面向“雙碳”目標的生態環保材料感知評價方法及外觀美化研究

宋豐伊，劉鍵，鄒鋒，黃賽，趙靜

面向“雙碳”目標的生態環保材料感知評價方法及外觀美化研究

宋豐伊，劉鍵，鄒鋒，黃賽，趙靜

（北京工業大學 藝術設計學院，北京 100124）

提煉一套用戶感知層面的評價技術和方法。分別運用文獻綜述、案例研究和實證研究的方法，提出了生態材料的樣本、材料感知評價層次模型、材料感知評價的實驗設置及感知評價方法的4個主要層面。通過總結材料的感知評價研究中的先進實驗流程、評價方法及優缺點分析，構建了一套適用于生態材料感知評價方法模型。通過實證研究，驗證了提出的感知評價模型具有較高的可行性，對推動生態材料的多模態品質可持續性設計具有現實指導價值。

可持續設計；多模態感知；生態材料；感知評價模型

碳中和背景下，生態材料工業是我國重要的戰略性新興產業，關系到終端產品的美學、情感體驗、可靠性、人類健康生活的品質，提高生態材料的設計水平也是助力我國實現碳中和戰略的有力保障。其中，生態材料多模態品質的可持續性設計，是可持續設計或者環保設計的升級。可持續設計起源于20世紀80—90年代，國外興起了綠色設計的風潮，此時環保設計可以理解為把廢舊材料打碎，再回收利用。從CMF的視角出發，這種再回收利用的材料，其多模態品質難以媲美石油能源制成的材料，但當時的環保人士和比較先進的消費者能夠容忍這種美學缺陷，而且對使用環保材料感到非常自豪。

但是到了今天，用戶對生態材料的需求發生了變化，表現出既環保又美觀的新需求特征。因此，如何提高生態材料工藝加工水平，使環保材料能形成越來越好的多模態品質，是設計學、感性工學、心理學、統計學共同關注的問題。本研究按照感知評價研究主體、樣本類型、感知評價的層次、實驗設置、評價方法的順序，旨在梳理感知評價和跨學科領域的研究方法，并結合生態材料的特點和實證研究，最終總結并構建一個生態材料感知評價模型，對生態環保材料的可持續設計具有現實指導價值。

1 生態材料

關于生態材料的命名以及定義，學術界和業界尚無蓋棺定論，例如有研究將其命名為“綠色環保材料”“最小環境負荷材料”“可持續材料”等，筆者總結了現有研究，這種材料泛指具有良好的使用性能和優良的環境協調性的材料，一般具有生態環保、可降解、可持續、可回收四大特點，文中，以“生態材料”命名。國外的數據庫MaterialDistrict里面記錄了豐富的材料，包括15個一級標簽和55個二級標簽。通過查找篩選，將標有“Ecology–生態的”“Sustainable–可持續的”“Biodegradable–可生物降解的”“Recycling–回收”標簽的材料進行匯總分類，構成生態材料的大類，部分材料見表1。

Veelaert等[1]總結了50篇有關材料的研究。這些研究中，材料選擇的主要原因是人們習慣選擇最熟悉、最典型的產品，例如金屬、塑料。同時，現有材料領域感知評價研究中的主體是常用的材料，但對新型生態材料研究還尚存空缺，設計師在對不同生態材料做對比時，缺乏系統化的感知評價方法做判斷。

表1 生態材料及分類（部分）

Tab.1 Ecological materials and classification (part)

2 感知評價研究及綜述

感知評價研究最早起源于心理學，包含人的感知和認知。感知即通過人體器官和組織對外部世界進行信息交流和溝通，認知是通過大腦進行信息傳遞。感知評價研究應用領域很廣，例如在汽車領域，應用靜態感知質量評價，通過精細化設計給消費者帶來超出預期的感官體驗，其“第一感受”及車輛使用過程中所感知到的產品質量，決定其是否繼續體驗或購車消費；在景觀環境與服務經濟領域中，通過對其類型、空間分布、消費者體驗等多維度進行感知評價和改進，讓消費者產生價值認同感和地方依戀。

為了研究生態環保材料，本研究選取了大量材料與設計領域的感知評價相關研究進行文獻綜述，以達到研究方法和內容的最大適配性。下面從感知評價的主體樣本類型、層次、實驗設置和評價方法4個方面進行研究和綜述，并在小結中對其應用的可行性和生態材料適配性作出思考和評價。

2.1 感知評價材料樣本類型

材料感知評價實驗需要研究團隊去設計材料樣本，并邀請目標用戶做測試。材料樣本指材料以一種什么方式呈現給用戶，一般包括文字描述型、建模圖片、扁平、塊狀的4種材料樣本。

2.1.1 文字描述型樣本

文字描述型樣本經常用在問卷中，例如，Choi[2]在研究中使用12對雙極形容詞組編制了材料感知問卷，橫軸是材料名稱和最大值，縱軸是雙極形容詞組，見表2。該種樣本有一定的局限性，評價的結果過度依賴被試者的主觀印象，且問卷中的材料通常是人們熟知的，類別有限。

2.1.2 建模圖片樣本

用建模圖片樣本可以節省大量地尋找和制作原材料的成本。Veelaert等[3]在研究中用軟件建模的方式來表示材料表征，并最終以渲染圖片的形式提供給被試者。Karana等[4]將一組模型賦予玻璃、金屬和塑料3種不同的材料，組成12種材料樣本，建模及渲染見圖1。該樣本類型的弊端是建模圖片的使用只是視覺方面，忽略了觸覺等多模態的評估，最終結論是欠全面與欠完整的。

表2 材料感知問卷（部分）

Tab.2 Material perception questionnaire (part)

圖1 建模圖片[3-4]

2.1.3 扁平的材料樣本

扁平的材料樣本是常用的選擇。例如，Roberta Etzi等人對觸覺刺激的審美偏好展開了研究，扁平的材料樣本由相同區域（10 cm×10 cm）的硬紙板組成，硬紙板上覆蓋不同的紋理材料，見圖2。該樣本的規格一般制成統一尺寸，例如設置為L 205 mm× W 205 mm×H 25 mm，質量1.19 kg，有利于減少因為大小、體積不同帶來的實驗誤差[5]。

圖2 扁平材料[5]

2.1.4 塊狀的材料樣本

塊狀的材料樣本經常用在某些新型復合材料的感知評價研究中，例如Karana等[6]用咖啡渣、黏合劑等原料制成塊狀復合材料，并開展感知評價研究。Sauerwein等[7]用菌絲基復合材料制成塊狀材料樣本，來研究“粗糙度”在視覺感官和觸覺感官之間的關系。塊狀材料樣本見圖3，塊狀材料樣本比扁平的材料樣本更立體，有更豐富的體驗感受；但塊狀材料樣本存在加工成型更復雜、規格難統一、體驗誤差大等缺點。

2.1.5 小結

匯總了上文四類材料樣本的優缺點，見表3。其中，由于文字描述型和建模圖片樣本類型，都局限在視覺水平，而生態材料感知評價模型的構建需要全方位地感知，因此不適用；扁平的材料樣本與塊狀的材料樣本各自存在缺陷，在未來研究中，可以通過制作樣本模具等方式，得到有一定厚度、尺寸規格統一的生態材料樣本。

2.2 感知評價層次

感知評價層次是指在材料感知評價的過程中，被試者對材料的直觀感受、對材料感知的經驗、對材料的反應和實踐的過程，分別對應生理層次、心理層次、行為層次。

圖3 塊狀材料[6-7]

表3 材料樣本示例及優缺點

Tab.3 Examples of material samples and advantages and disadvantages

注：推薦程度1-4，數字1為最高，4為最低。

Merleau-Ponty[8]認為材料感知是人和物體之間的相互作用。材料感知是指感知評價研究的主體——材料，也稱為“刺激物”，與被試者的感官、審美、心理等相互作用。Giaccardi等[9]定義了構成材料感知的4個水平，即感官、解釋、情感和施為，這4個水平相互關聯，共同構成用戶的感知。在不同的研究中，筆者共發現了10種不同的材料感知交互方式，分別是：五感；通感；自由探索；人格特征化；想象和聯想；定義、解釋判斷；賦予意義；心理感覺；思想、信念、態度；行為反應。這些不同的材料感知交互方式，與Karana等定義的材料感知4個水平之間存在交叉、補充和融合，共同構成一個完整的材料感知評價層次框架，見圖4。

2.2.1 生理層次

在材料感知評價實驗中，被試者會在生理層次上感知材料，例如拿到一個材料刺激物，觸覺是軟還是硬、視覺是什么顏色等。生理層次由感官水平構成，包括單模態感知和多模態感知。

單模態感知是指被試者五感中的單獨一個感官的感受。在感知過程中，無法完全限制被試者感官之間的互聯，因此需要做限制條件，在過程中隔離相互關聯的感官，例如耳罩、眼罩等[10]。Camera開發了一套工具包，其中描述了22種觸覺感知的手勢動作，包括摩擦、掠過等，見圖5。

多模態感知是指被試者五感中兩個及以上感官的通感。Zuo等進行了一組對照實驗來研究被試者的視—觸覺和盲—觸覺的感知，見圖6。研究者應用雙極形容詞組對兩個實驗的感知結果進行評價，可以分別得到多模態感官對材料感知過程影響的量化結果[11-12]，進而幫助設計師識別材料創意機會。

圖5 觸覺感知的手勢動作[13]

圖6 一組對照實驗[12]

其中，自由探索是更全面、更深層的多模態感知方式。通過這種不受限的感知方式，被試者可以進行更全面的材料體驗。例如Giboreau等[14]對汽車內部紡織材料做感知實驗時，觀察到紡織品專家的4個主要手勢，分別用來評估材料的粗糙度、柔軟度、厚度、整體質量、舒適度、硬度等。見圖7。

圖7 紡織品感知手勢[14]

2.2.2 心理層次

被試者還會在心理層次上感知材料。心理層次表現為被試者對材料感知的經驗，由解釋水平和情感水平構成。解釋水平是在感官水平之后的產生的，解釋水平與被試者如何定義、解釋和判斷材料和賦予材料意義直接相關聯，它構成了被試者對材料感知的一部分的經驗[9]。例如應用在電子產品中，經過拉絲、拋光等工藝處理后的ABS工程塑料，在視覺上看起來更光滑，引起用戶“像金屬一樣的質感”聯想。

情感水平通常是無意識產生的，本質上由內心的思想、信念和態度交織而生，是一種心理上的感覺外化現象，通常表現為被試者對某種材料感到著迷、失望、厭惡等心理情感。在感知評價中，情感水平可以反映出材料應用到終端產品上的價值，例如，金屬材質的筆記本電腦十分有光澤，讓被試者感到著迷；某種材料讓被試者感到厭惡，被試者則可能不會買這種材料質地的產品[9]。

2.2.3 行為層次

行為層次是指在感知評價研究過程中，被試者對材料做出的反應和實踐等行為。行為層次是感知評價的第3個層次，受到不同生理層次、心理層次的影響，被試者會做出不同的行為反應。例如，在對某種材質的感知評價研究中，被試者在觸覺上感到很軟，心理上感覺到很舒服、放松，喚起“揉”“搓”“躺”等行為。

2.2.4 小結

總之，單模態感知可以控制其他感官的影響，如通過戴墨鏡控制視覺，避免在材料感知評價過程中發生“先入為主的偏見”。但單模態感知過程中，心理過程和已有的材料經驗會影響感知評價的結果。此外，若非增加控制，感官本身是不會孤立的。綜合生理、心理的感知可以提供心理層次上更精準的判斷，并影響人們最終的行為。解釋水平和情感水平受到過去經驗的影響，適用秸稈等常規生態材料，對某些新型復合生態材料，例如咖啡渣，需要進一步改進評價層次框架，即通過預先在生理層次進行感知，見圖8。在未來的研究中，生態材料感知實驗可以根據具體的實驗需要，選擇不同類型的感官水平來進行。

圖8 改進的評價層次框架

2.3 感知評價的實驗設置

2.3.1 快速分類實驗（Napping）

為了快速獲得大量材料樣本中不同材料的相似度和差異性，有研究者提出了快速分類實驗（Napping），這是一種快速、有效、精度較低的材料分類實驗，可用于零經驗的被試者，適用于在大量材料樣本的感知評價研究中，對材料的分類。例如，Faucheu等[15]為了探究材料樣本表面紋理粗糙和光滑度，通過Napping進行實驗，對樣本快速分類。

1）實驗設備：一張半透明桌子，背光燈及桌子下方攝像頭。桌子上實驗區是一個75 cm×75 cm的正方形，見圖9。

2）被試者選擇：需要10位被試者，年齡在20～50歲，所有被試者視力正常或矯正到正常，無色盲情況，觸覺正常，被試者皆沒有材料方面的專業知識，曾經沒有過感知評價相關研究經歷。

3）實驗材料：11個不同的紋理和飾面的材料樣本，放置在一個10 cm×10 cm的標準樣本架子上，有一個5 cm×5 cm的窗口顯示樣本。

4）實驗內容：第1組實驗是在黑暗中進行的觸覺實驗，這樣被試者無法看到材料的表面紋理；第2組實驗是有照明條件下進行的視覺實驗，要求被試者觀察樣本表面而不接觸它；第3組實驗是視覺—觸覺實驗，與前一個測試的條件相似，不同的是允許被試者用手指觸摸樣品表面[15]。

5）實驗步驟：被試者站在桌子前用他們的手指探索樣本的表面；被試者根據自己的感知，按照位置相近則相似、相遠則差異的原則，擺放材料；擺放結束后，攝像頭記錄每個材料樣本的、軸坐標。

2.3.2 攝影棚實驗

攝影棚實驗每次只對某個材料樣本單獨進行實驗，因此耗時長、速度慢，精度較高，常用于評估用途相同材料的感知差異。例如，Overvliet等[16]用攝影棚實驗的方法，觀察被試者對樣本材料“粗糙度”“柔軟度”等自然性的感知評價。

圖9 快速分類實驗[15]

1）實驗設備：一張桌子，一個80 cm×80 cm×80 cm的攝影日光帳篷，6個50 W燈泡照明，一個降噪耳機，見圖10。

圖10 攝影棚實驗[16]

2）被試者選擇：32名被試者，年齡在18～33歲。所有被試者視力正常或矯正到正常，無色盲情況，觸覺正常，被試者皆沒有紡織品方面的專業知識，曾經沒有過感知評價相關研究經歷。

3）實驗材料：天然紡織品、人造紡織品以及混合紡織品。樣品包裹在8 cm×8 cm×0.5 cm的片上，裝入12 cm×12 cm×5.5 cm的灰色塑料盒中，通過8 cm×8 cm的窗口只能觀察樣品的頂面。

4）實驗內容：第1組實驗是觸覺實驗，帳篷的前部用白布覆蓋，以防止被試者看到樣本；第2組實驗是視覺實驗，被試者可以看到樣本，但不能觸摸樣本；第3組實驗是視覺—觸覺實驗，被試者結合以上兩種探索方式進行實驗。

5）實驗步驟：實驗前，被試者洗手并擦干，為了排除聽覺影響，被試者需要戴耳機；實驗時，被試者坐在桌子前進行實驗；被試者在3 s內探索樣本，完成后，實驗人員移除樣本，被試者對其感知到的屬性進行評級[16]。

2.3.3 配對比較實驗

為了在相同感知指標下，觀察被試者對不同材料的感知評價結果的差異，有研究者提出了配對比較實驗的方法。配對比較是一種敏捷實驗方法，實驗流程簡單，主要應用于兩個材料樣本之間的對比評估。例如，Piselli等為了評估被試者是否能感知到材料磨損或老化后表面粗糙度的變化，進行了材料的配對比較試驗。

1）實驗設備：一張桌子，一盞日光燈，一個用來放樣本的45°支架，黑色護目鏡，見圖11。

圖11 配對比較[17]

2）被試者選擇：12名被試者，平均年齡為30.2歲。所有被試者視力正常或矯正到正常，無色盲情況，觸覺正常，被試者皆沒有材料方面的專業知識，曾經沒有過感知評價相關研究經歷。

3）實驗材料：老化程度及粗糙度不同的兩個相同材料樣本，尺寸為10 cm×10 cm。

4）實驗內容：第1組實驗是在佩戴黑色護目鏡的條件下進行，以防止被試者看到樣本；第2組實驗是視覺實驗，被試者可以看到樣本，但不能觸摸樣本。第3組實驗是視覺—觸覺實驗，被試者結合以上兩種探索方式進行實驗。

5）實驗步驟：被試者坐在桌子前，保持固定的坐姿和距離；被試者在兩個材料樣本間進行探索；被試者對其感知到的屬性進行評級[17-18]。

2.3.4 小結

以上3種實驗都基本報告了實驗裝置和實驗條件，例如桌子、控制光照等，有的還有定制的實驗箱，在實驗材料方面，均是統一規格大小、扁平塊狀的材料樣本，適合生態材料。后續研究可以按需選擇，實驗內容對比總結見表4。

表4 材料體驗實驗小結

Tab.4 Summary of the material experience experiment

2.4 感知實驗評價方法

實驗結束后，被試者需要對材料進行主觀評價。評價方法主要以材料的視覺和觸覺為重點，用以測量和解釋被試者對材料的感知過程[15,19]。主要分為辨別測試和描述性分析兩類[17]，接下來對其闡釋。

2.4.1 辨別測試

辨別測試用于檢驗材料的相似性或差異性，包括排序測試、映射測試和分層分組。排序測試是一種簡單而快速的評價方法，基于材料的某種特定屬性，邀請被試者按照主觀偏好對實驗樣本進行排序[17]。Patrizia等[19]采用排序測試的方法，對12種材料進行了評價，見圖12。排序測試適用于扁平和塊狀的材料樣本的評價。只需要在桌布上畫出一條尺度分界線，即可進行排序，缺點是每次只能根據一對形容詞組進行排序。

映射測試是一個在二維平面上的四象限評價方法，允許用兩對形容詞組進行評估。目的是在兩個形容詞組定義的感官空間上，研究被試者對材料感知的相關性和差異性，越靠近相似性越高[17]，見圖13。映射測試適用于建模、扁平和塊狀的材料樣本的評價。在評價之前，需要將坐標軸制作出來，映射測試提供了兩對形容詞組進行排序評價，過程相對復雜。

為了邏輯清晰且快速分類大量的材料樣本，有學者提出了分層分組的評價方法。被試者根據相似性將一組材料樣本分為兩個或多個亞組[1]。例如在Chang等[20]的研究中，被試者將一組樣本分成兩個子組，并表示出分類的依據，見表5。分層分組適用于全部材料樣本的評價，在過程中可以根據實際需要來設置分類依據，這樣的評價方法更靈活且更復雜。以上3種辨別測試評價方法的優缺點，見表6。

圖12 排序測試[19]

圖13 映射測試[17]

2.4.2 描述性分析

描述性分析主要用于定性和定量評價材料樣本，包括問卷法、量表法及開放式評價。UEQ團隊提供了一份問卷，其中包含26對雙極形容詞組，用戶從1-7進行打分，見表7。問卷法是感知評價方法中應用最多的方法之一，適用于全部的材料樣本。問卷法需要提前設計好問卷的內容，且在雙極形容詞組和材料樣本的數量上沒有限制，是一種十分靈活的評價方法。

為了以某一雙極形容詞組為標準對材料樣本進行排序打分，有研究者提出了用語義差異量表法的評價方法。例如Lilley等[21]使用語義差異量表法來調查用戶對手機殼的材料態度。實驗者提供一個標有序號用于排序的區域，被試者在實驗后將材料樣本排列。例如，根據光滑到粗糙，從1-10進行材料樣本的排序，見圖14。量表法適用于扁平和塊狀的材料樣本的評價，需要提前準備帶序號的排序區域，只支持一對形容詞組的評價，評價結論更加精確，且相對便捷。

開放式評價即通過訪談技術來發現總結被試者對材料體驗過程的印象，通常分為結構化訪談、半結構訪談、自由訪談3種方式，可以收集到比較詳細的評價結論和數據，但流程麻煩、耗時[1]。開放式評價適用于全部材料樣本的評價。與前兩種相比，該方法自由度最高，可以挖掘到除雙極形容詞組以外的評價信息，但訪談的準備過程復雜。問卷法、量表法、開放式評價3種描述性分析評價方法的優缺點，見表8。

表5 分層分組

Tab.5 Hierarchical grouping

注：表中M代表Material材料英文單詞的縮寫。

表6 辨別測試評價方法的優缺點

Tab.6 Identification of advantages and disadvantages of the test evaluation method

表7 UEQ團隊26對評價形容詞問卷

Tab.7 26 pairs of evaluation adjectives questionnaires in UEQ team

圖14 語義差異量表法排序[21]

2.4.3 小結

辨別測試的3種材料感知評價方法主要是用來歸類和尋找相似或互斥的材料特性，尋找多個材料之間的相互關系的方法；而描述性分析的3種方法則主要應用于對每種材料樣本進行定性或者定量的分析。在未來對生態材料實踐研究中，需要通過對同一目標產品做對比實驗，以判斷生態材料在美學和理化特性等方面是否可以替代工程材料，適用于描述性分析中的方法。辨別測試中的方法則可以用來為構建生態材料庫提供豐富的數據或幫助大量生態材料的預先篩選工作。

表8 描述性分析評價方法的優缺點

Tab.8 Advantages and disadvantages of descriptive analysis evaluation methods

3 生態材料感知評價方法模型構建

3.1 理論方法

扎根理論起源于格拉斯和斯特勞斯兩人在20世紀60年代在一所醫院里對醫務人員處理即將去世的病人的一項實地觀察，目前，該理論廣泛應用于社會學、管理學、心理學、經濟學、設計學等領域，很多研究者都借助于該理論提出了具有較高學術價值的論點和理論模型[22-23]，有較高的普適性。例如：周浩等[24]采用扎根理論的方法，構建了本土籃球球迷的球隊認同概念模型。范歐莉[25]在研究中立足扎根理論，構建了民宿評價模型。

研究旨在構建一套適用于生態材料的感知評價方法模型。通過該模型，對批量生產制造的生態材料進行感知評價的實驗，并與其他材料分析比較，有助于提升生態材料終端產品的多模態品質。目前相關領域的研究處于前期階段，因此，本研究以扎根理論自下而上的研究方式對相關文獻進行歸納分析，見圖15。

3.2 研究材料編碼

本研究以文獻為研究材料，遵循扎根理論的原則對文獻資料進行整理和編碼，編碼方法依次為開放式編碼、主軸編碼、選擇性編碼。嚴格按照“持續比較”的原則，對范疇和理論進行提煉和修改，直至達到理論飽和[26]。

3.2.1 開放式編碼

開放式編碼是對原始材料辨別、強調和標記有意義單元的過程，這些單元可能是詞語、短語或更長的文本片段。本研究的文獻材料收集與開放式編碼同步進行，每次材料收集后就對材料進行轉錄和編碼，編碼結束后以編碼結果引導下一步文獻材料的選取，直至信息飽和[24]，合并相似度大、內涵接近的詞句，飽和狀態時，共提取39條原始語句。本研究中，開放式編碼遵循3個步驟：貼標簽→概念化→范疇化。本文首先從現有文獻中梳理反映與材料感知評價相關的主體及樣本、層次、實驗、評價方法4個方面相關的原始語句，并分析進行貼標簽。

例如，研究中的兩句原始語句顯示：“茶梗人造板彎曲彈性模量較弱，原因是茶梗本身的纖維形態長寬比所導致，本次加工中嘗試通過粉碎、篩選、分層鋪裝的方法改變纖維狀態提升材料性能”“除了增加儲物功能之外，包括可移動性、增加使用面積、改變使用方式從而賦予新的功能這些”。將上兩句原始語句分別貼上“彈性模量弱、重組加強材料性能”和“儲物功能、移動功能、增大面積、改變方式”的標簽。而后，將反映同一類現象的標簽總結成相應的概念，分別用“強度”和“功能”來標識，然后，對這兩個概念進行歸納并形成對應的范疇，用“物理質量指標”標識。遵循以上步驟，經過反復歸納、提煉和比較，盡量排除個人預設和偏見后，得到32個概念和19個范疇，部分內容見表9。

3.2.2 主軸編碼

主軸編碼通過挖掘范疇間的潛在內涵和邏輯關系，發現和建立各個獨立范疇之間的各種聯系，歸納為主范疇。本研究在開放式編碼基礎上，挖掘19個基本范疇之間的關聯。主軸編碼按照“條件→行動→結果”這一典范模型對開放式編碼形成的19個基本范疇進行歸類、抽象和提煉，并把范疇之間的關系按照這個邏輯展現。其中條件是指某一現象發生的情境，行動是指針對該情境所做出的反應，結果是行動后果。例如，開放式編碼形成的“生理層次”“心理層次”“行為層次”3個基本范疇可以在這一模型范式下整合為一條邏輯“軸線”，納入主范疇——“感知評價層次”。在感知過程中，首先被試者用手觸摸樣本材料、用眼睛觀察，在感官上建立了感知評價的條件；其次被試者對樣本產生心理上的認知情感；最后被試者被者喚起某種行為，例如撫摸。其中，實驗材料可以用其他基本范疇概括，故篩去這個基本范疇。遵循以上步驟，最終歸納形成了7個主范疇：感知評價主體、材料樣本類型、實驗設置、感知評價層次、感知評價方法、理化性能、審美體驗，見表10。

表9 原始材料概念化與范疇化（部分）

Tab.9 Conceptualization and categorization of raw materials (part)

表10 主軸編碼形成的主范疇

Tab.10 Main category formed by the spindle encoding

3.2.3 選擇性編碼

選擇性編碼是扎根理論分析的最后步驟，是指通過描述現象或事件的“故事線”來梳理和發現核心范疇，把核心范疇與主范疇系統地聯結起來，搜集新的資料驗證其間的邏輯關系。通過歸納和整合主軸編碼階段的7個主范疇，探究核心范疇與主范疇之間內在聯系和關系，發現感知評價主體是生態材料，生態材料及樣本類型可以歸納為物質層，實驗設置可以歸納為實驗層，感知評價層次和方法可以歸納為評價層，理化性能和審美體驗是產品因素，可以歸納為產品層。由此得到故事線：為了幫助企業破除雙碳指標制約企業正常生產的剛性約束，研究人員尋找可能有機會替代工程材料的主體（某種“生態材料”），并設計成適合進行實驗評估的統一規格樣本類型，完成實驗前物質層面的準備。根據目的、設備、被試者選擇、實驗內容、實驗步驟5個方面進行實驗設置，滿足實驗層面的需求。在實驗結束后，研究人員指導被試者按照感知評價層次，采用合理的感知評價方法對實驗過程進行主觀評價，完成評價層面的工作。最后通過分析評價層結果，得到“審美體驗”的數據結論，再結合“理化性能”數據結論，幫助判斷是否能夠替代工程材料進行批量化生產，達到批量生產的產品層面的要求。根據以上分析，提煉出4個核心范疇：物質層、實驗層、評價層、產品層，見表11。

3.3 模型構建

本研究嘗試在批量生產制造的終端產品材料選擇上，提供一種新的生態環保材料的可行性解決方案和用于驗證的評價方法模型。經過開放式編碼、主軸編碼和選擇性編碼3個階段，各范疇之間的關系結構已基本確定。在此基礎上，構建了面向生態材料的感知評價模型，見圖16，并對生態材料感知評價方法模型進行進一步闡釋[25]。

表11 選擇性編碼形成的核心范疇

Tab.11 Core category formed by the selective encoding

圖16 生態材料感知評價方法模型

物質層是基礎，在感知評價進行前，首先要選擇一種或多種材料，作為評價模型的物質基礎。從文獻資料中，研究人員挖掘生態環保材料，并嘗試替代石油制成的塑料材料，無論是像金屬等建筑廢棄材料，還是通過實驗制備的復合天然材料（咖啡渣）或天然生長材料（菌絲體）等，都是作為物質基礎，用來制備成某個產品。

實驗層是手段，當確定并制備了生態環保材料后，針對不同的實驗目的，進行不同的實驗設置。從文獻資料中，研究人員可以用快速分類實驗的設置來對材料的某種屬性進行相似度和差異性的分類；通過攝影棚實驗的設置來評估單個材料的各方面屬性；還可以通過配兌實驗的方式來對比兩種材料的差異和共性。

評價層是方法，實驗過程中，感知評價層次指導了被試者根據什么層次去體驗材料，實驗結束后，感知評價方法指導了被試者根據何種指標和維度去進行主觀評價。

產品層是驗證，在主觀評價過程中，依據評價層，對生態環保材料制備成的產品的審美體驗各個方面進行評價，對產品理化性能進行理化實驗的檢驗，最終根據數據和結合被試者訪談結果，對檢驗未通過的產品，進一步創新原材料并優化制造工藝，并再次進行實驗和評價，直到檢驗通過。

4 實踐應用

本研究選取了混凝土材料制成的無線充電寶產品進行設計與評價。混凝土是在拆除建筑過程中產生量最大的建筑垃圾，因此消除混凝土對環境的污染，提高混凝土再生經濟效益是工業設計領域中的重要課題。

當前，消費者對混凝土制成的生活類產品的接受度不高，以及當前缺乏相應的感知評價方法，無法指導材料研發企業根據用戶的需求提高混凝土材料的外觀美化。鑒于此，基于準確的感知評價系統，指導企業開發出一種外觀美化且有良好理化性能的混凝土制備工藝材料具有廣闊的市場需求。

4.1 實驗一

4.1.1 物質層（刺激物選擇）

首先研究選取了應用混凝土再回收一般制備工藝，即涂覆涂層工藝和浸漬硅烷工藝制成的無線充電器，進行了感知評價實驗，為了便于多模態感知，刺激物選用扁平化的材料樣本設計，按照上述文中2.1部分標準參考制成，即直徑為119.52 mm、厚度為20.74 mm、質量為551.7 g，見圖17a。對照刺激物為當前在某購物平臺消費者滿意度最高且銷量最高的無線充電產品，其主要材質為塑料，除厚度為14.77 mm外，其余規格與實驗刺激物一致，見圖17b。

4.1.2 實驗層與體驗層（程序與方法）

選擇60名被試者（26名女性，34名男性；平均年齡為20.5歲的年輕消費人群）。所有被試者視力正常或矯正到正常，無色盲情況，觸覺正常，被試者皆沒有混凝土材料方面的專業知識，曾經沒有過感知評價相關研究經歷。研究團隊為了探究實驗刺激物的感知特性及與對照刺激物的相似和差異性，邀請60名被試者分別開展了攝影棚實驗和配對比較實驗，在每次實驗結束后，要求被試者填寫主觀問卷和接受訪談。其中，主觀評價即進行1～7分的美觀評定和喜愛度評定，主要從上述文獻中抽取了愉快-不愉快，光滑–粗糙，硬–軟、粘–滑、有吸引力–無吸引力、新穎的–老舊的、美觀的–難看的等作為主要評價指標。

4.1.3 產品層（結果分析和解決方案）

采用SPSS22.0對兩種材料制成的無線充電器的美觀評分、喜愛程度評分進行了重復測量分析。結果分析發現，被試者對對照刺激物（塑料）的喜愛程度和美觀評定顯著高于實驗刺激物（混凝土），(1,19)= 18.60，<0.01，存在主效應。結合被試者訪談的結果綜合來看，混凝土制成的產品外觀質量差、表面粗糙、表面存在色差、長時間使用容易出現漏漿現象、質感檔次低廉，與塑料制成的產品有一定的差距。由此，研究團隊根據專利檢索和多次實驗評價及試驗，提出了一種基于有機硅樹脂的混凝土外觀美化材料制備工藝，采用純丙乳液和苯丙乳液與其進行復配，旨在解決實驗一中出現的問題，修復混凝土表面的色差，保持混凝土自然的質感和肌理的同時，還具有表面光滑和防腐蝕性能，使混凝土結構保持良好的美學和耐久性。

a 實驗刺激物（混凝土） b 對照刺激物（塑料）

4.2 實驗二

4.2.1 物質層（刺激物選擇）

實驗二的刺激物同樣按照2.1部分參考制成，采用了基于有機硅樹脂的混凝土外觀美化材料制備工藝，以混凝土為凝劑，并采用純丙乳液和苯丙乳液與其進行混合硬化，經表面研磨、拋光而成，其外觀結構、耐久性等理化性能保持穩定，最終成型效果見圖18。

4.2.2 實驗層與體驗層（程序與方法）

被試者和實驗目的與實驗一相同，分別開展了攝影棚實驗、配對比較實驗，在每次實驗結束后，要求被試者填寫主觀問卷和接受訪談，應用與實驗一相同的評價指標進行了感知性能評價。

圖18 實驗二的刺激物

4.2.3 產品層（結果分析與討論）

采用SPSS22.0對兩種材料制成的無線充電器的美觀評分、喜愛程度評分進行了重復測量分析。結果分析發現，被試者對照刺激物（塑料）的喜愛程度和美觀評定與新制成的實驗刺激物（混凝土）之間無顯著性差異（=1.82，=0.126），不具備統計學意義，而后采用最小顯著性差異法（Least Significant Difference，LSD）進行事后兩兩比較后，發現對照刺激物（塑料）與新制成的實驗刺激物（混凝土）之間無顯著差異。

結合上述統計結果表，被試者對照刺激物（塑料）和新制成的實驗刺激物（混凝土）在外觀喜好方面無差異，研究基于有機硅樹脂的混凝土外觀美化材料制備工藝制成混凝土的產品外觀質量較好，在用戶審美喜好上可以用來替代對照刺激物（塑料），產品表面光滑、色彩豐富且色差小，還原產品質感且保留了天然肌理，在外觀質量方面得到了顯著的提升。有效改善了一般制備工藝混凝土制成的產品表面粗糙、色差的問題，并有效保持了混凝土結構的耐久性。

5 結語

當前我國大量制造業為完成雙碳目標，需要尋找低碳能源代替石油制成的材料，雖然生態材料的發展前景十分廣闊，但當前制約其發展的因素是，生態環保材料經過重新加工后，在理化性能與審美體驗層面，與石油制成的材料有較大的品質差距，消費者主體審美接受度不高、使用體驗較差。本研究結合心理學、設計學、感性工學等科學研究和材料研究促進與自然合作的解決方案，旨在為碳中和背景下，可持續設計提供跨學科方法和研究技術。首先，研究通過文獻梳理，甄選了適用于生態環保材料的感知評價方法，以及結合實驗心理學，豐富了感知評價方法的維度和細則，并最終構建了一套評價模型，對現有可持續設計、接受美學等理論有所增值；其次，基于該模型對現有產品的感知評分進行了實驗；最后，基于實驗結果，提出了基于有機硅樹脂的混凝土外觀美化材料制備工藝，其實驗結果和統計分析結果表明，本研究構建的評價模型能夠有效指導生態環保材料的設計方向，幫助獲得理想的制備工藝和配方，從而創新原材料與優化制造工藝，優化廢棄物排放機制，助力企業破除雙碳指標制約企業正常生產的剛性約束。

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Perception Evaluation and Appearance Beautification of Environmental Protection Materials Facing Carbon Peaking and Carbon Neutrality (dual carbon) Goals

SONG Feng-yi, LIU Jian, ZOU Feng, HUANG Sai, ZHAO Jing

(College of Art and Design, Beijing University of Technology, Beijing 100124, China)

The work aims to refine a set of evaluation techniques and methods at the user perception level. The methods of literature review, case study and empirical research were used to propose four main levels of ecological material samples, material perception evaluation hierarchy model, experimental setup of material perception evaluation and perception evaluation method. By summarizing the advanced experimental procedures, evaluation methods and analysis of advantages and disadvantages in the research on the perception evaluation of materials, a set of models for the perception evaluation methods of ecological materials was constructed. Through empirical research, it is verified that the proposed perception evaluation model has high feasibility, and has realistic guidance value for the sustainable design to promote the multimodal quality of ecological materials.

sustainable design; multimodal perception; ecological materials; perception evaluation model

TB472

A

1001-3563(2023)10-0079-16

10.19554/j.cnki.1001-3563.2023.10.008

2022–12–14

北京市宣傳文化高層次人才項目；2021北京市社科基金重點項目（21YTA002）；教育部2021年第二批產學合作協同育人項目（202102055017）；教育部人文社科項目（20YJC760034）

宋豐伊（1998—），男，碩士生，主攻碳中和創新設計。

劉鍵（1987—），男，博士，副教授，主要研究方向為創新設計研究方法、智能化設計。

責任編輯：陳作