摘要: 本研究探讨了创新视觉元素在科研论文配图中的应用及其对科学传播的深远影响。文章结合认知心理学、社会文化理论、视觉艺术和科学传播的多维科学传播框架，分析了跨文化符号、网络文化元素及其他新颖视觉表现手法如何增强科研信息的传递与理解。通过案例分析，本文展示了这些创新视觉元素在提升科研论文视觉吸引力、促进科学知识普及和增强公众科学教育效果方面的潜力。此外，本文还讨论了在设计创新配图时面临的挑战，如科学准确性与文化敏感性的平衡。本研究呼吁科研人员、插画师和科学传播专家跨学科合作，共同推动科学与社会的融合发展。
Abstract: This study explores the application of innovative visual elements in the illustrations of scientific papers and their profound impact on science communication. Integrating cognitive psychology, sociocultural theory, visual arts, and a multidimensional science communication framework, the study analyzes how cross-cultural symbols, internet culture elements, and other novel visual techniques can enhance the transmission and understanding of scientific information. Through case studies, the study demonstrates the potential of these innovative visual elements to enhance the visual appeal of scientific papers, facilitate the dissemination of scientific knowledge, and improve public science education. Additionally, the study discusses the challenges faced in designing innovative illustrations, such as balancing scientific accuracy with cultural sensitivity. This study calls for interdisciplinary collaboration among researchers, illustrators, and science communication experts to promote the integration of science and society.
1. 引言
1.1. 研究背景与意义
在当今科学研究的传播领域，科研论文中的配图起着至关重要的作用。这些图像不仅作为科学信息传递的辅助手段，而且在促进理解和吸引读者方面发挥着核心作用。特别是机制图等科研插画，以其精确性和直观性，为科学界的内部交流提供了重要的视觉支持。同时，期刊封面的艺术化配图增加了研究的吸引力，推动了学术成果的广泛传播。随着科学传播领域的不断发展和对多样性的日益重视，引入各种创新视觉元素标志着科研论文配图进入了一个新的时代。
这些创新视觉元素，如跨文化符号、漫画和动画形象、网络文化元素以及公众熟悉的名人形象和恶搞元素，不仅极大地丰富了科研论文的视觉展示，更重要的是，它们在推动科学知识的传播、增强公众科学教育效果、促进跨文化理解以及加强科学界内部的沟通交流方面展现了巨大潜力。这些元素不仅展示了科学的文化多样性，还激发了全球读者对科学研究的理解和兴趣，甚至是争议。
1.2. 研究问题与目标
本文旨在深入探讨这些创新视觉元素的影响，并通过结合认知心理学、社会文化理论、视觉艺术和科学传播等多个视角的多维科学传播框架多维科学传播框架(Multidimensional Science Communication Framework, MSCF)，全面分析这些元素如何增强科研信息的传达和接收、以及传播效果。从认知心理学的角度来看，创新视觉元素通过双重编码和简化信息的呈现，降低了认知负荷，增强了内部认知动机。社会文化理论的视角强调了这些元素如何与读者的文化经验产生共鸣，加强科研信息的社会构建和普及。视觉艺术的维度探讨了艺术批评理论和视觉修辞学对于理解创新视觉元素增强科研论文视觉吸引力的贡献。科学传播的维度则突出了创新视觉元素在促进科学知识有效传播和提高公众参与度中的作用。
通过对这些创新视觉元素的现状和理论基础的分析，本文旨在启发科研人员和插画师采取多维度的思考方式设计科研论文配图。同时，为公众提供了一个新的视角，以更直观和生动的方式理解和参与科学探索，推动科学与社会的进步。
2. 多维科学传播框架理解创新视觉元素
为了深入理解创新视觉元素在科研论文配图中的应用及其影响，本文引入了多维科学传播框架作为分析工具。通过结合认知心理学、社会文化理论、视觉艺术以及科学传播的视角，我们探讨了创新视觉元素如何在不同层面上增强科研信息的传播。
2.1. 认知心理学视角
在认知心理学的视角下，双加工理论和认知负荷理论为我们提供了洞见，解释了创新视觉元素如何增强科研信息的理解和记忆。双加工理论指出，通过视觉和文本的双重编码，信息更容易被大脑处理和记忆[1]。同时，认知负荷理论强调，有效的学习环境应减少不必要的认知负担[2]。创新视觉元素，通过简化复杂信息的呈现，减轻了外部认知负荷，同时通过视觉吸引和情感激发，增强了内部认知动机，促进了对科研内容的深入理解和长期记忆。
2.2. 社会文化理论视角
社会文化理论维度，特别是霍夫斯泰德的文化维度理论和社会建构主义，提供了理解创新视觉元素在科研传播中作用的理论基础[3] [4]。这些理论强调，个体如何接收和解释信息深受其文化背景和社会环境的影响。创新视觉元素，如文化符号或故事，能够跨越文化界限，促进不同文化背景下读者的理解和接受，通过与读者的文化经验产生共鸣，加强科研信息的社会构建和普及。
2.3. 视觉艺术与科学传播
视觉艺术维度通过艺术批评理论和视觉修辞学提供了分析框架，探讨创新视觉元素如何增强科研论文的视觉吸引力和表达力[5] [6]。这些理论认为，视觉元素不仅能美化信息呈现，还能作为传递复杂信息和情感的有效工具。通过艺术化的手法和视觉叙事，创新视觉元素激发观众的情感反应，提供新颖视角，从而增强科研信息的说服力和影响力。
扩散理论和公众理解科学模型在科学传播维度中强调了创新传播策略的重要性[7] [8]。创新视觉元素通过提供多样化和吸引人的科学信息表现形式，促进了科学知识在不同媒介中的有效传播，提高了公众对科学话题的兴趣和参与度。这种策略不仅使科学知识更加易于接触和理解，还鼓励了公众积极参与科学讨论，从而提升了整体的科学素养和公众对科学的理解。
3. 案例分析
3.1. 案例一：传统文化符号在科研配图中的应用
随着科学传播领域的不断进步和科研界对包容性的加强，各种创新视觉元素的融入已经预示着科研论文配图进入了一个新纪元。例如，科学家们利用《西游记》中的“孙悟空三打白骨精”故事，生动解释了循环肿瘤细胞如何逃避免疫系统的监控和攻击(图1(A)) [9]。通过借鉴道家太极概念象征的阴阳和谐，我们尝试科研论文配图中科学与艺术的无缝融合(图1(B))。
此部分案例展示了传统文化符号在科学传播中的潜力。然而，在这种创新使用背后，如何在文化符号的选择和应用上保持科学准确性和文化敏感性，避免误解或冒犯，是一个值得深入讨论的挑战。这些问题将在后文详细探讨。
3.2. 案例二：网络文化元素的创新应用
在网络文化方面，科学家使用两只不同体型和表情的柴犬对比，直观地说明了新研发复合材料在纳米气泡生成方面的效率(图1(C)) [10]。研究者还利用emoji表情动态表示热诱导的单晶到单晶相变，以及动态分子晶体的力学性能，使复杂的科学过程变得直观易懂(图1(D)) [11]。James Tour等人合成的结构形态类似于人体结构的有机分子“纳米小人”Nano Putians，借鉴《格列佛游记》中小人国的居民Lilliputians，为科研论文增添了创意与想象力(图1(E)) [12]。此外，有研究者用表情包展示卤键可以像氢键一样用于稳定不稳定的吡嗪阴离子，展现了科学概念的创新表达方式(图1(F)) [13]。作者通过简单的图示，用随手勾画的小人思考，分析异质化学过程中标准状态选择对参数数值的影响，深化了科学讨论(图1(G)) [14]。甚至有研究者通过在猴子的粪便上刻上政治人物的脸(已用马赛克遮盖)来探讨科学与社会议题的交叉，虽引发争议，但也展示了艺术设计和科学内容创造性结合的可能性(图1(H)) [15]。
这些网络文化元素和创意表达的案例，展示了如何通过贴近大众文化的视觉手段，使科研配图变得更加生动和易于理解。然而，这种创新表达在保持科学严谨性的同时，也可能面临信息过度简化或文化误读的风险。此外，一些元素可能触及敏感话题，引发伦理争议。这些挑战将作为接下来讨论的核心内容，进一步分析如何在创新与准确性、伦理与文化敏感性之间取得平衡。
Figure 1. Examples of innovative visual elements in scientific paper illustrations. (All images are licensed through the Copyright Clearance Center. Figure B was generated by ChatGPT DALL·E)
图1. 科学论文插图中创新视觉元素的示例。(所有图像均通过Copyright Clearance Center版权许可中心授权。图B由ChatGPT DALL·E绘制)
这些案例不仅提高了科研论文的视觉吸引力，也增强了信息的传达效率，为科研人员和插画师在设计科研论文配图时提供了多角度的思考，同时为公众提供了一个新的视角，以更直观和生动的方式理解和参与科学探索，推动科学与社会的进步。
4. 挑战与讨论
在应用创新视觉元素于科研论文配图的过程中，虽然这些元素为科学传播带来了巨大的潜力，但也面临着一系列挑战。这些挑战主要集中在以下三个方面：科学准确性与创新性之间的平衡、伦理与文化敏感性、以及视觉信息的有效传达。这些挑战直接影响着科研配图的质量和科学信息的传播效果。
4.1. 科学准确性与创新性的平衡
在科研配图中融入创新视觉元素时，如何在不牺牲科学严谨性的前提下实现视觉创新，是一个核心挑战。科学配图的首要目标是准确、清晰地传达科学信息。如果过度追求视觉效果而忽略了科学内容的准确性，可能导致读者对研究内容产生误解或误读，从而影响科学传播的效果。因此，在设计配图时，科研人员和插画师必须紧密合作，确保每个视觉元素都与其科学基础紧密相连。具体来说，需要在保持科学信息准确传达的同时，探索视觉表达的创新性，从而既满足科学严谨性的要求，又提升配图的视觉吸引力。
4.2. 伦理与文化敏感性考量
在全球化背景下，科研论文的受众来自不同的文化和社会背景。在设计创新视觉元素时，必须考虑这些元素在不同文化背景下可能引发的伦理和文化问题。某些符号或形象在一种文化中可能是正面的或中性的，但在另一种文化中却可能具有负面意义，甚至引发冒犯。例如，某些宗教符号或历史人物形象的使用，可能会在跨文化传播中引发争议。因此，在设计配图时，需要进行深入的文化背景研究，确保所选用的视觉元素不会冒犯特定群体。此外，建议引入跨文化审查机制，邀请具有不同文化背景的专家参与配图的审查，确保其文化适宜性。
4.3. 视觉信息的有效传达
在设计科研配图时，如何确保视觉信息的有效传达是另一个重要挑战。过于复杂或信息量过大的配图可能导致读者的认知负担增加，反而降低了信息的传达效率。特别是在涉及复杂科学概念时，配图如果缺乏简洁性，可能会让读者感到困惑。有效的配图设计应遵循“简明而不简单”的原则，即在提供必要科学信息的同时，避免过多冗余信息的干扰。因此，设计配图时应特别注意信息的层次性和重点突出，通过合理的布局和视觉层次，引导读者的注意力，并确保核心信息能够被清晰、准确地传达。
5. 结论
本文深入剖析了创新视觉元素在科研论文配图中的应用及其对科学传播与社会文化交流所做出的重要贡献。这些元素，覆盖了从跨文化符号到网络文化元素的广泛范围，不仅极大丰富了科研论文的视觉展现，更是有效促进了科学知识的普及、加强了公众科学教育的成效、深化了跨文化的理解，并增强了科学界内部的交流。通过这些创新视觉元素的巧妙运用，科研论文的配图已经从单纯的信息传递工具，演变成为一个促进科学、教育与文化互动的综合平台。
结合认知心理学、社会文化理论、视觉艺术及科学传播的多维科学传播框架，我们揭示了这些创新视觉元素如何在多个层面上增强科研信息的传递与接收效果。这样的综合性分析，不仅为科研人员和插画师在设计科研论文配图时提供了全新的思考视角，也为广大公众打开了一扇窗，让他们以更加直观生动的方式理解和参与到科学探索之中。
作者贡献
夏仁培、杨佳丽：文献搜索、画图、写作初稿。陈庆：收集信息、审阅和编辑。王先行：概念构思、设计，并对手稿进行关键修订。所有作者均参与最终手稿的完成。作者已阅读并批准最终手稿。
基金项目
本论文由重庆市自然科学基金面上项目(编号：cstc2021jcyj-msxmX1095)资助。
NOTES
*共第一作者。
#通讯作者。