基于Fuzzy的科技馆展项设计评价的数学模型.pdf

2 0 1 1 年第 1 3 s cj dT e Re s a r ch d o i 1 0 3 9 6 9 j is s n 1 0 0 0 7 6 9 5 2 0 1 1 1 3 O 1 1 基于 F u z z y 的科技馆展项设计评价的数学模型 王可炜 陈 曦 广东科学中心 广东广州 5 1 0 0 0 6 摘 要 针对 目前科技 馆的展项设计缺 少综合评价体 系来进 行评估 的现状 提 出了评 价科技 馆展 项设计 的一 系列 指标 同时 采用模糊层析分析法 用定量和定性分析相结合的方法 提 出了解决展项设计这种难以用定量指 标进行分析的复杂问题的一种解决方式 关键词 科技馆 展项 设计评价 层次分析法 数学模型 中图分类号 F 2 2 4 文献标识码 A 文章编号 1 0 0 0 7 6 9 5 2 0 1 1 1 3 0 0 4 4 0 4 A F u z z y M o d e l f o r Ap p r a is in g t h e Ab ili t y o f De v is in g t h e E x h ib i t io n s for S cie n ce a n d Te ch n o l o g y Mu s e u ms W ANG Ke we i C HEN Xi G u a n g d o n g S ci e n ce C e n t e r G u a n g z h o u 5 1 0 0 0 6 C h i n a Ab s t r a ct Th i s p a p e r d e v i s e s a s y s t e m o f in d i ce s t o a p p r a i s e t h e a b i l it y o f d e v i s i n g t h e e x h i b i t io n s f o r s cie n ce a n d t e ch n o l o g Y mu s e u ms in o r d e r t o s o lv e t h e p r o b l e m o f l a ck o f co mp r e h e n s i v e e v a l u a t i o n f o r d e v i s i n g t h e e x h i b i t io n s An d t h is p a p e r u s e s F u z z y a n a ly t ic h ie r a r ch y p r o ce s s co mb in e s t h e q u a lit a t iv e a n d q u a n t it a t iv e me t h o d s a n d a d v is e s a s o lu t io n t o o v e r co me t h e p r o b le m o f d iffi cu lt t o u s e q u a n t it a t iv e me t h o d s t o a p p r a is e t h e a b ilit y o f d e v is in g t h e e x h ib it io n s Ke y wo r d s s c ie n ce a n d t e ch n o lo g y mu s e u ms e x h ib it io n s co mp r e h e n s iv e e v a lu a t io n a n a ly t ic h ie r a r ch y me t h o d ma t h ema t ic mo d e 1 引言 随着科学技术发展和人 们物质文化生 活水平 的 逐步提高 公众对于科学知识的兴趣也随之迅速增 长 科技馆作 为一个 向公 众展示科 学技 术 的平 台 目前正呈现出蓬 勃发展 的势头 逐渐成为了对广大 公众进行科普教育活动的非常重要的场所 而把广 大公众与科技馆联 系起来 的正是科技馆 中展示 的一 件件的科普展项 所谓展项 指 的就是展示 内容所构成的展 出单 元 它可以是 收藏 品 立体 展品 图画图表等展品 中的一种单独形式 也可 以是 由其 中两种或者两种 以上形式的融合 以立体展品为主 融合其他展品 形成 的展项 是 目前最 常见 最主要 的展项形 式 优秀的科普展项是科技馆持续发展的动力源泉 因 为它们可以使公众关注科技馆 参与科普教育活动 从而激发公众对科学尊重 热爱和探索的热情 科 普展项是科技馆的基本组成部 分 它们 的质量优劣 直接决定了科技馆 的生命力是否能够长久 高质量 的展项是建立 高质量科技馆 的必要条件 因此 科 普展项的质量是科技馆建设中确保科技馆生命力旺 盛的一项重要要指标 尽管 目前科技馆 的发展如此 蓬勃 然而与科技馆展项设计 的相关理论却依然在 收稿 日期 2 0 1 1 0 5 1 6 修 回 日期 2 0 1 1 0 6 1 0 摸索之中 如何全面科学地评 价科技馆 的展项设计 水平 为展项设计 的质量把好关 就成 为了科技馆建 设的一个重要 内容 本 文尝试探讨建立一套综合评 价体系 用来评价科技馆展项设计水平 2 评价指标体系的建立 2 1 评价指标体 系的构建原则 构建科技馆展项设计水平的评价指标体 系应坚 持 以下原则 1 选题 要 面 向现代 化 面 向世界 面 向未 来 科技馆展项应体现 出科学技术的进步和科技发 展 的未来 展项 的设计 应 以基 础知识 为原 理背 景 这些展项结合 中小学物理 化学 历史 地理和生 物等课程而设计 能够帮助参观者理解教科书中的 知识 更可以作为课外知识的补充 加强和巩固公 众的基础知识 提高公众的科学素养 当然 现代 科技馆的功能绝不局限于此 现代科技馆还作为推 广现代高新科技的重要平台 例如推广物联 网技术 生物技术 机器人技术 新能源和节能技术 3 D显 示技术 的展项 就是 让公众 了解这些技 术 的纽 带 从而让公众关注当今世界科技发 展的动态 掌握科 技发展的脉络 科技馆展项还应该体现社会发展过 程中需要 向大众普及 的知识 例如在人类文 明发展 王可炜等 基于 F u z z y的科技馆展项设计评价的数学模型 4 5 和进步过程中产生 的环境污染问题 生态保护 问题 等 这些 社会 问题 必须 引起 全人类 的重视 因此 科技馆不仅要做好科学知识的普及工作 同时还要 做好社会知识 的宣传推广工作 更好地发挥科技馆 的作用 让公众 重视社会 问题并且参与解决社会问 题 最后 科技馆展项还应该考虑体现 出地方特色 结合当地的地理 历史和人文情况及其特点来设计 2 内容设计上要处理好展项的科学性 知识 性和趣味性的关系 展项设计的科学性是前提 知 识性是核心 目的 趣味性是实现手段 一般说 展 项的科学性是指展项 要正确反 映具 体 的科 学原理 展项的内容选题要考虑具有普及意义的知识生长点 展示效果要正确反映科技对人类进步 社会发展 的 促进作用 展品 内容和形式设计要完美结 合 在科 技馆展项设计实践中 我们体会到必须在设计过程 中尽早关注展项设计形式 包括结构形式设计和布 置环境整体设计 与内容的完美结合 展项的知识 性指的是每一件展品都要准确地表达某个原理或应 用 使观众获得明确 的知识体验 科 普展项切忌传 授含混不清的概念 我们要注重研究不 同层 次观众 所具有的知识水平 应 明确展项 的主要受众 的知识 层次 不能把展项 当成 万金 油 同时 为 了充 分体现科普教育 的特点 我们一方 面可 以按知识层 次设计专题展项 如为青少年专门设置展区 另一 方面也要注意设法通过展项使不 同层次 的观众都能 获得深浅各异 的知识收益 展项 的趣味性是指展项 的体现形式要是喜闻乐见的 要能诱发和激励观众 的兴趣 形成其心 理倾 向 求知欲 专 注精神 等 运用趣味性来体现展项 的设计思想是必要 的 值得 注意的是 为了吸引眼球 有些展项片面追求趣味 性和娱乐性 致使科普展项变成了单纯的娱乐游戏 这是不可取的 3 展项要安全可靠 展项是科 技馆发挥作用 的基础 其中互动展项更 是将科技馆 区别 于博物馆 等其他科教场所的根本所在 互动展项让公众可以 亲自动手操作 亲身体验 因此能吸引大批公众来 到科技馆 中 极大地促进 了科技馆科普教育作用 的 发挥 于此同时 互动展项 的安全 问题就显得尤为 重要 可操作展项在设计时的第一个要求就是安全 要确保在误操 作展项情况下 也不会发 生人身意外 确保展项设计无安全隐患 同时在设计时也要注意 展项的材料使用 尽量使用安全无毒的材料 4 展项要能够便捷操作 科技馆 中的展项 之 所以可以发挥科普教育作用 非常重要的一个原因 即为公众可 以在操作 展项 的过程 中学 习科 学知识 因此 对展项设计质量的一项非 常重要 的评判标 准 就是展项操作 的便捷性 试想一个 展项 即使包含 了 很多有用的知识 但是操作非常复杂 使得很少有 人能耐心地去完成它 的操作 那么这个展项能够发 挥多大的作用 呢 在展项设计 的过程 中 应 该多考 虑展项操作 的便捷性 这样设计 出的展项才会发挥 最大效用 让公众 在假期 之余 在科技馆这样一个 知识的海洋里惬意地遨游 在获取知识 的同时能够 自我放松心情 缓解压力 5 展项要具有耐用性 安放在科技馆 中的展 项可能几个月甚 至更久才会更换一次 但是它 面对 的公众可是几乎每天都一批批 的 展项不能 因为每 天被重复操作而轻易出现故障 这样才能确保科技 馆的良好运营 因此 在展项 的设计过程 中一定要 预先对展项的频繁操作和非法操作做好周密的考虑 对展项 的耐用性进行严格把关 展项设计合适的 自 动和人工复位 设计合理的操 作等 都可以增强展 项 的耐用性 6 展项设计要注意便于维修保养 无论展项 设计制作得多么精 良 客观上 的损坏在所难免 尤 其是在频繁操作和不规范操作的情况下更是如此 展项便于维修 可大大缩短维修时 间 提 高展项完 好率 这是使科技馆展览正常运行 的可靠保证 同 时 展项 中的易损部件应设计成标准件 包括手柄 扳手 电钮开关等 科技馆展项设计还要考虑降低 耗能 随着社会 的发展 高耗能 的展项必然要面临 转型或者淡出科普的舞台 2 2评价 指标 体 系的设 置 根据上述原则 本文确定 了评价科 技馆展项设 计水平 的一系列指标 如 图 1 指标体系由两个层 次组成 第一层 由四个部分 内容组成 分别为 主 题选择 内容设计 人性化 和维护保养 第二层是 由分别隶属于第一层四个部分的共 1 3个指标所 组成 3 评价方法的构建 3 1 各指 标权 重 的确 定 对于展项设计 的整体来说 各部分 的重要性程 度是不一样的 有的因素重要性大些 有些则小一 些 为了准确地反映展项的具体各部分对展项设计 整体的影响 我们采用模糊层次分析法并结合专家 意见来确定指标的权重 层次分析法是由 T L S a a t y首次提出 是一种定量和定性分析相结合 的多 目 标决策方法 特别适宜于那些难以用 定量指标进行 分析的复杂问题 它把复杂问题 中的各 因素划分为 互相联系的有序层 使之条理化 根 据对客观实际 的模糊判断 就每一层 次的相对重要性 给出定量 的 表示 再利用数学方法确定全部元素相对重要性次 序的权系数 层析分析 法的特点是根据背景确定 目 标和评价因素 然后再构造判断矩阵 判断矩阵元 素的值反映了人们对各元素相对重要性的认识 一 般采用 1 9及其倒数的标度方法 由于层次分析法 系统简洁 实用 在社会 经济 管理 等许 多方 面 王可炜等 基于 F u z z y的科技馆展项设计评价的数学模型 指 标 体 系 内l L一 容 l 设I L 计 l广 上 一趣味性 兰 竺 竺 人l 性 l 化I L 环 保性 嚣 恒 养l 图 1 科技馆展项设计评价指标体系图 得到越来越广泛的应用 但它也存在着诸如判断一 致性与矩阵一致性的差异 一致性检验 的困难等 问 题 特别是 由于本文 的展项设计 的评价是要综合多 个专家的意见 而层次分析法中采用 1 9及其倒数 的标度方法不适合综 合多个 专家的意见 所 以本文 根据一些学者提出的模糊层次分析法来确定权重 由于模糊层次分析法中判断矩阵中的元素取值为 0 到 1 之间的小数 因而适合综合多个专家对于权重 的意见 模糊层次分析法首先需要构造模糊互补判断矩 阵 设有因素集 C c c c 则表示因素 c C C 两两 比较重要程度 的模糊互补判断矩 阵为 R 其中 0 r i j 1 r i i 1 r i r j i 1 r i i表示 因素 ci 比因素 C 重要 的隶属 度 r i i 越大 因素 ci比因素 ci越重要 r i i 0 5表 示因素 ci与因素 c 同等重要 首先我们按照层次分析法的要求 先让各个专 家采用 l 9及其倒数的标度方法两两对比确定因素 之间的相对重要性 a i 再求出a i 的平均值 a 以便综 合各个专家的意见 然后将传统层次分析法的标度 过渡到模糊层次分析法的标度 取 8 1 0 是 大 于8 1的任意一个数 令 r i i 仅 l o g a h 1i 0 5 r i i 即构成模糊互补判断矩阵的元素 接下来根据多位专 家确定 的模糊互补判断矩 阵 来计算权重 设 R r i i 是模糊互补判断矩阵 权 重向量 W w w w 由下面约束规划问题 的解确定 f m in z i n l l 1 o g 13 Wi lo g 13 Wj 0 5一r i j P 1 s T I Wi 1 Wi 0 j 1 2 n 其中 13是任意一个大于 1的数 用拉各 朗 日乘 数法将 P 1 转化为下面无约束规划问题 P 2 m in L W i n l T n 1 1 o g 13 Wi lo g 13 Wi 0 5 一 r i j 2 入 1 wj 一1 令 0 得 4 2 7 1 0 整 理后得到 王 1 o g 13 Wj l o g 13 Wj 0 5 一 r ji k Wjl n p 0 从而 1 2 f n l 1 o g 13 Wi lo g 13 Wi 0 5一r i i k Wi l n 13 0 由于模糊互补判断矩阵所有元素之和为 n 2以 及 Wj 1 得 到 k ln 13 0 因为 p l 从而 入 0 接下面方程组 r 1 o g 13 Wi lo g 13 Wj 0 5一r 0 I J I S T Wj l J 1 l Wi 0 j 1 2 n 得到 Wi B 吉 j I l r i k In p j I l r 按照以上方法确定 的权重包含 了 B 当 B很大 时 某些权重 值会趋 向于零 不利于计算 机处理 因此 B的取值应根据决策者的偏好而定 也可 以选 取若干 p值 试评若干展品 然后选取合理的 B值 来确定权重 以上方法仅得到一组因素对其所属的 上一层因素的权重向量 若评价指标体系包含两层 以上的因素 只需要 自上而下地将单层因素权重进 行合成 就可取得最低层 因素对于最高层的合成 权重 3 2各单项指标分值的确定 按照层次分析法的原理 我们对第二层的最基 础的因素 指标 进行综合评判 得 出第二层各项 指标的评分值 具体做法如下 假定评价的范围在 s 个展项之间进行 对于各个展项在某个指标 C 上 的评分 可以通过 比较求 出它在 S中所 占据 的相对 名次 设为 r r 1 2 3 s 第二层各个指标的 评 分 值 u j 可 以 用 旦 二 专 来 表 示 即 u j 璺 二专 这 是一个无量纲的分值 其中s r 1 实际上是 cj 在 S 中的倒数名次 由于在展项设计的指标体系中指标都是定性的 对于这些指标可先进行 F u z z y 模糊数学 综合评判 王可炜等 基于 F u z z y的科技馆展项设计评价的数学模型 4 7 设评判集合 V V V V V 优 良 中 差 对各个指标的评价结果只能是 V i之一 请专家组成 员进行评判 其结果记为 T 0 0 0 式 中 O t 为在认为 C i为优的评判者 占全部评判者 的百 分比 O t 为在认为 c i为 良的评判者 占全部评判者 的 百分 比 O t 为在认为 c i为中的评判者 占全部评判者 的百分比 O L 为在认为 ci为差的评判者 占全部评判 者的百分比 综合考虑全部评判者对 ci的评判 可 按下列公式计算 得到 ci的模糊评判值为 t i 4 i x 3 o r 2 2 e t3 O t4 再根据 t 的值进行比较 就可以求得 r 值 这样 只要求得了 r 值 即可按公式 u 曼 而得到第二层各 指标 的分值 用这种方法计算 出的 的ci分值有如下特点 1 U i 1 当 r s 时 u j 当 r 1 时 U j 1 3 3 总体评价 的数 学模型 利用上述方法 我们可以得出展项设计水平综 合评价指标体系中第二层各指标的权重和分值 据 此可对展项设计进行总体评价 计算公式如下 E m lW Ui 式中 wi为 ci指标的权重 u i为 ci指标的分 值 i n 为第二层指标的个数 E则为展项设计的相 对值 这就是展项设计 总体评 价 的数学模型 E的分 值越高 表明展项设计水平相对越高 根据前 面的 推导过程可知 本模型依据的展项设计水平是一个 相对比较的概念 因此 E值的大小只具有相对 比 较的意义 单独就一个展项的设计水平进行计算 即S 1 时 E值的大小无意义 在实际工作中 单 独讲某个展项 的设计水平高或低 而不 与其他展项 进行 比较 其实也无任何意义 所 以 本模 型适用 于两个以上展项 的设计水平 的比较研究 这也是该 模型的一个特点 同时本模型为第二层指标的设计 留有余地 即 i n值可以变动 这就使得模型具有 广泛的应用性 不同的评价者根据相应的评价要求 可以增减第二层指标的个数 增减指标后仍然可以 运用本模型对展项设计水平进行总体评价 4 总结 随着科技馆建设 和经营的迅速发展 展馆展项 设计的水平和质量将会越来越 受到科技馆相关管理 人员以及参观者的关注 如何全面科学地评价科技 馆的展项设计水平就成为了科技馆建设及其相关管 理亟待解决的问题 本 文在分 析了科技馆展项特点 和功能的基础上探讨 了评价展项设计的原则 并尝 试建立了一套评价指标体系 通过结合模糊层次分 析法和模糊综合评价建立一个数学模型来对科技馆 展项设计水平进行评价 希望这个评价模型能够为 科技馆以及相关的管理工作提供参考借鉴 更好地 促进科技馆的建设发展 参考文献 1 李洪