科普?qǐng)鲳^中機(jī)械設(shè)備的引進(jìn)和使用研究

張 頌

浙江大學(xué)，浙江杭州 310000

科普?qǐng)鲳^中機(jī)械設(shè)備的引進(jìn)和使用研究

張 頌

浙江大學(xué)，浙江杭州 310000

機(jī)械設(shè)備是科普?qǐng)鲳^中很重要的一個(gè)組成部分，在科學(xué)現(xiàn)象的演示和科學(xué)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(jìn)機(jī)械設(shè)備來(lái)更好的輔助科普?qǐng)鲳^的展教工作，以及如何科學(xué)地使用機(jī)械設(shè)備來(lái)充分發(fā)揮其價(jià)值。

科普?qǐng)鲳^；機(jī)械設(shè)備；合理引進(jìn)；科學(xué)使用

機(jī)械設(shè)備種類(lèi)繁多，機(jī)械設(shè)備運(yùn)行時(shí)，有一些部件甚至本身可進(jìn)行不同形式的機(jī)械運(yùn)動(dòng)。機(jī)械設(shè)備由驅(qū)動(dòng)裝置、變速裝置、傳動(dòng)裝置、工作裝置、制動(dòng)裝置、防護(hù)裝置、潤(rùn)滑系統(tǒng)、冷卻系統(tǒng)等部分組成[1]?？破?qǐng)鲳^中的機(jī)械設(shè)備在展示聲光、電磁、力學(xué)、航天、信息、材料等科學(xué)知識(shí)的過(guò)程中具有不可替代的作用，如果沒(méi)有機(jī)械設(shè)備的動(dòng)態(tài)展示，僅僅依靠場(chǎng)館內(nèi)的一些靜態(tài)展品是很難達(dá)到科學(xué)傳播和科普教育的目的。

1 科普?qǐng)鲳^中和機(jī)械設(shè)備有關(guān)的問(wèn)題

一般說(shuō)來(lái)，采購(gòu)和維護(hù)機(jī)械設(shè)備的經(jīng)費(fèi)占了科普?qǐng)鲳^年度支出的很大一部分，盡管科普?qǐng)鲳^每年都會(huì)有不少的投入，但是就目前的現(xiàn)狀來(lái)看，這筆不少的投入似乎并沒(méi)有獲得最好的成效。

1.1 機(jī)械設(shè)備引入層次機(jī)構(gòu)不合理

以浙江省科技館的機(jī)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(xiàn)傳令設(shè)備、舞動(dòng)的花壇、會(huì)說(shuō)話(huà)的椅子、方輪車(chē)等[2]。從現(xiàn)有的這些機(jī)械設(shè)備可以看出該館大多是一些基礎(chǔ)體驗(yàn)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(jī)械設(shè)備。該館中缺乏新一代的智能機(jī)器人、3D打印設(shè)備、虛擬和增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)設(shè)備、人機(jī)交互設(shè)備、可穿戴設(shè)備等對(duì)于青少年的科學(xué)探究具有指導(dǎo)性意義的機(jī)械設(shè)備。

1.2 機(jī)械設(shè)備的使用不科學(xué)

1.2.1 污染問(wèn)題

任何機(jī)械在使用過(guò)程中都會(huì)產(chǎn)生一定程度的振動(dòng)，在科普?qǐng)鲳^中的機(jī)械設(shè)備每天都會(huì)使用很長(zhǎng)時(shí)間，長(zhǎng)時(shí)間的不間斷使用使得機(jī)械的零部件受損嚴(yán)重，而科普?qǐng)鲳^的工作人員大多忙于講解工作而疏忽對(duì)于設(shè)備的檢查和維護(hù)，長(zhǎng)此以往，這些受損的零部件通常都會(huì)破壞掉機(jī)械設(shè)備的動(dòng)態(tài)平衡從而產(chǎn)生很大的噪音，對(duì)參觀人員形成干擾。此外，由于零部件的損耗，一些燃油的機(jī)械設(shè)備會(huì)有燃油泄漏，對(duì)于科普?qǐng)鲳^的環(huán)境會(huì)產(chǎn)生污染，嚴(yán)重的甚至?xí)蔀榘踩[患。

1.2.2 損耗問(wèn)題

科普?qǐng)鲳^中的機(jī)械設(shè)備是為了展教工作而服務(wù)的，設(shè)計(jì)人員在進(jìn)行機(jī)械設(shè)計(jì)的時(shí)候就已經(jīng)對(duì)節(jié)省人力這一要素進(jìn)行了充分的考慮，參觀者是很輕松地就可以獲得體驗(yàn)。但很多參觀者在使用這些機(jī)械設(shè)備時(shí)通常都會(huì)過(guò)度用力，把館內(nèi)的設(shè)備當(dāng)成健身器材來(lái)使用，這些機(jī)械設(shè)備長(zhǎng)時(shí)間處于超載荷的工作壓力之下，使用壽命會(huì)遠(yuǎn)遠(yuǎn)短于預(yù)期壽命。所以機(jī)械設(shè)備的損耗是我國(guó)科普?qǐng)鲳^存在的比較嚴(yán)重的問(wèn)題。

1.2.3 維護(hù)問(wèn)題

設(shè)備的現(xiàn)場(chǎng)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(guó)科普?qǐng)鲳^工作人員的設(shè)備維護(hù)素養(yǎng)不高，館內(nèi)的機(jī)械設(shè)備在平時(shí)的使用過(guò)程中基本上沒(méi)有得到很好的維護(hù)，通常的做法是設(shè)備嚴(yán)重?fù)p壞后才會(huì)進(jìn)行檢修，但這時(shí)候往往已經(jīng)無(wú)濟(jì)于事。所以科普?qǐng)鲳^高價(jià)購(gòu)買(mǎi)和引進(jìn)的設(shè)備通常在短短幾年之內(nèi)就會(huì)成為一堆廢鐵，造成了財(cái)力和物力的浪費(fèi)。

2 科普?qǐng)鲳^如何合理的引進(jìn)機(jī)械設(shè)備

2.1 類(lèi)型要豐富，層次結(jié)構(gòu)要完整

科普?qǐng)鲳^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?qǐng)鲳^觀眾的屬性[4]。僅僅依靠一些簡(jiǎn)單的操作體驗(yàn)式設(shè)備可以讓參觀者獲得一時(shí)的歡樂(lè)，但很難真正的吸引到他們，也很難激發(fā)他們進(jìn)一步探究的興趣?？破?qǐng)鲳^應(yīng)該提供一些能開(kāi)闊受眾眼界的設(shè)備，這些設(shè)備不僅僅是娛樂(lè)性，還有前瞻性和啟發(fā)性。

智能機(jī)器人是融合控制、材料、力學(xué)、電子、信息等現(xiàn)代學(xué)科于一體的機(jī)械設(shè)備，它的引入將會(huì)使場(chǎng)館的科普活動(dòng)更具吸引力。目前我國(guó)只有少數(shù)幾家場(chǎng)館引入了為數(shù)不多的類(lèi)似設(shè)備，在未來(lái)幾年，科普?qǐng)鲳^可以通過(guò)與相關(guān)企業(yè)合作的方式引入一些工業(yè)機(jī)器人、模塊化機(jī)器人、智能仿真機(jī)器人的等機(jī)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(duì)此并不了解。2013年上?？萍拣^“3D打印科普展示的建議”課題組對(duì)來(lái)自全國(guó)500名觀眾進(jìn)行抽樣調(diào)查，數(shù)據(jù)顯示僅有14%的受訪者對(duì)3D打印技術(shù)有一定的了解，與此同時(shí)對(duì)全國(guó)36所省市級(jí)科普?qǐng)鲳^進(jìn)行調(diào)查，也僅有6所場(chǎng)館引進(jìn)了3D打印設(shè)備[5]。毫無(wú)疑問(wèn)，這種前沿的而大眾又知之甚少的科學(xué)知識(shí)應(yīng)該是科普?qǐng)鲳^科普工作的重中之重。另外，像AR(增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)）設(shè)備、VR(虛擬現(xiàn)實(shí)）設(shè)備、谷歌眼鏡等可穿戴機(jī)械設(shè)備的引入都可以使得科普?qǐng)鲳^更好的發(fā)揮普及科學(xué)前沿知識(shí)的功能。

2.2 要考慮利用率和適用性

科普?qǐng)鲳^引入機(jī)械設(shè)備是為了服務(wù)科普工作，所引進(jìn)的設(shè)備首先要能夠滿(mǎn)足科普的需求，其次還應(yīng)該具有很高的利用率，也就是我們通常所說(shuō)的性?xún)r(jià)比。比如科技館里常見(jiàn)的最速降線(xiàn)實(shí)驗(yàn)，一部分科技館為每條軌道安裝了自動(dòng)投球器和高精度的電子計(jì)時(shí)機(jī)械設(shè)備，讓觀眾能“精確把握”小球在每條軌道滾動(dòng)所需的時(shí)間。引進(jìn)的機(jī)械設(shè)備固然是能夠起到計(jì)量的效果，但實(shí)際上，這個(gè)實(shí)驗(yàn)?zāi)康闹皇菍?duì)擺線(xiàn)的性質(zhì)進(jìn)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(méi)有必要的[6]。

除了性?xún)r(jià)比是要考慮的外，適用性也是一個(gè)很重要的因素。在引進(jìn)機(jī)械設(shè)備時(shí)要考慮到場(chǎng)館展品的實(shí)際情況，比如想引進(jìn)一個(gè)火箭發(fā)射裝置，就先得考慮一下場(chǎng)館中是否有相關(guān)的航天系列展品，否則就僅僅引進(jìn)這么一個(gè)機(jī)械設(shè)備并不能起到很好的效果。當(dāng)然，如果配以衛(wèi)星云圖、太空失重體驗(yàn)、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(gè)引進(jìn)的新設(shè)備就顯得十分有意義了。

2.3 注重引進(jìn)設(shè)備的環(huán)保性與安全性

科普?qǐng)鲳^在準(zhǔn)備引進(jìn)機(jī)械設(shè)備時(shí)還應(yīng)該考慮到所引進(jìn)的設(shè)備是否會(huì)對(duì)場(chǎng)館的展示環(huán)境造成污染。2009年廈門(mén)市科技館準(zhǔn)備引進(jìn)一種地震模擬的機(jī)械設(shè)備。當(dāng)時(shí)有兩種選擇，一種是采用電液伺服驅(qū)動(dòng)機(jī)械擺動(dòng)機(jī)構(gòu)的機(jī)械設(shè)備，這種設(shè)備價(jià)格比較適中，但是機(jī)械沖擊大、機(jī)械噪聲大。另外一種是采用電液伺服驅(qū)動(dòng)搖桿機(jī)構(gòu)的機(jī)械設(shè)備，這種造價(jià)高，無(wú)機(jī)械沖擊和機(jī)械噪聲[7]。最終就是考慮到環(huán)境因素，科技館引進(jìn)了第二種設(shè)備。此外該科技館還引進(jìn)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(jìn)的液壓連接與密封結(jié)構(gòu)，避免了高頻震動(dòng)液壓部件及液壓管路的外泄漏。雖然引進(jìn)的第二種機(jī)械設(shè)備成本更高，但是這種設(shè)備的引進(jìn)起到了很好的效果，事實(shí)也確實(shí)如此，這種設(shè)備引進(jìn)三天就接納體驗(yàn)觀眾近3000人次，極大的豐富了觀眾關(guān)于地震方面的科學(xué)知識(shí)。

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?qǐng)鲳^進(jìn)行科普教育的主要對(duì)象，但由于這一類(lèi)人群好奇心比較強(qiáng)，喜歡動(dòng)手操作，很多時(shí)候自己不能察覺(jué)到危險(xiǎn)狀況。因此科普?qǐng)鲳^在引進(jìn)機(jī)械設(shè)備時(shí)應(yīng)該充分考慮到設(shè)備的安全系數(shù)，對(duì)于一些大型的機(jī)械設(shè)備在引進(jìn)時(shí)要引進(jìn)相應(yīng)的漏電報(bào)警設(shè)備、紅外監(jiān)測(cè)設(shè)備、應(yīng)急關(guān)停設(shè)備，提高設(shè)備的安全性能。

2.4 重視流動(dòng)性機(jī)械設(shè)備的引入

科普?qǐng)鲳^的科普教育功能不能僅僅局限于在科普?qǐng)鲳^之內(nèi)，應(yīng)該在場(chǎng)館常規(guī)展覽之外面向社會(huì)進(jìn)行科普宣傳。在場(chǎng)館之外的科普工作中，科普大篷車(chē)這一類(lèi)型的流動(dòng)性機(jī)械設(shè)備發(fā)揮著很大的作用，但是目前我國(guó)科普?qǐng)鲳^的科普大篷車(chē)并不多見(jiàn)，這樣使得本來(lái)就很難開(kāi)展的館外科普教育工作變得更加困難。

科普大篷車(chē)可實(shí)現(xiàn)科普展品展示、廣播宣傳、多媒體教學(xué)、現(xiàn)場(chǎng)咨詢(xún)、科普資料的發(fā)放、科普影視資料的播放，以及夜間廣場(chǎng)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(dòng)中能夠節(jié)省很多人力物力，同時(shí)因?yàn)樗牧鲃?dòng)性和便捷性可以有效解決我國(guó)基層科普活動(dòng)不足的問(wèn)題。因此，在進(jìn)行機(jī)械設(shè)備的引進(jìn)時(shí)，科普?qǐng)鲳^應(yīng)該加大在流動(dòng)性機(jī)械設(shè)備方面的投入力度。

2.5 增強(qiáng)引進(jìn)設(shè)備的人機(jī)互動(dòng)性

人機(jī)互動(dòng)，顧名思義，是人與機(jī)器之間的互動(dòng)，但此互動(dòng)方式中的機(jī)器并不是人—物互動(dòng)中的實(shí)物或模型，而是智能優(yōu)化后的計(jì)算機(jī)裝置，包括多媒體查詢(xún)儀器、手觸多媒體裝置、電腦等[9]。例如在北京汽車(chē)博物館中的安全性能實(shí)驗(yàn)室，觀眾可以借助于一些輔助性設(shè)備實(shí)現(xiàn)對(duì)汽車(chē)的虛擬控制，在獲得駕駛體驗(yàn)的同時(shí)還有助于參觀者對(duì)汽車(chē)結(jié)構(gòu)和性能的了解。中國(guó)鐵道博物館中的鐵路輪渡體驗(yàn)設(shè)備也融入了人機(jī)交互的功能。此外通過(guò)基于Kinect的體感控制技術(shù)可以實(shí)現(xiàn)人機(jī)的操作型互動(dòng)、體驗(yàn)型互動(dòng)、沉浸式互動(dòng)[10]。隨著互聯(lián)網(wǎng)和計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展和應(yīng)用，在未來(lái)的科普?qǐng)鲳^中機(jī)械設(shè)備不能僅僅只是一個(gè)運(yùn)動(dòng)著的機(jī)構(gòu)，應(yīng)該能夠?qū)崿F(xiàn)和參觀者的互動(dòng)，只有這樣才能真正讓參觀者參與到展教工作中來(lái)。因此，在引進(jìn)機(jī)械設(shè)備時(shí)，應(yīng)該考慮引進(jìn)一些能夠?qū)崿F(xiàn)人機(jī)互動(dòng)型的設(shè)備。

3 科普?qǐng)鲳^如何科學(xué)的使用機(jī)械設(shè)備

3.1 制定嚴(yán)格的保護(hù)制度

科普?qǐng)鲳^內(nèi)的機(jī)械設(shè)備容易損壞很重要的一個(gè)原因就是沒(méi)有形成嚴(yán)格的保護(hù)制度。具體說(shuō)來(lái)，可以從以下幾個(gè)方面來(lái)進(jìn)行規(guī)范使用。1）場(chǎng)館內(nèi)的每臺(tái)機(jī)械設(shè)備應(yīng)該有具體明確的負(fù)責(zé)人，負(fù)責(zé)設(shè)備的啟動(dòng)和關(guān)停，應(yīng)該合理安排機(jī)械的使用時(shí)間；2）部分設(shè)備是針對(duì)青少年兒童特定設(shè)計(jì)的，它的承受載荷和壓力也只是在某個(gè)范圍之內(nèi)，對(duì)于這樣的機(jī)械設(shè)備應(yīng)該嚴(yán)格禁止不符條件的參觀者使用；3）除了有專(zhuān)人負(fù)責(zé)設(shè)備之外，還應(yīng)該定期對(duì)設(shè)備進(jìn)行檢測(cè)、維護(hù)和清洗，而且周期不能過(guò)長(zhǎng)。

3.2 提升科普?qǐng)鲳^工作人員的能力

很多時(shí)候，科普?qǐng)鲳^也意識(shí)到了設(shè)備維護(hù)的重要性，但是由于工作人員對(duì)于機(jī)械設(shè)備使用和維護(hù)方面的能力不夠，面對(duì)設(shè)備損壞這一難題他們也是有心無(wú)力。因此，科學(xué)使用機(jī)械設(shè)備的一個(gè)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(hù)使用不當(dāng)所引起的，使用不當(dāng)會(huì)加劇設(shè)備零部件的磨損，維護(hù)不當(dāng)導(dǎo)致設(shè)備管路堵塞[11]。就目前看來(lái)，科普?qǐng)鲳^機(jī)械設(shè)備操作人員的三好(即管好、用好、修好)四會(huì)(即會(huì)使用、會(huì)保養(yǎng)、會(huì)檢查、會(huì)排除故障)沒(méi)有真正地落實(shí)好。因此科普?qǐng)鲳^要重視對(duì)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(xùn)，提升場(chǎng)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(shí)行監(jiān)測(cè)和維護(hù)

在機(jī)械設(shè)備的正常使用過(guò)程中，科普?qǐng)鲳^可以采用一些技術(shù)手段來(lái)對(duì)機(jī)械設(shè)備進(jìn)行保護(hù)，從而延長(zhǎng)機(jī)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(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)化輔助設(shè)備實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)反饋，以及多媒體技術(shù)、聲發(fā)射技術(shù)對(duì)機(jī)械設(shè)備的故障進(jìn)行診斷。

3.4 進(jìn)行二次研發(fā)和改進(jìn)

對(duì)機(jī)械設(shè)備的科學(xué)使用不僅僅包括對(duì)正常工作設(shè)備的監(jiān)測(cè)和維護(hù)，也應(yīng)該包括對(duì)損壞的和面臨淘汰的機(jī)械設(shè)備的科學(xué)使用。在科普?qǐng)鲳^中，由于普及科學(xué)知識(shí)的需要，機(jī)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(huì)被淘汰。當(dāng)前，在全國(guó)絕大多數(shù)的科普?qǐng)鲳^中，損壞的或被淘汰的機(jī)械設(shè)備通常會(huì)被當(dāng)成廢鐵移到場(chǎng)館的倉(cāng)庫(kù)中去，當(dāng)初購(gòu)買(mǎi)的高價(jià)設(shè)備在短短幾年之內(nèi)就似乎變得一文不值。科學(xué)使用機(jī)械設(shè)備，就要求我們的科普?qǐng)鲳^能夠發(fā)揮自己的創(chuàng)造性和能動(dòng)性對(duì)這些設(shè)備進(jìn)行研發(fā)改進(jìn)，其實(shí)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(gè)新的能滿(mǎn)足時(shí)代需求的設(shè)備。在對(duì)機(jī)械設(shè)備進(jìn)行二次研發(fā)和改進(jìn)的過(guò)程中，會(huì)遇到一些技術(shù)上的難題，可以采用與高校科研單位或者相關(guān)企業(yè)進(jìn)行合作的方式共同解決。這樣不僅能為科普?qǐng)鲳^節(jié)省很大一筆開(kāi)支、充分高效地利用現(xiàn)有資源，還可以促進(jìn)館校核館企的合作，增大科普?qǐng)鲳^科教育的輻射力。

4 結(jié)論

總之，合理引進(jìn)和科學(xué)使用機(jī)械設(shè)備是“科學(xué)發(fā)展觀”戰(zhàn)略思想的重要體現(xiàn)。它不僅能提高科普?qǐng)鲳^對(duì)公眾的吸引力，保證科普?qǐng)鲳^的前沿性和引領(lǐng)性，還可以節(jié)省場(chǎng)館的資金、充分高效地利用現(xiàn)有資源，促進(jìn)科普?qǐng)鲳^的健康發(fā)展，增強(qiáng)其核心競(jìng)爭(zhēng)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(jī)械設(shè)備管理中存在的問(wèn)題[J].機(jī)械研究與應(yīng)用，2015（3）.

[4]孫瑩.科普?qǐng)鲳^教育功能的類(lèi)型及其實(shí)現(xiàn)機(jī)制[J].理論導(dǎo)刊，2012（2）.

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

[6]王賢.我國(guó)科技館展品損壞的問(wèn)題分析及對(duì)策[J].科技傳播，2015（8）.

[7]郁紅萍.從地震模擬平臺(tái)的研制應(yīng)用談科技館科普展項(xiàng)研發(fā)應(yīng)重視的若干問(wèn)題[J].科協(xié)論壇，2011（8）.

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

[9]張安玲，李大光.北京專(zhuān)業(yè)科技館互動(dòng)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(xiàng)創(chuàng)新設(shè)計(jì)中的應(yīng)用研究[J].現(xiàn)代機(jī)械，2013（4）.

[11]孟憲芹.淺析機(jī)械設(shè)備管理中存在的問(wèn)題[J].機(jī)械研究與應(yīng)用，2015（3）.

G2

A

1674-6708（2015）144-0086-02

張頌，工學(xué)學(xué)士，浙江大學(xué)教育學(xué)院碩士研究生，研究方向：科普活動(dòng)策劃、科普資源管理