“夜空中的星”
——定制版3D打印星球灯
项目负责人：喻红
项目成员：李培猛 何帆 呼斯勒 刘鹏勇
指导教师：任秀华
摘要：科普衍生品是科技馆科普文化产业的重要组成部分，是连接科技馆与大众的纽带。本项目梳理了国内外科普场馆衍生品的发展现状，提出了科技馆衍生品设计原则。科技馆衍生品是以场馆教育使命和展品为依托，针对不同参观人群设计的具有科普性、功能性和艺术性综合特征的科普文化产品。本项目自主开发与设计的“定制版3D打印星球灯”是一个悬浮式的家用小夜灯，也是展示星球地貌与色彩的教育展品。家居电器与艺术品的结合，符合现代人追求精致生活的理念，也实现了多感官的教育体验。
一 项目概述
（一）研究背景
科技馆科学普及的作用和教育功能日益重要，催生并发展了自己的科普文化与产业。科普衍生品将科学、艺术、生活融为一体，成为科技馆科普文化产业的重要组成部分。[1]观众通过衍生品把科技馆里的体验延伸到日常生活中。目前科普衍生品还未形成可借鉴的设计原则与标准，故本项目进行衍生品的文献梳理，以期获得可供借鉴的设计原则与标准，并以定制版3D打印星球灯加以说明。
（二）研究方法与技术路线
本项目主要运用文献分析法和实验法，通过对国内外科普衍生品发展现状的研究，结合科技馆特征，总结出科技馆科普衍生品开发原则。再根据总结的开发原则与方法，设计星球灯科普衍生品案例。最后对作品进行评估，总结项目核心理念。综上所述，本项目的研究方法与技术路线如图1所示。
图1 研究方法与技术路线
二 研究内容
（一）科普衍生品的意义
科技馆属于博物馆的范畴，具有展品收藏、科学研究和教育传播的属性。科技馆科普衍生品是指与场馆的展品或展教理念相关的衍生产品，具有延续参观体验的意义。
第一，教育延续。科普衍生品是具有教育意义的商品，游客们可以通过购买商品获得商品附带的教育价值。
第二，对展品的补充。科技馆通过展品展示科学知识、引发观众对科学的兴趣等，衍生品同样可以实现展品的部分功能，并能突出艺术感和功能性，因此衍生品是对展品的重要补充。
第三，延续与展品交互的体验乐趣。博物馆和科技馆从静态的藏品展示场馆逐步发展为具有可交互、带来愉快学习体验过程的场馆。场馆开发交互式衍生品，能够让参观者延续与展品交互体验的乐趣。
第四，场馆的代表性。科普文化衍生品往往带有独特的场馆印记，可以是内容的独特性，也可以是博物馆的标志。这是一个非常简单且独特的方式，可以满足游客们炫耀他们参观过这里的需求。
第五，场馆使命的延伸。场馆也有自我驱动力，希望能通过某些介质将自己的理念和使命感传达给观众。比如挖掘了地区的历史、文化自豪感。
（二）国内外发展现状
科普衍生品是科普场馆的映射，一系列可以激发孩子想象力、创造力的衍生品也是教育孩子的重要课程。
1.重视技能建设
展品的目的是激发孩子的创造力，所以衍生品店选择的产品也是基于开发儿童动手操作技能而开发设计的。科技馆鼓励孩子们动手实践的学习方式，科技馆科普产品让孩子继续锻炼动手操作的学习能力，是一种技能建设。[2]
2.重视产品的迭代
美国每年都会举办不同规模的衍生品推介会，衍生品推介会大多由展览供应商举办。这些展览的供应商专门了解了他们科普场馆客户的需求，使他们的产品能不断更迭实现排他性，同时符合衍生品发展趋势。
3.与科技场馆展品或展览相结合
科技馆的经典展品和特色展览是礼品开发的灵感来源。通过与展品的互动激发观众好奇心，进而促进观众主动学习展品中所蕴含的科学知识和科学精神。展品或展览主题的延伸可以有效地激发观众对产品的认同感。场馆必须激发思维并追溯到科技馆的展品来帮助促进和鼓励客人保持好奇心。[3]
4.突出传统科技
我国古代科技智慧闻名中外，专家们通过查阅历史文献和实践探索还原古人的智慧，精心打磨一件件展品和衍生品。因工艺精湛且具有纪念价值其常被用作文化交流的礼品。
5.突出文化艺术特征
从国内博物馆衍生品目前的社会认知状况来看，科普文化衍生品集中在文化艺术的延伸，探索博物馆艺术教育，促进博物馆艺术教育的发展上，提供一个让观众认识和了解博物馆文物的契机。
三 研究成果
（一）衍生品设计原则
经过对国内外文献的梳理，及对科普场馆的衍生品发展现状、产品特征、场馆经验及发展趋势的综合考量，本项目提出科普场馆衍生品是以科普场馆教育使命和展品为依托，针对不同参观人群而设计的具有科普性、功能性、艺术性综合特征的科普文化产品。
具体来说，科普性包含教育功能（知识、技能）和展品的延伸功能（展品或展览、可交互、多感官刺激）；功能性包含纪念功能和实用功能（吃、穿、用、玩）；艺术性包含趣味性（有趣、色彩、造型、风格）、潮流或经典、个性化以及情感的激发。
综上所述，科技场馆衍生品设计原则包括科普性、功能性和艺术性，如表1所示。
表1 科技场馆衍生品设计原则
（二）星球灯的设计与展示
1.星球灯概述
“定制版3D打印星球灯”是一个悬浮式的家用小夜灯，也是展示星球地貌的教育展品。星球与灯具的结合，使观众有“夜空中的星”的情感带入，并使家居小电器与艺术品相结合，符合现代人追求精致生活的理念。双色灯光选择和无极变光的电路设计满足了不同场景和个人喜好的需求，触控式开关、内置锂电池和低功耗电路使灯具摆脱了有线的障碍，促成了优质的用户体验。该产品主要由照明球体（浮子）和磁悬浮基座两部分组成，系统框如图2所示。
图2 定制版3D打印星球灯系统
（1）照明球体（浮子）
将3D打印球体灯罩和照明系统内置于球体，使球体完整、美观和有趣。①悬浮灯罩内置LED照明电路和可充电锂电池，通过触摸开关控制照明系统的开关与模式切换。②3D打印球体灯罩。利用精准的3D打印技术，灯罩还原星球表面地貌纹理。打印材料使用可生物降解无毒聚乳酸（PLA）材料，并具有食品安全性。还原星球地貌纹理，可在视觉和触觉上更有真实感，达到多通道感官教育目的。
（2）磁悬浮基座
小夜灯底座设计为反馈式闭环磁悬浮系统，照明灯体（浮子）内置强力磁铁，保证稳定悬浮，使该展品具有科学性和趣味性。磁悬浮系统的应用，使台灯漂浮于半空中并且能够自转，极大地提高了家居用品的观赏性和科技感。
2.设计方案
本项目依据科普性、功能性和艺术性所开发，以期从人们的情感上激发对产品知识点的关注。该产品实现科普星球地貌、颜色等科学知识的科普性；实现作为家用灯具的功能性；实现造型独特的艺术性和悬浮状态下的情感激发。
（1）科普性
通过前期的调研和权重分析最终选择星球纹理、色彩作为本项目主要展示的知识点。
第一，3D打印还原纹理特征。3D打印是有效实现小规模和定制生产的手段。首先，本项目根据星球的三维模型数据，设置合理的打印参数，如壁厚、支架和打印速度等，得到适合本项目的星球灯外壳，并对灯罩纹理进行适当修改，如去除支架并打磨光滑。
第二，主色调灯光还原星球色彩。色彩是对产品的最直观感受之一。本项目还原星球主色调，辅以特征纹路，直观表达星球色彩特征。本项目中的星球灯主色调由灯光决定，特征纹路由手绘上色。
（2）功能性
观众对星球最感性的认识是夜空中隐约可见的星星。因此本项目将这种点点星光的特征延伸到生活中常见的发光体中，即照明工具——黑夜中的灯。
本项目在白天时为观赏艺术品，夜间可为照明工具。照明的功能由照明电路实现，该照明系统由双色/多色LED灯、触控开关、可充电锂电池及无极调光电路等部分组成。
（3）艺术性
从艺术性角度出发产品应具有观赏性和趣味性。色彩和造型特征能迅速引起人们的关注和情绪带入。因此我们突出星球的色彩和纹理，写实的同时增加了艺术的美感，使产品具有吸引力。
首先，纹理触摸。本项目对星球表面纹理、表面的光滑度、视觉明暗美感做了适度的改善，使产品具有吸引力。月球、地球、水星、火星均构造了凹凸纹理，在触觉上给人以冲击体验。
其次，个性化趣味体验。该产品提供个性化自主装配体验。观众可自主组装星球灯，并为星球灯手绘上色。星球灯由灯罩、内置照明电路、磁铁、悬浮基座4个模块组成，学生在辅导员的引导下组装完成完整产品。整个过程操作简单又有教育意义。
最后，科技融合。产品通过悬浮装置体验互动性及变化性，可以激发观众的好奇心，从而增强观众对产品的持续力，激发人们对产品的科学技术和知识点的关注。
木星利用光敏颜料在紫外灯照射下才能显示颜色的特点，实现了木星的纹理变化，增加了科技感。
（三）作品展示
本项目的产品融合了科普性、功能性和艺术性，月球、地球、火星、木星的星球纹理和色彩见图3、图4、图5、图6，悬浮特征见图7、图8。
图3 月球展示
图4 地球展示
图5 火星展示
图6 木星展示
图7 月球悬浮展示
图8 水星悬浮展示
四 总结与思考
（一）创新点
1.总结科技馆衍生品设计原则
本项目通过综合梳理国内外科普场馆的衍生品发展现状、产品特征、场馆经验及发展趋势，总结并提出了科技场馆衍生品的内涵和设计原则。科技场馆衍生品是以科普场馆教育使命和展品为依托，针对不同参观人群设计的具有科普性、功能性、艺术性综合特征的科普文化产品。
2.开发具有触摸感的星球产品
目前市面上有各类关于星球的商品，大多以平面贴图的形式呈现星球特征。没有开发出拥有八大行星纹理触感的产品，而星球表面纹理对于立体科普星球知识是非常有必要的。因此本项目做创新性尝试，利用3D打印技术的优越性，制作行星集的3D作品——星球灯。
3.开发个性化磁悬浮组装产品
通过模块化的产品组件，让观众动手制作属于自己的磁悬浮产品，从而学习磁悬浮技术的原理，让科技简约化。
（二）应用价值
本项目中的3D打印星球灯案例，基本验证了科技场馆衍生品设计原则的可行性与合理性，实现科普性、功能性和艺术性三项特征指标的同步。
为科技馆衍生品的开发设计提供借鉴依据。本项目给出科技场馆衍生品设计原则一览表，并通过案例的设计与开发验证设计原则，供他人评判与借鉴。
本项目成果可用作承载星球色彩和陨石坑知识的教具。通过视觉、触觉等多感官刺激与互动引起了观众对产品所蕴含的科学知识和科学技术的关注，优化科技场馆的延伸体验，实现了科技场馆衍生品的教育功能。
（三）思考
在本项目的案例开发中，3D打印技术和磁悬浮技术本身的不成熟和不稳定，以及个人能力的限制，导致产品的外形和稳定性均有所欠佳，与真正的产品还有很大的差距。合格的产品需要保证安全性和稳定性。
另外，国外衍生品产业包括场馆的内驱力、与供应商的合作、设计专家的开发、衍生品中心的导览设计及员工培训等，拥有完整的产业链和成熟的经营模式，也有相关领域专家定期发表研究成果。而我国仍处于衍生品开发初级阶段，在各方面都比较薄弱，还有很长的路需要探索。
[1] 杨媛媛：《科技馆科普文化衍生品开发探究》，《科技视界》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.