浅析科技与艺术设计的关系

设计在人类文明发展历史上是文化的一部分，自它的诞生之日起就既与艺术、科技有着割不断的联系；从广义上理解设计，其最基本的意义是计划，即为实现具体的目标而建立的方案；从狭义的角度来理解，它包含社会、科学和经济等多重意义的构成形式，体现了从构思、行为到实现其价值的创造性过程。艺术设计，之所以有“艺术”二字，也就是她是具有一定艺术成分和艺术意义的设计，具备一定的审意义。与以往作为造物艺术的设计又称作“实用艺术”，表明它既满足功能需求又具有艺术性取向。实用艺术是与纯艺术相对而言，纯艺术可以抛却功利，直追情感和精神，而作为实用艺术的设计却似乎只能兼顾艺术，但它们的外显方式有时却惊人的相像，设计在某些情况下也能表现出一种“有意味的形式”。随着设计本身的发展，一些设计领域如观赏类工艺制品，逐渐从“实用”中分离出来，具有了更强的形式感和美学意味，从而使其具备了纯艺术特征；另有更多的设计领域在设计现代化进程中，不断实现着自身的艺术化。设计溯源，从文化的初始，制造就伴随着对美的追求，从本性使然到理性求索，设计行为始终在现实和理想间寻求生活和艺术的完美结合。艺术源于实用，实用又趋向艺术，满足现实，人们完善造物，追求理想，人们迈向艺术，这就是设计发展的路径和总的方向，可以说设计和艺术密不可分，设计艺术是艺术的一种特殊呈现方式。

科学和艺术自古以来就是不分离的。古希腊学者亚里士多德既是一位哲学家又是一位科学家，文艺复兴巨匠达芬奇、米开朗琪罗等是举世闻名的艺术大师，但他们同时又是科学家、发明家、建筑大师。达芬奇早在四五百年前就设计了最早的飞行器。1986年5月，斯图加特世界工业设计大会展览展出了他过去设计的许多机械模型，至今仍然被设计师视为典范。他们是艺术大师，但他们懂得科学，也是科学大师，之所以能发明创造出那么经典的作品，正是因为他们的作品是艺术与科学的综合体。

科学和艺术的关系是设计学科中的一个基本问题，现代设计及其教育的产生和演进，始终没有离开与科技和艺术之间进行的抉择和判断，从某种角度理解，现代科技的进步直接促进了现代设计的发展。现代设计横跨文理两科，涉及科技、人文和社会科学等领域，与艺术、与科技的关系都非常紧密，其学科特质显示其有着相对特殊的思维、行为模式，以及相应社会价值判定系统。

艺术设计总是受科学技术发展进步的影响。科学技术影响和作用着艺术设计的具体实现形式。第一种销售量超过百万件的产品是托内特设计的托内特椅子。它产生于19世纪中叶，是当时著名的小酒店椅子，就是由于当时托内特工厂发明弯木鱼与塑木新工艺而引起的直接后果。科技作为设计人员实现其设计思维和理念的必经途径，那么随着科学技术的进步和各种在此基础上产生的新材料、新工艺、新技法促使了技术对艺术设计创造起到直接影响，如各种优质钢材和轻金属的应用被应用于设计中，产生了德国设计大师密斯范德罗设计的钢管座椅，那样轻巧、现代的外观造型，让消费者充分体会着技术科学生活带来的愉悦感。

当今社会的发展，经济的共荣，科技的进步使世界不再孤立，是人们不在封锁。整个世界已经是一个大家庭了。是什么原因让人们之间没有了距离，是经济是网络是交通，归根到底是科技。今天看到这样的一句话“网络在不断的拉近人们直间的距离，而设计却使劲的拉开人们之间的距离”。仔细回味着句话，可以悟出很多设计和科技之间的关系和联系。科技的目的是什么，科技的成果又会带给人们什么。设计又是什么，设计又是为了什么。创意为民设计为公 没错,设计就是在创新在不断的追求艺术与实用的结合。不断的求同求异，最宗旨的目的也是使生活更美好，科学与设计是统一的。

科技的发展为文化增添了新的内容、丰富了表现手段、增强了表现力。而文化的蓬勃发展，也能为科技创新营造更好的氛围和环境。日前，科技部等六部门印发了《关于促进文化和科技深度融合的指导意见》，提出到2025年，基本形成覆盖重点领域和关键环节的文化和科技融合创新体系，实现文化和科技深度融合。《指导意见》还提出了加强文化共性关键技术研发、完善文化科技创新体系建设、加快文化科技成果产业化推广、加强文化大数据体系建设、推动媒体融合向纵深发展、促进内容生产和传播手段现代化、提升文化装备技术水平、强化文化技术标准研制与推广等八项重点任务。

文化是一个民族历史记忆、传统习俗、文学艺术、行为规范、思维方式、意识形态的传承，塑造着国民的精神气质与价值观念。文化作为一种精神力量，具有极强的渗透性，能够以无形的意识和观念，在人们认识和改造世界的过程中转化为物质力量，对社会发展产生深刻影响。当前，世界正处于大发展、大变革、大调整时期，各种思想文化相互激荡，国际竞争焦点从传统的军事、经济等硬实力领域转移到文化软实力。谁拥有了强大的文化软实力，谁就能在激烈的国际竞争中赢得主动。正如习近平总书记强调的，“古往今来，任何一个大国的发展进程，既是经济总量、军事力量等硬实力提高的过程，也是价值观念、思想文化等软实力提高的进程。”

中国传统文化是中华民族几千年文明所积累的精神和物质创造，内容涵盖广泛。党的十八大以来，习近平总书记多次谈到中国传统文化，表达了自己对传统文化、传统思想价值体系的认同与尊崇，并强调坚定中国特色社会主义道路自信、理论自信、制度自信，说到底是要坚定文化自信；文化自信，是更基础、更广泛、更深厚的自信；文化自信是更基本、更深沉、更持久的力量。因此，坚定文化自信、提升文化软实力，事关国运兴衰、文化安全、民族精神独立和国际影响力。

文化凝结在一定的物质载体之上，又游离于物质之外，对物质产生反作用。科学技术既是文化的重要内容，也是文化的重要体现形式和载体。文化与科技相辅相成、相互促进。科技创新是推动文化转型的强劲动力，先进文化理念是科技创新的思想源泉。新形势新任务要求我们深入把握文化与科技的关联性，推动文化与科技深度融合发展。

科技创新是推动文化生产方式变革的强劲动力

科技创新在不断提高人类认识自然和改造自然能力的同时，也在不断创新人类的思维方式、丰富人类的精神世界，能给予文化发展思想创意、内容资源和技术手段的支持，不断丰富文化发展的内容和形式，提高文化传播力和影响力，而且能影响人们的思维方式和生活方式，从而提升文化的活力和生命力。纵观人类历史，科学技术的每一次重大进步，都对文化生产和传播方式产生了重要影响。例如，活字印刷技术的发明，带来图书生产方式的革命；19世纪电子技术的发明，使视听产品生产成为一个巨大的产业；信息技术革命使新媒体成为具有广阔发展前景的新兴产业。

当前，新一轮科技革命和产业变革正在兴起，信息大爆炸，传播大变革，多元文化碰撞冲击强烈，社会急剧转型，使得人们在生活方式、思维方式、思想观念等方面表现出更多冲突与困惑。以新的技术手段促进文化发展是新时代满足人民日益增长的美好生活需要的重要途径。文化与科技深度融合，通过科技手段极大地改变了文化内容、艺术样式及其生产创造、传播扩散、接受应用和社交互动的方式，促进着消费、生产乃至社会方方面面的深刻变化。如当前流行的各种网络文化、电竞文化、创意文化、创客文化等，已经与工业时代的文化完全不同。在这一时代潮流下，我国文化事业不断繁荣、涌现出一批利用科技手段制作精良的文化产品，提升了文化内容和艺术形式的表现力、感染力，大幅增加了文化创新的有效供给，提升了中国文化的软实力。例如，用数字图像复活《清明上河图》，将静态的绘画转化为动态的影像，在2010年上海世博会期间大放异彩；去年热播的《国家宝藏》节目通过传统文化与现代科技的巧妙结合，一改历史和文物的严肃面孔，将过去在博物馆束之高阁的传统文化，变得更加生动和亲切，引发了广大年轻人对中国传统文化的关注，也间接推动了文化旅游业的发展。

我国文化与科技融合在取得显著进步的同时，也存在很多不足。一是科技对文化发展的供给不够，尚未形成支撑和引领文化发展的科技支撑体系。特别是企业开展创新的动力不足、能力不强，文化创意不多，文化产品缺乏特色；产业发展方式单一，优质文化产品、文化服务供给能力不强。二是文化发展需求对科技创新的带动不足，文化科技制作的关键技术装备主要依赖进口，核心技术的国产化率相对偏低。三是文化与科技融合的体制机制有待完善，由于文化和科技分属不同行政管理系统，导致多年来我国科技与文化各自发展、融合不够。总体而言，文化和科技融合是一种创新行为，产生的是新技术、新产品，面临的是新兴市场，因此具有与其他创新活动类似的高投入、高风险等特点，这在一定程度上制约了各类主体开展文化和科技融合的积极性、主动性。

我国古代的科学技术成就

我国古代的科学技术成就中，属于物理学或与物理学有关的，可以提出 力学、光学和声学等三个方面作一简要介绍。

（1）力学方面

①《考工记》一书中的有关记载。这是一本现存的有关我国古代手工业 技术规范的书籍，可能是春秋时代（公元前700至400年）末年的作品。 它记述了许多手工业的工艺制作与设施，汇集了至公元前3、4世纪时的工 程技术知识。其中包含的力学知识，主要有：关于惯性的记载、滚动摩擦的 论述、论箭的飞行与保持稳定，还记述了有关力的测量、斜面受力分析以及 材料和施工中的一些软科学知识。

②《墨经》中有关力学知识的记载。《墨经》战国时代以墨翟（公元前 490至403年）为首的墨家的代表作，分为“经”与“经说”两大部分。 经说是经的注解。前者的内容大多是一些定义性质的条文，后者则带有定律 的性质的解释。

《墨经》中的软科学知识已不全是实际生产知识的总结和记述，而是对 力学现象进行了粗浅的概括，并进行了一些推理论证。诸如，关于时空观念、 运动学知识、力的概念、力系平衡的论述，以及斜面、滑轮及其应用，等等。 现举一条关于杠杆的理论探讨以兹说明： 经下第25条：“天（衡）而必正，说在得。”

经说：“（衡），加重于一旁，必捶（垂），权重相若也。相衡，则本 短标长，两相加焉，重相若，则标必下，标得权也。”

这一条说明了不等臂天平（秤）的平衡关系。可能是墨家探讨杠杆平衡 关系的实验总结，说明墨家发现杠杆定律较之古希腊的阿基米德要早二百多 年。但并没有阿基米德杠杆定理那样完整和定量化。

③侯风地动仪。这是东汉张衡（公元78至139年）所制的世界上第 一台地震仪。《后汉书张衡列传》上有下面一段记载：“（顺帝）阳嘉元年 （即公元132年），复造侯风地动仪。以精铜铸成，圆径八尺，合盖隆起， 形似洒尊，饰以篆文山龟乌兽之形。中有都柱，傍行八道，施关发机。外有 八龙，首衔铜丸；下有蟾蜍，张口承之。其牙机巧制，皆隐在尊中，覆盖周 密无际。如有地动，尊则震，龙机发，吐丸而蟾蜍衔之，振声激扬，伺者因 此觉知。虽一龙发机，而七首不动。寻其方面，甩乃知震之所在。验之以事， 合契若神。自书典所记，未之有也。当一龙机发而地不觉动，京师学者咸怪 其无征。后数日驿至，果地震陇西。于是皆服其妙。自此以后，乃令史官记 地动所从方起”。

显然，这是一种测定震源方向的仪器。可惜，后来这架地动仪失传了。 我国考古博物学家王振铎在总结国内外学者复制研究工作的基础上，根据书 上的记载和力学原理满意地复制成功了侯风地动仪的复原模型，它主要是一 个利用了重心很高的“都柱”的不稳平衡。从这个仪器的制造来看，张衡已 利用了力学上的惯性原理，同时他对地震波传播和方向性也一定有所了解。 这些在当时来说都是十分了不起的。

④记里鼓和指南车。这是三国时魏人马钧根据以前的记载模仿制成的两 种利用各种齿轮的复合运动传动的自动机构。记里鼓是利用原动齿轮带动大 小不同的一套从轮，使车轮转动把车行的里数自动地表示出来的一种装置。 指南车是利用一套能自动离合的齿轮系统的定向装置，使得立在车上的一个 木制人像的手永远指着固定的方向。关于这两种装置的结构，在刘仙洲教授 著的《中国机械工程发明史》第一编第五章中有较详细的介绍。

（2）光学方面

关于光学知识的记载以《墨经》经下中的八条（16至高无23）最为 系统。其内容涉及影子生成的道理，本影和半影，由物体与光源的相对位置 确定影子的大小，光的直线传播实验，光的反射性和平面镜成像，凹面镜成 像，凸面镜成像等。它已触及了几何光学很大一部分，从时间上看要比古希 腊欧几里德注《反射光学》早一百多年，所以，《墨经》中的光学条文，不 仅是我国最早的光学著作，也是世界古代科技史上难得的各较全面的光学著 作。

经下第16条：“景不徙，说在改为。” 经说：“景：光至，景亡；若在，尽古息。”这一条是论述影的生成。 各家的解释在这一点上没有分歧。然而细致地推敲起来，又各有不同的见解。 主要是对于经说中的“若在”指的是“影在”，还是“物在”，有不同的理 解。

经下第22条：“鉴（洼），景一小而易，一大而正，说在中之外，内。” 经说：“鉴：分鉴；中之内，鉴者近中，则所鉴大，景亦大；远中，则 所鉴小，景亦小，而必正，起于中缘正而长其直也。中之外，鉴者近中，则 所鉴必大，景亦大；远中，则所鉴小，景亦小，而必易，合于中而长其直也。” 这一条讲的是凹面镜成像的规律。钱临照先生对此有很好的解释。他特 别指出，当时不是用一个光源和纸屏进行观察，而是人脸本身为物，以眼为 屏，所以在“一小而易”和“一大而正”之间不能发现“一大而易”的情况。 他并从而推断，经文中所说的"中"，是指从镜面的曲率中心到其焦点之间的 一段区域，而不是一个点。

（3）声学方面

据文献记载和考古的发现，在周朝以前已经有了各种乐器（管、弦和打 击乐器），而且很早就制定了有科学根据的乐律，即各音之间有频率的简单 整数比的关系，或是说有一定的音程。乐律说有丰富的物理声学内容，它的 产生和发展，是物理声学史中重要的组成部分。

《吕氏春秋》上记载有“昔黄帝令伶伦作为律，伶伦自大夏之西，乃之 阮阝俞之阴，取竹于山介溪之谷，以生空窍厚均者，断两节间，其长三寸九分 而吹之，以为黄钟之宫，吹曰舍少。次制十二筒，以之阮阝俞之下，听凤凰 之鸣，以别十二律”，这种属于传说性质的东西，当然不能完全凭信。但是 早在公元前六世纪有个叫伶州鸠的乐官曾把十二律的名称一一列举，并把它 们的出现和周武王伐纣（前1066）的时间联系起来。因此，在这之前肯定就 有了系统的乐律了。

关于定“律”的方法，早在公元前四世纪就以“三分损益法”定出了五 度相生律。

具体是以黄钟的弦长为81（34）作为宫音，然后依次乘以4/3和2/3得到 五音：

宫音弦长＝34＝81，

征音弦长＝81×（1＋1/3）＝108，

商音弦长＝108×（1－1/3）＝72，

羽音弦长＝72×（1＋1/3）＝96，

角音弦长＝96×（1－1/3）＝64。

这样，若以征音（主音）为1，则各音的频率比是：征：羽：宫：商：角 ＝1:9/8:4/3:3/2:27/16。而且按宫征商羽角的次序排时，相邻二音间的音程是3/2和3/4，即简单的整数比。可见，这时对于弦长与频率间的关系已经有 了一定的认识。

只有五个音对于演奏来说显然是不够的。 所以后来又增加了两个变音（变宫、变征）和其它一些半音，使得在一个八度（倍频程）内共有12个音， 这就构成了所谓十二律。

在声学方面除了乐律之外，还有关于共鸣的知识也是值得提出的。我国 古籍中多次记载了物体的共振和声音的共鸣现象。《墨子·备穴篇》记述了利 用空气柱的共鸣作侦破敌军挖洞攻城的方法。《庄子·徐无鬼》中也有共鸣现 象及其解释的记载：“鼓宫则宫鸣，鼓角则角应，音律同矣。”这些记载表 明当时人们不仅发现了基音共振现象，而能够用“音律同矣”去解释它。可 以说是世界上最早关于共鸣现象的认识。 在公元三世纪时张华（232至 300）在了解共振、共鸣现象的基础上，还进一步掌握了消除共鸣的科学 方法。南北朝宋人刘敬叔（390至470）所著《异苑》中有这样的记载：“晋中朝时，蜀有人蓄铜藻盘，晨夕恒鸣如人扣，乃问张华。华日：‘此盘与洛钟宫商相谐，宫中朝暮撞钟，故声相应。可令轻，则韵乖，鸣自止也。' 依其言，即不复鸣。”

（4）关于物质和运动的概念

①物质观。

关于物质的构成，中国古代有多种说法， 如 “ 五行说 ”， “八卦说”，“元气说”以及墨家提出的“原子论”。这里仅介绍先秦时期 两种物质观。

关干“五行说 ”。这一学说始于夏朝，流行于商朝，到了西周发展为 “五行元素说”。西周末年，太史官史伯在总结前人思想以后说：“夫和实 物，同则不继，以他平他谓之和，故能丰长而物生之，若以同裨同，乃尽弃 矣。故先王以土与金、木、水、火杂以成百物”。（国语·郑语。）这里已十 分明确的把水、火、木、金、土五种基本物质当成组成世界万物的原始材料。 更加清楚地表明中国古代原始五行说，实际上就是最早的关于物质组成的假 说。它不仅具有朴素的元素概念，并具有物质相互转化的观念。 我国原始五行说发展到了春秋时代，又出现了五行相生相克的学说，即

水生火，火生土，土生金，金生水，水生木；

木克土，土克水，水克火，火克金，金克木。

显然它是由实践经验抽象出来的。五行依一定的相生次序而相生；又依 一定的相克次序而相征服。这种关系深刻地揭示了组成世界的五种基本物质 元素在相互转化的复杂变换过程中，生成和消失的速率是受控的，在量上是 互补的，因而元素的种类和总量不增不减，物质守恒。

关于“阴阳八卦说”。这一学说起源于殷周之际，实际上也是一种原始 的元素论。它从人们生活经常接触的自然界中选取了八种东西作为说明世界 上其他多种东西的根源。所谓八卦，即用八种符号来表示八种自然现象，而 这八卦是由阳爻（音挑yao）用“－”表示和阴爻用“一”表示，阳爻和阳 爻排列为八卦，再由八卦排列为64卦。八卦分别是三乾、坤、震、 巽（xun）、坎、离、艮、兑等，它们分别表示天、地、雷、风、水、火、山、 泽。由于阴阳的排列23 即可得八卦，同理再由八卦排列为82，即可得64 卦。世界就是在阴阳两种对抗物质势力运动推动下孳生着。 发展着。这是一种十分朴素的万物生成的唯物主义观念。 然而，这两个本来独立发展的、具有唯物主义色彩的物质学说，到后来 经邹衍之手，加以歪曲比附，推演到人事和社会历史上去，使其被蒙上了浓 厚的迷信色彩，走上了唯心主义的玄学途径，失去了作为说明世界的一种初 级认识作用。

②运动观念。

在我国古代，人们把运动理解为一般变化，其中包括产生 和消灭，数量增减和性质变化，以及位置移动。对于位置的移动，《墨经》 中有专门的论述，并对“运动”和“静止”的观念下了定义：经上：“动， 或（域）徙（徙）也。”意思是说，凡物之动，乃其所处的位置的变化。经 说：“动：偏祭（际）徙（徙）者，户枢免瑟。”这里补充说明转动也是运 动；经上：“止，以久也”。“久”即时间，意思是说，静止，是指某物体 在某一时间限以上处于空间中同一位置，即物体在某一位置上停留一段时间， 这就是静止状态。经说：“无久之不止，当牛非马，若夫（矢）过楹。有久 之不止，当马非马，若人过梁。”这里墨家进一步说明静止与运动的关系： 把静止分为“无久之不止”与“有久之不止”两种情形。前者讲的是运动飞 快的物体，使人感觉不到在空间某一位置有停留的时间；后者讲的是运动缓 慢的物体，使人能够感觉到它在空间停留一段时间（静止）。除墨家外，先 秦时期，许多学者都提出过关于运动和静止的辩证命题。如惠施的“日方中 方睨，物方生方死。”公孙龙的“镞矢之疾而有不行不止之时”；“飞鸟之 影未赏动也”。等等。

除去以上列举的力学、光学、声学和物质与运动等四个方面之外，在这 一时代中，我国还有许多其它的物理学方面的成就，例如磁现象和静电现象、气象知识等等，不再一一加以介绍了。

即使从以上的一个很不完整、很不系统的介绍，我们已经可以看到，我 国古代确实有不少很有价值的物理学成就。跟文学、艺术、哲学等其它领域 一样，比之其它文明古国毫无逊色，甚至可以说有过之而无不及。尤其是春 秋战国时代，是我国古代学术上的一个繁荣昌盛的时期，是历史上有名的百 家争鸣时期，也是由奴隶制向封建社会过渡或封建制度逐步确立的时期。在 这样的一个时代，才能产生象墨子那样伟大的思想家和科学家。当然，墨子 或墨家的成就除去由于所处时代的原因之外，还因为他们比较接近生产者， 以及他们有着比较正确的认识论的观点。如“五路”之说，把知识分为“闻 知（间接经验）、说知（理性认识）、亲知（直接经验）”，并且注意名符 其实的认识标准（“名实耦，合也。以名学实，举，拟实也”）。