科技馆传动机构集成互动展品的设计
范亚楠
[摘 要]传动机构集成互动展品因其互动性和启发性强，深受观众尤其是青少年的喜爱。但随着公众科学素质的迅速提升，观众对优质科普资源的需求与科技馆行业所能提供展品之间的矛盾日渐凸显。本文在对现有传动机构展品的现状、存在的问题与不足进行深入分析的基础上，结合参加“基础科学原理解读与探究系列展品展示关键技术研发”课题工作在传动机构集成互动展品研发中遇到的问题和解决问题的经验，归纳了此类展品设计研发中应注意的问题，并就如何打破瓶颈，创新展品设计提出了四点建议，该建议对一般的展品研发具有参考意义。
[关键词]科技馆 传动机构 展品 创新设计
近年来我国日益重视公众科学素养的提升，科普场馆作为传播、体验科学新知的重要平台也得到了迅猛发展，科技馆里的展品变化万千，展示手段丰富多样。但对于科技馆来说，最受观众欢迎、最能体现科技馆教育特点的还是“机电展品”，例如传动机构大型集成互动展品，因其互动性和启发性强，深受观众尤其是青少年的喜爱，是机电展品的典型代表。这类展品，以机械或机电一体化控制技术为实现手段，展示多种机械传动机构，相对于其他展品，交互体验性强，操作结果直观。
作为深受观众喜爱并具有很好展教效果潜力的一类展品，国内科技馆传动机构集成互动展品展示现状、展品研发中可能存在的问题，以及如何突破瓶颈，推动展品设计制作能力明显提升，都是展品设计人员必须充分考虑和解决的问题。本文对国内科技馆典型传动机构集成互动展品的状况及此类展品的研发现状进行分析，归纳存在的问题，思考解决问题的方法，并在此基础上对如何设计研发传动机构集成互动展品做进一步探讨，提出具体建议。
一、科技馆传动机构类展品展示现状
（一）现有展品
目前，在科技馆中，传动机构集成互动展品的典型代表是中国科技馆的“铿锵锣鼓”和“小球旅行记”两个展品。
展品“铿锵锣鼓”在高处设置一对锣鼓，观众需要利用展品提供的传动机构模块自主进行组合，形成传动链路，将观众由手轮输入的转动传递到鼓槌上，推动鼓槌运动而敲响锣或鼓。每个机械传动机构“模块”都是一个立方体，里面含有各种机械传动机构，观众只需将两个立方体的输入、输出端连接起来，就可以传递动力至鼓槌上，展示了动力传递的原理和传递过程。
展品“小球旅行记”设置若干机构，搭建了一条传递小球的路径，观众可以通过按钮、手轮等互动机构让小球完成滚动、抛射、下落等动作，使小球在精确控制的轨道上运动起来。该展品展示了物体的各种运动形式及物体运动过程中能量转换的相关知识。
（二）现有展品存在的问题与不足
上述机械传动类展品，自展出后受到了观众的欢迎与好评，实现了不错的展教效果，并迅速被国内多家科技馆借鉴。但是，随着时间推移，这些展品逐渐暴露出一些问题。
1.展品教育目标体现不够充分。部分机构设置缺乏明确的教育目标，重复展现的机构较多，对观众的教育意义体现不充足。
2.互动点不足，互动方式较单一，探究学习的特点体现不足。以“铿锵锣鼓”展品为例，观众虽然可以自主拼接机械传动机构“模块”，但是拼接模式单一，只能单向将模块对接，结果也是唯一的，缺少新奇性。同时，由于互动形式的限制，观众的注意力都集中在搭接出的一条路径上，没有精力去关注“模块”内的具体机构，起不到展示机械机构原理的作用。“小球旅行记”展品只是在某些特定环节，观众可以参与互动，且互动形式只是按下按钮，释放小球，或手摇手轮将球运动到某一点，对于展示的机构，观众只可观察其运动，不能实际操作和深入探索机构的运动特点，因此观众对各种机构的探究性不强。
3.集成度不高，展示的机构较简单。相对简单的机构展示，对观众思维拓展的作用不明显。同时，就传动来说，除机械传动外，还有电气、液压和气动传动等，目前的展项基本都是机械传动的组合，内容不够丰富。如果将多种传动类型集成在一个展项中，可以极大地丰富展品的构成，优化展品的结构，将一系列精彩的传动机构直观地展示在参观者面前，使观众了解更多的机构原理与结构特点、优缺点、适用环境等，吸引观众的注意力，激发观众的探索兴趣，具有更好的展教效果。
4.可靠性不足，展品中的机构时常出现不能正常运行的情况。作为大型集成互动展品，可靠性与可维护性具有更为重要的现实意义，展品的任何一个环节出现故障，都将导致展品的展示效果大打折扣，甚至无法运行。因此，在设计展品时就应该对展品的可靠性与可维护性提出更高的要求，这是设计人员应重点考虑的内容。同时，在展品制作中技术和材料方面应给予保证。
目前，科技馆中传动机构类展品受欢迎度有所降低，观众期待有新型展品出现。
二、传动机构类展品设计中的问题
（一）如何使展品對观众有更大的吸引力，引导观众主动探究，启迪观众思考
科技馆展品强调激发观众的探索兴趣，通过自主操作展品，学习科学知识、科学方法。因此，在设计展品时应想办法让观众自己操作展品，探究展品中机构的运动特点，且探究结果应能影响观众操作的结果，达到启迪观众主动思考机构原理，拓展观众思维的目的。
（二）如何将机械机构、流体、电磁等形式各异且结构较为复杂的传动机构巧妙地结合在一起，组成一套生动、有趣、互动性强的大型集成展品
由于展品展示内容专业性强，集成度高，要求设计者能科学地规划将要展示的内容，创造性地设计出传动机构组合路径，合理设置互动点，创新互动形式，让观众真正参与到展览活动中。
（三）如何保持展品长期协调、顺畅、安全、稳定地运行
虽然制作展品采用的都是成熟技术，但是传动机构集成互动展品属于大型机电一体化展项，集成了众多机械机构及电控系统。同时，倡导观众对展品充分参与互动，使展品的可靠性得到保障。因此，设计者需要综合考虑，确保展品能安全稳定地运行，保障工作人员能方便、快捷地维护展品。
三、传动机构类展品创新设计建议
作者参与了中国科协“科技馆展品创新关键技术与标准研发及信息化平台建设应用示范”项目“基础科学原理解读与探究系列展品展示关键技术研发”课题（编号：2015BAK34B01），负责“传动机构集成互动展示技术研发”展品“有趣的传递”研制任务。为了解决上述面临的问题，设计出满足观众需求的展品，课题组创新设计理念，较好地完成了研制任务。展品“有趣的传递”由五组相互衔接，共计40余个传动机构组成，通过要求观众按照既定的顺序，依次传递一组4个黑白颜色的小球，将机械、流体、电磁等多种传动方式巧妙地集成在一起，形成精彩的互动展示方式。结合实施项目的实践，对传动机构类展品创新设计提出以下建议：
（一）采用自上而下的设计方式
传动机构类展品不是各种机械机构的简单组合，不能先有机构选择，再确定展品主题与教育目标，这样设计出来的展品主题不明确，机构间相互关系混乱，有的机构甚至没有教育目标或目标重复。展品“有趣的传递”，即采用自上而下的方式进行设计。首先，确定展品的主题与教育目标：展示不同传动方式的原理、特点，引导观众在亲身体验中观察机构运动的现象，产生探索的兴趣，进而探究其中蕴含的驱动原理。然后，围绕主题与教育目标，选择要展示的机构，确保所有展示的机构都有明确的教育目标。
（二）创新展示理念，合理引入探究式学习方法
科技馆虽然强调激发观众探索兴趣，通过自主操作展品，学习科学知识、科学方法，但是受展厅实际运行限制，现阶段展品设计还不能完全引入探究式方法。因此，必须创新展示理念，如将展品作为探究学习中的教师，对观众起启发、指导的作用，观众操作展品的过程，就是接受启发的过程。参观结束后，留给观众一个或几个相关问题，比如设计一组机构，完成周期性运动；根据展品的提示，观众自主探究，寻找问题答案，在探究中发现特征规律，形成正确的科学概念。展品“有趣的传递”在方案设计阶段，即设计了将来展出后的教育活动方案，又根据展示机构，设置了相应问题与探究方案。
（三）创新互动形式，引导观众主动探究机构特点
虽然传动机构集成互动展品互动性比较强，但是观众的参与度依然不是很高，互动形式也单一，因此需要创新观众参与形式，使观众能主动参与到展品中，其操作结果将会直接影响传动机构的动作结果。展品“有趣的传递”设置中要求将四个黑白色的小球按照给定的顺序向后传递，为此，观众需要充分了解传递机构的特点才能正确将球按顺序传递，如其中的一个环节，观众需要根据液压提升机构不同的传递效率（同一压强下，直径不同，提升速度不同），按照给定的先后顺序，将小球依次传递到检测装置处。同时，设置多条路径，根据传递顺序正确与否，小球将沿不同路径传递，即观众操作的结果不唯一，以此充分调动观众的探索兴趣，达到让观众主动探究传递机构结构特点的目的。
（四）始终将展品安全、稳定的运行贯穿于展教活动中
鉴于展品的复杂度以及观众操作的实际，在展品方案设计时，就要考虑展品的安全稳定运行问题，采用成熟的技术达到稳定性要求。展品“有趣的传递”虽然结构复杂，但传动路径多，且路径间是并行关系，即便一条路径上有机构不能正常运转，也不影响整个展品的运行。同时，所有机构均采用模块化设计，方便维护。
四、结语与讨论
随着科学技术的快速发展和进步以及全民素质的不断提高，观众对科技馆展品的需求也在不断变化，不断提出更高的要求。因此，科技馆的展品设计人员必须依据新的形势，以超前的思路去创新展品设计理念。本文基于对传动机构集成互动展品研发存在问题及解决问题的思考和研究，对科技馆展品设计理念创新进行的探索，提出了以上四点建议，希望本文的分析和建议能对科技馆展品创新研发提供有益的借鑒。同时，欢迎有关专家和观众对本文的内容提出批评和建议，大家共同努力，为公众特别是青少年设计研制出更多更好的展品。
参考文献
[1]梁兆正，顾洁燕，忻歌，等.当代科技馆的建设与运营[M].上海：上海科学技术出版社，2013.
[2]GB 6675.2-2014 玩具安全 第2部分 机械与物理性能.
[3]胡学增，等.现代科技馆展示理念与新型展示技术发展研究[M].上海：上海科学献出版社，2006.
[4]王硕.科普产业如何做大？[N].人民政协报， 2012-06
-28（C03）.
[5]朱幼文. 科技馆展览设计导论——中国科学院研究生院人文学院2011级科学传播与新闻专业科技馆科学传播方向在职研究生课程进修班讲义[A]. 2014-04-01.
[摘 要]传动机构集成互动展品因其互动性和启发性强，深受观众尤其是青少年的喜爱。但随着公众科学素质的迅速提升，观众对优质科普资源的需求与科技馆行业所能提供展品之间的矛盾日渐凸显。本文在对现有传动机构展品的现状、存在的问题与不足进行深入分析的基础上，结合参加“基础科学原理解读与探究系列展品展示关键技术研发”课题工作在传动机构集成互动展品研发中遇到的问题和解决问题的经验，归纳了此类展品设计研发中应注意的问题，并就如何打破瓶颈，创新展品设计提出了四点建议，该建议对一般的展品研发具有参考意义。
[关键词]科技馆 传动机构 展品 创新设计
近年来我国日益重视公众科学素养的提升，科普场馆作为传播、体验科学新知的重要平台也得到了迅猛发展，科技馆里的展品变化万千，展示手段丰富多样。但对于科技馆来说，最受观众欢迎、最能体现科技馆教育特点的还是“机电展品”，例如传动机构大型集成互动展品，因其互动性和启发性强，深受观众尤其是青少年的喜爱，是机电展品的典型代表。这类展品，以机械或机电一体化控制技术为实现手段，展示多种机械传动机构，相对于其他展品，交互体验性强，操作结果直观。
作为深受观众喜爱并具有很好展教效果潜力的一类展品，国内科技馆传动机构集成互动展品展示现状、展品研发中可能存在的问题，以及如何突破瓶颈，推动展品设计制作能力明显提升，都是展品设计人员必须充分考虑和解决的问题。本文对国内科技馆典型传动机构集成互动展品的状况及此类展品的研发现状进行分析，归纳存在的问题，思考解决问题的方法，并在此基础上对如何设计研发传动机构集成互动展品做进一步探讨，提出具体建议。
一、科技馆传动机构类展品展示现状
（一）现有展品
目前，在科技馆中，传动机构集成互动展品的典型代表是中国科技馆的“铿锵锣鼓”和“小球旅行记”两个展品。
展品“铿锵锣鼓”在高处设置一对锣鼓，观众需要利用展品提供的传动机构模块自主进行组合，形成传动链路，将观众由手轮输入的转动传递到鼓槌上，推动鼓槌运动而敲响锣或鼓。每个机械传动机构“模块”都是一个立方体，里面含有各种机械传动机构，观众只需将两个立方体的输入、输出端连接起来，就可以传递动力至鼓槌上，展示了动力传递的原理和传递过程。
展品“小球旅行记”设置若干机构，搭建了一条传递小球的路径，观众可以通过按钮、手轮等互动机构让小球完成滚动、抛射、下落等动作，使小球在精确控制的轨道上运动起来。该展品展示了物体的各种运动形式及物体运动过程中能量转换的相关知识。
（二）现有展品存在的问题与不足
上述机械传动类展品，自展出后受到了观众的欢迎与好评，实现了不错的展教效果，并迅速被国内多家科技馆借鉴。但是，随着时间推移，这些展品逐渐暴露出一些问题。
1.展品教育目标体现不够充分。部分机构设置缺乏明确的教育目标，重复展现的机构较多，对观众的教育意义体现不充足。
2.互动点不足，互动方式较单一，探究学习的特点体现不足。以“铿锵锣鼓”展品为例，观众虽然可以自主拼接机械传动机构“模块”，但是拼接模式单一，只能单向将模块对接，结果也是唯一的，缺少新奇性。同时，由于互动形式的限制，观众的注意力都集中在搭接出的一条路径上，没有精力去关注“模块”内的具体机构，起不到展示机械机构原理的作用。“小球旅行记”展品只是在某些特定环节，观众可以参与互动，且互动形式只是按下按钮，释放小球，或手摇手轮将球运动到某一点，对于展示的机构，观众只可观察其运动，不能实际操作和深入探索机构的运动特点，因此观众对各种机构的探究性不强。
3.集成度不高，展示的机构较简单。相对简单的机构展示，对观众思维拓展的作用不明显。同时，就传动来说，除机械传动外，还有电气、液压和气动传动等，目前的展项基本都是机械传动的组合，内容不够丰富。如果将多种传动类型集成在一个展项中，可以极大地丰富展品的构成，优化展品的结构，将一系列精彩的传动机构直观地展示在参观者面前，使观众了解更多的机构原理与结构特点、优缺点、适用环境等，吸引观众的注意力，激发观众的探索兴趣，具有更好的展教效果。
4.可靠性不足，展品中的机构时常出现不能正常运行的情况。作为大型集成互动展品，可靠性与可维护性具有更为重要的现实意义，展品的任何一个环节出现故障，都将导致展品的展示效果大打折扣，甚至无法运行。因此，在设计展品时就应该对展品的可靠性与可维护性提出更高的要求，这是设计人员应重点考虑的内容。同时，在展品制作中技术和材料方面应给予保证。
目前，科技馆中传动机构类展品受欢迎度有所降低，观众期待有新型展品出现。
二、传动机构类展品设计中的问题
（一）如何使展品對观众有更大的吸引力，引导观众主动探究，启迪观众思考
科技馆展品强调激发观众的探索兴趣，通过自主操作展品，学习科学知识、科学方法。因此，在设计展品时应想办法让观众自己操作展品，探究展品中机构的运动特点，且探究结果应能影响观众操作的结果，达到启迪观众主动思考机构原理，拓展观众思维的目的。
（二）如何将机械机构、流体、电磁等形式各异且结构较为复杂的传动机构巧妙地结合在一起，组成一套生动、有趣、互动性强的大型集成展品
由于展品展示内容专业性强，集成度高，要求设计者能科学地规划将要展示的内容，创造性地设计出传动机构组合路径，合理设置互动点，创新互动形式，让观众真正参与到展览活动中。
（三）如何保持展品长期协调、顺畅、安全、稳定地运行
虽然制作展品采用的都是成熟技术，但是传动机构集成互动展品属于大型机电一体化展项，集成了众多机械机构及电控系统。同时，倡导观众对展品充分参与互动，使展品的可靠性得到保障。因此，设计者需要综合考虑，确保展品能安全稳定地运行，保障工作人员能方便、快捷地维护展品。
三、传动机构类展品创新设计建议
作者参与了中国科协“科技馆展品创新关键技术与标准研发及信息化平台建设应用示范”项目“基础科学原理解读与探究系列展品展示关键技术研发”课题（编号：2015BAK34B01），负责“传动机构集成互动展示技术研发”展品“有趣的传递”研制任务。为了解决上述面临的问题，设计出满足观众需求的展品，课题组创新设计理念，较好地完成了研制任务。展品“有趣的传递”由五组相互衔接，共计40余个传动机构组成，通过要求观众按照既定的顺序，依次传递一组4个黑白颜色的小球，将机械、流体、电磁等多种传动方式巧妙地集成在一起，形成精彩的互动展示方式。结合实施项目的实践，对传动机构类展品创新设计提出以下建议：
（一）采用自上而下的设计方式
传动机构类展品不是各种机械机构的简单组合，不能先有机构选择，再确定展品主题与教育目标，这样设计出来的展品主题不明确，机构间相互关系混乱，有的机构甚至没有教育目标或目标重复。展品“有趣的传递”，即采用自上而下的方式进行设计。首先，确定展品的主题与教育目标：展示不同传动方式的原理、特点，引导观众在亲身体验中观察机构运动的现象，产生探索的兴趣，进而探究其中蕴含的驱动原理。然后，围绕主题与教育目标，选择要展示的机构，确保所有展示的机构都有明确的教育目标。
（二）创新展示理念，合理引入探究式学习方法
科技馆虽然强调激发观众探索兴趣，通过自主操作展品，学习科学知识、科学方法，但是受展厅实际运行限制，现阶段展品设计还不能完全引入探究式方法。因此，必须创新展示理念，如将展品作为探究学习中的教师，对观众起启发、指导的作用，观众操作展品的过程，就是接受启发的过程。参观结束后，留给观众一个或几个相关问题，比如设计一组机构，完成周期性运动；根据展品的提示，观众自主探究，寻找问题答案，在探究中发现特征规律，形成正确的科学概念。展品“有趣的传递”在方案设计阶段，即设计了将来展出后的教育活动方案，又根据展示机构，设置了相应问题与探究方案。
（三）创新互动形式，引导观众主动探究机构特点
虽然传动机构集成互动展品互动性比较强，但是观众的参与度依然不是很高，互动形式也单一，因此需要创新观众参与形式，使观众能主动参与到展品中，其操作结果将会直接影响传动机构的动作结果。展品“有趣的传递”设置中要求将四个黑白色的小球按照给定的顺序向后传递，为此，观众需要充分了解传递机构的特点才能正确将球按顺序传递，如其中的一个环节，观众需要根据液压提升机构不同的传递效率（同一压强下，直径不同，提升速度不同），按照给定的先后顺序，将小球依次传递到检测装置处。同时，设置多条路径，根据传递顺序正确与否，小球将沿不同路径传递，即观众操作的结果不唯一，以此充分调动观众的探索兴趣，达到让观众主动探究传递机构结构特点的目的。
（四）始终将展品安全、稳定的运行贯穿于展教活动中
鉴于展品的复杂度以及观众操作的实际，在展品方案设计时，就要考虑展品的安全稳定运行问题，采用成熟的技术达到稳定性要求。展品“有趣的传递”虽然结构复杂，但传动路径多，且路径间是并行关系，即便一条路径上有机构不能正常运转，也不影响整个展品的运行。同时，所有机构均采用模块化设计，方便维护。
四、结语与讨论
随着科学技术的快速发展和进步以及全民素质的不断提高，观众对科技馆展品的需求也在不断变化，不断提出更高的要求。因此，科技馆的展品设计人员必须依据新的形势，以超前的思路去创新展品设计理念。本文基于对传动机构集成互动展品研发存在问题及解决问题的思考和研究，对科技馆展品设计理念创新进行的探索，提出了以上四点建议，希望本文的分析和建议能对科技馆展品创新研发提供有益的借鑒。同时，欢迎有关专家和观众对本文的内容提出批评和建议，大家共同努力，为公众特别是青少年设计研制出更多更好的展品。
参考文献
[1]梁兆正，顾洁燕，忻歌，等.当代科技馆的建设与运营[M].上海：上海科学技术出版社，2013.
[2]GB 6675.2-2014 玩具安全 第2部分 机械与物理性能.
[3]胡学增，等.现代科技馆展示理念与新型展示技术发展研究[M].上海：上海科学献出版社，2006.
[4]王硕.科普产业如何做大？[N].人民政协报， 2012-06
-28（C03）.
[5]朱幼文. 科技馆展览设计导论——中国科学院研究生院人文学院2011级科学传播与新闻专业科技馆科学传播方向在职研究生课程进修班讲义[A]. 2014-04-01.
