论科学成果的视觉表达——以Nature、Science、Cell为例

上传者：翟改霞
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论科学成果的视觉表达——以Nature、Science、Cell为例

第３１卷第１０期

２０１３年ｌＯ月

科学学研究

ＳｔｕｄｉｅｓｉｎＳｃｊｅｎｃｅｏｆＳｃｉｅｎｃｅ

Ｖ０１．３１Ｎｏ．１０

Ｏｃｔ．２０１３

文章编号：１００３—２０５３（２０１３）１０—１４７２一０５

论科学成果的视觉表达

——以Ｎａｔｕｒｅ、Ｓｃｉｅｎｃｅ、ＣｅⅡ为例

王国燕，汤书昆

（中国科学技术大学科学传播研究与发展中心，安徽合肥２３００２６）

摘要：中国的科研能力正在快速提升，越来越多的研究成果发表在Ｎａｔｕｒｅ、Ｓｃｉｅｎｃｅ、ＣｅｌＩ等顶级学术期刊上。封面故事成果的学术影响力和业界关注度远高于普通成果的表达。目前中国顶级基础科学成果的视觉表达对美国的科学图片创作机构有较高的依赖，自主创作能力明显不足，这反映了中国基础科研与人文艺术素养

的割裂。准确理解科学内容并进行恰当的视觉表达，实现科学与视觉艺术的交叉创新，中国也可以有更多的成果登上Ｎａｔｕｒｅ、ｓｃｉｅｎｃｅ、ｃｅｕ等期刊封面。

关键词：视觉表达；封面故事；科学期刊；科学传播

中图分类号：Ｇ３１５

文献标识码：Ａ

科学成果的视觉表达是对科学成果进行符号化提炼与视觉再现的过程，读者通过视觉符号读取其所传达的科学意义，从而增进对科学成果的感受与理解，强化科学传播的效果。美国麻省理工学院科学可视化领域的著名学者ＦｅｌｉｃｅＦｒａｎｋｅｌ曾成功为十多篇发表在Ｎａｔｕｒｅ／Ｓｃｉｅｎｃｅ上的科学成果设计了视觉展示图，极大地提高了麻省理工学院的科学成果成为Ｎａｔｕｒｅ／Ｓｃｉｅｎｃｅ封面故事文章的比例。而２０１２年９月，中国科学技术大学科技传播系的王国燕以郭光灿院士的“惠勒的量子选择性延迟实验”为内容，引用《道德经》中万物阴阳互补的传统哲学理念来诠释光子的波粒二象性特征所设计的视觉展示图发表在２０１２年９月份的《自然?光子学》封面上，并作为图片成果登入Ｎａｔｕｒｅ图片著作权库，使得该项成果成为了自然杂志的封面故事文章；之前的２０１０年６月，王国燕等人也曾以“长城上１６公里自由空间量子态隐形传输”为主题成功设计了自然系列期刊的封面。

视觉是人类信息获取的主要通道，８０％以上的感知和至少５０％大脑皮层的接受是与视觉有关的。视觉图像在人文科学、公共文化等领域已是常态。自然科学成果的视觉化与一般意义上的视觉化有相

似之处，但确实也有显著区别。深入研究顶级科学研究成果的视觉表达机制，对科研工作者乃至社会大众对最新科学成果的理解和关注都有着重要的价值。

１科学成果的视觉表达

重大科学发现是不太容易仅靠文字去表达的。比起长篇大论的科研报告，兼具科学性与艺术性的视觉化设计无论是在科研领域还是在科普领域，都更能在第一时间抓住公众的眼球。每年《科学》杂志都会和美国国家科学基金会联合举办国际科学与工程可视化挑战赛，以促进把科学研究的成果以照片、插图、绘图、视频及互动游戏等具有视觉冲击力的形式呈现，从而促进社会大众对科学的了解。２０１３年１月１９日刚公布的由中国院士评选的“２０１２世界十大科技进展新闻”中，有７篇来自于Ｎａｔｕｒｅ／Ｓｃｉｅｎｃｅ期刊上刊载的研究成果，这些科技进展在不断扩大宣传的过程中，成果相关的视觉表达图片作为科技新闻报道格外引人注目。

科学成果的视觉表达属于科学可视化与传播学

收稿日期：２０１３一０２一０４；修回日期：２０１３一０５—２４

基金项目：安徽省软科学项目（１３０２０５３００６）；安徽省人文社科重点基地项目（ｓＫ２０１２８５３６）；中央高校基本科研项目（ｗＫ２１１０２５０００４）作者简介：王国燕（１９８０一），女，陕西户县人，助理研究员。博士研究生，研究方向为科技传播、视觉传播。

汤书昆（１９６０一），男，江苏扬州人，教授、博士生导师，研究方向为科技传播、知识管理。

万方数据

第１０期同燕汤ｆ５昆：论科学成果的视觉表达?１４７３?

目标是作为科学计算与科学洞察之间的一种催化剂而发挥作用”。科学可视化由此产生，并在２１世纪初逐步成为了自然科学与科技传播、新媒体艺术、科技哲学等诸多社会科学应用学科交叉的新兴交叉学科。

学术期刊的封面是科学成果视觉化呈现的重要阵地。国内目前只有约５％的学术期刊封面是和期刊文章有关的图片。而Ｎａｔｕｒｅ、Ｓｃｉｅｎｃｅ等顶级学术期刊的封面逐步发展成为了展示着核心科学成果的一幅幅精美绝伦的图片¨Ｊ，称为“封面故事”，能够很好的展示及宣传与之相对应的科学成果，提高其在业界的关注度，带动科技传播与扩散效应，从而推动成果在社会大众中影响力。而这些适合作为封面的科学成果展示图，一般要求论文作者自己来提供，以确保内容的科学性和准确性，美编主要从艺术审

科１实验验证光子的波粒二象性美角度来进行把关，顶级科学成果的封面故事由此

产生。

２封面故事成果的影响力远高于普通成果

Ｎａｔｕｒｅ、Ｓｃｉｅｎｃｅ是综合科学类期刊的两大代表，而Ｃｅｌｌ作为细胞学研究的顶级期刊，其影响因子已经赶超了两大刊，在行业领域得到普遍认可，经常和Ｎａｔｕｒｅ、Ｓｃｉｅｎｃｅ同时提及，在业内被称作“ＣＮＳ”三大刊。在此仅以ｃＮｓ三大期刊作为顶级学术期刊的案例来开展相关的数据分析。其中，ｓｃｉｅｎｃｅ是世界发行量最大的具有同行评议的综合科学刊物，其宗旨就是向大众传播基础前沿科学。Ｓｃｉｅｎｃｅ杂志一方面发表有重大发现的学术文章，另一方面涵盖了科学的方方面面，从科学背景介绍到疑难问题解答再到科学给予提供等等Ｈ］。调研发现ＣＮＳ期刊封面故事文章被引用次数要远高于普通文章。而其中真正有影响力的是原始创新型研究论文（ｏｒｉｇｉｎａｌ

的新兴交叉领域。２０世纪８０年代，科学知识社会学（ｓｓＫ）将自然科学知识本身纳入研究视野，很多学者逐渐将研究视角落在科学图形（ｓｃｉｅｎｔｉｆｉｃｇｒ印ｈ）上，由此引发了学界关于科学图形功能的研究。１９８７年首届国际“科学计算之中的可视化”研讨会总结了科学可视化的全景及其未来需求。１９９１年，学者埃德?弗格森首次定义“科学可视化”是“一门多学科性的方法学，利用的是很大程度上相互独立而又彼此不断趋向融合的诸多领域，ｒｅｓｅａｒｃｈ），包括长文（ａｎｉｃｌｅ）以及短文（Ｎａｔｕｒｅ中的ｌｅｔｔｅｒ以及Ｓｃｉｅｎｃｅ中的ｒｅｐｏｎ）。Ｎａｔｕｒｅ每期刊发ａｎｉｃｌｅ、ｒｅｖｉｅｗ、ｌｅｔｔｅｒ等类型文章５０篇左右，除了个别封面图片对应的是某个领域一系列成果论文，一般只有１篇论文成果成为“封面故事”，另有３篇文章标题可刊载在封面上从而成为“封面文章”。而Ｓｃｉｅｎｃｅ和Ｃｅｕ的封面除了封面故事文章，偶尔会放置相关成果的几个关键字，对其他成果甚至没有提供标题上封面的“封面文章”机会。万方数据

’１４７４’

科学学研究

第３ｌ卷

可视化设计往往反映文献的重点和核心，可以把知识在不经过图像到文字转换的情况下完整地展示在研究者面前，帮助研究人员快速获取核心知识单元¨』。Ｎａｔｕｒｅ期刊中重大研究成果的作者会收到自然出版集团的图片设计邀请，并从这些科研团队提供的可视化设计中竞争产生最终“封面故事”成果。这要求科研团队提供给自然出版集团的可视化设计除了要符合封面设计的各种要求与限制，还应具备较高的艺术水准，并且要准确无误地表达出最新科学成果的核心原理，这是普通广告公司或专业平面设计师所难以胜任的。

刊（包括正刊和子刊）上发表论文的总量为３，４２５篇，中国在《自然》系列期刊上发表论文的数量为２２５篇（比率为６．６％）。自然出版集团称赞中国科研能力正在快速崛起。其中基础科学成果最多的前５家机构分别为中国科学院、中国科学技术大学、北京大学、清华大学和香港科技大学。

作为周刊，Ｎａｔｕｒｅ每年５１期、ｓｃｉｅｎｃｅ每年４８期、Ｃｅｕ每年２６期是相对固定的，每期刊发的各类文章数量也基本稳定，在最近的２０年，中国在Ｎａ－ｔｕｒｅ、Ｓｃｉｅｎｃｅ、ＣｅＵ上发表的顶级学术论文数量呈现出递增的状态，在全球各国所占的论文比例也在逐年增加，显示出中国科研能力不断提升的整体

３

中国顶级科学成果及其视觉表达问题

中国顶级科学成果数量快速增加，视觉表达需

趋势。

根据最近５年的数据统计显示，中国在Ｎａｔｕｒｅ和Ｓｃｉｅｎｃｅ正刊上的发文量位均居全球第１０位，而在ｃＥＬＬ上的发文量也排在第９位。而在这最近５年间，中国发表Ｎａｔｕｒｅ、Ｓｃｉｅｎｃｅ、Ｃｅｌｌ封面故事文章的总数与比例相对于美国、英国、德国、日本等国家有着一定的差距。

３．１

求不断提升

２０１２年５月份，英国《自然》杂志发布名为《自然出版指数中国２０１ｌ》（Ｎａｔｕｒｅ

２０１１

Ｐｕｂｌｉｓｈｉｎｇ

Ｉｎｄｅｘ

ｃｈｉｎａ）的报告：２０１１年全球在《自然》系列期

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中国近２０年Ｎａｔｕｒｅ、ｓｃｉｅｎｃｅ正刊发文数量趋势（单位：篇）

万方数据

第１０期

王国燕汤书昆：论科学成果的视觉表达

?１４７５?

３．２

中国顶级科学成果的视觉表达多依赖于美国图片机构

最近５年来中国科研团队在Ｎａｔｕｒｅ正刊上发

表了３０６篇论文，封面故事文章８篇；ｓｃｉｅｎｃｅ正刊共发表２９５篇论文，封面故事文章３篇；Ｃｅｕ正刊共发表７７篇论文，封面故事文章仅１篇。与之对应的１２张ｃＮｓ封面图片中，中国作者署名的仅３篇，其

中２０１１年２月１４日的Ｎａｔｕｒｅ封面故事——西安西

北大学早期生命研究所的寒武纪节肢状附属物，以研究对象的速写图为封面图片，和２０１０年１月２１

日的Ｎａｔｕｒｅ封面故事——华大基因临床检验中心

的大熊猫基因组研究，以成都大熊猫基地提供的大熊猫照片为封面图片，这两幅科学可视化设计的创意仅是对研究对象的展现。２０１２年１０月１９日的Ｓｃｉｅｎｃｅ封面展示了中山大学物理科学与工程学院等单位关于光学旋涡发出的硅环谐振器阵列的研究成果，是所有中国成果中唯一由中国作者进行科学可视化层面设计的封面。除此之外，所有中国成果封面图片的提供者都来自美国的ｓｃｉｅｎｃｅ

ＰｈｏｔｏＬｉ．

ｂｒａｒｙ、ＩＳｔｏｃｋＰｈｏｔｏ等科学图片机构。

３．３

中国科学成果视觉化设计的困境

中国的顶级科学家和设计师缺乏有效的沟通合

作机制。科学成果在视觉效果上同时要兼顾美感、准确、新颖这三个方面的要素，准确表达科学核心原理，以富有新意的表达形式达到让人赏心悦目的视觉效果，这对于科学家或者艺术家来说，都是一件困难的事情。在中国，较早的文理分科使得大多数艺术设计者的自然科学基础极为薄弱，对于专业学科领域的普通内容都难以理解，更何况科学前沿的最新进展；同样的道理，大多数科学家的艺术素养也起点不高，直接指导设计者进行创作对于效果和要求的标准往往不尽合理。而在美国，具有良好科学素养的艺术设计师能够有效和科学家沟通进行科学视觉化创作，甚至很多科学家也具有良好的艺术素养，在某些门类的艺术领域有着较为突出的表现。中国的高等教育培养环节中，与科学和艺术融合相对应的专业如新媒体艺术、科学传播等，也只有个别高校设置了相关的专业，人才培养数量和质量也有较大的提升空间。

４科学成果视觉表达的经验与建议

中国科大科技传播与科技政策系的师生服务于

万方数据

科研人员在Ｎａｔｕｒｅ系列期刊上作为封面文章发表的重大科学成果，多次进行科学原理展示图的设计，先后为“八光子量子比特的拓扑保护”、“新形式的海森堡不确定原理”、“马尔科夫与非马尔科夫”等近１０项重大成果设计了科学原理呈现图，虽然成功发表在顶级学术期刊上的视觉设计案例还不多，但已有一个不错的开端，相关工作积累的一些经验和建议归纳如下：

４．１科学原理准确、简洁

科学原理的准确无误是图片创意的最基本要求，准确性有问题则一切表达与传播无从谈起。图片创意还应尽量简洁，要清楚表达科学原理。最能准确表达的当然是所有细节数据详尽、比例准确无误的原理示意图，但这类图片只适合放在论文中，而不适合放在封面上，故核心的表达元素需要经过提炼，抓住主要内容和主要表现元素，分清楚哪些是必须体现的，那些是可以不用体现的。在与Ｎａｔｕｒｅ文章作者沟通的过程中发现，最新科学成果往往深奥复杂，晦涩难懂。科研人员会用几个小时的时间来讲解成果内容，这些成果即使用通俗的文字表达来作成新闻，也经常是让读者望文生畏。这在设计中，要做深度的提炼，用１０句话甚至５句话，表达出核心科学原理，用５句话甚至３句话，表达清楚图片的核心创意。０。。

４．２视觉创意的直观性

最终设计的图片效果，读者通过读图要能形成直观的理解，例如光学的研究成果，第一眼有光和影，显然是在讲述和光学有关的研究成果。发表在Ｎａｔｕｒｅ上的《马铃薯的基因研究》，图片为用薯条和薯片搭建起来ＤＮＡ的双螺旋结构。这种直观并不是科学家才能看到的直观，而是任何普通大众看后第一眼所形成的直观感受，图片创意要考虑到这些因素。４．３视觉效果优于科学原理

对于科学图片，ＬｉｓａＦ．ｓｍｉｔｈ等人研究发现，科学家会注重图片的科学性，而公众更为关注图片的美学及产生的情绪反应¨１。在设计沟通过程中，科研团队会对图片的科学性和严谨性提出较多的要求，这在封面图片设计工作中，往往会导致过度关注科学原理而忽视视觉效果。笔者先后几次和自然出版集团的编辑在沟通图片要求的时候，Ｎａｔｕｒｅ编辑反复提到的一句话就是“视觉效果优于科学原理”。之所以上封面，除了基本的科学性要求，图片的设计

效果要达到国际化的艺术水准，并且要注意版面设

科学学研究

第３ｌ卷

计与期刊风格的一致性。

４．４准确理解科学内容并进行恰当的符号化处理。是视觉化的核心要素

Ｂｅｎ

快速崛起的背景下，提升科学成果的视觉表达是一种必然的发展趋势。重视科学成果的视觉表达，让更多顶级科学成果抓住被邀请的机会登上封面故事，是中国科技传播界不可忽视的创造性工作。

Ｆｒｙ指出创建科学可视化包括７个阶段：获

取、解析、过滤、挖掘、展现、提炼、和交互¨ｏ。在这个

过程中对科学成果相关的海量信息进行加工处理，分

类聚合，然后做减法，剔除非核心内容的信息，保留最有价值的信息并寻求恰当的符号化表现。但在对信息进行提炼的过程中，也可能回想起之前过滤掉的某些数据是至关重要的。最佳可视化往往是由知识面宽广、多才多艺的个人独立构想完成，或者通过一个能够紧密协作的小团队合作完成一１。在小型灵活的环境下，各种才艺可以相互影响促进，创作出令人耳目一新的图像。最佳可视化方案的创建者不仅需要一定的天赋，还要能快速的在不同技能之间切换。

Ｎａｔｕｒｅ系列子刊多达几十种，每种子刊的风格各有不同，封面图片有的是科学研究对象的照片，有的是科学原理三维建模的抽象模型，还有的是科学核心表达要素的创意摆拍，皆为科学成果与平面设计的合力之作。在图片类素材上，除了选择最适宜表达的图片，还应处理好图片著作权问题。

参考文献：

［Ｉ］

Ｇｕｏｙａｎ

ｗａｎｇ，ＪｉａｎｓｈｕｎＴａｎｇ．Ｑｕａｎｔｕｍｗａｖｅ—ｐａｎｉｃｌｅ

Ｉｍ－

ｄｕａｌｉｔｙ［Ｊ］．ＮａｔｕｒｅＰｈｏｔｏｎｉｃｓ，２０１２，１６（９）：ｃｏｖｅｒ

ａｇｅ?

［２］

Ｇｕｏｙａｎｗａｎｇ．Ｌｏｎｇ—ｒａｎｇｅｑｕａｎｔｕｍ

Ｎａｔｕｒｅ

ｔｅｌｅｐｏｒｔａｔｉｏｎ［Ｊ］．