科學(xué)美在課堂教學(xué)中的作用及思考

王蘭輝

（南京師范大學(xué) 地理科學(xué)學(xué)院，江蘇 南京 210046）

在高校理工學(xué)科的課堂教學(xué)中，我們往往重視基礎(chǔ)理論和基本技能的傳授與訓(xùn)練，但忽視了科學(xué)美在課堂教學(xué)中的作用。如果教師不善于發(fā)現(xiàn)自己所從事的教學(xué)與研究學(xué)科所特有的美，就不會(huì)注意用科學(xué)美來(lái)激發(fā)學(xué)生的求知欲望，提高他們的學(xué)習(xí)興趣；不重視引導(dǎo)學(xué)生發(fā)現(xiàn)學(xué)科中的美，欣賞科學(xué)美，也就談不上引導(dǎo)學(xué)生創(chuàng)造美，甚至使一些學(xué)生感到教師所授課程沒(méi)意思而不想學(xué)。那么在課堂教學(xué)中，如何發(fā)揮科學(xué)美的美育功能從而提高課堂教學(xué)質(zhì)量呢?本文將著重探討把握科學(xué)美的意義和特征，以及發(fā)揮科學(xué)美的美育作用。

一、把握科學(xué)美的意義和特征

科學(xué)美指科學(xué)領(lǐng)域中存在的美，是有別于感性美的理性美［1］。科學(xué)家通過(guò)理解、想象和邏輯思維，能夠體驗(yàn)到大自然內(nèi)在結(jié)構(gòu)所顯示的和諧、秩序、簡(jiǎn)單、統(tǒng)一的美，這就是科學(xué)美。無(wú)論是教師還是學(xué)生，都應(yīng)把握科學(xué)美的意義和特征，這將有力促進(jìn)科學(xué)美在課堂教學(xué)中發(fā)揮美育功能。

1.科學(xué)美的意義

科學(xué)美感就是具有科學(xué)美的事物作用于審美者，使其內(nèi)心產(chǎn)生愉悅的心理感受。

在科學(xué)認(rèn)識(shí)和探討中能喚起科學(xué)美感，這對(duì)科學(xué)家來(lái)說(shuō)，是不言而喻的。20世紀(jì)初，愛(ài)因斯坦創(chuàng)立了相對(duì)論，它的美立即使許多科學(xué)家為之傾倒。法國(guó)物理學(xué)家法德羅意說(shuō)：“這種解釋的雅致和美麗是無(wú)可爭(zhēng)辯的，它該作為20世紀(jì)數(shù)學(xué)物理學(xué)的一個(gè)最優(yōu)美的紀(jì)念碑而永垂不朽?！钡聡?guó)物理學(xué)家海森堡為此將愛(ài)因斯坦稱為“藝術(shù)領(lǐng)域中的達(dá)·芬奇或者貝多芬”。美國(guó)物理學(xué)家英費(fèi)爾德評(píng)價(jià)：“大多數(shù)物理學(xué)家一致認(rèn)為它是引力論的唯一的合理而優(yōu)美的理論。誠(chéng)然，還存在另外一些（引力）理論，但是愛(ài)因斯坦的理論在優(yōu)美、深邃和邏輯的合理性這些方面遠(yuǎn)遠(yuǎn)地超過(guò)了它們?！?/p>

由此可見(jiàn)，科學(xué)美的客觀存在是毋庸置疑的，科學(xué)家大都有科學(xué)美的審美感受。因此，包括課堂在內(nèi)的科學(xué)學(xué)習(xí)，不但是一種科學(xué)認(rèn)知活動(dòng)，而且是一個(gè)審美感知的過(guò)程。如果在課堂教學(xué)中，教師能夠引導(dǎo)學(xué)生把求知和審美結(jié)合起來(lái)，以美求知，就會(huì)激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)興趣，減輕學(xué)習(xí)負(fù)擔(dān)，增長(zhǎng)學(xué)生的才干，獲得提高課堂學(xué)習(xí)效率的效果。

2.科學(xué)美的特征

把握科學(xué)美的基本特征，將有助于教師發(fā)現(xiàn)和深度挖掘自己所從事學(xué)科的科學(xué)美，從而使教師在課堂教學(xué)中更加生動(dòng)地展示學(xué)科中所包含的科學(xué)美，也將使學(xué)生更好更快地感受到所學(xué)知識(shí)中蘊(yùn)含的科學(xué)美，更好地理解和掌握所學(xué)知識(shí)。

（1）簡(jiǎn)單性。簡(jiǎn)單性是美的特征，也必然是科學(xué)美的特征。愛(ài)因斯坦曾指出，評(píng)價(jià)一個(gè)理論美的標(biāo)準(zhǔn)是原理上的簡(jiǎn)單性［2］。這里的簡(jiǎn)單是指科學(xué)理論、定理、公式的簡(jiǎn)單直觀的形式與其深廣內(nèi)涵的統(tǒng)一。也就是說(shuō)，從盡可能少的假設(shè)或公理出發(fā)，通過(guò)邏輯演繹概括出盡可能多的客觀真理。因?yàn)?，“理論的前提?jiǎn)單性越大，它所涉及的事物種類就越多，它的應(yīng)用范圍就越廣，給人們的美感就越深”。需要說(shuō)明的是，這里的簡(jiǎn)單性不能理解為學(xué)習(xí)這種理論也是很簡(jiǎn)單的，而是指理論的表達(dá)形式簡(jiǎn)單直觀。例如，門捷列夫的元素周期律深刻地揭示了自然界化學(xué)元素的內(nèi)在聯(lián)系和規(guī)律，但形式卻十分簡(jiǎn)潔直觀，具有很強(qiáng)的審美價(jià)值。

（2）對(duì)稱性。自然界具有對(duì)稱美，科學(xué)理論的對(duì)稱美正是源于自然界物質(zhì)形態(tài)及其時(shí)空運(yùn)動(dòng)所具有的廣泛對(duì)稱性。凱庫(kù)勒從對(duì)稱性原則出發(fā)提出了芳香化合物的分子結(jié)構(gòu)方式，它采取雙軸對(duì)稱的幾何圖形，給人以美的魅力。自然界從微觀的原子、分子及生物結(jié)構(gòu)再到宏觀的天體運(yùn)動(dòng)和宇宙空間都具有這種對(duì)稱美。這種均衡、穩(wěn)定給人以美感。因此，平衡理論、對(duì)稱理論、對(duì)偶理論、穩(wěn)定理論等反映自然界對(duì)稱特征的理論也是美的，都有很高的審美價(jià)值。在科學(xué)理論中，對(duì)稱性的美學(xué)意境令許多科學(xué)家心馳神往，而當(dāng)他們窺探到自然奇異美麗的內(nèi)部時(shí)，則更加欣喜若狂。物理學(xué)中的電場(chǎng)與磁場(chǎng)、負(fù)電子與正電子［3］；化學(xué)中的合成與分解、氧化與還原；生物學(xué)中的遺傳與變異、同化與異化；地理學(xué)中的自然與人文、尺度與空間等都是因?yàn)橛泻苊赖膶?duì)稱形式而受到欣賞。在數(shù)學(xué)上，甚至有許多數(shù)學(xué)家為追求命題和公式的對(duì)稱美而耗盡了畢生心血。

（3）新奇性。自然界是不斷運(yùn)動(dòng)變化的，每一刻都是新的。也正是自然界無(wú)時(shí)無(wú)刻不在的運(yùn)動(dòng)變化造就了五彩紛呈的奇異世界。培根說(shuō)：“沒(méi)有一個(gè)極美的東西不是在勻稱中有關(guān)某種奇異?！笨茖W(xué)理論美的新奇特征來(lái)自科學(xué)思想和方法的新穎性與獨(dú)創(chuàng)性。富有獨(dú)創(chuàng)性，是科學(xué)理論生命力的所在，也是審美價(jià)值的所在。正如哈佛大學(xué)著名華裔科學(xué)家何毓琦教授在一篇文章中所寫：“當(dāng)你在數(shù)個(gè)月的艱苦工作后第一次有了不錯(cuò)的發(fā)現(xiàn)，你會(huì)陷入幾秒鐘的狂喜——全世界你是唯一一個(gè)認(rèn)識(shí)這個(gè)真理的人。這樣的感覺(jué)只可意會(huì)不可言傳。你坐立不安，來(lái)回踱步，徹夜難眠，有時(shí)候甚至?xí)吲d到胃疼的地步。”如果科學(xué)理論創(chuàng)造了人類知識(shí)背景所沒(méi)有的新知識(shí)，并能在前人可靠的科學(xué)成果基礎(chǔ)上獲得新穎的成就，這種重大的新奇理論將導(dǎo)致科學(xué)的革命，將推動(dòng)科學(xué)向更高一級(jí)發(fā)展，這種理論的審美價(jià)值就更大。沃森和克里克發(fā)現(xiàn)的DNA雙螺旋結(jié)構(gòu)，開(kāi)啟了分子生物學(xué)時(shí)代，打開(kāi)了“生命之謎”，無(wú)疑具有很高的審美價(jià)值。

（4）和諧性。大自然承載萬(wàn)物，生生不息，具有高度的和諧美?？茖W(xué)美亦是自然界的和諧美在人們意識(shí)中的反映。科學(xué)美的和諧性表現(xiàn)在理論內(nèi)在和諧結(jié)構(gòu)和外在和諧功能兩方面的有機(jī)統(tǒng)一。前者指出理論的“邏輯結(jié)構(gòu)合理勻稱”，使概念清晰簡(jiǎn)明、和諧優(yōu)美；后者表現(xiàn)為能正確反映客觀世界，能經(jīng)得起事實(shí)和其他正確理論的檢驗(yàn)。愛(ài)因斯坦的相對(duì)論深刻地揭示了宇宙萬(wàn)物普遍的質(zhì)能變化規(guī)律，具有高度的和諧美。任何一種理論，它的普遍適應(yīng)性越廣，它的審美價(jià)值就越高。自然界的長(zhǎng)期運(yùn)動(dòng)變化過(guò)程表明，它本質(zhì)上是最優(yōu)化的、最和諧統(tǒng)一的。凡是能表達(dá)自然這種內(nèi)在特征的理論都具有和諧美。例如，物質(zhì)守恒定律和能量守恒定律將物質(zhì)和能量世界統(tǒng)一起來(lái)，揭示世間萬(wàn)物和諧共生?？茖W(xué)理論應(yīng)能反映自然的和諧，也是其美學(xué)價(jià)值的重要體現(xiàn)。

二、發(fā)揮科學(xué)美的美育功能

科學(xué)是美的，愛(ài)美之心，人皆有之，追求真、善、美是人類固有的天性。教師應(yīng)該充分利用課堂教學(xué)時(shí)間，向?qū)W生們展現(xiàn)科學(xué)之美，培養(yǎng)學(xué)生的科學(xué)審美意識(shí)，讓學(xué)生充分領(lǐng)略科學(xué)之美，愛(ài)上科學(xué)，將來(lái)獻(xiàn)身科學(xué)研究事業(yè)。

1.展現(xiàn)科學(xué)美，培養(yǎng)學(xué)生強(qiáng)烈的科學(xué)好奇心。

科學(xué)美感總是同科學(xué)家在科學(xué)活動(dòng)中“好奇心的滿足”密切聯(lián)系著?？鬃右舱f(shuō)過(guò)，“知之者不如好之者，好之者不如樂(lè)之者”。學(xué)生對(duì)新事物往往都有強(qiáng)烈的好奇心，但是如何把這種好奇心轉(zhuǎn)化為強(qiáng)烈而持久的學(xué)習(xí)興趣呢？如果學(xué)生能夠被所學(xué)知識(shí)中所蘊(yùn)含的深層次的科學(xué)美所吸引，就會(huì)產(chǎn)生積極而持久的興趣和學(xué)習(xí)熱情。因此，教師應(yīng)向?qū)W生充分展現(xiàn)所授課程中蘊(yùn)藏的科學(xué)美，從而激發(fā)學(xué)生濃厚的學(xué)習(xí)興趣、強(qiáng)烈的求知欲望。①通過(guò)形象的模型展示、豐富的多媒體展示、組織學(xué)生進(jìn)行實(shí)際體驗(yàn)等形式，將知識(shí)化刻板為形象，化抽象為具體；②結(jié)合教材內(nèi)容，聯(lián)系學(xué)科知識(shí)在生產(chǎn)生活中的實(shí)際應(yīng)用及學(xué)科前沿在國(guó)內(nèi)外的最新研究進(jìn)展，向?qū)W生介紹學(xué)科的應(yīng)用價(jià)值和研究前景，使學(xué)生覺(jué)得學(xué)有所用，明確今天的學(xué)習(xí)是為了明天的應(yīng)用；③根據(jù)教學(xué)需要和學(xué)生的實(shí)際發(fā)展水平提出一些具有挑戰(zhàn)性又不是非常難的學(xué)科問(wèn)題；④根據(jù)學(xué)科特點(diǎn)和軟硬件條件開(kāi)展課外實(shí)踐活動(dòng)，如地理學(xué)和生物學(xué)開(kāi)展野外觀察和實(shí)踐等?？傊?，盡可能全面地向?qū)W生展現(xiàn)學(xué)科的科學(xué)美，全方位、多角度培養(yǎng)學(xué)生的科學(xué)好奇心。

2.融貫科學(xué)美，加深學(xué)生對(duì)學(xué)科知識(shí)的理解。

科學(xué)美是客觀存在的，但又是高級(jí)的，許多學(xué)生往往感受不到或者感受不深。科學(xué)美是事物內(nèi)在結(jié)構(gòu)和功能和諧統(tǒng)一而具有的理性美，它比自然美、藝術(shù)美更抽象，是深層次的美。接觸它，感知它，需要高度的理解力和想象力。教師在課堂教學(xué)中，通過(guò)生動(dòng)、形象的材料展示，科學(xué)規(guī)范的語(yǔ)言分析和板書等做出審美示范［4］，創(chuàng)設(shè)思維情境，化感性為理性，化抽象為具體，把科學(xué)美的簡(jiǎn)單、對(duì)稱、新奇、和諧等特征融貫進(jìn)課堂教學(xué)的全過(guò)程，使學(xué)生在美的享受中接受知識(shí)，理解知識(shí)，掌握知識(shí)，使學(xué)生在潛移默化中感受理解科學(xué)美的特征和意義。例如，在講授“DNA雙螺旋結(jié)構(gòu)”時(shí)，應(yīng)該充分融貫其所蘊(yùn)含的科學(xué)美：DNA雙螺旋結(jié)構(gòu)所揭示的遺傳規(guī)律的簡(jiǎn)單美；堿基互補(bǔ)原則所具有的對(duì)稱美；打開(kāi)“生命之謎”，將人類帶入分子生物學(xué)時(shí)代所具有的新奇美；揭示生命世界統(tǒng)一物質(zhì)基礎(chǔ)所具有的和諧美等。當(dāng)學(xué)生們從中體驗(yàn)到生命世界中的秩序、和諧與統(tǒng)一的美，進(jìn)入審美感受理解的境地，必將加深對(duì)所學(xué)知識(shí)的理解，必將愛(ài)上自己所學(xué)的專業(yè)和知識(shí)。

3.挖掘科學(xué)美，增強(qiáng)學(xué)生的科學(xué)審美意識(shí)。

教師在教學(xué)中向?qū)W生展示學(xué)科中所蘊(yùn)含的科學(xué)美固然重要，但是引導(dǎo)學(xué)生進(jìn)行研究性、創(chuàng)新性學(xué)習(xí)，讓學(xué)生自己挖掘所學(xué)知識(shí)中的科學(xué)美，則更有意義，這有利于增強(qiáng)學(xué)生的科學(xué)審美意識(shí)。科學(xué)審美意識(shí)是在學(xué)習(xí)探索科學(xué)知識(shí)的審美實(shí)踐活動(dòng)中不斷增強(qiáng)的，它反映出學(xué)生對(duì)學(xué)習(xí)探索科學(xué)奧秘的熱愛(ài)和渴求，也是學(xué)生科學(xué)思維能力和創(chuàng)新能力提高的表現(xiàn)［5］。教師要引導(dǎo)學(xué)生在科學(xué)知識(shí)學(xué)習(xí)過(guò)程中采取審美態(tài)度，創(chuàng)設(shè)思維境界，充分發(fā)揮學(xué)生的主觀能動(dòng)性，使學(xué)生主動(dòng)挖掘知識(shí)中的科學(xué)美。當(dāng)學(xué)生通過(guò)自己的思維活動(dòng)，強(qiáng)烈而深刻地感受到科學(xué)美的時(shí)候，聰明才智得到充分發(fā)揮，更會(huì)感受到發(fā)現(xiàn)和創(chuàng)造科學(xué)美的巨大喜悅。這是對(duì)學(xué)習(xí)采取走馬觀花、不求甚解態(tài)度的學(xué)生所感受不到的。在挖掘科學(xué)美的過(guò)程中，學(xué)生的科學(xué)審美意識(shí)、科學(xué)思維能力和創(chuàng)新能力無(wú)疑都獲得了巨大提高。

增強(qiáng)學(xué)生的科學(xué)審美意識(shí)，充分發(fā)揮科學(xué)美在課堂教學(xué)中的美育功能，有利于提升高校理工科課堂教學(xué)質(zhì)量，提高學(xué)生學(xué)習(xí)和探索科學(xué)知識(shí)的興趣和熱情，促進(jìn)學(xué)生全面發(fā)展；也有利于高校為國(guó)家培養(yǎng)真正熱愛(ài)科學(xué)、獻(xiàn)身科學(xué)的高素質(zhì)科研人才，推動(dòng)創(chuàng)新型國(guó)家的建設(shè)。

［1］陳望衡.科技美學(xué)原理［M］.上海：上?？茖W(xué)技術(shù)出版社，1992.

［2］陳棣沭.科學(xué)美與藝術(shù)美的統(tǒng)一性及其對(duì)高教的啟示［J］.教育與現(xiàn)代化，2008，（2）：21-25.

［3］陰瑞華.物理科學(xué)美的特點(diǎn)及其方法論意義［J］.中國(guó)成人教育，2008，（3）：147-148.

［4］殷樹(shù)祥.課堂語(yǔ)言的美學(xué)特征［J］.中學(xué)政治教學(xué)參考，1994，（Z2）：65.

［5］毛天虹.美學(xué)教育與創(chuàng)新人才培養(yǎng)［J］.長(zhǎng)春工業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào)（高教研究版），2007，（2）：65-67.