確定展品的主題與教育目標(biāo)：展示不同傳動(dòng)方式的原理、特點(diǎn)，引導(dǎo)觀眾在親身體驗(yàn)中觀察機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)的現(xiàn)象，產(chǎn)生探索的興趣，進(jìn)而探究其中蘊(yùn)含的驅(qū)動(dòng)原理。然后，圍繞主題與教育目標(biāo)，選擇要展示的機(jī)構(gòu)，確保所有展示的機(jī)構(gòu)都有明確的教育目標(biāo)。

（二）創(chuàng)新展示理念，合理引入探究式學(xué)習(xí)方法

科技館雖然強(qiáng)調(diào)激發(fā)觀眾探索興趣，通過自主操作展品，學(xué)習(xí)科學(xué)知識(shí)、科學(xué)方法，但是受展廳實(shí)際運(yùn)行限制，現(xiàn)階段展品設(shè)計(jì)還不能完全引入探究式方法。因此，必須創(chuàng)新展示理念，如將展品作為探究學(xué)習(xí)中的教師，對(duì)觀眾起啟發(fā)、指導(dǎo)的作用，觀眾操作展品的過程，就是接受啟發(fā)的過程。參觀結(jié)束后，留給觀眾一個(gè)或幾個(gè)相關(guān)問題，比如設(shè)計(jì)一組機(jī)構(gòu)，完成周期性運(yùn)動(dòng)；根據(jù)展品的提示，觀眾自主探究，尋找問題答案，在探究中發(fā)現(xiàn)特征規(guī)律，形成正確的科學(xué)概念。展品“有趣的傳遞”在方案設(shè)計(jì)階段，即設(shè)計(jì)了將來展出后的教育活動(dòng)方案，又根據(jù)展示機(jī)構(gòu)，設(shè)置了相應(yīng)問題與探究方案。

（三）創(chuàng)新互動(dòng)形式，引導(dǎo)觀眾主動(dòng)探究機(jī)構(gòu)特點(diǎn)

雖然傳動(dòng)機(jī)構(gòu)集成互動(dòng)展品互動(dòng)性比較強(qiáng)，但是觀眾的參與度依然不是很高，互動(dòng)形式也單一，因此需要?jiǎng)?chuàng)新觀眾參與形式，使觀眾能主動(dòng)參與到展品中，其操作結(jié)果將會(huì)直接影響傳動(dòng)機(jī)構(gòu)的動(dòng)作結(jié)果。展品“有趣的傳遞”設(shè)置中要求將四個(gè)黑白色的小球按照給定的順序向后傳遞，為此，觀眾需要充分了解傳遞機(jī)構(gòu)的特點(diǎn)才能正確將球按順序傳遞，如其中的一個(gè)環(huán)節(jié)，觀眾需要根據(jù)液壓提升機(jī)構(gòu)不同的傳遞效率（同一壓強(qiáng)下，直徑不同，提升速度不同），按照給定的先后順序，將小球依次傳遞到檢測裝置處。同時(shí)，設(shè)置多條路徑，根據(jù)傳遞順序正確與否，小球?qū)⒀夭煌窂絺鬟f，即觀眾操作的結(jié)果不唯一，以此充分調(diào)動(dòng)觀眾的探索興趣，達(dá)到讓觀眾主動(dòng)探究傳遞機(jī)構(gòu)結(jié)構(gòu)特點(diǎn)的目的。

（四）始終將展品安全、穩(wěn)定的運(yùn)行貫穿于展教活動(dòng)中

鑒于展品的復(fù)雜度以及觀眾操作的實(shí)際，在展品方案設(shè)計(jì)時(shí)，就要考慮展品的安全穩(wěn)定運(yùn)行問題，采用成熟的技術(shù)達(dá)到穩(wěn)定性要求。展品“有趣的傳遞”雖然結(jié)構(gòu)復(fù)雜，但傳動(dòng)路徑多，且路徑間是并行關(guān)系，即便一條路徑上有機(jī)構(gòu)不能正常運(yùn)轉(zhuǎn)，也不影響整個(gè)展品的運(yùn)行。同時(shí)，所有機(jī)構(gòu)均采用模塊化設(shè)計(jì)，方便維護(hù)。

四、結(jié)語與討論

隨著科學(xué)技術(shù)的快速發(fā)展和進(jìn)步以及全民素質(zhì)的不斷提高，觀眾對(duì)科技館展品的需求也在不斷變化，不斷提出更高的要求。因此，科技館的展品設(shè)計(jì)人員必須依據(jù)新的形勢(shì)，以超前的思路去創(chuàng)新展品設(shè)計(jì)理念。本文基于對(duì)傳動(dòng)機(jī)構(gòu)集成互動(dòng)展品研發(fā)存在問題及解決問題的思考和研究，對(duì)科技館展品設(shè)計(jì)理念創(chuàng)新進(jìn)行的探索，提出了以上四點(diǎn)建議，希望本文的分析和建議能對(duì)科技館展品創(chuàng)新研發(fā)提供有益的借鑒。同時(shí)，歡迎有關(guān)專家和觀眾對(duì)本文的內(nèi)容提出批評(píng)和建議，大家共同努力，為公眾特別是青少年設(shè)計(jì)研制出更多更好的展品。

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