科普信息化传播中科学知识可视化表达的创新策略

一、引言

在信息爆炸时代，公众对科学知识的需求日益增长，但科学知识的专业性和复杂性往往成为传播障碍。科普信息化通过互联网、移动终端等媒介，打破了时间与空间限制，为科学知识传播开辟了新途径。而可视化表达作为科普信息化的核心技术，能够以图形、图像、动态视频等形式，将晦涩难懂的科学原理、数据信息直观呈现，降低理解门槛，激发公众学习兴趣。近年来，从科普纪录片到互动式科普 H5，从虚拟仿真实验到 3D 科学动画，科学知识可视化表达不断创新，但其在传播效果、内容深度、受众覆盖等方面仍存在提升空间。因此，探索科学知识可视化表达的创新策略，对推动科普信息化高质量发展具有重要意义。

二、科普信息化中科学知识可视化表达的现状与挑战

2.1 发展现状

在数字化浪潮的推动下，科学知识可视化表达于科普领域呈现出多点开花的蓬勃发展态势，新技术的迭代与新媒体的崛起，共同构建起多元化的科普传播生态。前沿技术的深度应用成为提升科普体验的关键引擎，虚拟现实（VR）、增强现实（AR）、混合现实（MR）技术打破了传统科普的时空限制，为公众带来沉浸式学习体验。以中国科技馆的 VR 科普项目为例，其打造的虚拟宇宙空间，通过高精度3D 建模与动态模拟技术，让观众仿佛置身浩瀚星河，可自由穿梭于太阳系各大行星之间，直观感受开普勒定律下天体运行的规律；而故宫博物院运用 AR 技术，将文物背后的历史故事以动画形式叠加在实物展品上，观众使用手机扫描即可解锁隐藏的科学知识，实现历史文化与科学原理的跨界融合。数据可视化技术则在科学传播中发挥着信息桥梁的作用，特别是在公共卫生事件中，动态地图热力图通过实时更新疫情数据，以色彩梯度直观呈现病毒传播范围；增长曲线模型结合流行病学原理，预测感染趋势，帮助公众快速建立对复杂数据的认知框架。短视频平台的兴起更成为科普创新的催化剂，抖音、B 站等平台涌现出大量科普创作者，他们运用手绘动画拆解DNA 双螺旋结构，通过实景演示模拟大气环流现象，将晦涩的科学知识转化为 1-3 分钟的趣味短视频。据统计，2023 年科普类短视频播放量同比增长 210% ，其中“无穷小亮的科普日常”等头部账号粉丝量突破千万，充分证明碎片化科普内容的强大传播力。

2.2 面临的挑战

尽管科学知识可视化表达发展迅速，但在技术应用、内容创作和受众服务等层面仍存在诸多亟待解决的问题。技术应用深度不足成为制约科普质量的瓶颈，虽然VR/AR 技术已广泛应用于科普展览，但多数作品仅停留在视觉奇观的营造上。例如部分天文 VR 项目，虽能呈现绚丽的星云画面，却未能结合天体物理学原理解释恒星演化机制，导致观众“看热闹而不知其所以然”。内容同质化现象严重削弱了科普的权威性，为追求流量和点击率，大量科普作品过度依赖娱乐化包装，简化甚至歪曲科学事实。以“量子速读”等伪科学概念在短视频平台的传播为例，其利用公众对前沿科技的好奇心理，通过夸张的演示误导观众，破坏科学传播的公信力。受众需求适配性差导致科普资源供需错位，不同年龄、知识层次的群体对科学知识的理解能力差异显著，然而现有可视化科普内容普遍缺乏精准定位。如面向青少年的科普动画常与成人向内容采用相似表现形式，既无法满足青少年对趣味性和互动性的需求，也难以契合成人对知识深度的期待。互动性与参与感薄弱则抑制了公众的学习热情，传统单向传播模式下，观众仅能被动接收信息，无法参与科学探索过程。以线上科普讲座为例，尽管观看人数众多，但实时互动环节的参与率不足 15% ，反映出当前科普形式在激发公众主动性方面的严重不足。

三、科学知识可视化表达的创新策略

3.1 技术融合创新，打造沉浸式科普体验

在科普信息化进程中，技术的深度融合是打造沉浸式科普体验的核心驱动力。通过整合VR/AR/MR 技术、人工智能与大数据，以及探索元宇宙科普新模式，能够显著提升科学知识可视化表达的交互性与感染力。深化VR/AR/MR 技术应用，可构建逼真的科学教育场景，例如在化学教育领域，利用 VR 技术搭建虚拟实验室，观众通过手势操作调整温度、压强等实验条件，实时观察化学反应的微观变化，直观理解化学平衡原理；在古生物学科普中，AR 技术能将静态的恐龙化石与动态的虚拟复原模型相结合，观众使用手机扫描化石，即可观看恐龙觅食、迁徙的3D 场景，实现历史与现实的跨越对话。人工智能与大数据的应用则为科普内容创作与传播提供了智能化支撑，AI 图像生成技术可快速产出高精度的天体结构模型、细胞分子示意图，大幅提升科普素材的制作效率；基于大数据分析公众的浏览习惯与知识需求，平台能够精准推送定制化内容，如为天文爱好者推送包含星系演化动态图谱、行星运行轨迹模拟的个性化科普包。此外，元宇宙概念的引入为科普开辟了全新路径，构建虚拟科普社区后，用户以数字分身形式参与跨国科学讲座、协同完成虚拟实验，打破地域与时间限制，让全球科学爱好者在共享的虚拟空间中实现实时互动与深度协作，真正实现“身临其境”的科普学习体验。

3.2 内容设计创新，平衡科学性与趣味性

科学知识可视化表达的生命力，在于兼顾科学性与趣味性，通过创新内容设计让严谨的科学知识焕发吸引力。在信息过载的时代，单纯的知识罗列已难以抓住公众眼球，唯有将抽象的科学原理转化为富有感染力的叙事与直观的视觉语言，才能真正实现科学知识的有效传播。

挖掘科学故事性是行之有效的策略，将抽象的科学理论与科学家的探索历程、历史事件相结合，以叙事化方式呈现，能够激发公众的情感共鸣。在遗传学科普领域，沃森与克里克发现 DNA 双螺旋结构的故事堪称经典。通过高精度动画还原剑桥大学卡文迪许实验室的场景，从两人对 X 光衍射照片的反复分析，到模型搭建时的争论与顿悟，再到沃森在梦中获得灵感的戏剧性瞬间，不仅展现了科学发现的曲折过程，更通过细节刻画传递出科研工作者的执着精神。类似地，在讲述居里夫人发现镭元素时，结合历史影像与动画重构，呈现她在简陋棚屋中历经四年提炼镭盐的艰辛，让观众深刻理解科学突破背后的付出。这种故事化表达将科学知识从冰冷的结论转化为充满人性温度的叙事，显著提升公众的代入感与学习兴趣。

强化数据可视化叙事，则要求突破传统图表的局限，以数据为线索构建故事逻辑。在环境科学传播中，气候变化议题的可视化设计极具代表性。通过制作动态时间轴动画，将 1880年至今的全球平均气温变化曲线、冰川面积缩减卫星影像、海平面上升数据等进行时空串联，并融入北极冰盖消融、极端暴雨洪水等真实事件影像，结合情景模拟技术预测未来50 年生态风险。例如，用三维动态模型展示格陵兰岛冰川崩塌过程，通过颜色渐变与数据标注直观呈现冰层厚度变化，配合科学家访谈与专家解读，让公众不仅看到数据的变化，更理解其背后的生态危机。这种数据驱动的叙事方式，使复杂的环境问题变得可感知、可理解，有效提升公众的环保意识。

此外，注重科学思维可视化是培养公众科学素养的关键，通过思维导图、动态流程图等工具，将科学研究的逻辑链条可视化呈现。以物理学发展为例，利用动态流程图清晰展示从伽利略斜面实验对惯性的初步探索，到牛顿总结出经典力学三大定律，再到爱因斯坦相对论的革命性突破。在动画演示中，每个理论节点都配以实验还原、公式推导与历史背景介绍，节点之间用动态箭头标注逻辑关联，并设置互动按钮供观众深入探究关键实验与理论细节。这种可视化设计不仅帮助观众理解科学理论的演进规律，更通过展示科学家如何提出问题、设计实验、验证假设的完整过程，培养公众的科学探究思维，实现从知识传递到思维培养的跨越。

四、结论

在科普信息化浪潮中，科学知识可视化表达是提升科普传播效果的核心引擎。通过技术融合创新、内容设计优化、受众互动增强以及跨领域合作，能够有效突破传统科普的局限，为公众提供更优质、更具吸引力的科学知识传播服务。未来，随着5G、人工智能、元宇宙等技术的发展，科学知识可视化表达将向更智能、更沉浸、更个性化的方向演进，推动科普信息化迈向更高水平，助力全民科学素质提升。同时，科普工作者需始终坚守科学性原则，平衡创新与严谨的关系，确保可视化表达既能激发公众兴趣，又能传递准确、权威的科学知识。

参考文献：

[1]梁新.共享发展——健康科普发展“方程式”的“最优解”[J].中国卫生,2025,(05):82-83.DOI:10.15973/j.cnki.cn11-3708/d.2025.05.053.

[2]王浩,刘慧,毛文娟,等.数智时代国家科普能力建设路径研究[J].天津科技,2025,52(S1):1-5+9.DOI:10.14099/j.cnki.tjkj.2025.s1.025.

王艺雯（1988.03--）；女，汉河南省郑州人，毕业于河南大学；学历：研究生，现有职称：助理研究员；研究方向：科普传播。