科学可视化如何帮助拯救世界

本文发表在《大众科学》的前博客网络中，反映了作者的观点，不一定代表《大众科学》的观点

几周前的总统大选之后，丹·拉瑟为《大众科学》发表了一篇博客文章，断言“现在比以往任何时候都更需要我们支持科学。” 事实上，近年来公众对科学的理解和信任常常让人感到岌岌可危。随着反疫苗运动助长麻疹爆发，几个州的教师向年轻学生讲授创造论，以及否认气候变化的政客在参议院地板上幼稚地扔雪球，科学在一段时间内一直感觉受到攻击。但唐纳德·特朗普的当选对科学构成了前所未有的更大威胁，而这恰恰发生在我们迫切需要科学研究和循证政策来取得胜利的时候。考虑到气候变化和抗生素耐药性等问题带来的非常真实和迫在眉睫的危险，我们作为一个社会的生存就取决于此。

因此，正如拉瑟指出的那样，我们作为科学记者的作用变得比以往任何时候都更加重要。我们将继续向公众传播关键的科学进展，并谴责有害的和/或与科学证据相悖的政策。但除此之外，我们必须找到进一步吸引和扩大受众的方法。对于那些已经对科学感兴趣并具有科学素养的人，我们需要激励他们以更高的水平参与科学——无论是攻读 STEM 领域的学位，呼吁政府资助重要的研究，还是教导他们的孩子从小拥抱科学思维和好奇心。对于那些不太熟悉科学语言和原则的人，我们必须激发他们的兴趣，并用引人入胜且易于理解的内容吸引他们。而且——最令人畏惧的是——对于那些信念明确反科学的人，我们需要以某种方式说服他们接受我们在受过高等教育且以证据为导向的泡沫中理所当然接受的核心原则。

作为一名图形编辑，我发现拉瑟博客文章中的一段话特别相关。为了实现上述目标，他写道：“我们需要更多的跨界交流和参与。我们需要在形式、语气、内容和传播方面进行实验。我们不能让科学内容被贬为回音室或精英传播渠道。我们需要尝试找到一种方法，通过数字推广、传播和社交媒体互动将信息传递到人们所在的地方。” 虽然他没有明确地说“我们需要更多更好的信息图表”，但我凭直觉推断出了这个信息，并坚决地点了点头。 

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为什么选择信息图表？嗯，除了我靠创作它们为生之外，我认为图形有潜力成为最容易消费和分享的媒体类型，特别是对于科学内容而言。我比普通大众受过更好的教育和具有更高的科学素养，但我并不羞于说，当我阅读关于科学的论文、文章或书籍时，我首先会看图片。 

优秀的信息图表的妙处在于，它可以在单个视觉内容单元中讲述一个完整的故事。尽管我已经开始对过度使用的标题格式“【某某概念】用一张图解释”感到不屑一顾，但这种惯例确实抓住了图形作为一种媒介的优势。（当标题改为“【某某概念】用几段文字解释”时，它的吸引力肯定会降低。）因为虽然信息图表通常确实需要受众进行一些阅读，但文本往往被分解为易于管理的小块，并与视觉元素一起排列以便于消费。 

信息图表还有一种能够激发人们对其内容信任的感觉；看到概念的可视化赋予了它一定的客观分量。当然，正如某些故意欺骗的数据可视化所见，这个想法也可以被用于卑鄙的目的。但我认为，通常情况下，用图形谎报要比仅用文字谎报更难——如果仅仅是因为可视化不存在事实参考的东西需要付出更大的努力。 

用视觉方式交流某些内容时，也更难偷工减料。我可以用文字解释一个我没有完全掌握的科学过程，但要画出它则需要更高层次的理解。每当我开始工作中的新项目时，我都会想起这个原则。例如，我最近委托制作了一幅医学插图，解释患者如何接受基因疗法治疗以促进心脏中新血管的发育。在阅读了口头描述后，我以为自己对该过程理解得很透彻。然而，开发图形的过程迫使我识别并填补我知识中的空白，例如导管插入的精确位置（“在腿部”并不能说明全部情况），以及基因治疗产品在冠状动脉中的确切释放位置。这种必要的精确性不仅使图形具有信息量，而且还值得信赖，因为我与专家进行了咨询，以回答在整个过程中出现的任何问题。

那么，在了解信息图表成功地告知甚至说服受众的潜力之后，我们如何利用它们来接触更多的人？有很多途径可以探索，而且我领域的许多同事已经追求它们一段时间了。 

奈杰尔·福尔摩斯可能是图形艺术家的最佳范例，他可以采取复杂或晦涩的概念，并使其不仅易于理解，而且有趣且引人入胜。在 2015 年 PolicyViz 播客的一集节目中，福尔摩斯描述了如何使用熟悉的物理事物作为参考来帮助人们掌握困难的概念。他引用了他进行的一项实验，该实验旨在传达七十亿（世界人口）的真实规模。他计算出了单位重量中莫顿盐的精确颗粒数，并获得了价值七十亿颗的颗粒。在确定了这种盐量的体积之后，他估计它会装满大约七个中等大小的浴缸。虽然他可以选择无限多的物体中的任何两个来传达相同的值，但选择盐和浴缸是因为它们都是普遍熟悉且有形的。普通人可以很容易地在脑海中想象出这两个单位——一粒食盐晶体和七个浴缸的体积。

在最近的一次演讲中，福尔摩斯概述了他采用的另一种方法，他称之为“希腊合唱团”。他创造了平易近人的角色来引导观众浏览他的图形；这些角色可能会提出问题、发表评论或与其他视觉元素互动。通过在图片中插入友善的人性化元素，“希腊合唱团”成为观众的信息大使。在《大众科学》2015 年 7 月刊中，福尔摩斯绘制的插图使用旋转的立方体作为视觉参考解释了群论的数学概念。虽然立方体看起来足够简单，而且图形使用箭头和轴线等标准约定来显示它们的旋转，但我认为真正使可视化易于理解的是他插入场景中的三个小人物。当他们旋转、推动和举起立方体时，这些看似微不足道的角色设法使物理物体及其运动栩栩如生。

吸引其他顽固读者的另一种方法是使用幽默。数据记者莫娜·查拉比接受了这种方法，但重要的是，她也旨在挑战数据必然精确和准确的观点。通过使用异想天开且不完美的手绘可视化，她在承认自己作为信息传递者的易错性的同时，使信息易于理解。通过将她自己的人性融入到每个可视化中，她以一种清晰、数字生成的图像根本无法做到的方式吸引观众。

另一方面，利用我们在科学可视化中拥有的艺术工具可能存在优势。正如我的同事珍·克里斯滕森在 2012 年的博文中指出的那样，以友好且引人入胜的方式可视化抽象概念并不总是意味着使视觉元素过于简单或有趣。相反，艺术家可以在他们的可视化中填充诱人的纹理和细节——即使这意味着采取一些艺术自由——以吸引观众。要将量子物理学这样密集而无形的主题注入丰富而引人注目的物理性，似乎有点违反直觉。但如果做得好且负责任，这样的修饰可以消除复杂科学的冷漠晦涩，或许足以让读者愿意去研究它。

那么，让我们探索各种方法来使科学图形更平易近人。但正如丹·拉瑟正确强调的那样，我们还必须找到传播内容的方法，使其能够接触到新的受众。它必须尽可能易于访问和共享。这意味着优先考虑数字内容——也就是说，专门为屏幕而非页面制作的内容。至关重要的是，它必须针对手机屏幕进行优化，因为移动设备现在已经取代计算机成为下载和消费数字内容的最流行方式。

此外，我们应该尝试并利用数字格式，以令人耳目一新、引人入胜的方式呈现视觉信息。让我们研究那些激励我们的创新可视化作品，例如奈杰尔·霍姆斯关于希格斯玻色子的获奖动画图形，或者彭博社广受赞誉的互动数据可视化作品“是什么真正让世界变暖？”。 虚拟现实的日益普及肯定会开辟视觉交流的新途径，我们应该研究VR作为一种具有独特切身体验力量的教育工具的全部潜力。当然，不同的故事适合不同的形式，静态图形通常可以最好地完成这项工作。但是，我们在寻找传递科学想要讲述的重要视觉故事的方式时，应该保持开放的心态和勤奋的态度。

最重要的是，我们这些有平台创建和传播科学内容的人，应该在心中牢记特朗普总统任期的现实以及反科学言论的危险，来对待每个项目。信息图形将在这场斗争中发挥多种作用之一，但我认为这是一个重要的作用，我谦卑地迎接这一挑战。