王国燕：科学也可以是一件件令人惊叹的艺术品！

如果不是接触了前沿科学可视化，我的人生轨迹很可能一直在另外一条道路上。

记得是在 2009 年冬天， 中国科大的量子物理学家潘建伟找到当时我所在的科技传播系，说他的一篇关于“量子隐形传输”的论文即将在Nature Photonics上发表，需要一张图像来竞争Nature Photonics封面，并说在麻省理工学院有一位叫Felice Frankel的学者创作了大量的Nature、Science、Cell（CNS）三大刊封面图，现在中国急需有人能胜任这样的重要工作，而且科技传播系就应该做这样的事情！在查阅了大量资料之后我发现：登上CNS的中国封面屈指可数，大部分还都是国外设计师的作品。

▲ 长城上的量子态隐形传输创意图

中国科大潘建伟院士课题组等联合研究，成功实现了16公里的量子态隐形传输，比原世界纪录提高了20 多倍。实验首次证实自由空间能够支撑远距离量子态隐形传输，奠定了未来全球化量子通信网络实现的重要基础。如图所示，这是笔者第一次接触前沿科学可视化时所做的第一个成果设计。在这项成果的视觉表达中，量子态用符号 “Ψ” 置于透明球体来展现，直观体现微观粒子特性；自由空间传输采用定向波表达，与量子传输安全性高的特点相符，是设计团队和科研团队反复沟通的成果；以长城为背景，既因实验在此开展，也饱含中华儿女科教报国的情怀。时隔多年回头再看，原设计稿明显存在长城素描杂乱、未预留封面标题位置的缺陷。Nature的美编重新建模长城，将色调改为湛蓝的处理让画面干净、简洁、明快，确实技高一筹

这让人非常触动！我也万分珍惜这宝贵的成长机会。从小梦想当科学家却阴差阳错来到了人文学科的我，或许可以通过协助科学家的创新成果来创造更多的社会价值，因此投入了所有的精力和可用资源来创作前沿科学可视化图像，并得到了科学家的认可和信任。之后包揽了中国科大量子三剑客“GDP”（郭光灿、杜江峰、潘建伟院士）的设计，并且不断地有更多国内高校、科研机构、医院和企业的科学家主动来寻求合作。从2009年到现在，协助中国科学院各院所、浙江大学、复旦大学、清华大学、上海交大、华大基因等单位科学家的总计130多项一流成果创作过数百张Nature、Science、Cell 等封面图，其中很多被顶刊封面采用发表和作为科技新闻图像。

▲ 郭光灿院士等Nature Photonics 成果创意图：太极图表达对立互补的量子哲学

在这个过程中也不断琢磨研究，拿到了多个国家社科和自科基金，并被邀请在中央电视台CCTV-2做了《前沿科学之美》的演讲。记得2017年8 月，央视演讲播放后有很多电话打过来，印象最深的是一位老院士，他说他看到电视节目后激动不已，一直苦于找不到合适的人来协助科学可视化图像，这么重要的工作终于有人在做了！科学可视化创作的过程极大地满足了我对于前沿科学的好奇心，在成果尚未对外公布之前，科学家们会细致入微地向我介绍这些创新是怎么来的，用了什么样的技术，甚至背后有什么故事……在专心聆听的时候，脑子里就会浮现出各种画面创意，最后由我团队的设计师们转变成一个个设计方案，科学图像的创作过程，其实挺像是给科学成果创作电影海报。而且，和科学家交流的过程往往是很快乐的，充满了人文和科学两个截然不同领域的相互赞叹和惊喜，因此结交了很多科学家朋友，大家除了合作交流也经常聊到很多其他方面的内容。

▲ 女娲补天：靶向铁死亡防治心脏疾病

（王国燕、陈磊原创）

浙江大学医学院王福俤、闵军霞教授团队的研究揭示了靶向铁死亡是心脏疾病关键靶点。该研究为预防和治疗临床心肌梗死等心脏疾病提供了新策略，入选2019 年ESI 热点论文。本图用“女娲补天”的神话故事展示了该研究成果。画面中，受损的心脏（天空）中最为严重的是铁离子蓄积（红色斑点）及线粒体膜脂质氧化（线粒体膜黄色斑点）。女娲则高高举起象征着铁死亡抑制剂、祛铁剂、线粒体特异性抗氧化剂、Hmox1 抑制剂和低铁膳食等五种化学分子（或治疗策略）的五色石，“挽狂澜于既倒，扶大厦之将倾”，象征着这些治疗策略能够有效防治铁死亡介导所引发的心脏疾病。该设计也获得了2019 年中国科技期刊最佳封面奖。

我逐渐发现，这些持续发表CNS成果的科学家们的成长和创新过程往往有着清晰的脉络，任何重大的科学创新都不是一蹴而就的。因此，我们不要去神话这些CNS作者来给自己的成长空间画上一道不可逾越的沟壑，普通的学术青年如果具有一双善于观察的眼睛、一颗善于思考的大脑以及勇于尝试，也有可能终有一天做出重要的创新贡献。

▲ 封面图像放大论文引用率成果新闻图（王国燕原创）

笔者与英国曼彻斯特大学科技史研究中心Jane Gregory 合作，揭示了封面图像对于学术论文引用率的放大效应：在高水平期刊论文中，学术质量造成的封面故事文章和普通论文的引用率差异不足20%，但当论文以封面图像的形式刊登，其引用率差异可放大两倍以上。该成果以“封面故事：一种新兴的科学声望美学”为题，作为理论研究型论文于2017 年5 月7日在线发表在SSCI 一区的国际权威期刊Public Understanding of Science（PUS）上（Wang et al.，2017）。此项研究的学术意义在于：为图像传播促进科技创新成果扩散提供了有力的实证依据。社会价值在于，科学家在推动科学成果的公众认知时，应充分意识到视觉图像的重要意义，在生动的视觉表达和传播渠道上多一些考虑和投入，能有效促进科学成果的传播和认知

因此和科学家沟通的最大收获，可以说是他们的学术创新思维启发了我在人文社科领域研究的敏锐创新意识。我的第一篇SSCI论文发表在科技传播领域TOP期刊Public Understanding of Science 上，这项实证研究发现，CNS等顶刊封面图像的使用可以让论文的引用率放大到两倍以上。第二篇发表于Journal of Informetrics 的论文是和物理学家合作的，通过媒介大数据来计算科学家的长周期社会影响力。前几年的一篇发表于 Leonardo文章，则计算了上千年来的中国水墨山水画，发现了“留白变化的秘密”，也是得益于很多科学家希望用水墨风格来创作科学图像，因此用科学的眼光来做了个“计算艺术学”的有趣尝试。这样的研究还有很多，因此后来我在苏州大学成立了科技传播研究中心，来推动传媒专业和各自然科学技术学科的深度交流与合作，现在有很多更有趣的研究正在探索中。

对于普通社会大众来说，前沿科学发现往往高深莫测、不明觉厉。然而科学不应该只是一堆堆冰冷的数据符号，也可以是一件件令人惊叹的艺术品。科学图像除了能够协助科学家提高其论文的关注度之外，还有积极的社会价值。

我们国家正在努力成为世界科技强国和大国，产出了大量从“0”到“1”的原始创新成果，渐渐地从跟跑、并跑到某些领域已经领跑世界，这些都是我亲眼看到的，甚至常常觉得往后的几十年中，随着这些成果中的一些在社会应用中的普及，多个中国诺贝尔奖可能已经在路上。因此对中国的科学创新，我个人是有信心的。在科学创新的同时也需要及时做好科学普及。培根曾经说“知识就是力量”，这句话的上下语境是，

知识的力量不仅取决于其本身价值的大小，更取决于它是否被传播，以及传播的深度和广度。

所以我们一方面呼吁科学家重视科普的力量和价值，另一方面也应致力于让科学传播更有魅力。就像所有的电影、文学、音乐、艺术一样，科学自有它迷人的另一面，也能够给人以美的感受，也可以是一件件美丽的艺术品。所以，我想把前沿科学中最美的瞬间展现出来，吸引更多的人关注、理解和反思科学，从而推动科学不断发展和全社会的科学文化建设。

前沿科学可视化具有显著的交叉学科属性， 兼顾实践的研究较为鲜见。同类书为 2012 年 MIT 麻省理工学院 Felice Frankel 教授作为前沿科学可视化的创始人出版于耶鲁大学出版社的专著 Visual Strategies: A Practical Guide to Graphics for Scientists and Engineers（《视觉策略：科学家与工程师的图像实践指南》），她曾是笔者启蒙时期的学术榜样。如今，经过15年的实践积累和研究思考沉淀，笔者协助海内外华人科学家 Nature、Science、Cell成果持续设计了数量和质量亦可比肩Felice Frankel的前沿科学可视化作品。笔者第一次集中将该领域的研究结合实践经验来结集成《前沿科学可视化: 图像认知与叙事》（王国燕, 徐奇智著.北京: 科学出版社, 2024. 12）一书，这也将是国内第一本基于人文学科视角和大量亲身实践的原创设计的基础上的关于前沿科学可视化的著作。

该书的原始创新性主要体现在科学可视化认知模型的理论创新、图像传播促进科学创新扩散的实证研究、基于大量原创实践揭示科学可视化的图像创建路径与学科规律。总体而言，书中的主要观点可概括为以下七个方面：

• 前沿科学可视化是源于计算机图形学的、 多学科交叉的新兴领域。我们将源于计算机图形学中的概念引入到传播学视域展开前沿科学可视化的理论与应用研究，是科学传播、认知心理学、科技哲学、图像学、艺术设计、科技期刊编辑等多学科交叉的领域。

• 前沿科学迫切需要传播给公众，以减少现代科学与社会之间的摩擦。前沿科学代表着未来社会发展的风向标，可能与公众的切身利益密切相关，民众的科学知识匮乏会造成错误的认知，甚至导致科学谣言横行威胁社会稳定。因此让公众理解前沿科学有助于及时检测和调整科研的方向，也可最大限度减少科学带来的负面影响。

• 图像叙事有益于消减科学与公众间的知识鸿沟。尽管长期以来故事化叙事被传播学者关注和研究，却少有对科学议题进行深入探索。当科学需要从学术领域传播到非专业的社会公众领域时，故事化叙事可能显得更为重要。现代科学的细分特征使得任何人都难以同时深入了解多个科学领域，且中国公民科学素养整体偏低，知识鸿沟客观存在，这也促使图像叙事适合于面向跨学科和公众来传达科学。

• “意象-图式-表征”模型是可视化的认知机制。这主要解释了在大脑内部基于视觉意象进行认知的机制：意象是记忆的基本单元，图式是认知主体对意象进行组织的方法，而组织后的意象成为表征被存储到记忆中。

• 逻辑推理过程和启发式过程的双向模型是可视化的补充机制。通过整合自上而下与自下而上两种认知研究思路，加入逻辑推理过程和启发式过程的双过程理论，解释了认知主体的先验知识对这个认知过程的影响。

• 科学可视化创建需要删繁就简、故事化叙述、生动化表达。面向公众的科学图像应该精简繁杂的科学信息从而阐明主要的科学问题， 运用共识领域的视觉符号来构建生动的逻辑故事，并最后呈现时锐意提升艺术化的生动表现力， 以达到有效的图像传播效果。

• 可视化表达可有效提升前沿科学的传播效果甚至论文引用率。原创计量分析揭示了封面图像对于学术论文引用率的放大效应，并对科技新闻和科技期刊运用可视化手段增强传播效果提出了诸多建议。

▲ 王国燕的前沿科学可视化创作团队

本书主要由我和徐奇智老师共同撰写完成，因此特别要感谢中国科学技术大学科技传播系教师、先进技术研究院新媒体研究院副院长徐奇智，作为我在前单位的同事和科技哲学方向的博士，他跟我有着相近的研究方向和丰富的科学教育实践经历。本书第一和第二章中的部分内容，特别是第三和第四章——前沿科学可视化的认知理论和解释模型，是由徐老师独立撰写完成，他作为哲学博士让这本著作增添了理论深度与学术厚重感。过去的十多年中，我们形成了一支专业的前沿科学可视化团队。本书中的大量原创设计来自我和团队中的陈磊、马燕兵、程永立、欧楠均、何聪等艺术家，感谢他们一路走来始终如一的支持，在可视化实践中我们共同收获良多。从基金申请、课题结题到最终出版过程中，多届研究生参与了书稿的格式整理和文本校对，特别要感谢谭曼晔、金心怡、耿彤、董嘉慧等同学的协助。

最后，向所有合作过的科学家团队致敬！在协作中，我深刻体悟了“爱国、创新、求实、奉献、协同、育人”的中国科学家精神，并由衷敬佩和感怀！这种精神，激励着我作为人文学者在自己小小的领域里不断践行探索， 努力让中国的科技传播研究和实践也能不断走向世界舞台的中央位置！

本文摘编自《前沿科学可视化: 图像认知与叙事》（王国燕, 徐奇智著.北京: 科学出版社, 2024. 12）一书“后记”，标题为编者所加。

ISBN 978-7-03-079356-0

责任编辑：蒋 芳

“一图胜千言”，前沿科学可视化是科学研究自身表达的内在需要，是促进科学成果走向大众的重要载体，也是科学技术与人文艺术交融的创新成果。本书基于作者十余年深耕于前沿科学可视化领域的130 余项原创案例分析及系统研究，从计算机图形学、认知心理学、科技哲学、视觉传达和新闻传播等多学科交叉角度，深入探讨前沿科学可视化的理论与应用，内容涵盖前沿科学可视化的历史趋势、认知理论、解释模型、图像叙事和传播策略等。对于塑造科技创新的生动形象、促进公众理解前沿科学具有重要价值，也为中国日渐涌现的世界级科技成果以及科技期刊的可视化理念转变提供了借鉴。

本书可供科学传播、科技新闻、科技出版领域的研究实践者，以及科研工作者和对科学可视化感兴趣的读者阅读。

（本文编辑：刘四旦）