北戴河國家濕地公園互動(dòng)式科普教具設(shè)計(jì)

劉萬龍　單紹穎　張浩潔

摘要：在秦皇島市有43條河流流入渤海，在其漫長的演化中逐漸形成了富有本地特色的沿海濕地，有效地保護(hù)了生物的多樣性和海岸不受風(fēng)浪的侵蝕，并為人們提供了旅游場所。全國有盡三分之一的鳥種在這里繁衍生息，其中國家重點(diǎn)保護(hù)動(dòng)物約70余種，是西伯利亞、中國北方與南方、菲律賓、澳大利亞之問候鳥遷徙的驛站。在觀鳥高峰出現(xiàn)時(shí)，激增的游客數(shù)量和自駕車輛卻對觀鳥區(qū)域的生態(tài)構(gòu)成了威脅。

關(guān)鍵詞：濕地 科普教具 航行器 移動(dòng)端 環(huán)保意識

中圖分類號：TB472 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A

文章編號：1003-0069（2017）05-0126-02

引言

隨著現(xiàn)代工業(yè)文明的飛速發(fā)展，城市街道兩旁儼然成為“鋼筋水泥的叢林”。工業(yè)的發(fā)展人類的活動(dòng)正一步步地威脅著北戴河濕地的存在。同其他濕地一樣面臨著水體污染，濕地面積退化，生物多樣性減少的威脅。北戴河濕地主要破壞因素主要有人為工程、濕地圍墾、生物資源過度利用、水資源過度利用、泥沙淤積、海岸侵蝕與破壞、城市旅游盲目建設(shè)發(fā)展等。文章主要提出一種以交互為手段，教育為核心，保護(hù)濕地為目的的方法。國內(nèi)外通過立法，建立自然保護(hù)區(qū)，通過人工修復(fù)和人工措施恢復(fù)濕地生態(tài)功能及其服務(wù)功能。在濕地科普方面主要通過建立網(wǎng)站，搜索引擎以及制作宣傳冊來對人們進(jìn)行濕地知識和概念的普及，范圍相對局限，沒有達(dá)到全民意義上的科普教育，從而影響人們對濕地保護(hù)意識的提高。文章主要講述交互式科普教具的互動(dòng)過程以及硬件和軟件，以此來提高人們對濕地知識的了解和保護(hù)濕地的意識，并提高中小學(xué)生的動(dòng)手能力和創(chuàng)新能力。

一、北戴河濕地調(diào)研及用戶需求

北戴河濕地是我國最大的城市濕地和沿海濕地，坐落在渤海之濱，鳥類共有412種，是中國的“觀鳥麥加”。這里有6600多公頃森林，50多畝濕地，由戴河、恒河、灤河等入?？谛纬傻哪酁┖蜑a湖以及滯緩的河道，被國際濕地保護(hù)公約命名為“北戴河濕地”。

全國鳥類環(huán)志中心及秦皇島市鳥類保護(hù)環(huán)志站近日組成聯(lián)合調(diào)查組，對渤海灣濕地進(jìn)行了調(diào)查，結(jié)果發(fā)現(xiàn)這—地區(qū)的濕地面積，特別是國際上著名的“北戴河濕地”的面積，正在以驚人的速度被蠶食。原來迷人的昌黎沿海濕地遭到了嚴(yán)重的人為破壞，這塊連同昌黎黃金海岸在內(nèi)被國務(wù)院批準(zhǔn)的國家級海洋類型自然保護(hù)區(qū)，雖然樹立著“保護(hù)濕地資源，維護(hù)生態(tài)平衡”的石牌，但這里的濕地卻連年被蠶食。由于濕地圍墾、生物資源的過度利用、濕地環(huán)境污染、濕地水資源過度利用、大江大河流域水利工程建設(shè)、泥沙淤積、海岸侵蝕與破壞、城市建設(shè)與旅游業(yè)的盲目發(fā)展等不合理利用導(dǎo)致濕地生態(tài)系統(tǒng)退化，造成濕地面積縮小，水質(zhì)下降、水資源減少甚至枯竭、生物多樣性降低、濕地功能降低甚至喪失。因此我們對北戴河進(jìn)行實(shí)地考察，得知約有45%人們在濕地隨手扔過垃圾，75%的人進(jìn)入非觀鳥區(qū)濕地，通過網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)資料分析研究得出北戴河濕地遭到破壞的主要因素是人們對濕地認(rèn)識片面，保護(hù)意識差，認(rèn)識不到濕地的重要性、管理疏忽以及旅游業(yè)的發(fā)展中不和諧因素。

國內(nèi)外通過立法，建立自然保護(hù)區(qū)，通過人工修復(fù)和人工措施恢復(fù)濕地生態(tài)功能及其服務(wù)功能。在濕地科普方面主要通過建立網(wǎng)站，搜索引擎以及制作宣傳冊來對人們進(jìn)行濕地知識及概念的普及，范圍相對局限，沒有達(dá)到全民意義上的科普教育，從而影響人們對濕地保護(hù)意識的提高。

為有效保護(hù)北戴河濕地，提高人們對濕地知識的了解和保護(hù)濕地的意識，設(shè)計(jì)出一套有關(guān)科普北戴河濕地知識的教具。立法與管理體制相結(jié)合，以技術(shù)為支撐，展開濕地監(jiān)測與系統(tǒng)研究與開發(fā)等工作，間接觀察濕地變化趨勢，保護(hù)和開發(fā)利用濕地，利用生物生態(tài)及工程技術(shù)逐步恢復(fù)退化生態(tài)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)和功能，最終達(dá)到濕地生態(tài)系統(tǒng)的自我持續(xù)狀態(tài)。從濕地環(huán)境上來說，盡力克服了濕地在自然狀態(tài)下的惡化，但人們觀賞過程中的行為對濕地環(huán)境的影響并沒有得到實(shí)質(zhì)性解決，這樣看來，將濕地設(shè)計(jì)產(chǎn)品與APP相結(jié)合，從而達(dá)到具有創(chuàng)客教育意義的濕地科普教育是相當(dāng)重要的。

二、北戴河交互式科普教具產(chǎn)品設(shè)計(jì)

針對以上人群及用戶需求，文章主要從用戶交互體驗(yàn)、外觀兩大方面進(jìn)行設(shè)計(jì)，在濕地知識科普的基礎(chǔ)上，通過人隆化的設(shè)計(jì)，制作盡可能簡單而又樸素的硬件系統(tǒng)，能讓學(xué)生拆卸、拼接，提高中小學(xué)生保護(hù)濕地意識和動(dòng)手能力。

（一）教具硬件系統(tǒng)設(shè)計(jì)原理：

我們采用仿生設(shè)計(jì)手段，外觀采用“鰩”的造型將船體主身設(shè)計(jì)為小而靈活的v形，利用流線型的外形以減少水的阻力，再配合迷彩圖案符合中小學(xué)生的趣味性。在船體的左右兩邊設(shè)計(jì)了平衡擋板，利用負(fù)反饋的作用體系來維持船體在直高速運(yùn)動(dòng)時(shí)的平衡（如圖1）。

1.整個(gè)硬件產(chǎn)品主要有電力系統(tǒng)、動(dòng)力系統(tǒng)、感應(yīng)接收反饋系統(tǒng)、船體構(gòu)成。

（1）電力系統(tǒng)：電源裝置

（2）船體：船艙、上層封閉系統(tǒng)

船艙主要承載安裝電力系統(tǒng)和感應(yīng)接收傳輸系統(tǒng)

上層封閉系統(tǒng)主要對安裝后進(jìn)行的防水密封操作

（3）動(dòng)力系統(tǒng)：螺旋槳、平衡擋板

螺旋槳為整個(gè)硬件系統(tǒng)提供動(dòng)力系統(tǒng)并且可以控制方向平衡擋板利用負(fù)反饋的作用體系來維持船體在直高速運(yùn)動(dòng)時(shí)的平衡。

（4）感應(yīng)接收反饋系統(tǒng)：

Arduino單片機(jī)、濁度傳感器、溫度傳感器、PH度傳感器、遙測遙控技術(shù)、通訊技術(shù)傳感器（濁度傳感器、溫度傳感器、PH度傳感器）將對濕地檢測到的水質(zhì)的渾濁度、溫度、酸堿度經(jīng)過調(diào)試設(shè)置好的單片機(jī)進(jìn)行處理做出相應(yīng)的指示，并經(jīng)過通訊技術(shù)將這些數(shù)據(jù)反饋到移動(dòng)端，再由移動(dòng)端對數(shù)據(jù)進(jìn)行數(shù)據(jù)整理分析然后展示在界面。

（二）移動(dòng)終端

隨著科學(xué)技術(shù)的迅速發(fā)展，學(xué)習(xí)者的方式更具多元化，方便、快捷、實(shí)時(shí)也是人們接受知識普遍認(rèn)可的要求，所以移動(dòng)端吸收知識、獲取信息也是現(xiàn)代人們生活的主要方式，因此教具知識科普的內(nèi)容主要展示在移動(dòng)端。endprint

1.在移動(dòng)端的設(shè)計(jì)上為了增加教具的實(shí)用性以及可持續(xù)性，我們做了以下安排：

航行器與移動(dòng)端以交互的方式結(jié)合起來，航行器為移動(dòng)端提供了可靠、實(shí)時(shí)的檢測數(shù)據(jù)，而移動(dòng)端則進(jìn)行數(shù)據(jù)的整理分析然后展示在移動(dòng)界面上。航行器可以增加青少年的趣味性，提高了青少年的動(dòng)手實(shí)踐能力，使其更容易接受知識，提高了教具的應(yīng)用價(jià)值。

移動(dòng)端的互動(dòng)性，主要體現(xiàn)在兩個(gè)板塊：一是人們可以以社交的方式將濕地的動(dòng)態(tài)展示在周圍每個(gè)人的移動(dòng)端首頁，當(dāng)然首頁內(nèi)容優(yōu)先選取內(nèi)容積極的優(yōu)質(zhì)內(nèi)容。當(dāng)人們看到被展示的內(nèi)容時(shí)可以與被展示人交流互動(dòng)。二是鼓勵(lì)攝影愛好者將捕捉到的優(yōu)美畫面發(fā)表在獨(dú)立板塊，并有相關(guān)人員進(jìn)行審核整理展示，并進(jìn)行活動(dòng)獎(jiǎng)勵(lì)和打賞。

最重要的一點(diǎn)是對北戴河濕地的知識科普，由濕地工作人員對北戴河濕地的知識進(jìn)行整合、分類、展示包括北戴河濕地的特色，保護(hù)措施的重要性以及各類生物的圖片展示、文字介紹以及航行器檢測到的數(shù)據(jù)分析。移動(dòng)端為人們提供整個(gè)濕地的詳細(xì)地圖，包括平面、3D虛擬、全景地圖。

三、產(chǎn)品運(yùn)行流程

隨著經(jīng)濟(jì)全球一體化的發(fā)展，科技產(chǎn)品不斷地融入到人們的生活，目前人們的生活、學(xué)習(xí)、工作越來越離不開電子產(chǎn)品，因此人們的學(xué)習(xí)習(xí)慣也變得多元化起來，而人們通過移動(dòng)電子產(chǎn)品，比如手機(jī)和平板學(xué)習(xí)了解信息成為主流趨勢，所以項(xiàng)目研究主要內(nèi)容由硬件產(chǎn)品系統(tǒng)與軟件系統(tǒng)結(jié)合：硬件產(chǎn)品中的感應(yīng)部件（溫度傳感器，濁度傳感器）在濕地水中檢測到有關(guān)濕地水源現(xiàn)狀的數(shù)據(jù)通過無線通訊系統(tǒng)將結(jié)果展現(xiàn)在移動(dòng)端，移動(dòng)端后臺通過整理分析將結(jié)果友好地展示在移動(dòng)界面上。而人們通過移動(dòng)界面可以了解到北戴河濕地的各種信息，當(dāng)然人們也可以通過移動(dòng)端的控制系統(tǒng)去操控硬件產(chǎn)品的移動(dòng)，控制硬件產(chǎn)品的檢測范圍。

產(chǎn)品感應(yīng)硬件系統(tǒng)以遙感技術(shù)為橋梁搭載移動(dòng)終端，利用硬件系統(tǒng)檢測濕地水質(zhì)等問題并反饋到移動(dòng)端，便于相關(guān)的工作人員針對存在的問題做出相應(yīng)的改善保護(hù)措施，而移動(dòng)端通過反饋的數(shù)據(jù)可以更具感染力地反應(yīng)濕地的現(xiàn)狀，從而達(dá)到對中小學(xué)生的教育和普通群眾群眾關(guān)于濕地科普的傳播的功能，從而達(dá)到國民素質(zhì)的集體提高，以減少濕地科普的局限性。

四、產(chǎn)品創(chuàng)新點(diǎn)

通過設(shè)計(jì)思維與批判試制造相結(jié)合的創(chuàng)新理念，研發(fā)和推廣全面而獨(dú)特的創(chuàng)客教育體系可滿足中小學(xué)生到普通群眾的知識需求，實(shí)現(xiàn)人機(jī)交互，趣味性、創(chuàng)新性與科普性相結(jié)合，對濕地實(shí)時(shí)狀況進(jìn)行深入了解，從而達(dá)到人們對濕地保護(hù)的知識普及和保護(hù)濕地的認(rèn)同感。

在現(xiàn)有技術(shù)與立法的支持作用下，通過科普產(chǎn)品的附加功能，增加中小學(xué)生與普通群眾群眾關(guān)于濕地科普的傳播，從而達(dá)到國民素質(zhì)的集體提高，以減少濕地科普的局限性。

未來的教育一定是為經(jīng)濟(jì)發(fā)展服務(wù)的教育，而創(chuàng)客精神正是教育改革與發(fā)展的不竭源泉。方便快捷地對濕地常識和現(xiàn)狀進(jìn)行科普，通過人機(jī)交互的創(chuàng)客教育行為，使人們輕松地對濕地進(jìn)行了解。在現(xiàn)有濕地科普措施下，解決人群普及程度和人群普及范圍的局限性。具有教具性質(zhì)的交互產(chǎn)品在大眾面前進(jìn)行潛移默化的影響，通過數(shù)據(jù)化的分析，更深層次地對濕地進(jìn)行了解，達(dá)到濕地科普以及濕地保護(hù)的目的，達(dá)到產(chǎn)品與APP相結(jié)合的具有創(chuàng)客行為的科普意義。

五、教具設(shè)計(jì)研究原則

（一）制作盡可能簡單而又樸素的硬件系統(tǒng)，能讓學(xué)生拆卸、拼接北戴河國家濕地公園互動(dòng)式科普教具設(shè)計(jì)項(xiàng)目中的硬件系統(tǒng)產(chǎn)品堅(jiān)持簡單而又樸素的設(shè)計(jì)原則，然后制作出可以簡單拆卸、拼接組合的產(chǎn)品在中小學(xué)生階段人群中推廣。中小學(xué)生正是人生階段動(dòng)手能力，學(xué)習(xí)能力成長的關(guān)鍵階段，產(chǎn)品簡單樸素、可拆卸、可拼接的特點(diǎn)這號符合中小學(xué)生的興趣，這樣教具產(chǎn)品既可以培養(yǎng)人們的環(huán)保理念又可以推廣北戴河相關(guān)信息和知識還可以培養(yǎng)動(dòng)手能力和創(chuàng)新能力。

（二）能進(jìn)行鮮明的展示，科普教育效果明顯

北戴河國家濕地公園互動(dòng)式科普教具設(shè)計(jì)是一項(xiàng)全面而又獨(dú)特的創(chuàng)客教育體系，它利用人與機(jī)器、機(jī)器與互聯(lián)網(wǎng)、互聯(lián)網(wǎng)與人的一種循環(huán)互動(dòng)模式，既能科普濕地知識了解北戴河的信息，又能培養(yǎng)中小學(xué)生的動(dòng)手能力?；ヂ?lián)網(wǎng)的移動(dòng)界面友好地展示了濕地的知識和信息，再通過一系列的互動(dòng)模式不斷加強(qiáng)與人們聯(lián)系，科普教育的效果十分明顯。

（三）遵循科學(xué)、合理的教育目標(biāo)

項(xiàng)目所有的產(chǎn)品都是建立在現(xiàn)有立法與技術(shù)的基礎(chǔ)上，通過科普產(chǎn)品的附加功能，增加中小學(xué)生與普通群眾群眾關(guān)于濕地科普的傳播，從而達(dá)到國民素質(zhì)的集體提高，以減少濕地科普的局限性。

（四）美觀、實(shí)用、安全

項(xiàng)目產(chǎn)品采用仿生設(shè)計(jì)手段，外觀采用“鰩”的造型將船體主身設(shè)計(jì)為小而靈活的V形，利用流線型的外形以減少水的阻力，再配合迷彩圖案符合中小學(xué)生的趣味性；產(chǎn)品移動(dòng)端的界面在人機(jī)操作界面不斷進(jìn)行改進(jìn)和完善，并且不斷優(yōu)化界面中的圖形、符號使得移動(dòng)端操作更加簡潔、易懂，用戶可以一目了然不需要復(fù)雜的系統(tǒng)學(xué)習(xí)。

結(jié)束語

綜合上述，通過設(shè)計(jì)思維與批判試制造相結(jié)合的創(chuàng)新理念，研發(fā)和推廣全面而獨(dú)特的創(chuàng)客教育體系，需要考慮多類用戶群體對用戶的心理、行為進(jìn)行分析順應(yīng)人們需求，其交互體驗(yàn)，動(dòng)手能力和知識接受形式都要深入研究優(yōu)化，從而完善科普知識和提高濕地工作人員的工作效率，通過航行器、移動(dòng)客戶端建立北戴河濕地保護(hù)體系及旅游體系為未來智慧旅游教育提供可能，并且從外觀、移動(dòng)平面、交互體驗(yàn)上不斷地改進(jìn)設(shè)計(jì)使產(chǎn)品更符合多類人群的審美標(biāo)準(zhǔn)以及體驗(yàn)。endprint