探究｜科普展品说明牌的可视化设计研究
摘要】本文聚焦于科普场馆展品操作说明牌存在的信息过载、操作指引模糊、吸引力匮乏等关键问题，系统性地探究了可视化设计在增强说明牌效能方面的理论架构与实践途径。依托双重编码理论以及人机交互技术的发展，提出构建以层次简化、视觉引导、情境适配、即时反馈为核心要素的可视化设计策略。本研究为科普场馆展品说明牌的设计与优化提供了系统性的理论依据与实践借鉴，对于提高科普展品的教育功能和用户体验具有一定参考性。
【关键词】科普展品；说明牌；可视化设计；科学传播
科技馆是以普及性科学教育为核心功能，以参与体验型展览展品、教育活动为主要形式，以基于科技实践的自主学习为显著特征的公益性科学教育机构，是提升全民科学素质的重要科普基础设施。科普场馆与其他博物馆的重要区别在于展品具有更强的互动体验性。然而在实际运营中，由于说明牌设计不够合理，常常影响观众的操作体验。调研显示，在科普场馆报修的展品故障中，近30%的原因是观众未能正确理解展品的操作说明，这反映出当前部分科普展品说明牌存在设计方面的不足。随着体验式学习的兴起和可视化技术的发展，科普展品说明牌的功能不应只停留在操作指示和科学内容传播，而应当迭代升级，转向引导体验、激发探索，帮助观众在互动中形成对科学内容的理解。
说明牌信息可视化是以科学性为前提的美学表达，是通过运用视觉思维和可视化设计原理，把复杂的操作流程转化为直观的视觉表达，从而降低认知难度，提升观众与展品之间的互动效果。本文借助双重编码理论并结合实际案例，构建一套适用于科普展品说明牌可视化的设计框架，旨在为科普场馆优化科普说明牌设计、提升展品的展教功能提供帮助。
国外说明牌可视化研究起步较早，美国博物馆领域的展览顾问、知名展览标签学者贝弗莉·瑟雷尔（Beverly Serrell）在其著作《博物馆说明牌：一种解说方法》中，对说明牌的设计流程、观众研究、评估方法等进行了系统阐述，尤其强调应把观众调研结果融入设计之中。她在书中指出，互动展品的说明牌应以有逻辑、直观的方式展现指示或解说。
国内早期展品说明牌设计常倾向于以教育者的身份单向地向受众传播科学知识，其内容严肃，着重凸显科学的严谨性，但实际成效较为有限。近年来，国内科普行业对该领域予以高度关注并积极投入研究。2019年，范陆薇等将博物馆文字说明牌可视化设计思想引入我国博物馆陈列语言设计，介绍了信息可视化基本理念及博物馆文字说明牌可视化设计指导原则，指出博物馆文字说明牌可视化加工使得专业知识和复杂信息更容易被认知，更具故事性、美观性和实用性。陈焱松、王之纲提出自然科学博物馆的展示设计需要将科学可视化的技术路径、展陈设计的艺术策略与设计传播的效度研究相结合。2023年，中国科学技术协会立项科普标准化项目《科普展品说明牌设计规范》，此规范征求意见稿拟对设计内容、信息表达以及展现形式等方面做出规定，提出引导性、科学性、逻辑性、通俗性、直观性五大总体原则，规范科普展品说明牌由展品名称、操作说明、科学原理、指示图示、拓展图文（如需要）组成，并由此构建操作层、原理层、拓展层三级层次，为本文所探讨的科普说明牌可视化设计提供了明确的方向指引。
依据科普规范化设计标准及相关指导意见，针对当前科普展品说明牌存在的问题，本文重点从双重编码理论对科普说明牌可视化展开研究。
加拿大心理学家艾伦·派维奥（Allan Paivio）提出的双重编码理论认为，人脑具备两套在功能上既相互独立又彼此联系的认知子系统，用以对信息进行表征与加工。一套是言语系统，专门处理诸如文字、口语等语言类信息，其信息表征的基本单元为“词元”。另一套是非言语系统，负责处理物体、图像、声音、动作等非语言类信息，并通过“象元”进行表征。研究表明，若将信息并置于视觉与言语双通道中呈现，其在记忆保持与意义理解方面的成效，明显优于通过单一通道进行传递。采用双重编码方式，能够使操作流程的记忆保存时长提升约2.5倍。
依据这一理论，对科普展品说明牌进行可视化设计可以从以下几个方面展开：首先，运用“词元”来进行逻辑叙事，用“象元”来构建场景。在观众大脑中建立“词元”到“象元”的引用链接，让关键术语能找到对应的心理图像，同时图像能引向核心的解释语句。优秀的说明牌可视化设计，本质上是对“词元”和“象元”进行编排与连接的艺术，帮助观众在大脑中构建清晰、牢固的科学认知图像。其次，同步调动观众的言语与非言语系统。设计时需要对说明牌的文字进行提炼，避免长篇叙述，同时建立图文直接关联性。将文字描述部分内容转化成图像和视觉语言，用视觉元素吸引观众注意，用简洁文字与图像来传达展品的核心内容。再次，运用人机交互技术来激活观众的多感官通道。创建丰富多元的“象元”，并与“词元”连接，将静态的信息载体转化为动态的交流界面，从而帮助观众在大脑中构建记忆和理解。
依据双重编码理论，展品说明牌的可视化设计实质上是将依赖经验积累的说明牌设计艺术，演进为以认知科学原理为支撑的设计过程。它从根本上改变了科普展品说明牌的可视化设计理念与实践，显著提高了科学内容传播的效能和吸引力。
科普展品说明牌设计目前存在版面信息过载、设计思维不足、叙述逻辑不清、智能交互不足四个主要问题。
（一）版面信息过载，单一通道传播低效
部分说明牌只依赖单一文字通道，大量使用专业词汇与繁琐描述，使得观众难以迅速捕捉核心内容。同时没有遵循格式塔原理（Gestalt），合理控制信息密度，在有限版面内堆砌过多碎片化信息，导致大脑自动简化信息，容易产生误读。说明牌仅依赖文字堆砌传达信息是对单一言语通道的迷信和滥用，而双重编码理论则揭示了这是低效的。例如，某博物馆说明牌将大量专业术语、生僻字和冗长解释堆砌在一起，导致观众产生抵触阅读的情绪。
（二）视觉设计失范，认知负荷居高不下
部分说明牌的文字、图形、色彩缺乏统一设计，设计时也没有考虑展示环境（如光线、距离）对视觉的影响。设计时缺乏全局观念，未统筹安排视觉元素，缺少视觉引导，导致信息层级不清，观众需花费时间梳理信息。其根本原因是未做好视觉通道与言语通道信息的整合与统一，也未能根据环境优化视觉通道的输入效率，导致观众认知负荷增加，信息获取效果下降。例如一些展览的说明牌字体过多、字号过小、配色突兀，导致版面设计混乱；部分说明牌因色彩对比度不足，说明文字、图例在背景图案下难以辨识；布展时没有考虑光线问题，导致透明展柜内的说明牌因眩光问题，给观众带来阅读困难。
（三）叙事逻辑混乱，信息传递缺乏条理
有些说明牌未明确展品与展览主题的关联，没有构建清晰的叙事脉络，缺少递进式结构和信息优先层级，致使观众难以理解核心内容，不能引导观众完成一次有逻辑、有层次、有吸引力的认知与情感体验。其原因是未能通过跨通道视觉与言语的一致性和结构性设计，来主动引导、支持和整合观众的信息处理过程。例如，某科技馆说明牌未区分主次信息，观众需自行拼凑逻辑，体验碎片化。
（四）智能交互缺失，观众参与感薄弱
目前有些说明牌设计缺少对可视化、交互设计等最新技术成果的运用转化，也未考虑通过游戏化机制（如任务挑战）来激发观众参与兴趣，还是以单向输出为主，导致观众被动接收信息，参与感低。例如，一些地方自然博物馆说明牌仅提供静态图文，缺少二维码、AR等手段，导致观众无法通过互动深入探索展品。
基于说明牌可视化的理论基础与场馆实践，本文提出四个核心 设计原则，即层次简化原则、视觉引导原则、情境适配原则、即时反馈原则。
（一）层次简化原则
层次简化原则是通过对信息进行视觉与言语的双通道同步结构化设计，主动降低观众的外在认知负荷，引导其注意力流，从而大幅提升信息获取与效率整合的核心方法。说明牌层次简化是为了提升文字阅读效果，在展览开发和设计中，可以将不同说明牌分成清晰的类型层级。信息层级重构是可视化设计的基础，通过结构优化提升展品信息获取效率，引导观众快速捕捉核心内容。
具体设计方法包括：核心-附属结构、F形布局适配和模块化分区。核心-附属结构是将展品说明牌最关键的信息置于视觉中心，附属信息围绕排列。一般按照“操作说明—科学原理—知识延伸”的顺序组织版面内容。F形布局是一种用户视线移动模式，特别是在浏览文本密集型页面时，用户的视线路径类似于字母“F”，即从左到右，然后向下移动，这种布局反映了用户快速扫描页面内容时的视觉习惯（见图1）。科普说明牌在可视化设计时应遵循F形布局，保证版面秩序感和节奏感（见图2）。模块化分区是将说明牌划分为操作区、原理区与拓展区三部分，通过背景色块轻柔区分，避免相互干扰。
图1 著名设计工程师尼尔森《眼睛轨迹的研究》网页浏览概述图
图 2 F形视觉设计模型图
（二）视觉引导原则
视觉引导原则是运用经过编码的视觉元素（如图标、色彩、版式）作为“外部认知脚手架”，将流程与逻辑外化、可视化，从而让观众的视觉通道承担起主要的导航与组织功能，降低整体认知负荷，实现直觉、高效的信息获取与行为引导。说明牌视觉引导原则要求对视觉元素进行精心设计，借助视觉元素自然引导操作流程，可降低认知成本，主要包括图标系统设计、色彩编码系统和版式设计。
图标系统设计要求如下：其一，一致性。采用统一的视觉语言，即相同操作应使用相同图标。其二，易懂性。选择符合大众认知习惯的符号，避免设计抽象度过高。其三，文化适应性。需考虑符号的跨文化理解，必要时辅以简要文字说明。其四，意图直观性。每个视觉元素都应传递明确的意图，手形图标用于指示“按压”，旋转箭头用于指示“转动”。例如某沉浸式模拟驾驶展品说明牌设计过程中，首版设计方案将制作图标置于右侧，且图标尺寸比例较小，操作步骤设定为三步（见图3-下）。在第二版可视化优化设计中，增大图标尺寸以提升其醒目程度，减少操作步骤文字说明，并将操作步骤简化为两步（见图3-上）。优化后的说明牌通过对操作流程进行视觉自然引导，显著降低了认知成本。
图3 沉浸式模拟驾驶操作说明牌
色彩编码系统包括功能分区、状态指示与情感引导等。功能分区是借助图标、色彩对比等方式，凸显当前操作的关键部位与操作方式、注意事项及原理解释等。状态指示是凭借色彩变化传递展品状态，例如待机状态显示为绿色、运行状态显示为蓝色、完成状态显示为红色。情感引导是运用色彩心理学原理，营造与展品主题相契合的情感氛围。
版式与排版设计包括留白艺术、字体选择、视觉节奏、内容精简等。留白是对说明牌中设计元素的主次关系以及版面空间比例有意识地控制，使画面产生视觉心理的空间感，信息更易读、层次关系更清晰、流动性更强。字体选用可读性强的无衬线字体，对关键信息采用粗体加以强调；通过大小与间距的变化构建舒适的视觉节奏，引导视线移动。同时删除冗余描述，保留核心动作与关键原理，单块说明牌的文字数量控制在140字以内（见图4）。研究表明，更简短的说明牌会增加观众的阅读行为。
图4 深圳科技馆某展品说明牌
（三）情境适配原则
情境适配原则，是基于双通道理论中“学习者中心”和“有限容量”的核心前提，要求设计必须根据具体的观众认知特征、展品内容属性与物理环境条件，对视觉与言语信息进行定制化编码与呈现，以确保信息能顺利通过两个通道并被有效整合，避免因“信号”与“接收端”“环境”不匹配而导致的认知失效。展品说明牌情境适配原则要求设计时考虑展品功能、展台外观、观众特征、展示环境等因素。
设计时要根据科普展品的功能特性（如演示型、互动型、静态展示型）以及展台形状（如长方形、圆形、弧形展台），采用不同的设计策略，以确保说明牌内容清晰可读并能有效指引观众操作。在观众特征方面，则强调针对儿童、青少年、成人以及特殊需求群体时，说明牌内容设计上要有所区分，使各类观众均能顺利获取信息。例如，重庆自然博物馆推出三个版本AR内容，青少版通过可爱的动画形象、有趣的动画场景，生动还原标本故事；普及版则以3D形象全方位展现化石标本背后的故事；在专家版中，馆长借助虚拟现实技术，亲自为观众进行专业讲解[12]。其分众化、针对性的内容设计思路，同样可为科普展品说明牌的差异化设计提供重要参考。
环境因素则要考虑展示空间的自然光线、人工照明、布局规划、观展动线等因素，设计时需确保说明牌位置、尺寸大小、色彩对比度等符合无障碍设计标准，确保说明牌易于被发现和阅读。例如，安徽省科技馆“天地探秘”展厅属于沉浸式暗环境，因此展品说明牌采用背光或内发光设计，以提升说明牌文字的辨识度。
（四）即时反馈原则
即时反馈原则是利用可视化手段，为观众的交互操作提供以视觉为核心的多通道即时、具象化反馈。它通过完成“行动—反馈”认知闭环，将系统内部状态外显化，从而实时指导学习、修正错误、降低工作记忆负荷，并最终促进观众在头脑中高效构建一个准确、稳固的心理模型。这是将被动观察转化为主动认知建构的关键机制。说明牌即时反馈原则可以通过设置展品按钮的色彩编码（如：绿色表示就绪、蓝色表示运行、红色表示完成）来实现展品运行状态可视化；针对多步骤操作的展品，可通过进度条、点亮顺序的设计来呈现步骤完成情况，实现运行进程可视化；将操作与科学现象进行直观关联（如按下按钮时虚拟电流流动），实现操作结果可视化。观众通过可视化了解展品的操作状态、运行进程、操作结果，从而获得更好的互动体验。
基于上述原则，本文提出科普展品说明牌的可视化设计框架，将展品说明牌内容划分为操作层、原理层、拓展层三个有机整合的层次（见表1）。
研究表明，从传统文字说明牌向可视化设计的转变，不仅是形式上的革新，更是科普理念由知识传递向体验建构的变革，随着智能人机交互技术的进步及理念的革新，科普展品说明牌的可视化设计呈现出新的发展趋势。第一，智能化与个性化。依托人工智能与大数据技术发展，说明牌能够根据观众的特征，动态调整内容的呈现方式，从而实现真正意义上的个性化解说。第二，增强现实技术融合。利用AR技术淡化物理说明牌与数字内容的界限，观众借助移动设备能够获取叠加于实景之上的动态操作指引。第三，交互式与生成式技术。说明牌从静态的信息展示升级为交互式的学习界面，可以支持观众通过操作设置不同参数条件，从而观察科学现象的变化情况。第四，多感官沉浸式体验。整合更多的感官通道，诸如触觉反馈、空间音频等，进而营造出更为沉浸的学习氛围。
科普展品说明牌可视化的发展，能进一步提升观众参观效率与趣味性，成为联系观众与展品之间的纽带。利用可视化研究最新成果助力提升科普展品说明牌设计能力，将推动科普行业的专业化发展以及观众体验的优化升级，为提升全民科学素质贡献专业力量。
