“夜空中的星”

——定制版3D打印星球燈

項目負責人：喻紅

項目成員：李培猛 何帆 呼斯勒 劉鵬勇

指導教師：任秀華

摘要：科普衍生品是科技館科普文化產業的重要組成部分，是連接科技館與大眾的紐帶。本項目梳理了國內外科普場館衍生品的發展現狀，提出了科技館衍生品設計原則。科技館衍生品是以場館教育使命和展品為依托，針對不同參觀人群設計的具有科普性、功能性和藝術性綜合特征的科普文化產品。本項目自主開發與設計的“定制版3D打印星球燈”是一個懸浮式的家用小夜燈，也是展示星球地貌與色彩的教育展品。家居電器與藝術品的結合，符合現代人追求精致生活的理念，也實現了多感官的教育體驗。

一 項目概述

（一）研究背景

科技館科學普及的作用和教育功能日益重要，催生并發展了自己的科普文化與產業。科普衍生品將科學、藝術、生活融為一體，成為科技館科普文化產業的重要組成部分。[1]觀眾通過衍生品把科技館里的體驗延伸到日常生活中。目前科普衍生品還未形成可借鑒的設計原則與標準，故本項目進行衍生品的文獻梳理，以期獲得可供借鑒的設計原則與標準，并以定制版3D打印星球燈加以說明。

（二）研究方法與技術路線

本項目主要運用文獻分析法和實驗法，通過對國內外科普衍生品發展現狀的研究，結合科技館特征，總結出科技館科普衍生品開發原則。再根據總結的開發原則與方法，設計星球燈科普衍生品案例。最后對作品進行評估，總結項目核心理念。綜上所述，本項目的研究方法與技術路線如圖1所示。

圖1 研究方法與技術路線

二 研究內容

（一）科普衍生品的意義

科技館屬于博物館的范疇，具有展品收藏、科學研究和教育傳播的屬性。科技館科普衍生品是指與場館的展品或展教理念相關的衍生產品，具有延續參觀體驗的意義。

第一，教育延續。科普衍生品是具有教育意義的商品，游客們可以通過購買商品獲得商品附帶的教育價值。

第二，對展品的補充。科技館通過展品展示科學知識、引發觀眾對科學的興趣等，衍生品同樣可以實現展品的部分功能，并能突出藝術感和功能性，因此衍生品是對展品的重要補充。

第三，延續與展品交互的體驗樂趣。博物館和科技館從靜態的藏品展示場館逐步發展為具有可交互、帶來愉快學習體驗過程的場館。場館開發交互式衍生品，能夠讓參觀者延續與展品交互體驗的樂趣。

第四，場館的代表性。科普文化衍生品往往帶有獨特的場館印記，可以是內容的獨特性，也可以是博物館的標志。這是一個非常簡單且獨特的方式，可以滿足游客們炫耀他們參觀過這里的需求。

第五，場館使命的延伸。場館也有自我驅動力，希望能通過某些介質將自己的理念和使命感傳達給觀眾。比如挖掘了地區的歷史、文化自豪感。

（二）國內外發展現狀

科普衍生品是科普場館的映射，一系列可以激發孩子想象力、創造力的衍生品也是教育孩子的重要課程。

1.重視技能建設

展品的目的是激發孩子的創造力，所以衍生品店選擇的產品也是基于開發兒童動手操作技能而開發設計的。科技館鼓勵孩子們動手實踐的學習方式，科技館科普產品讓孩子繼續鍛煉動手操作的學習能力，是一種技能建設。[2]

2.重視產品的迭代

美國每年都會舉辦不同規模的衍生品推介會，衍生品推介會大多由展覽供應商舉辦。這些展覽的供應商專門了解了他們科普場館客戶的需求，使他們的產品能不斷更迭實現排他性，同時符合衍生品發展趨勢。

3.與科技場館展品或展覽相結合

科技館的經典展品和特色展覽是禮品開發的靈感來源。通過與展品的互動激發觀眾好奇心，進而促進觀眾主動學習展品中所蘊含的科學知識和科學精神。展品或展覽主題的延伸可以有效地激發觀眾對產品的認同感。場館必須激發思維并追溯到科技館的展品來幫助促進和鼓勵客人保持好奇心。[3]

4.突出傳統科技

我國古代科技智慧聞名中外，專家們通過查閱歷史文獻和實踐探索還原古人的智慧，精心打磨一件件展品和衍生品。因工藝精湛且具有紀念價值其常被用作文化交流的禮品。

5.突出文化藝術特征

從國內博物館衍生品目前的社會認知狀況來看，科普文化衍生品集中在文化藝術的延伸，探索博物館藝術教育，促進博物館藝術教育的發展上，提供一個讓觀眾認識和了解博物館文物的契機。

三 研究成果

（一）衍生品設計原則

經過對國內外文獻的梳理，及對科普場館的衍生品發展現狀、產品特征、場館經驗及發展趨勢的綜合考量，本項目提出科普場館衍生品是以科普場館教育使命和展品為依托，針對不同參觀人群而設計的具有科普性、功能性、藝術性綜合特征的科普文化產品。

具體來說，科普性包含教育功能（知識、技能）和展品的延伸功能（展品或展覽、可交互、多感官刺激）；功能性包含紀念功能和實用功能（吃、穿、用、玩）；藝術性包含趣味性（有趣、色彩、造型、風格）、潮流或經典、個性化以及情感的激發。

綜上所述，科技場館衍生品設計原則包括科普性、功能性和藝術性，如表1所示。

表1 科技場館衍生品設計原則

（二）星球燈的設計與展示

1.星球燈概述

“定制版3D打印星球燈”是一個懸浮式的家用小夜燈，也是展示星球地貌的教育展品。星球與燈具的結合，使觀眾有“夜空中的星”的情感帶入，并使家居小電器與藝術品相結合，符合現代人追求精致生活的理念。雙色燈光選擇和無極變光的電路設計滿足了不同場景和個人喜好的需求，觸控式開關、內置鋰電池和低功耗電路使燈具擺脫了有線的障礙，促成了優質的用戶體驗。該產品主要由照明球體（浮子）和磁懸浮基座兩部分組成，系統框如圖2所示。

圖2 定制版3D打印星球燈系統

（1）照明球體（浮子）

將3D打印球體燈罩和照明系統內置于球體，使球體完整、美觀和有趣。①懸浮燈罩內置LED照明電路和可充電鋰電池，通過觸摸開關控制照明系統的開關與模式切換。②3D打印球體燈罩。利用精準的3D打印技術，燈罩還原星球表面地貌紋理。打印材料使用可生物降解無毒聚乳酸（PLA）材料，并具有食品安全性。還原星球地貌紋理，可在視覺和觸覺上更有真實感，達到多通道感官教育目的。

（2）磁懸浮基座

小夜燈底座設計為反饋式閉環磁懸浮系統，照明燈體（浮子）內置強力磁鐵，保證穩定懸浮，使該展品具有科學性和趣味性。磁懸浮系統的應用，使臺燈漂浮于半空中并且能夠自轉，極大地提高了家居用品的觀賞性和科技感。

2.設計方案

本項目依據科普性、功能性和藝術性所開發，以期從人們的情感上激發對產品知識點的關注。該產品實現科普星球地貌、顏色等科學知識的科普性；實現作為家用燈具的功能性；實現造型獨特的藝術性和懸浮狀態下的情感激發。

（1）科普性

通過前期的調研和權重分析最終選擇星球紋理、色彩作為本項目主要展示的知識點。

第一，3D打印還原紋理特征。3D打印是有效實現小規模和定制生產的手段。首先，本項目根據星球的三維模型數據，設置合理的打印參數，如壁厚、支架和打印速度等，得到適合本項目的星球燈外殼，并對燈罩紋理進行適當修改，如去除支架并打磨光滑。

第二，主色調燈光還原星球色彩。色彩是對產品的最直觀感受之一。本項目還原星球主色調，輔以特征紋路，直觀表達星球色彩特征。本項目中的星球燈主色調由燈光決定，特征紋路由手繪上色。

（2）功能性

觀眾對星球最感性的認識是夜空中隱約可見的星星。因此本項目將這種點點星光的特征延伸到生活中常見的發光體中，即照明工具——黑夜中的燈。

本項目在白天時為觀賞藝術品，夜間可為照明工具。照明的功能由照明電路實現，該照明系統由雙色/多色LED燈、觸控開關、可充電鋰電池及無極調光電路等部分組成。

（3）藝術性

從藝術性角度出發產品應具有觀賞性和趣味性。色彩和造型特征能迅速引起人們的關注和情緒帶入。因此我們突出星球的色彩和紋理，寫實的同時增加了藝術的美感，使產品具有吸引力。

首先，紋理觸摸。本項目對星球表面紋理、表面的光滑度、視覺明暗美感做了適度的改善，使產品具有吸引力。月球、地球、水星、火星均構造了凹凸紋理，在觸覺上給人以沖擊體驗。

其次，個性化趣味體驗。該產品提供個性化自主裝配體驗。觀眾可自主組裝星球燈，并為星球燈手繪上色。星球燈由燈罩、內置照明電路、磁鐵、懸浮基座4個模塊組成，學生在輔導員的引導下組裝完成完整產品。整個過程操作簡單又有教育意義。

最后，科技融合。產品通過懸浮裝置體驗互動性及變化性，可以激發觀眾的好奇心，從而增強觀眾對產品的持續力，激發人們對產品的科學技術和知識點的關注。

木星利用光敏顏料在紫外燈照射下才能顯示顏色的特點，實現了木星的紋理變化，增加了科技感。

（三）作品展示

本項目的產品融合了科普性、功能性和藝術性，月球、地球、火星、木星的星球紋理和色彩見圖3、圖4、圖5、圖6，懸浮特征見圖7、圖8。

圖3 月球展示

圖4 地球展示

圖5 火星展示

圖6 木星展示

圖7 月球懸浮展示

圖8 水星懸浮展示

四 總結與思考

（一）創新點

1.總結科技館衍生品設計原則

本項目通過綜合梳理國內外科普場館的衍生品發展現狀、產品特征、場館經驗及發展趨勢，總結并提出了科技場館衍生品的內涵和設計原則。科技場館衍生品是以科普場館教育使命和展品為依托，針對不同參觀人群設計的具有科普性、功能性、藝術性綜合特征的科普文化產品。

2.開發具有觸摸感的星球產品

目前市面上有各類關于星球的商品，大多以平面貼圖的形式呈現星球特征。沒有開發出擁有八大行星紋理觸感的產品，而星球表面紋理對于立體科普星球知識是非常有必要的。因此本項目做創新性嘗試，利用3D打印技術的優越性，制作行星集的3D作品——星球燈。

3.開發個性化磁懸浮組裝產品

通過模塊化的產品組件，讓觀眾動手制作屬于自己的磁懸浮產品，從而學習磁懸浮技術的原理，讓科技簡約化。

（二）應用價值

本項目中的3D打印星球燈案例，基本驗證了科技場館衍生品設計原則的可行性與合理性，實現科普性、功能性和藝術性三項特征指標的同步。

為科技館衍生品的開發設計提供借鑒依據。本項目給出科技場館衍生品設計原則一覽表，并通過案例的設計與開發驗證設計原則，供他人評判與借鑒。

本項目成果可用作承載星球色彩和隕石坑知識的教具。通過視覺、觸覺等多感官刺激與互動引起了觀眾對產品所蘊含的科學知識和科學技術的關注，優化科技場館的延伸體驗，實現了科技場館衍生品的教育功能。

（三）思考

在本項目的案例開發中，3D打印技術和磁懸浮技術本身的不成熟和不穩定，以及個人能力的限制，導致產品的外形和穩定性均有所欠佳，與真正的產品還有很大的差距。合格的產品需要保證安全性和穩定性。

另外，國外衍生品產業包括場館的內驅力、與供應商的合作、設計專家的開發、衍生品中心的導覽設計及員工培訓等，擁有完整的產業鏈和成熟的經營模式，也有相關領域專家定期發表研究成果。而我國仍處于衍生品開發初級階段，在各方面都比較薄弱，還有很長的路需要探索。

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[1] 楊媛媛：《科技館科普文化衍生品開發探究》，《科技視界》2016年第9期。

[2]Natalie Hope McDonald，“Toys，Toys and More Toys-The Most Popular Plush at Children's Museums，”Souvenirs，Gifts ＆ Novelties，2016（11）.

[3]Natalie Hope McDonald，“Jewelry and Art-How Museum Gift Shops Are Standing Out with Accessories，”Jewelry，2015（5）：102-110.