科學美在課堂教學中的作用及思考

王蘭輝

（南京師范大學 地理科學學院，江蘇 南京 210046）

在高校理工學科的課堂教學中，我們往往重視基礎理論和基本技能的傳授與訓練，但忽視了科學美在課堂教學中的作用。如果教師不善于發現自己所從事的教學與研究學科所特有的美，就不會注意用科學美來激發學生的求知欲望，提高他們的學習興趣；不重視引導學生發現學科中的美，欣賞科學美，也就談不上引導學生創造美，甚至使一些學生感到教師所授課程沒意思而不想學。那么在課堂教學中，如何發揮科學美的美育功能從而提高課堂教學質量呢?本文將著重探討把握科學美的意義和特征，以及發揮科學美的美育作用。

一、把握科學美的意義和特征

科學美指科學領域中存在的美，是有別于感性美的理性美［1］?？茖W家通過理解、想象和邏輯思維，能夠體驗到大自然內在結構所顯示的和諧、秩序、簡單、統一的美，這就是科學美。無論是教師還是學生，都應把握科學美的意義和特征，這將有力促進科學美在課堂教學中發揮美育功能。

1.科學美的意義

科學美感就是具有科學美的事物作用于審美者，使其內心產生愉悅的心理感受。

在科學認識和探討中能喚起科學美感，這對科學家來說，是不言而喻的。20世紀初，愛因斯坦創立了相對論，它的美立即使許多科學家為之傾倒。法國物理學家法德羅意說：“這種解釋的雅致和美麗是無可爭辯的，它該作為20世紀數學物理學的一個最優美的紀念碑而永垂不朽?！钡聡锢韺W家海森堡為此將愛因斯坦稱為“藝術領域中的達·芬奇或者貝多芬”。美國物理學家英費爾德評價：“大多數物理學家一致認為它是引力論的唯一的合理而優美的理論。誠然，還存在另外一些（引力）理論，但是愛因斯坦的理論在優美、深邃和邏輯的合理性這些方面遠遠地超過了它們?！?/p>

由此可見，科學美的客觀存在是毋庸置疑的，科學家大都有科學美的審美感受。因此，包括課堂在內的科學學習，不但是一種科學認知活動，而且是一個審美感知的過程。如果在課堂教學中，教師能夠引導學生把求知和審美結合起來，以美求知，就會激發學生學習興趣，減輕學習負擔，增長學生的才干，獲得提高課堂學習效率的效果。

2.科學美的特征

把握科學美的基本特征，將有助于教師發現和深度挖掘自己所從事學科的科學美，從而使教師在課堂教學中更加生動地展示學科中所包含的科學美，也將使學生更好更快地感受到所學知識中蘊含的科學美，更好地理解和掌握所學知識。

（1）簡單性。簡單性是美的特征，也必然是科學美的特征。愛因斯坦曾指出，評價一個理論美的標準是原理上的簡單性［2］。這里的簡單是指科學理論、定理、公式的簡單直觀的形式與其深廣內涵的統一。也就是說，從盡可能少的假設或公理出發，通過邏輯演繹概括出盡可能多的客觀真理。因為，“理論的前提簡單性越大，它所涉及的事物種類就越多，它的應用范圍就越廣，給人們的美感就越深”。需要說明的是，這里的簡單性不能理解為學習這種理論也是很簡單的，而是指理論的表達形式簡單直觀。例如，門捷列夫的元素周期律深刻地揭示了自然界化學元素的內在聯系和規律，但形式卻十分簡潔直觀，具有很強的審美價值。

（2）對稱性。自然界具有對稱美，科學理論的對稱美正是源于自然界物質形態及其時空運動所具有的廣泛對稱性。凱庫勒從對稱性原則出發提出了芳香化合物的分子結構方式，它采取雙軸對稱的幾何圖形，給人以美的魅力。自然界從微觀的原子、分子及生物結構再到宏觀的天體運動和宇宙空間都具有這種對稱美。這種均衡、穩定給人以美感。因此，平衡理論、對稱理論、對偶理論、穩定理論等反映自然界對稱特征的理論也是美的，都有很高的審美價值。在科學理論中，對稱性的美學意境令許多科學家心馳神往，而當他們窺探到自然奇異美麗的內部時，則更加欣喜若狂。物理學中的電場與磁場、負電子與正電子［3］；化學中的合成與分解、氧化與還原；生物學中的遺傳與變異、同化與異化；地理學中的自然與人文、尺度與空間等都是因為有很美的對稱形式而受到欣賞。在數學上，甚至有許多數學家為追求命題和公式的對稱美而耗盡了畢生心血。

（3）新奇性。自然界是不斷運動變化的，每一刻都是新的。也正是自然界無時無刻不在的運動變化造就了五彩紛呈的奇異世界。培根說：“沒有一個極美的東西不是在勻稱中有關某種奇異。”科學理論美的新奇特征來自科學思想和方法的新穎性與獨創性。富有獨創性，是科學理論生命力的所在，也是審美價值的所在。正如哈佛大學著名華裔科學家何毓琦教授在一篇文章中所寫：“當你在數個月的艱苦工作后第一次有了不錯的發現，你會陷入幾秒鐘的狂喜——全世界你是唯一一個認識這個真理的人。這樣的感覺只可意會不可言傳。你坐立不安，來回踱步，徹夜難眠，有時候甚至會高興到胃疼的地步?！比绻茖W理論創造了人類知識背景所沒有的新知識，并能在前人可靠的科學成果基礎上獲得新穎的成就，這種重大的新奇理論將導致科學的革命，將推動科學向更高一級發展，這種理論的審美價值就更大。沃森和克里克發現的DNA雙螺旋結構，開啟了分子生物學時代，打開了“生命之謎”，無疑具有很高的審美價值。

（4）和諧性。大自然承載萬物，生生不息，具有高度的和諧美。科學美亦是自然界的和諧美在人們意識中的反映。科學美的和諧性表現在理論內在和諧結構和外在和諧功能兩方面的有機統一。前者指出理論的“邏輯結構合理勻稱”，使概念清晰簡明、和諧優美；后者表現為能正確反映客觀世界，能經得起事實和其他正確理論的檢驗。愛因斯坦的相對論深刻地揭示了宇宙萬物普遍的質能變化規律，具有高度的和諧美。任何一種理論，它的普遍適應性越廣，它的審美價值就越高。自然界的長期運動變化過程表明，它本質上是最優化的、最和諧統一的。凡是能表達自然這種內在特征的理論都具有和諧美。例如，物質守恒定律和能量守恒定律將物質和能量世界統一起來，揭示世間萬物和諧共生?？茖W理論應能反映自然的和諧，也是其美學價值的重要體現。

二、發揮科學美的美育功能

科學是美的，愛美之心，人皆有之，追求真、善、美是人類固有的天性。教師應該充分利用課堂教學時間，向學生們展現科學之美，培養學生的科學審美意識，讓學生充分領略科學之美，愛上科學，將來獻身科學研究事業。

1.展現科學美，培養學生強烈的科學好奇心。

科學美感總是同科學家在科學活動中“好奇心的滿足”密切聯系著?？鬃右舱f過，“知之者不如好之者，好之者不如樂之者”。學生對新事物往往都有強烈的好奇心，但是如何把這種好奇心轉化為強烈而持久的學習興趣呢？如果學生能夠被所學知識中所蘊含的深層次的科學美所吸引，就會產生積極而持久的興趣和學習熱情。因此，教師應向學生充分展現所授課程中蘊藏的科學美，從而激發學生濃厚的學習興趣、強烈的求知欲望。①通過形象的模型展示、豐富的多媒體展示、組織學生進行實際體驗等形式，將知識化刻板為形象，化抽象為具體；②結合教材內容，聯系學科知識在生產生活中的實際應用及學科前沿在國內外的最新研究進展，向學生介紹學科的應用價值和研究前景，使學生覺得學有所用，明確今天的學習是為了明天的應用；③根據教學需要和學生的實際發展水平提出一些具有挑戰性又不是非常難的學科問題；④根據學科特點和軟硬件條件開展課外實踐活動，如地理學和生物學開展野外觀察和實踐等?？傊?，盡可能全面地向學生展現學科的科學美，全方位、多角度培養學生的科學好奇心。

2.融貫科學美，加深學生對學科知識的理解。

科學美是客觀存在的，但又是高級的，許多學生往往感受不到或者感受不深。科學美是事物內在結構和功能和諧統一而具有的理性美，它比自然美、藝術美更抽象，是深層次的美。接觸它，感知它，需要高度的理解力和想象力。教師在課堂教學中，通過生動、形象的材料展示，科學規范的語言分析和板書等做出審美示范［4］，創設思維情境，化感性為理性，化抽象為具體，把科學美的簡單、對稱、新奇、和諧等特征融貫進課堂教學的全過程，使學生在美的享受中接受知識，理解知識，掌握知識，使學生在潛移默化中感受理解科學美的特征和意義。例如，在講授“DNA雙螺旋結構”時，應該充分融貫其所蘊含的科學美：DNA雙螺旋結構所揭示的遺傳規律的簡單美；堿基互補原則所具有的對稱美；打開“生命之謎”，將人類帶入分子生物學時代所具有的新奇美；揭示生命世界統一物質基礎所具有的和諧美等。當學生們從中體驗到生命世界中的秩序、和諧與統一的美，進入審美感受理解的境地，必將加深對所學知識的理解，必將愛上自己所學的專業和知識。

3.挖掘科學美，增強學生的科學審美意識。

教師在教學中向學生展示學科中所蘊含的科學美固然重要，但是引導學生進行研究性、創新性學習，讓學生自己挖掘所學知識中的科學美，則更有意義，這有利于增強學生的科學審美意識?？茖W審美意識是在學習探索科學知識的審美實踐活動中不斷增強的，它反映出學生對學習探索科學奧秘的熱愛和渴求，也是學生科學思維能力和創新能力提高的表現［5］。教師要引導學生在科學知識學習過程中采取審美態度，創設思維境界，充分發揮學生的主觀能動性，使學生主動挖掘知識中的科學美。當學生通過自己的思維活動，強烈而深刻地感受到科學美的時候，聰明才智得到充分發揮，更會感受到發現和創造科學美的巨大喜悅。這是對學習采取走馬觀花、不求甚解態度的學生所感受不到的。在挖掘科學美的過程中，學生的科學審美意識、科學思維能力和創新能力無疑都獲得了巨大提高。

增強學生的科學審美意識，充分發揮科學美在課堂教學中的美育功能，有利于提升高校理工科課堂教學質量，提高學生學習和探索科學知識的興趣和熱情，促進學生全面發展；也有利于高校為國家培養真正熱愛科學、獻身科學的高素質科研人才，推動創新型國家的建設。

［1］陳望衡.科技美學原理［M］.上海：上海科學技術出版社，1992.

［2］陳棣沭.科學美與藝術美的統一性及其對高教的啟示［J］.教育與現代化，2008，（2）：21-25.

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

［4］殷樹祥.課堂語言的美學特征［J］.中學政治教學參考，1994，（Z2）：65.

［5］毛天虹.美學教育與創新人才培養［J］.長春工業大學學報（高教研究版），2007，（2）：65-67.