作者简介：董振超，中国科学技术大学讲席教授、博士生导师。长期致力于单分子光电效应的前沿研究。主持多项国家级科研项目，发表SCI论文180余篇，包括多篇Nature 系列期刊，论文被引五千余次。曾获“全国优秀科技工作者”、中国CAIA科学技术奖特等奖、中科院杰出科技成就奖等荣誉。“亚纳米分辨单分子拉曼成像”入选中国科学十大进展。

《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

ISBN 978-7-03-079356-0

手捧王国燕老师刚刚寄来的大作 《前沿科学可视化：图像认知与叙事》 ，又一次看到里面熟悉的亚纳米拉曼成像设计图，思绪一下回到了这个故事的开始。 这段愉快的合作旅程不仅见证了我们在亚纳米拉曼成像技术上的突破，更让我深刻领悟到前沿科学可视化的魅力和文化意义。

▋一、 多年求索：纳米尺度下的成像极限

故事要从2012年说起，那一年，我和我的科研合作者，也是我非常敬重的侯建国院士（现任中国科学院院长），带领团队在高分辨化学成像领域取得了一项关键性进展。这项研究，简单来说，就是我们在“看见”分子这件事上，向前迈进了一大步。要知道，分子的尺寸通常只有1纳米左右，那是头发丝直径的六万分之一，光学显微镜也束手无策。我们团队，经过多年的潜心研究，巧妙地调控了纳米针尖“天线”的局域电磁场，就像给纳米针尖装上了一盏聚光灯，极大地增强了光与分子的相互作用。正是这项创新性的技术突破，让我们首次实现了亚纳米分辨的单分子光学拉曼成像，将空间成像分辨率提升到了惊人的的0.5纳米！这意味着，我们不仅能在纳米尺度上“看见”分子并加以识别，还能进一步“看清”分子内部的结构，甚至分子表面吸附的细微构型。这项成果，在保持化学识别能力的同时，实现了前所未有的成像分辨率，其科学意义和潜在应用价值，不言而喻。

2012年6月，我们的亚纳米分辨拉曼成像研究成果以“Chemical mapping of a single molecule by plasmon-enhanced Raman scattering”（《通过等离激元增强拉曼散射对单分子进行化学成像》）为题被Nature 杂志接受（Zhang et al., 2013）。论文一经刊登，立即引起了国际科技界的广泛关注。大家纷纷意识到，这项技术突破，颠覆了当时人们对光学成像分辨率和光场限域能力的认知，对于研究微观世界中的生物分子、纳米材料的精细构造，以及探索催化反应的微观机制，也具有极其重要的科学意义和实用价值。Nature 杂志的认可，无疑是对我们多年辛勤付出的最高褒奖。

▋二、 破壁之光：从Nature 论文到封面设计的挑战

Nature 杂志的认可，无疑是对我们团队多年努力的最高褒奖。然而，随之而来的，还有一个意想不到的“甜蜜的负担”——Nature 杂志编辑部希望我们能为这篇具有里程碑意义的论文，设计一个引人注目的封面图像。

对于我们这些长期埋首实验室的科学家来说，艺术设计无疑是一个陌生的领域。我们习惯于用严谨的数据和图表说话，对于如何将抽象的科学概念转化为具有视觉冲击力的艺术作品，却显得有些力不从心。但我们都明白，一个好的封面，不仅仅是锦上添花，更能有效地提升论文的传播力和影响力，让更多的人了解和关注我们的研究成果。

如何才能设计出一个既能准确表达科学内涵，又能吸引读者眼球的Nature 封面呢？为难之际突然想到了中国科学技术大学的科技传播系。在系主任周荣庭教授热情组织之下，科技传播系师生倾巢而出来为封面设计出谋划策，其中包括了当时还在科技传播系工作的王国燕老师。

王国燕老师是当时科技传播系在前沿科学可视化领域最有经验的老师之一，之前她的成果也多次在Nature 系列期刊上作为封面发表。王老师对我们的研究成果表现出了浓厚的兴趣，并欣然接受了为我们设计Nature 论文封面的邀请。这次看似偶然的联系，却开启了一段充满惊喜和创意的跨界合作之旅，也让我深刻体会到，前沿科学不仅需要严谨的探索，更需要富有创意的表达。

▋三、 玉如意与微观摄影：文化差异下的视觉传播

很快，王国燕等老师深入了解亚纳米拉曼成像技术的原理、实验过程和科学内涵。甚至多次来到我们的实验室，实地考察实验装置，与我们科研人员面对面交流，力求从科学的角度，准确把握这项技术的精髓。

在设计过程中，科技传播系团队充分发挥了他们的艺术创意和专业技能，为我们提供了多个不同风格的可视化方案。记得当时，我们从众多方案中精挑细选，最终选择了四个我们认为最有代表性的设计方案，提交给了Nature 杂志以及国内外的一些重要媒体来作为科技新闻的配图素材，希望能更多人了解我们的研究成果。

在众多设计方案中，有两个方案给我留下了特别深刻的印象，也引发了后续一系列有趣的传播现象。其中一个方案是王国燕和梁琰老师合作采用了“微观摄影”的风格。用3D建模模拟了亚纳米拉曼成像实验的微观环境，运用精湛的数字艺术技巧，创作出了一幅极具微观质感的图像。图像以深邃的绿色和黄色为主色调，营造出一种明快而深邃的微观世界氛围，突出了科技感和专业性。

微观摄影风格图像

作者：王国燕、梁琰

而另一个方案，就是后来广为人知的“玉如意”设计。这个方案的灵感，来源于我们实验中使用的卟啉分子。卟啉分子在绿色激光的激发下，会发出美丽的荧光，其分子结构，在某种程度上，又与中国古代的玉如意有着几分神似。王国燕老师团队敏锐地捕捉到了这一文化元素，巧妙地将亚纳米拉曼成像的数据，与中国传统的玉如意形象融合在一起，创作出了一幅充满东方韵味的艺术作品。玉如意的温润质感，流畅线条，以及蕴含其中的吉祥寓意，一下子就触动了我们内心深处的情感。

玉如意风格图像

作者：王国燕、周荣庭

当我们第一次看到“玉如意”的设计方案时，团队的所有成员都感到非常兴奋和喜爱。我们觉得，这个设计方案，不仅仅是一张科学图像，更是一件精美的艺术品，一种文化的象征。它将我们这项前沿的纳米科技成果，与中国传统文化中象征吉祥如意的“玉如意”完美地结合在一起，赋予了冰冷的科学数据以温暖的人文色彩，也巧妙地利用了中国人对传统文化的认同感和亲切感，一下子拉近了前沿科学与大众之间的距离。

作为世界首屈一指的学术旗舰，Nature 的封面竞争的激烈程度可想而知。最终Nature 杂志的编辑们选择了数据可视化风格的图像作为成果Nature 官网新闻的highlight学术亮点图。由于种种原因封面图像最终选择了其他成果的科学图像方案。

数据可视化风格图像

作者：王国燕、梁琰

尽管如此，“玉如意”的亚纳米拉曼成像图，却在我们意想不到的领域，展现出了强大的生命力。在随后的媒体传播过程中，我们发现了一个非常有趣的现象。当我们将这两种风格迥异的可视化方案，连同我们的研究成果，一同提供给国内外媒体进行新闻报道时，国内外媒体的选择，呈现出了明显的文化差异。国内的媒体，包括《人民日报》、新华社、中央电视台等权威媒体，几乎无一例外地选择了“玉如意”的图像作为配图。而国外的媒体，例如Nature 官方网站、美国全国广播公司（NBC）、《化学与工程新闻》（CEN）等，则全部采用了“微观摄影”风格的图像。

为了进一步了解公众对这两种不同风格可视化方案的接受度，在后来的国内外学术报告交流时，王国燕老师特意以此案例来收集现场观众的评价与反馈。结果发现，观众的反馈与媒体报道的现象高度一致：无论年龄和文化程度，中国乃至新加坡、韩国等亚洲公众，普遍更偏爱“玉如意”风格，认为它更具艺术美感，更容易理解和接受；而西方公众，则更认可“微观摄影”风格，认为它更科学、更客观、更符合他们对科学图像的传统认知。

这一有趣的文化传播现象，让我深刻地认识到，前沿科学可视化更是一种文化传播的桥梁。在进行科学可视化设计和传播时，我们需要充分考虑文化因素，选择合适的视觉语言，才能更有效地将科学知识传递给不同的受众群体。

▋四、 可视化之魅：玉如意点亮科学传播之路

“玉如意”的亚纳米拉曼成像图，虽然最终没有成为Nature 的封面，但它却在我们团队心中，在我们学校，乃至在中国科学界，留下了深刻的印记。它成为我的微信头像，一直沿用至今，也成了中国科学技术大学的一张文化名片，陈列在学校的科技创新成果展厅和历史文化长廊上，向每一位来访者展示着科大的科研实力和文化底蕴。它还成为当年中央电视台CCTV新闻，以及2013年度中国十大科技进展新闻的亮点图像，通过电视和网络，让更多的人感受到了科学的魅力和艺术的美感。

在后来的科研工作中，我们持续拓展了亚纳米拉曼成像技术的研究，包括分子偶极间的相互作用等等。在这个过程中，我们与王老师团队保持着长期的合作与交流。科学家和艺术家之间的跨界合作与碰撞，真的是一件非常愉快和富有启发的事情。他们从艺术和审美的角度，为我们提供了许多新的思路和灵感，帮助我们更好地理解科学数据的内涵，也让我们更加注重科研成果的视觉呈现和文化传播。

回顾这段与王国燕老师团队合作亚纳米拉曼成像可视化的旅程，我更加深刻地认识到，在前沿科学研究中，科学可视化绝不仅仅是一种辅助工具，更是一种科学文化传播的桥梁，一种连接科学与大众、连接不同文化的纽带。它能够将深奥的科学知识转化为触动人心的视觉艺术，让科学不再是象牙塔里的孤芳自赏，而是能够被更广泛的大众所理解、欣赏和喜爱。它能够激发公众对科学的兴趣，提升全民科学素养，也能够促进科学与艺术、科学与文化的融合，让科学焕发出更加绚丽的光彩。

“玉如意”的故事，也让我更加坚信，科学可视化拥有着无限的潜力。而“玉如意”的形象，也将如同一个美好的文化符号，永远铭记在我们心中，激励着我们不断前行，在科学与艺术交融的道路上，探索永无止境的未知世界。

《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

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）

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