藝術呈現科學之美，提供我們一個深刻理解世界的渠道

編譯 思羽

科學家常常邀請公眾來領略他們的所見，利用從雕版木塊到電子顯微鏡的一切工具來探索科學事業的復雜性和生命之美。通過圖示、照片和視頻來分享這些所見，使得普通人也能探索各式各樣的科學發現，從新發現的鳥類物種到人體細胞的內部工作機制，不一而足。

作為一名神經科學和生物科學的科研人員，我知道科學家有些時候留給外界的刻板印象是一群身著白色實驗服、執迷于圖表的人士。這個刻板印象遺漏了科學家對于科學作為一種發現方式的激情。正是因為這樣，科學家才頻繁地求助于那些能引起敬畏的可視化呈現方式，借此手段來解釋那些難以解釋的科學發現。

由美國實驗生物學學會聯合會主辦的“生物藝術科學圖像和視頻競賽”向社會公眾分享那些在實驗室外難得一見的圖像（參見本期封底），旨在向普通人介紹那些常常與生物學研究相關的驚艷畫面。實際上，生物科學競賽和其他類似的競賽反映出人類利用圖像來闡明科學的漫長歷史。

歷史和智識的時刻

文藝復興是歐洲歷史的一個時期，介于14世紀和17世紀之間，給科學和藝術賦予了新的生命力。它將初生不久的博物學與藝術性的插圖結合在一起（博物學是一個觀察普通環境中的動物、植物和真菌的研究領域），使得對自然界進行更廣泛研究和分類成為可能。

藝術家與通曉藝術的博物學家通過為早期植物學家和解剖學家的發現繪制圖示，也能推進研究自然的手段。譬如，佛蘭德畫家彼得?魯本斯（Peter Paul Rubens）在他著名的解剖素描中提供了對于人類解剖學的非凡洞見。

文藝復興時期，藝術在推進自然科學方面發揮重要作用，譬如魯本斯的人類解剖學研究

到了17和18世紀，隨著印刷工序變得愈加復雜，早期鳥類學家和解剖學家能夠出版和傳播他們的優美繪畫。這種藝術與科學結合的做法后來得到進一步普及。初期廣受歡迎的作品包括約翰?奧杜邦（John James Audubon）的《美國鳥類》和達爾文的《物種起源》。

不久后，出版商推出了野外指南和百科全書，包括科學家通過早期顯微鏡觀察到的景象圖示。這些出版物受到熱烈歡迎。譬如說，一本1859年出版的蘇格蘭百科全書《錢伯斯百科全書：大眾的普遍性知識詞典》試圖用雕版印刷的哺乳動物、微生物、鳥類和爬行動物圖示，明明白白地解釋自然世界。

這些出版物回應了公眾想要獲取更多關于自然界資訊和圖像的需求。人們組建業余博物學者協會，搜尋化石，享受本地動物園或動物展覽之旅。到19世紀時，全球各地都建造起自然博物館，通過圖示、模型和真實樣本來分享科學知識。展品多種多樣，從被制成標本的動物到保存在液體中的人類器官，不一而足。

在過去的150年里，在新技術的幫助下，起初的手繪圖已經改頭換面。1895年出現的X射線、1931年出現的電子顯微鏡，20世紀60年代出現的三維建模，1973年出現的磁共振成像等尖端成像技術的誕生使得科學家更容易分享他們在實驗室里的所見。事實上，最早發現X射線的物理學教授威廉?倫琴（Wilhelm Roentgen）用妻子的手拍下人類的第一張X射線圖像。

第一張X射線圖像是X射線發現者威廉?倫琴的妻子的手

如今，包括《自然》和《科學家》在內的科學出版物已經開始和讀者分享它們最喜愛的科學圖片。可視化（無論是通過照片還是視頻）成為科學家又一種記錄、檢驗和確證他們科研成果的方法。

科學、藝術和K-12教育

隨著K-12學校將科學照片和視頻加入課程計劃，這些科學可視化成果早已進入課堂。譬如說，藝術博物館已經發展出基于藝術的科學課程，從而讓學生領略科學的面貌。此舉能有助于學生增強科學素養，提高學生對于基礎科學原理和批判思考技能的理解。

科學素養在當下尤其重要。在新冠疫情期間，關于新冠病毒和疫苗的錯誤資訊泛濫，對自然現象形成更深刻理解能幫助學生學會如何對疾病風險和傳播做出知情決策，提高學生的科學素養，給予學生評價科學界人物和公眾人物言論主張（無論是關于新冠病毒、普通感冒還是氣候變化）的能力。

然而，科學知識的傳播工作停滯不前。“2019年全美教育進步評估”衡量美國公立學校4年級、8年級和12年級學生的科學知識和科學探究能力（最低為0分，最高為300分）。從2009年到2019年，所有年級學生的這項分數都停滯不前，徘徊于150分到154分之間。

對K-12教師所做的一項調查顯示，77%的初等教育教師每周花費不到4小時在科學上。“2018年全美科學與數學教育調查”發現，K-3學生平均每天僅僅得到18分鐘的科學授課，相比之下，平均每天的數學授課時間有57分鐘。

讓科學更加可視化的做法也許能讓幼兒學習科學變得容易一些。此舉也能幫助學生理解科學模型，培養出團隊協作、交流復雜概念之類的技能。

無論是現在還是過去，科學都在微觀和宏觀尺度上闡明了我們這個世界的基礎。而以視覺方式說明的科學過程和概念能增強科學素養，給予學生和普羅大眾一個深刻理解自然世界的渠道，這是他們成為知情公民所必需的。

資料來源 The Conversation