听说大风车转一圈的发电量可以供三口之家使用三天？
听说中国的第三代核电站先进又安全？
听说火电站的“白烟”是大自然的加湿器？
听说中国的三峡电站装机容量世界第一？
是的！想获取这些有趣的能源知识，就来了解一下清华美院2021届的毕业作品
——《能源立方》吧！
张建廷
2017.07中南大学建筑与艺术学院
产品设计专业 艺术学学士
2021.07清华大学美术学院
科普创意与设计 艺术学硕士
导师的话：
张建廷同学的毕业设计是针对中小学生进行能源知识科普的产品设计研究。他选择了“火力、水利、风力、核能”四类能源知识作为科普内容；以一系列模块化的、动态的、可交互的“能源立方”产品设计作为科普形式，作品具有一定创造性、实现性和趣味性，完美阐释了将专家知识转化为大众知识的科普内涵。
张建廷同学兼具工程思维、设计思维与艺术表现力，他从能源知识研究、科普产品设计、硬件结构设计、电路设计、制作与装配、交互与界面设计，直至产品包装设计都是独立完成，工作量极为饱满，设计过程充满热情，设计成果具有深度与感染力。
工业设计系教授 刘新
《能源立方》
作品阐述：
《能源立方》作品以能源知识科普为主题，选取了四种典型的发电站为载体，通过产品设计与AR互动相结合，输出了一套模块化积木产品与AR互动应用。通过拼装这款产品，可以了解不同类型发电站的组成与形态特点。拼装完成后的“发电站”会通过部件动作与灯光反馈的形式来呈现发电站的工作状态；使用搭配的AR应用扫描该产品还可获得更多有趣的能源小知识。《能源立方》除具有能源知识的科普功能之外，作为“能源电站”可以作为模块化的无线充电器为用户身边的电子产品提供无线充电功能。
《能源立方》线上展览效果
为什么要做能源知识科普？
在人类社会的技术进步中，能源技术也在不断的发展，这就对新时代的中小学生的能源知识素养提出了新的要求。将更绿色更环保更可持续的能源开发技术融入新一代的思维意识之中，保障中小学生能够紧跟国家能源发展策略，为当下的中小学生践行可持续能源行为与习惯奠定基础。
能源技术革新将人类不断的带入到新的讨论语境之下，新旧能类型的交替便出现了能源资源使用的道德伦理问题，诸如针对核能开发与利用的安全性、如何看待日本福岛核电站事故之后对于核废水的排放问题等。这类问题的判断与思考将会直接影响到中小学生群体树立正确的能源价值观的培养。所以针对中小学生培养正确的能源价值观是当今科学素养教育的必然趋势。
如何科普能源知识？
“能源”一个较为抽象的概念，在学习与理解中需要更为具象与互动性并存的载体。我们日常生活中最容易接触到的能源就是电能，而电能的产生又来自不同类型的发电站，可见“发电站”承担着能源转化的重要角色。因此，以发电站为载体的产品设计就很好的生活中的电能与不同类型的能源建立联系。
在中国不同类型发电站的发电量占比中，按年发电量排序分别为：火力发电、水力发电、风力发电与核能发电。本项目将以这四种典型的发电站为载体展开能源知识科普产品设计。
青少年作为中国未来发展的中坚力量，正确认知中国各类能源开发与应用现状以及未来能源趋势都具有重要意义，因此，本设计项目的主要受众人群为青少年群体。通过特定人群的认知与心理特点分析，作者得出了该设计方案所需具备的特征，即具有可玩性、可操作性、科学性与透明化处理。
在产品功能与学习模式上采用产品+应用的结合形式，即实体产品提供产品拼装、感性认知、设备充电的功能，虚拟应用提供知识学习、在线提问与产品购买的服务。
通过实体产品与虚拟应用的结合，《能源立方》力求实现以下四个目标：
1.学习能源知识
增加中小学生的能源科学知识，同时培养中小学生对于能源领域的兴趣
2.提高动手能力
通过操作实体玩具来促进他们身体的发展，包括他们对于色彩寓意的认知能力、动手操作能力等。
3.锻炼逻辑思维
锻炼中小学生的逻辑思维能力发展，包括他们的形象思维能力、逻辑思维能力与洞察能力。
4.培养节能意识
通过传递能源节约意识与了解世界能源现状，让中小学生树立正确的能源节约意识与环境保护意识。
由于本设计项目的目标人群的年龄跨度较大，造成了不同年龄段的认知水平差异较大。而“能源”概念本身又较为庞大，因此笔者根据课标要求进行了能源认知层级的划分，即分为小学、初中与高中三个阶段。在这三个阶段分别培养感性认知、理性认知与深刻反思能力。
以问题为导向的知识学习
在日常生活中，处在认知与探索世界的青少年会产生很多的问号，以能源知识相关的问题为例。在经过庞大风电场时，或许会产生这样的疑问：
为什么风电厂的风叶这么巨大？
风叶为什么转动起来就可以发电呢？
一片风叶究竟有多长呢？转动这么慢也能够发电么？
想探究这些问题的答案？那就组装好你手里的能源立方小风车模块来一探究竟吧！
通过将能源立方中的小风车模块拼装完成，即可直观感受风力发电站的发电状态，如果对风电有疑问？那就打开能源立方APP，并用AR功能扫描这个小风车，就会在风车周围呈现出关于风车各种问题的解答。如果里面没有对你心中的疑惑做出解答也没有关系，可以通过该应用在线提问，后台会有专业的人员为你解答，并以动画的形式呈现！除了学习风力发电，你还可以学习火力发电、水力发电、核能发电等一系列电站的能源知识！
能源立方的设计过程
在能源立方作品设计之初，笔者搜集并整理了大量能源与发电站领域的资料，并通过较为深入的学习与探索，去了解不同类型发电站的相关知识。只有在笔者对此领域有较为完整认知的前提下才能更好的对不同类型的发电站展开设计。
在内容设计、群体确立、目标建立的基础之上，笔者展开了对能源立方产品形式的探索。考虑到产品的可操作性与标准化生产的要求，在产品形式上采用磁吸、模块化与透明外壳的设计方式。考虑到不同模块间的组合与拼装，不同类型的发电站模块需建立在相同尺度的规范之下，这对于各类发电站的形态提取与设计表达提出了更高的要求，笔者经过多次的草图绘制最终确定了四种类型的发电站形态。
一套完整的产品，除具有生动的形态之外还应具有符合其特征的配色方案，在色彩设计上笔者结合不同类型发电站的自身特点，分别将火电站、水电站、风电站、核电站搭配为红、蓝色、绿色与黄色。红色的火电站烟囱，蓝色的水流，屹立在绿色草原与山丘之上的风车以及贴有黄色放射性符号的核电站，构成了能源立方产品的四大主色。
能源立方的产品外观确定之后，接下来的任务就是让这个产品能够运转起来，这具体表现为，在产品组装完成之后，它真的可以直观看到它模拟出的工作状态以及它真的可以对外供电（即为身边的电子产品提供充电功能）。要实现这些功能都无可避免的展开产品内部的结构设计与电子电路设计，出于笔者一直以来的兴趣，笔者对于产品结构与电子电路相关领域具有一定的知识积累，因此在产品硬件实现层面也全部由笔者独立完成。
通过一次次的结构打样，最终通过光固化3D打印的方式做出了产品的所有外观与结构件。
接下来就是选取合适的电子控制模块与部件，其中包括钕磁铁、导线、弹簧触点、霍尔传感器、锂电池、电源控制板、升压板等各种实现产品功能所必需的零部件，确定好部件的规格后就展开产品的组装工作。
除了产品的硬件与功能层面，笔者也展开了移动客户端的交互设计、界面设计、AR动效设计等工作，通过多次交互方式迭代与界面优化，最终完整输出了这款产品的应用——能源立方APP。
最终的产品效果
最终完成的能源立方包含四种类型的发电站模块以及无线充电模块若干，我们可以将火电站模块与无线充电模块拼接，这样我们的“火力发电站”就可以为我们的手机实现充电功能。
那如果我的桌面空间有限，容不下多余的空间怎么办呢？那就单独使用一个无线充电模块，用Type C充电线接上之后也可以为你的手机充电了～
如果桌面宽敞的你拥有更大的空间，你也完全可以将所有电站拼在一起，再放上两个或者三个无线充电模块，同时为你的手机、手表、和耳机充电也是可以的！
当你优雅的用唱片机播放着自己喜爱的音乐，同时看着各种电站正在“发电”的状态，你还可以拿出你的手机，去逐一扫描每一个小发电站模块，来学习或提问更多的能源知识。
当然，像这样一套积木产品，也应该有属于它的包装，笔者将《能源立方》中的各种模块针对性的为其设计了一套包装。打开包装即可开始对不同的模块进行拼装并使用了。
总结
面向能源知识科普的产品设计尽管在当下社会的品类还较为有限，但能源素养培育是当今乃至未来社会的重要趋势，在人类的历史进程中人类应用能源创造了巨大的价值，但也由于能源利用的不当而付出巨大代价的案例也不在少数，笔者希望能够通过对能源知识科普的产品设计来唤起中小学生与社会大众对能源领域的关注与了解，让更多的人全面了解不同能源应用的优劣，消除民众对能源开发与应用过程中存在的误解；同时也希望该成果能够为能源知识科普工作者提供一些实质性的借鉴意义。
资料来源 | 张建廷
图文编辑 | 罗雪辉 冯佳琪
