科学与艺术结合在展览设计中的实践与思考——以中国科技馆为例

王 爽

19世纪，法国作家福楼拜预言：越往前走，艺术越来越科学化，科技越来越艺术化，两者在山麓分手，有朝一日，终将于山顶重逢[1]。

20世纪末，诺贝尔物理学奖得主李政道表示：科学和艺术是不可分割的，就像一枚硬币的两面[2]。

进入21世纪，中国工程院院士潘云鹤谈到：都说科学与艺术总是在山顶重逢，随着数字创意产业的发展，科技和艺术融合从创意的初始就融合起来，也就是两者从山脚就开始携手并进了[3]。

在各位大师心中，科学和艺术是一体的，二者珠联玉映、相得益彰。笔者想从一个亲历者的角度，对在中国科技馆发生过或正在发生的科学与艺术的结合做一次回望，对中国科技馆与艺术的缘分进行一场漫谈。

一、 教育当先，科学与艺术在科技馆结合的目的

中国科技馆作为国家级综合性科普基础设施，自1988年开馆以来，秉持“体验科学、启迪创新、服务大众、促进和谐”理念，在形成独特科普魅力的同时，始终与艺术有着不解之缘。

(一) 科学与艺术的关系

科学讲究求真务实，是反映自然、社会、思维等的客观规律的知识体系，是不以人的意志为转移的，强调逻辑性。艺术是一切表现人类精神追求和人类情感表达的创造活动。美国探索馆创立者弗兰克·奥本海默(Frank Oppenheimer)认为：艺术家和科学家都在观察自然，艺术家是表现自然，而科学家则通过观察、实验发现自然的本质。由此可见，科学与艺术是同源的，二者都是大自然的恩赐[4]。

科学与艺术虽存在明显差异，却又有相通性。李政道曾说：科学是对自然界的现象进行新的准确的抽象，这种抽象通常被称为自然定律。尽管自然现象不依赖于科学家而存在，但它们的抽象是一种人为的成果，这和艺术家的创造是一样的。作为自然物的人，是科学和艺术的共同载体[2]。很难想象，一个毫无创造力的科学家能有重大的科研成果，一个缺乏科学素养和科学精神、缺少对事物细致观察和感悟的艺术家，能创作出打动人心的伟大作品。而那些能够通过自觉融合，潜移默化地形成了具有科学与艺术双重修养的人才，大多成为了各自领域的翘楚，如认为“艺术能使心灵变得崇高”的钱学森、终身与小提琴相伴的爱因斯坦、袁隆平以及被誉为“人类历史上绝无仅有之全才”的达·芬奇。从这几位科学家的人生经历可见，从小同时接受科学教育和艺术教育，对于拥有惊人的创造力并取得重大成就起到积极作用[2]。因此，被誉为“科学史之父”的科学史学家乔治·萨顿(George Sarton)认为：理解科学或艺术，都离不开对方[5]。

(二) 科学与艺术在科技馆结合的目的

在科技馆，通过展教活动培养公众特别是青少年探求知识的兴趣，引导公众通过观察、思维和操作，感悟科学奥妙，树立自信心，并且激发出进一步探究该领域的欲望，是比学到多少知识更重要的事。科技馆的展览展品如果能同时从科学和艺术两个角度来诠释同一事物，则会建立起一个更能引发兴趣且激发公众认识事物深度和广度的全新观念，这正是科技馆的头等大事。早在20世纪60年代，弗兰克·奥本海默便提出科学与艺术“可以结合也应该结合”，并将此作为美国旧金山探索馆的展品研发原则之一，从而成就了该馆在国际科技馆界的“鼻祖”地位。中国科技馆王恒研究员同样认为，展品包含的因素由智力因素(即科学性)和艺术因素(即艺术性，包括趣味性、娱乐性、参与性)组成，展品的艺术性和科学性同等重要，二者都是展品最基本的属性[6]118。

在教育学视角下，科学教育的任务是让被教育者拥有科学的探索精神，能够理性分析问题，追求事物的本质和规律，即求真。艺术教育的任务是开启人的感知力、理解力、想象力和创造力，使人的情感和谐发展，即求美。科学的求真与艺术的求美，是推动人类社会文明进步和发展的动力，而培养兼具科学与艺术素养的人则是教育追求的目标[2]。

20世纪后期以来，教育已然成为科技馆的首要功能[7]。如果说，培养兼具科学与艺术素养的人是教育追求的目标，那么这个目标同样适用于科技馆。在科技馆实施科学与艺术结合的教育，通过科学的理性与艺术的感性相互作用，引导公众理解科学、欣赏艺术，培养公众的科学探索精神和想象力、创造力，达到培养兼具科学精神和艺术修养的创新型人才的教育之终极目的。同时，在追求科学与艺术同频共振、智育与美育相融相通的场域下，使公众从科学和艺术的双重滋养中锻造精神气质，提升人格修养，迈向全面发展。在以上目标的实现过程中，科学与艺术同向同行，在中国科技馆形成了相互支持的教育合力，一路走来，取得了一些成果。

二、 科学与艺术在中国科技馆结合的实践

(一) “分形艺术”展览诞生，科学与艺术正式结缘

1999年3月30日，展示人类认识自然最新研究成果的“分形艺术”展览，在中国科技馆一期展厅开幕。展览的宗旨既不是纯科学，也不是纯艺术，而是科学与艺术相结合的一次尝试。正如展览序言所述，展览以“科学与艺术”为主题，一方面探讨描述大自然数学模型的、作为科学的分形，另一方面展示彼时正流行于世界的、作为艺术的分形[8]。该展览将科学家对分形的自相似性、分数维以及混沌等内容的研究成果，用美轮美奂的展品形式展示在公众面前，实现科学与艺术的结合。以展品“乱纸团”为例，该展品应用幻像技术，通过紫外荧光和凹面镜发射，在空中呈现出“看得见、摸不着”的幻像，观之犹如迎面“飞”来一个“乱纸团”，使公众在受到一定视觉冲击的同时思考其中的科学原理。在此过程中，展品的参与性、娱乐性、趣味性等首先得以凸显，科学内涵才能展现出来。展览的成功举办，使科学与艺术在中国科技馆正式结缘。

(二) “怒发冲冠”过目难忘，科学与艺术珠联璧合

2000年4月29日，中国科技馆二期展厅开幕，其中有一件经典展品“怒发冲冠”。当长发的参与者站在绝缘台上，将手放在带有20万伏静电的金属球上时，她的头发会因为静电之间具有相互排斥的力量而竖立起来，形成“怒发冲冠”的奇景，令人啧啧称奇、过目难忘。而由于参与者与金属球处于等高的电位，两者之间没有电位差、不会产生电流，因而参与者不会被电到。该展品由实验仪器“范德格拉夫静电发生器”演化而来。设计者将其高电压低电流的性能巧妙地与参与者联系起来，并利用静电同性相斥和沿尖端放电的特性，将人体表面质量最轻、最易于观察到静电效果的长发作为尖端进行放电，达到了无以伦比的展示效果。在展示过程中，“怒发冲冠”的景象使展品的参与性、娱乐性、趣味性等艺术因素得到了最大程度的体现，仪器的科学性得到关注，科学与艺术珠联璧合[6]120。

(三) “小球阵列”流光溢彩，“机械旋律”和谐奏响，科学与艺术水乳交融

2009年9月20日，中国科技馆新馆开放。在开幕式上精彩亮相的“小球阵列”(见图1)位于一层西大厅顶平台桁架之上，由钢丝悬挂的805颗直径26厘米的小球，组成长18米、宽12米的阵列。在运动控制、电机技术、机械、计算机算法、图形像素等多种科技的共同作用下，每个小球按照各自的速度和路径，在空中做上下直线运动，共同组成各种不同曲面、曲线、文字和三维图案等各种动态造型，呈现出流光溢彩的立体效果，趣味性、娱乐性突出，艺术效果非凡。

图1 展品“小球阵列”(1)图1至图4来源于中国科技馆。

在新馆东大厅，一面将各种齿轮、连杆、气缸、活塞、凸轮、光圈、滑块、车轮和摆动结构组合起来的机械墙，以其巨大的体量、巧妙的布局及其和谐顺畅的机械传动效果，牢牢地吸引住了公众的目光，这就是展品“机械旋律”(见图2)。该展品将各种机械结构组成一面长方形墙体，各结构之间通过啮合、连接等形式互相关联，设备一经启动，各式机械结构开始运转，场面和谐而壮观，引人赞叹。该展品将多种机械结构按比例放大后直观地展现在公众面前，科技感强，而娱乐性、趣味性等艺术感也十足，实现了科学与艺术水乳交融。

图2 展品“机械旋律”

(四) “榫卯的魅力”历久弥新，“中国手工造纸的技·艺”花开并蒂，科学与艺术强强联合

2018年11月1日，“榫卯的魅力”主题展览开幕。展览以榫卯为主题，展示其在古代建筑、家具等不同领域以及现代生产生活中的应用。榫卯强大的功能和精妙的结构，不仅能够使其在一定变形范围内承受较大载荷，成为中国古代建筑和家具的灵魂，以榫卯为核心元素构成的斗拱结构还能给人以灵动俏丽、蓬勃向上的视觉享受和精神震撼，同时有力阐释了中国古人阴阳互补、虚实相生的哲学思想，体现出力学功能与造型艺术、文化传统的紧密结合[9]。此外，当代艺术家的榫卯艺术品《昨天和今天的形式》《满月屏风》《箱椅》(见图3、图4)也参与展出，为展览增色。展览展出时，在公众对各种类型榫卯的拆解、拼插过程中，榫卯的科技内涵得以充分展示，参与性、娱乐性、趣味性等艺术因素则贯穿始终，该展览也被媒体赞誉为“科学与艺术的精妙结合”。

图3 傅中望作品《昨天和今天的形式》

图4 刘铁军作品《满月屏风》《箱椅》

2021年1月1日，“中国手工造纸的技·艺”主题展览亮相。与以往不同，本展览直接由展览名称点题，道明了展览的两大主题：中国手工造纸的科技与艺术。在展览“纸来折往”展区(见图5)，通过折纸与数学、工程、技术、设计等学科的结合，揭示折纸的研究与应用，引导参观者思考折纸背后的科学知识、工程应用和艺术表现，感受科学元素和艺术元素的碰撞与兼容。作为跨学科专题展览的创新之作，本展览实现了引领公众从科学和艺术两个角度认知现代折纸的策展目的，即从“折纸是一种艺术”的视角引领艺术文化层面的认知，以及从“纸是载体，折是本质”的视角引领科学社会层面的认知[10]。在展览中，科学与艺术花开并蒂、平分秋色，从展览名称到展示内容，二者始终平起平坐、不分伯仲，体现了二者一体两面的天然属性，科学与艺术在中国科技馆逐渐展现出强强联合、相得益彰的突出效果。

图5 “纸来折往”展区(2)图片来源：https://www.bjnews.com.cn/detail/160948301715484.html#p=6。

(五) “音乐秘境”引人探寻，科学与艺术彼此成就

2020年3月，中国科技馆开始策划“音乐秘境”主题展览。展览在主题选取与策展方式两方面，都体现了艺术“登堂入室”“反客为主”，取代科学而成为展览主角，科学与艺术彼此成就。

在展览主题方面，本展览以“音乐、人、科技”为主题，人作为音乐的创造者和聆听者，和音乐产生关联；科技作为社会生产力的推动者，成为音乐艺术发展的推动者；而音乐作为主题的第一要素，成为展览的解析对象。在这里，不再特别强调科技解读，而是从人的角度出发，探讨音乐与人的关系、音乐与科技的关系，把音乐这门艺术作为独立的研究对象，通过科普展览的形式进行诠释。在策展方式上，为了更广泛地利用社会资源，突破自身的专业限制，本展览依托中国科技馆“科技资源科普化”项目，借助专业机构的科研力量，项目组从其科研成果中遴选兼具科学性和艺术性的优秀作品纳入展览，与其他展品同步制设计，实现了科学与艺术最直接的结合与互动。

无论是主题还是形式，艺术都当仁不让地成为了展览的主要研究和展示对象。当然，作为科普展览而非艺术展览，“音乐秘境”展览主要从科学普及的角度出发，在展览中呈现与音乐相关的科学知识、技术应用，并注重科学方法、科学思想、科学精神的感悟与提炼，以达到科学教育和艺术教育的双重目标。

三、 对科学与艺术在中国科技馆结合实践的思考

在上述展览中，科学与艺术的结合过程体现了社会的进步和公众审美需求的提升，也体现了在展览中将科学教育与艺术教育相结合的时代要求和必然趋势。本文将以上述展览为例，以展览评价标准和教育目标为标尺，试分析在教育学、传播学视角下，加强科学与艺术在展览中结合，从而增强展览教育效果的途径。

(一) 在展示内容上，拓宽科学与艺术结合的广度

在博物馆学专家严建强、陆建松提出的展览评价三层次中，“好看”是第一层次，一个不够“好看”的展览是无法吸引公众的，而要达到此效果，艺术的参与不容忽视[7]。以“榫卯的魅力”主题展览为例，为了达到“好看”的目的，艺术化成为了展览设计的重要设计原则。LED鲁班锁、榫卯立体字等一批充满美感的展品应运而生，吸引公众驻足留影，使展览因为“好看”赢得了大量公众的喜爱。另外，在展览中引入当代艺术品，通过科学的解读，生动清晰地展现艺术品的科学内涵，很好地验证了乔治·萨顿“理解科学或艺术，都离不开对方”的精彩论述，也达到了展览评价三层次中的第二层次“看得懂”。因为二者的相互诠释，既看懂了科学内涵，又看懂了艺术表达，科学和艺术的双重教育效果得以达成。在展览中，科技与雕塑、家具设计、建筑设计等艺术元素相结合，让公众在获得科学教育的同时，也受到了艺术的滋养，获得了良好的教育效果。在此基础上，如果能将艺术的范围扩大，可能会达到更好的教育效果。例如，中国传统木结构建筑营造技艺已入选人类非物质文化遗产。在大力弘扬中华优秀传统文化的社会背景下，“榫卯的魅力”展览应突出榫卯作为非遗项目的重要地位，加大对非遗的聚焦和宣传，将申遗过程中的人文故事、精彩瞬间展示出来，突出对榫卯技艺背后更深层次文化内涵、人文精神的阐释和表达，在传播科学知识的同时，传承文化遗产、弘扬工匠精神，激发公众的民族自豪感和自主创新自信心。至此，展览才能更加顺理成章地达成展览评价三层次中的最后一个层次“启发和感悟”，使展览能够真正触动公众的内心，实现引导公众情感、态度、价值的教育目标。

(二) 在展示形式上，加强科学与艺术结合的深度

近年来，沉浸式体验已成为热点。有关专家指出：沉浸式体验的研究和开发，将驱动整个世界发生深刻、快速并令人惊叹的变革[11]。目前，除了在医疗、军事等领域应用之外，沉浸式体验已发展为一种高价值的文化服务。其中，沉浸式展览利用光影技术与互动技术，为公众提供包括视觉、听觉、触觉等全方位、超震撼的感官体验，能更好地突出主题、引发共鸣。沉浸式体验以主题叙事为聚焦，以沉浸式试听为效果，以现代逻辑为架构，提供给人以直观的感官体验、间接的情感体验和内省的哲理体验[12]。这种价值体验一方面与知识与技能、过程与方法以及情感态度价值观的科学教育目标，以及好看、看得懂、启发和感悟的展览评价标准几乎不谋而合；另一方面，在沉浸式展览当中，几乎可以囊括做中学、探究式学习、体验式学习、多感官学习、情景教学等教育方法，堪称为一种令人向往的展览方式[7]。以2020年元旦之际在中国科技馆开幕的“做一天马可·波罗：发现丝绸之路的智慧”主题展览为例，展览以第一人称视角代入的方式，使观众“化身”古代旅行家，“切身”感受丝绸之路上的多元文化交流。为了达到沉浸式体验的参观效果，展览根据故事线进行场景再现，通过装饰性展墙、模型、道具、背景图文等多种要素的结合，营造了古代威尼斯水城、阿拉伯市集、丝路驿站、中国街巷、泉州海港等沉浸式体验场景，构成了一个充满丝路风情的展览空间，配合应用增强现实、体感互动、机电一体化等各种互动展示手段的精彩展品，令观众沉浸其中，如临其境，实现了科学与艺术在展示形式上的深度结合[13]。

四、 博采众长，科学与艺术在中国科技馆结合的对策

为更好地实现科学与艺术在科普展览形式和内容上的双重结合，笔者提出以下对策：

(一) 人才至上，组建具有艺术修养的科普展览研发团队

功以才成，业由才广。推动科学与艺术在科普展览中深度结合，需要既懂科学又有艺术感受力和创造力的人才。就目前的科普展览研发团队来说，应从两方面着手：

一方面，鼓励团队成员通过多读、多听、多看等途径，多接触各种艺术形式和艺术流派，在博览的基础上，逐渐培养出较高的艺术鉴赏力。组织团队成员参观设计、绘画、雕塑等艺术展览，实地考察富有艺术和文化气息的建筑、名胜等，丰富见闻、打开视野，加深对艺术作品的认识、理解和感受，激励研发人员在展览策划和展示过程中探索科学与艺术的内在联系，涵养自身的科学与艺术鉴赏力，促进思维模式的转变，惟其如此才能研发出能够打动人心的、具有科学之美的展览展品，进而引导公众感受科学、感受艺术、感受美，避免出现“以其昏昏使人昭昭”的尴尬局面[6]191。

另一方面，引进设计、美术、文学等专业力量，优化策展人才队伍结构，从根本上解决问题。在具体工作中，充分发挥专业优势，全程将艺术设计、文化解读的理念纳入展览设计的考虑范围之中，在保证展品科学性的前提下，最大程度提高展品艺术水平，确保艺术效果，将科学性和艺术性作为同等重要的展品设计标准，注重科学与艺术从形式到内容上的深度结合，设计出科学与艺术“兼美”的展品。

(二) 广开思路，探索更多合作途径

如前所述，“音乐秘境”主题展览依托“科技资源科普化”项目，与专业院校进行合作，取得了良好的成果。这不失为一种成功的、加强科普展览中科学与艺术结合的方法。在该项目中，合作团队充分发挥专业优势，直接以展览主题为创作主题，创意设计出了符合展览需求的艺术作品，为展览增色。

在实际工作当中，应探索和完善相关机制，加强与艺术院校、机构、艺术家的合作，充分调动社会资源，根据展览研究内容，在团队自身充分做好文献研究、实地调研等工作的前提下，广开思路，邀请相关艺术领域专家指导展览研发工作，仰仗专业人士、实现优势互补，确保科普展览充分融合和体现艺术之美。

(三) 转益多师，将科学与艺术结合的理念融入展览全流程

以中国科技馆为例，科技馆展览设计步骤由初步设计、深化设计并制作两个步骤，改进为概念设计、初步设计、深化设计、优化设计并制作四个步骤。在这一模式下，除了由策展团队主导的概念设计与初步设计环节，在通过招投标方式确定单位，进入深化设计及优化设计并制作阶段后，策展团队也应集中精力，对科学与艺术的结合下功夫。

首先，在深化设计招标阶段，应对投标单位明确提出“展品的科学性与艺术性同等重要”的深化设计要求，要求投标单位配备专业艺术设计人员，充分发挥其专业优势，下大力气提升展览展品的艺术水平。同时，将展览展品的艺术效果作为项目验收的重要内容，成为该项目能否通过验收的关键因素。

其次，在制作招标阶段，应对投标单位明确提出“展览展品的科学性与艺术性同等重要”的优化设计要求，切实发挥出制作单位在展示实效、材料应用、设备运行、安全环保等制作工艺方面的专业优势，对现有展览展品设计方案的艺术性提出优化意见和建议，在馆方、设计单位和制作单位三方的共同努力下，呈现出最具艺术效果的展品设计方案，经馆方认可后付诸制作。

在借助外力策划展览的过程中，转益多师，精益求精，充分发挥合作单位优势，通过不同团队对展览的艺术效果进行全方位提升，研发出更趋完善的、科学与艺术更完美结合的、能最大限度提升科学教育和艺术教育效果的优质展览。

五、 结语

习近平总书记指出：“满足人民过上美好生活的新期待，必须提供丰富的精神食粮。”[13]作为重要的科普基础设施，科技馆有责任为广大公众提供更多高质量的科普服务，不仅让公众在参观体验过程中，加深对科学的理解和感悟，在潜移默化中提高自身科学文化素质，更要让公众感受到科学之美、艺术之美。对于展览设计者而言，应牢记科技馆“以人为中心”的宗旨，把教育作为展览设计要实现的首要功能，以满足公众获得愉悦、知识和感悟的需求为己任，将科学与艺术相结合的指导思想更好地融入展览设计工作之中，以达到培养兼具科学精神和艺术修养的创新型人才之科技馆教育目标。