張 頌

浙江大學，浙江杭州 310000

科普場館中機械設(shè)備的引進和使用研究

張 頌

浙江大學，浙江杭州 310000

機械設(shè)備是科普場館中很重要的一個組成部分，在科學現(xiàn)象的演示和科學原理的解釋中發(fā)揮著不可替代的作用。本文主要研究的是如何合理的引進機械設(shè)備來更好的輔助科普場館的展教工作，以及如何科學地使用機械設(shè)備來充分發(fā)揮其價值。

科普場館；機械設(shè)備；合理引進；科學使用

機械設(shè)備種類繁多，機械設(shè)備運行時，有一些部件甚至本身可進行不同形式的機械運動。機械設(shè)備由驅(qū)動裝置、變速裝置、傳動裝置、工作裝置、制動裝置、防護裝置、潤滑系統(tǒng)、冷卻系統(tǒng)等部分組成[1]?？破請鲳^中的機械設(shè)備在展示聲光、電磁、力學、航天、信息、材料等科學知識的過程中具有不可替代的作用，如果沒有機械設(shè)備的動態(tài)展示，僅僅依靠場館內(nèi)的一些靜態(tài)展品是很難達到科學傳播和科普教育的目的。

1 科普場館中和機械設(shè)備有關(guān)的問題

一般說來，采購和維護機械設(shè)備的經(jīng)費占了科普場館年度支出的很大一部分，盡管科普場館每年都會有不少的投入，但是就目前的現(xiàn)狀來看，這筆不少的投入似乎并沒有獲得最好的成效。

1.1 機械設(shè)備引入層次機構(gòu)不合理

以浙江省科技館的機械設(shè)備為例，目前館內(nèi)用于科普展示的有登月火箭裝置、戲水池設(shè)備、瞭望燈塔、拋物線傳令設(shè)備、舞動的花壇、會說話的椅子、方輪車等[2]。從現(xiàn)有的這些機械設(shè)備可以看出該館大多是一些基礎(chǔ)體驗型的設(shè)備，缺少一些能夠極大程度激發(fā)參觀者興趣的現(xiàn)代化機械設(shè)備。該館中缺乏新一代的智能機器人、3D打印設(shè)備、虛擬和增強現(xiàn)實設(shè)備、人機交互設(shè)備、可穿戴設(shè)備等對于青少年的科學探究具有指導性意義的機械設(shè)備。

1.2 機械設(shè)備的使用不科學

1.2.1 污染問題

任何機械在使用過程中都會產(chǎn)生一定程度的振動，在科普場館中的機械設(shè)備每天都會使用很長時間，長時間的不間斷使用使得機械的零部件受損嚴重，而科普場館的工作人員大多忙于講解工作而疏忽對于設(shè)備的檢查和維護，長此以往，這些受損的零部件通常都會破壞掉機械設(shè)備的動態(tài)平衡從而產(chǎn)生很大的噪音，對參觀人員形成干擾。此外，由于零部件的損耗，一些燃油的機械設(shè)備會有燃油泄漏，對于科普場館的環(huán)境會產(chǎn)生污染，嚴重的甚至會成為安全隱患。

1.2.2 損耗問題

科普場館中的機械設(shè)備是為了展教工作而服務(wù)的，設(shè)計人員在進行機械設(shè)計的時候就已經(jīng)對節(jié)省人力這一要素進行了充分的考慮，參觀者是很輕松地就可以獲得體驗。但很多參觀者在使用這些機械設(shè)備時通常都會過度用力，把館內(nèi)的設(shè)備當成健身器材來使用，這些機械設(shè)備長時間處于超載荷的工作壓力之下，使用壽命會遠遠短于預期壽命。所以機械設(shè)備的損耗是我國科普場館存在的比較嚴重的問題。

1.2.3 維護問題

設(shè)備的現(xiàn)場使用與維修的效果歸根到底是由人員的素養(yǎng)決定的[3]。我國科普場館工作人員的設(shè)備維護素養(yǎng)不高，館內(nèi)的機械設(shè)備在平時的使用過程中基本上沒有得到很好的維護，通常的做法是設(shè)備嚴重損壞后才會進行檢修，但這時候往往已經(jīng)無濟于事。所以科普場館高價購買和引進的設(shè)備通常在短短幾年之內(nèi)就會成為一堆廢鐵，造成了財力和物力的浪費。

2 科普場館如何合理的引進機械設(shè)備

2.1 類型要豐富，層次結(jié)構(gòu)要完整

科普場館教育資源是伴隨觀眾需求的產(chǎn)生而產(chǎn)生，其核心是具有吸引科普場館觀眾的屬性[4]。僅僅依靠一些簡單的操作體驗式設(shè)備可以讓參觀者獲得一時的歡樂，但很難真正的吸引到他們，也很難激發(fā)他們進一步探究的興趣。科普場館應該提供一些能開闊受眾眼界的設(shè)備，這些設(shè)備不僅僅是娛樂性，還有前瞻性和啟發(fā)性。

智能機器人是融合控制、材料、力學、電子、信息等現(xiàn)代學科于一體的機械設(shè)備，它的引入將會使場館的科普活動更具吸引力。目前我國只有少數(shù)幾家場館引入了為數(shù)不多的類似設(shè)備，在未來幾年，科普場館可以通過與相關(guān)企業(yè)合作的方式引入一些工業(yè)機器人、模塊化機器人、智能仿真機器人的等機械設(shè)備。此外，像3D打印技術(shù)，是數(shù)字制造技術(shù)的重要形式，但是很多人對此并不了解。2013年上海科技館“3D打印科普展示的建議”課題組對來自全國500名觀眾進行抽樣調(diào)查，數(shù)據(jù)顯示僅有14%的受訪者對3D打印技術(shù)有一定的了解，與此同時對全國36所省市級科普場館進行調(diào)查，也僅有6所場館引進了3D打印設(shè)備[5]。毫無疑問，這種前沿的而大眾又知之甚少的科學知識應該是科普場館科普工作的重中之重。另外，像AR(增強現(xiàn)實）設(shè)備、VR(虛擬現(xiàn)實）設(shè)備、谷歌眼鏡等可穿戴機械設(shè)備的引入都可以使得科普場館更好的發(fā)揮普及科學前沿知識的功能。

2.2 要考慮利用率和適用性

科普場館引入機械設(shè)備是為了服務(wù)科普工作，所引進的設(shè)備首先要能夠滿足科普的需求，其次還應該具有很高的利用率，也就是我們通常所說的性價比。比如科技館里常見的最速降線實驗，一部分科技館為每條軌道安裝了自動投球器和高精度的電子計時機械設(shè)備，讓觀眾能“精確把握”小球在每條軌道滾動所需的時間。引進的機械設(shè)備固然是能夠起到計量的效果，但實際上，這個實驗目的只是對擺線的性質(zhì)進行定性展示，而非定量展示，因此在它上面追求所謂的“精密”是完全沒有必要的[6]。

除了性價比是要考慮的外，適用性也是一個很重要的因素。在引進機械設(shè)備時要考慮到場館展品的實際情況，比如想引進一個火箭發(fā)射裝置，就先得考慮一下場館中是否有相關(guān)的航天系列展品，否則就僅僅引進這么一個機械設(shè)備并不能起到很好的效果。當然，如果配以衛(wèi)星云圖、太空失重體驗、月球概貌、行星軌跡模擬等一系列的科普展品或展區(qū)，這個引進的新設(shè)備就顯得十分有意義了。

2.3 注重引進設(shè)備的環(huán)保性與安全性

科普場館在準備引進機械設(shè)備時還應該考慮到所引進的設(shè)備是否會對場館的展示環(huán)境造成污染。2009年廈門市科技館準備引進一種地震模擬的機械設(shè)備。當時有兩種選擇，一種是采用電液伺服驅(qū)動機械擺動機構(gòu)的機械設(shè)備，這種設(shè)備價格比較適中，但是機械沖擊大、機械噪聲大。另外一種是采用電液伺服驅(qū)動搖桿機構(gòu)的機械設(shè)備，這種造價高，無機械沖擊和機械噪聲[7]。最終就是考慮到環(huán)境因素，科技館引進了第二種設(shè)備。此外該科技館還引進了全面液壓污染控制設(shè)備，確保了液壓伺服系統(tǒng)清潔度和工作可靠性，采用先進的液壓連接與密封結(jié)構(gòu)，避免了高頻震動液壓部件及液壓管路的外泄漏。雖然引進的第二種機械設(shè)備成本更高，但是這種設(shè)備的引進起到了很好的效果，事實也確實如此，這種設(shè)備引進三天就接納體驗觀眾近3000人次，極大的豐富了觀眾關(guān)于地震方面的科學知識。

除了環(huán)保因素，安全因素也是很重要的。青少年兒童是科普場館進行科普教育的主要對象，但由于這一類人群好奇心比較強，喜歡動手操作，很多時候自己不能察覺到危險狀況。因此科普場館在引進機械設(shè)備時應該充分考慮到設(shè)備的安全系數(shù)，對于一些大型的機械設(shè)備在引進時要引進相應的漏電報警設(shè)備、紅外監(jiān)測設(shè)備、應急關(guān)停設(shè)備，提高設(shè)備的安全性能。

2.4 重視流動性機械設(shè)備的引入

科普場館的科普教育功能不能僅僅局限于在科普場館之內(nèi)，應該在場館常規(guī)展覽之外面向社會進行科普宣傳。在場館之外的科普工作中，科普大篷車這一類型的流動性機械設(shè)備發(fā)揮著很大的作用，但是目前我國科普場館的科普大篷車并不多見，這樣使得本來就很難開展的館外科普教育工作變得更加困難。

科普大篷車可實現(xiàn)科普展品展示、廣播宣傳、多媒體教學、現(xiàn)場咨詢、科普資料的發(fā)放、科普影視資料的播放，以及夜間廣場科普宣傳等多種功能[8]。在科普周日科普周科普月等大型活動中能夠節(jié)省很多人力物力，同時因為它的流動性和便捷性可以有效解決我國基層科普活動不足的問題。因此，在進行機械設(shè)備的引進時，科普場館應該加大在流動性機械設(shè)備方面的投入力度。

2.5 增強引進設(shè)備的人機互動性

人機互動，顧名思義，是人與機器之間的互動，但此互動方式中的機器并不是人—物互動中的實物或模型，而是智能優(yōu)化后的計算機裝置，包括多媒體查詢儀器、手觸多媒體裝置、電腦等[9]。例如在北京汽車博物館中的安全性能實驗室，觀眾可以借助于一些輔助性設(shè)備實現(xiàn)對汽車的虛擬控制，在獲得駕駛體驗的同時還有助于參觀者對汽車結(jié)構(gòu)和性能的了解。中國鐵道博物館中的鐵路輪渡體驗設(shè)備也融入了人機交互的功能。此外通過基于Kinect的體感控制技術(shù)可以實現(xiàn)人機的操作型互動、體驗型互動、沉浸式互動[10]。隨著互聯(lián)網(wǎng)和計算機技術(shù)的發(fā)展和應用，在未來的科普場館中機械設(shè)備不能僅僅只是一個運動著的機構(gòu)，應該能夠?qū)崿F(xiàn)和參觀者的互動，只有這樣才能真正讓參觀者參與到展教工作中來。因此，在引進機械設(shè)備時，應該考慮引進一些能夠?qū)崿F(xiàn)人機互動型的設(shè)備。

3 科普場館如何科學的使用機械設(shè)備

3.1 制定嚴格的保護制度

科普場館內(nèi)的機械設(shè)備容易損壞很重要的一個原因就是沒有形成嚴格的保護制度。具體說來，可以從以下幾個方面來進行規(guī)范使用。1）場館內(nèi)的每臺機械設(shè)備應該有具體明確的負責人，負責設(shè)備的啟動和關(guān)停，應該合理安排機械的使用時間；2）部分設(shè)備是針對青少年兒童特定設(shè)計的，它的承受載荷和壓力也只是在某個范圍之內(nèi)，對于這樣的機械設(shè)備應該嚴格禁止不符條件的參觀者使用；3）除了有專人負責設(shè)備之外，還應該定期對設(shè)備進行檢測、維護和清洗，而且周期不能過長。

3.2 提升科普場館工作人員的能力

很多時候，科普場館也意識到了設(shè)備維護的重要性，但是由于工作人員對于機械設(shè)備使用和維護方面的能力不夠，面對設(shè)備損壞這一難題他們也是有心無力。因此，科學使用機械設(shè)備的一個關(guān)鍵就是培養(yǎng)工作人員在這方面的素養(yǎng)，只有如此才能夠防微杜漸。

設(shè)備損壞的原因百分之八十是由于維護使用不當所引起的，使用不當會加劇設(shè)備零部件的磨損，維護不當導致設(shè)備管路堵塞[11]。就目前看來，科普場館機械設(shè)備操作人員的三好(即管好、用好、修好)四會(即會使用、會保養(yǎng)、會檢查、會排除故障)沒有真正地落實好。因此科普場館要重視對全員生產(chǎn)維修(TPM)及5S(整理、整頓、清潔、清掃、素養(yǎng))管理等方面的培訓，提升場館工作人員相關(guān)方面的能力。

3.3 使用輔助技術(shù)設(shè)備實行監(jiān)測和維護

在機械設(shè)備的正常使用過程中，科普場館可以采用一些技術(shù)手段來對機械設(shè)備進行保護，從而延長機械的使用壽命。比如可以采用電刷鍍、電弧噴涂等表面工程技術(shù)。此外也可以使用計算機網(wǎng)絡(luò)化輔助設(shè)備實時監(jiān)測反饋，以及多媒體技術(shù)、聲發(fā)射技術(shù)對機械設(shè)備的故障進行診斷。

3.4 進行二次研發(fā)和改進

對機械設(shè)備的科學使用不僅僅包括對正常工作設(shè)備的監(jiān)測和維護，也應該包括對損壞的和面臨淘汰的機械設(shè)備的科學使用。在科普場館中，由于普及科學知識的需要，機械設(shè)備更新?lián)Q代周期比較短，很多設(shè)備在短短幾年之內(nèi)會被淘汰。當前，在全國絕大多數(shù)的科普場館中，損壞的或被淘汰的機械設(shè)備通常會被當成廢鐵移到場館的倉庫中去，當初購買的高價設(shè)備在短短幾年之內(nèi)就似乎變得一文不值。科學使用機械設(shè)備，就要求我們的科普場館能夠發(fā)揮自己的創(chuàng)造性和能動性對這些設(shè)備進行研發(fā)改進，其實很多設(shè)備的零部件都是可以繼續(xù)使用，只需要采用一些新的技術(shù)融入一些新的元素就能夠成為一個新的能滿足時代需求的設(shè)備。在對機械設(shè)備進行二次研發(fā)和改進的過程中，會遇到一些技術(shù)上的難題，可以采用與高?？蒲袉挝换蛘呦嚓P(guān)企業(yè)進行合作的方式共同解決。這樣不僅能為科普場館節(jié)省很大一筆開支、充分高效地利用現(xiàn)有資源，還可以促進館校核館企的合作，增大科普場館科教育的輻射力。

4 結(jié)論

總之，合理引進和科學使用機械設(shè)備是“科學發(fā)展觀”戰(zhàn)略思想的重要體現(xiàn)。它不僅能提高科普場館對公眾的吸引力，保證科普場館的前沿性和引領(lǐng)性，還可以節(jié)省場館的資金、充分高效地利用現(xiàn)有資源，促進科普場館的健康發(fā)展，增強其核心競爭力。

[1]百度百科.http://baike.baidu.com/link?url=b3CR_ V0mMFZc-ZX8IWzvoqNVKrx8cAeUpS321ugOGYpbwiIPRq1y0uvTix7 sHMfgJhyhfzTv_PYYMXxv1HWj8.

[2]浙江省科技館官網(wǎng).http://www.zjstm.org/PicList. aspx?ClassID=2009072517200569.

[3]孟憲芹.淺析機械設(shè)備管理中存在的問題[J].機械研究與應用，2015（3）.

[4]孫瑩.科普場館教育功能的類型及其實現(xiàn)機制[J].理論導刊，2012（2）.

[5]張倩，馮冬磊.淺探國內(nèi)3D打印技術(shù)的展示現(xiàn)狀及應用前景[J].2014（16）.

[6]王賢.我國科技館展品損壞的問題分析及對策[J].科技傳播，2015（8）.

[7]郁紅萍.從地震模擬平臺的研制應用談科技館科普展項研發(fā)應重視的若干問題[J].科協(xié)論壇，2011（8）.

[8]李小甌，盛業(yè)濤，邢金龍，馮帥將.國內(nèi)外流動科普裝備綜述[J].科普研究，2007（8）.

[9]張安玲，李大光.北京專業(yè)科技館互動展示現(xiàn)狀淺析[J].科普研究，2013（2）.

[10]榮竹，羅曉晞.基于Kinect 的體感控制技術(shù)在科普展項創(chuàng)新設(shè)計中的應用研究[J].現(xiàn)代機械，2013（4）.

[11]孟憲芹.淺析機械設(shè)備管理中存在的問題[J].機械研究與應用，2015（3）.

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1674-6708（2015）144-0086-02

張頌，工學學士，浙江大學教育學院碩士研究生，研究方向：科普活動策劃、科普資源管理