科技館傳動機構集成互動展品的設計

范亞楠

[摘 要]傳動機構集成互動展品因其互動性和啟發(fā)性強，深受觀眾尤其是青少年的喜愛。但隨著公眾科學素質的迅速提升，觀眾對優(yōu)質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。本文在對現(xiàn)有傳動機構展品的現(xiàn)狀、存在的問題與不足進行深入分析的基礎上，結合參加“基礎科學原理解讀與探究系列展品展示關鍵技術研發(fā)”課題工作在傳動機構集成互動展品研發(fā)中遇到的問題和解決問題的經驗，歸納了此類展品設計研發(fā)中應注意的問題，并就如何打破瓶頸，創(chuàng)新展品設計提出了四點建議，該建議對一般的展品研發(fā)具有參考意義。

[關鍵詞]科技館 傳動機構 展品 創(chuàng)新設計

近年來我國日益重視公眾科學素養(yǎng)的提升，科普場館作為傳播、體驗科學新知的重要平臺也得到了迅猛發(fā)展，科技館里的展品變化萬千，展示手段豐富多樣。但對于科技館來說，最受觀眾歡迎、最能體現(xiàn)科技館教育特點的還是“機電展品”，例如傳動機構大型集成互動展品，因其互動性和啟發(fā)性強，深受觀眾尤其是青少年的喜愛，是機電展品的典型代表。這類展品，以機械或機電一體化控制技術為實現(xiàn)手段，展示多種機械傳動機構，相對于其他展品，交互體驗性強，操作結果直觀。

作為深受觀眾喜愛并具有很好展教效果潛力的一類展品，國內科技館傳動機構集成互動展品展示現(xiàn)狀、展品研發(fā)中可能存在的問題，以及如何突破瓶頸，推動展品設計制作能力明顯提升，都是展品設計人員必須充分考慮和解決的問題。本文對國內科技館典型傳動機構集成互動展品的狀況及此類展品的研發(fā)現(xiàn)狀進行分析，歸納存在的問題，思考解決問題的方法，并在此基礎上對如何設計研發(fā)傳動機構集成互動展品做進一步探討，提出具體建議。

一、科技館傳動機構類展品展示現(xiàn)狀

（一）現(xiàn)有展品

目前，在科技館中，傳動機構集成互動展品的典型代表是中國科技館的“鏗鏘鑼鼓”和“小球旅行記”兩個展品。

展品“鏗鏘鑼鼓”在高處設置一對鑼鼓，觀眾需要利用展品提供的傳動機構模塊自主進行組合，形成傳動鏈路，將觀眾由手輪輸入的轉動傳遞到鼓槌上，推動鼓槌運動而敲響鑼或鼓。每個機械傳動機構“模塊”都是一個立方體，里面含有各種機械傳動機構，觀眾只需將兩個立方體的輸入、輸出端連接起來，就可以傳遞動力至鼓槌上，展示了動力傳遞的原理和傳遞過程。

展品“小球旅行記”設置若干機構，搭建了一條傳遞小球的路徑，觀眾可以通過按鈕、手輪等互動機構讓小球完成滾動、拋射、下落等動作，使小球在精確控制的軌道上運動起來。該展品展示了物體的各種運動形式及物體運動過程中能量轉換的相關知識。

（二）現(xiàn)有展品存在的問題與不足

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

1.展品教育目標體現(xiàn)不夠充分。部分機構設置缺乏明確的教育目標，重復展現(xiàn)的機構較多，對觀眾的教育意義體現(xiàn)不充足。

2.互動點不足，互動方式較單一，探究學習的特點體現(xiàn)不足。以“鏗鏘鑼鼓”展品為例，觀眾雖然可以自主拼接機械傳動機構“模塊”，但是拼接模式單一，只能單向將模塊對接，結果也是唯一的，缺少新奇性。同時，由于互動形式的限制，觀眾的注意力都集中在搭接出的一條路徑上，沒有精力去關注“模塊”內的具體機構，起不到展示機械機構原理的作用?！靶∏蚵眯杏洝闭蛊分皇窃谀承┨囟ōh(huán)節(jié)，觀眾可以參與互動，且互動形式只是按下按鈕，釋放小球，或手搖手輪將球運動到某一點，對于展示的機構，觀眾只可觀察其運動，不能實際操作和深入探索機構的運動特點，因此觀眾對各種機構的探究性不強。

3.集成度不高，展示的機構較簡單。相對簡單的機構展示，對觀眾思維拓展的作用不明顯。同時，就傳動來說，除機械傳動外，還有電氣、液壓和氣動傳動等，目前的展項基本都是機械傳動的組合，內容不夠豐富。如果將多種傳動類型集成在一個展項中，可以極大地豐富展品的構成，優(yōu)化展品的結構，將一系列精彩的傳動機構直觀地展示在參觀者面前，使觀眾了解更多的機構原理與結構特點、優(yōu)缺點、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，展品中的機構時常出現(xiàn)不能正常運行的情況。作為大型集成互動展品，可靠性與可維護性具有更為重要的現(xiàn)實意義，展品的任何一個環(huán)節(jié)出現(xiàn)故障，都將導致展品的展示效果大打折扣，甚至無法運行。因此，在設計展品時就應該對展品的可靠性與可維護性提出更高的要求，這是設計人員應重點考慮的內容。同時，在展品制作中技術和材料方面應給予保證。

目前，科技館中傳動機構類展品受歡迎度有所降低，觀眾期待有新型展品出現(xiàn)。

二、傳動機構類展品設計中的問題

（一）如何使展品對觀眾有更大的吸引力，引導觀眾主動探究，啟迪觀眾思考

科技館展品強調激發(fā)觀眾的探索興趣，通過自主操作展品，學習科學知識、科學方法。因此，在設計展品時應想辦法讓觀眾自己操作展品，探究展品中機構的運動特點，且探究結果應能影響觀眾操作的結果，達到啟迪觀眾主動思考機構原理，拓展觀眾思維的目的。

（二）如何將機械機構、流體、電磁等形式各異且結構較為復雜的傳動機構巧妙地結合在一起，組成一套生動、有趣、互動性強的大型集成展品

由于展品展示內容專業(yè)性強，集成度高，要求設計者能科學地規(guī)劃將要展示的內容，創(chuàng)造性地設計出傳動機構組合路徑，合理設置互動點，創(chuàng)新互動形式，讓觀眾真正參與到展覽活動中。

（三）如何保持展品長期協(xié)調、順暢、安全、穩(wěn)定地運行

雖然制作展品采用的都是成熟技術，但是傳動機構集成互動展品屬于大型機電一體化展項，集成了眾多機械機構及電控系統(tǒng)。同時，倡導觀眾對展品充分參與互動，使展品的可靠性得到保障。因此，設計者需要綜合考慮，確保展品能安全穩(wěn)定地運行，保障工作人員能方便、快捷地維護展品。endprint

三、傳動機構類展品創(chuàng)新設計建議

作者參與了中國科協(xié)“科技館展品創(chuàng)新關鍵技術與標準研發(fā)及信息化平臺建設應用示范”項目“基礎科學原理解讀與探究系列展品展示關鍵技術研發(fā)”課題（編號：2015BAK34B01），負責“傳動機構集成互動展示技術研發(fā)”展品“有趣的傳遞”研制任務。為了解決上述面臨的問題，設計出滿足觀眾需求的展品，課題組創(chuàng)新設計理念，較好地完成了研制任務。展品“有趣的傳遞”由五組相互銜接，共計40余個傳動機構組成，通過要求觀眾按照既定的順序，依次傳遞一組4個黑白顏色的小球，將機械、流體、電磁等多種傳動方式巧妙地集成在一起，形成精彩的互動展示方式。結合實施項目的實踐，對傳動機構類展品創(chuàng)新設計提出以下建議：

（一）采用自上而下的設計方式

傳動機構類展品不是各種機械機構的簡單組合，不能先有機構選擇，再確定展品主題與教育目標，這樣設計出來的展品主題不明確，機構間相互關系混亂，有的機構甚至沒有教育目標或目標重復。展品“有趣的傳遞”，即采用自上而下的方式進行設計。首先，確定展品的主題與教育目標：展示不同傳動方式的原理、特點，引導觀眾在親身體驗中觀察機構運動的現(xiàn)象，產生探索的興趣，進而探究其中蘊含的驅動原理。然后，圍繞主題與教育目標，選擇要展示的機構，確保所有展示的機構都有明確的教育目標。

（二）創(chuàng)新展示理念，合理引入探究式學習方法

科技館雖然強調激發(fā)觀眾探索興趣，通過自主操作展品，學習科學知識、科學方法，但是受展廳實際運行限制，現(xiàn)階段展品設計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習中的教師，對觀眾起啟發(fā)、指導的作用，觀眾操作展品的過程，就是接受啟發(fā)的過程。參觀結束后，留給觀眾一個或幾個相關問題，比如設計一組機構，完成周期性運動；根據展品的提示，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，形成正確的科學概念。展品“有趣的傳遞”在方案設計階段，即設計了將來展出后的教育活動方案，又根據展示機構，設置了相應問題與探究方案。

（三）創(chuàng)新互動形式，引導觀眾主動探究機構特點

雖然傳動機構集成互動展品互動性比較強，但是觀眾的參與度依然不是很高，互動形式也單一，因此需要創(chuàng)新觀眾參與形式，使觀眾能主動參與到展品中，其操作結果將會直接影響傳動機構的動作結果。展品“有趣的傳遞”設置中要求將四個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構的特點才能正確將球按順序傳遞，如其中的一個環(huán)節(jié)，觀眾需要根據液壓提升機構不同的傳遞效率（同一壓強下，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，設置多條路徑，根據傳遞順序正確與否，小球將沿不同路徑傳遞，即觀眾操作的結果不唯一，以此充分調動觀眾的探索興趣，達到讓觀眾主動探究傳遞機構結構特點的目的。

（四）始終將展品安全、穩(wěn)定的運行貫穿于展教活動中

鑒于展品的復雜度以及觀眾操作的實際，在展品方案設計時，就要考慮展品的安全穩(wěn)定運行問題，采用成熟的技術達到穩(wěn)定性要求。展品“有趣的傳遞”雖然結構復雜，但傳動路徑多，且路徑間是并行關系，即便一條路徑上有機構不能正常運轉，也不影響整個展品的運行。同時，所有機構均采用模塊化設計，方便維護。

四、結語與討論

隨著科學技術的快速發(fā)展和進步以及全民素質的不斷提高，觀眾對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，科技館的展品設計人員必須依據新的形勢，以超前的思路去創(chuàng)新展品設計理念。本文基于對傳動機構集成互動展品研發(fā)存在問題及解決問題的思考和研究，對科技館展品設計理念創(chuàng)新進行的探索，提出了以上四點建議，希望本文的分析和建議能對科技館展品創(chuàng)新研發(fā)提供有益的借鑒。同時，歡迎有關專家和觀眾對本文的內容提出批評和建議，大家共同努力，為公眾特別是青少年設計研制出更多更好的展品。

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