科学美在课堂教学中的作用及思考

王兰辉

（南京师范大学 地理科学学院，江苏 南京 210046）

在高校理工学科的课堂教学中，我们往往重视基础理论和基本技能的传授与训练，但忽视了科学美在课堂教学中的作用。如果教师不善于发现自己所从事的教学与研究学科所特有的美，就不会注意用科学美来激发学生的求知欲望，提高他们的学习兴趣；不重视引导学生发现学科中的美，欣赏科学美，也就谈不上引导学生创造美，甚至使一些学生感到教师所授课程没意思而不想学。那么在课堂教学中，如何发挥科学美的美育功能从而提高课堂教学质量呢?本文将着重探讨把握科学美的意义和特征，以及发挥科学美的美育作用。

一、把握科学美的意义和特征

科学美指科学领域中存在的美，是有别于感性美的理性美［1］。科学家通过理解、想象和逻辑思维，能够体验到大自然内在结构所显示的和谐、秩序、简单、统一的美，这就是科学美。无论是教师还是学生，都应把握科学美的意义和特征，这将有力促进科学美在课堂教学中发挥美育功能。

1.科学美的意义

科学美感就是具有科学美的事物作用于审美者，使其内心产生愉悦的心理感受。

在科学认识和探讨中能唤起科学美感，这对科学家来说，是不言而喻的。20世纪初，爱因斯坦创立了相对论，它的美立即使许多科学家为之倾倒。法国物理学家法德罗意说：“这种解释的雅致和美丽是无可争辩的，它该作为20世纪数学物理学的一个最优美的纪念碑而永垂不朽。”德国物理学家海森堡为此将爱因斯坦称为“艺术领域中的达·芬奇或者贝多芬”。美国物理学家英费尔德评价：“大多数物理学家一致认为它是引力论的唯一的合理而优美的理论。诚然，还存在另外一些（引力）理论，但是爱因斯坦的理论在优美、深邃和逻辑的合理性这些方面远远地超过了它们。”

由此可见，科学美的客观存在是毋庸置疑的，科学家大都有科学美的审美感受。因此，包括课堂在内的科学学习，不但是一种科学认知活动，而且是一个审美感知的过程。如果在课堂教学中，教师能够引导学生把求知和审美结合起来，以美求知，就会激发学生学习兴趣，减轻学习负担，增长学生的才干，获得提高课堂学习效率的效果。

2.科学美的特征

把握科学美的基本特征，将有助于教师发现和深度挖掘自己所从事学科的科学美，从而使教师在课堂教学中更加生动地展示学科中所包含的科学美，也将使学生更好更快地感受到所学知识中蕴含的科学美，更好地理解和掌握所学知识。

（1）简单性。简单性是美的特征，也必然是科学美的特征。爱因斯坦曾指出，评价一个理论美的标准是原理上的简单性［2］。这里的简单是指科学理论、定理、公式的简单直观的形式与其深广内涵的统一。也就是说，从尽可能少的假设或公理出发，通过逻辑演绎概括出尽可能多的客观真理。因为，“理论的前提简单性越大，它所涉及的事物种类就越多，它的应用范围就越广，给人们的美感就越深”。需要说明的是，这里的简单性不能理解为学习这种理论也是很简单的，而是指理论的表达形式简单直观。例如，门捷列夫的元素周期律深刻地揭示了自然界化学元素的内在联系和规律，但形式却十分简洁直观，具有很强的审美价值。

（2）对称性。自然界具有对称美，科学理论的对称美正是源于自然界物质形态及其时空运动所具有的广泛对称性。凯库勒从对称性原则出发提出了芳香化合物的分子结构方式，它采取双轴对称的几何图形，给人以美的魅力。自然界从微观的原子、分子及生物结构再到宏观的天体运动和宇宙空间都具有这种对称美。这种均衡、稳定给人以美感。因此，平衡理论、对称理论、对偶理论、稳定理论等反映自然界对称特征的理论也是美的，都有很高的审美价值。在科学理论中，对称性的美学意境令许多科学家心驰神往，而当他们窥探到自然奇异美丽的内部时，则更加欣喜若狂。物理学中的电场与磁场、负电子与正电子［3］；化学中的合成与分解、氧化与还原；生物学中的遗传与变异、同化与异化；地理学中的自然与人文、尺度与空间等都是因为有很美的对称形式而受到欣赏。在数学上，甚至有许多数学家为追求命题和公式的对称美而耗尽了毕生心血。

（3）新奇性。自然界是不断运动变化的，每一刻都是新的。也正是自然界无时无刻不在的运动变化造就了五彩纷呈的奇异世界。培根说：“没有一个极美的东西不是在匀称中有关某种奇异。”科学理论美的新奇特征来自科学思想和方法的新颖性与独创性。富有独创性，是科学理论生命力的所在，也是审美价值的所在。正如哈佛大学著名华裔科学家何毓琦教授在一篇文章中所写：“当你在数个月的艰苦工作后第一次有了不错的发现，你会陷入几秒钟的狂喜——全世界你是唯一一个认识这个真理的人。这样的感觉只可意会不可言传。你坐立不安，来回踱步，彻夜难眠，有时候甚至会高兴到胃疼的地步。”如果科学理论创造了人类知识背景所没有的新知识，并能在前人可靠的科学成果基础上获得新颖的成就，这种重大的新奇理论将导致科学的革命，将推动科学向更高一级发展，这种理论的审美价值就更大。沃森和克里克发现的DNA双螺旋结构，开启了分子生物学时代，打开了“生命之谜”，无疑具有很高的审美价值。

（4）和谐性。大自然承载万物，生生不息，具有高度的和谐美。科学美亦是自然界的和谐美在人们意识中的反映。科学美的和谐性表现在理论内在和谐结构和外在和谐功能两方面的有机统一。前者指出理论的“逻辑结构合理匀称”，使概念清晰简明、和谐优美；后者表现为能正确反映客观世界，能经得起事实和其他正确理论的检验。爱因斯坦的相对论深刻地揭示了宇宙万物普遍的质能变化规律，具有高度的和谐美。任何一种理论，它的普遍适应性越广，它的审美价值就越高。自然界的长期运动变化过程表明，它本质上是最优化的、最和谐统一的。凡是能表达自然这种内在特征的理论都具有和谐美。例如，物质守恒定律和能量守恒定律将物质和能量世界统一起来，揭示世间万物和谐共生。科学理论应能反映自然的和谐，也是其美学价值的重要体现。

二、发挥科学美的美育功能

科学是美的，爱美之心，人皆有之，追求真、善、美是人类固有的天性。教师应该充分利用课堂教学时间，向学生们展现科学之美，培养学生的科学审美意识，让学生充分领略科学之美，爱上科学，将来献身科学研究事业。

1.展现科学美，培养学生强烈的科学好奇心。

科学美感总是同科学家在科学活动中“好奇心的满足”密切联系着。孔子也说过，“知之者不如好之者，好之者不如乐之者”。学生对新事物往往都有强烈的好奇心，但是如何把这种好奇心转化为强烈而持久的学习兴趣呢？如果学生能够被所学知识中所蕴含的深层次的科学美所吸引，就会产生积极而持久的兴趣和学习热情。因此，教师应向学生充分展现所授课程中蕴藏的科学美，从而激发学生浓厚的学习兴趣、强烈的求知欲望。①通过形象的模型展示、丰富的多媒体展示、组织学生进行实际体验等形式，将知识化刻板为形象，化抽象为具体；②结合教材内容，联系学科知识在生产生活中的实际应用及学科前沿在国内外的最新研究进展，向学生介绍学科的应用价值和研究前景，使学生觉得学有所用，明确今天的学习是为了明天的应用；③根据教学需要和学生的实际发展水平提出一些具有挑战性又不是非常难的学科问题；④根据学科特点和软硬件条件开展课外实践活动，如地理学和生物学开展野外观察和实践等。总之，尽可能全面地向学生展现学科的科学美，全方位、多角度培养学生的科学好奇心。

2.融贯科学美，加深学生对学科知识的理解。

科学美是客观存在的，但又是高级的，许多学生往往感受不到或者感受不深。科学美是事物内在结构和功能和谐统一而具有的理性美，它比自然美、艺术美更抽象，是深层次的美。接触它，感知它，需要高度的理解力和想象力。教师在课堂教学中，通过生动、形象的材料展示，科学规范的语言分析和板书等做出审美示范［4］，创设思维情境，化感性为理性，化抽象为具体，把科学美的简单、对称、新奇、和谐等特征融贯进课堂教学的全过程，使学生在美的享受中接受知识，理解知识，掌握知识，使学生在潜移默化中感受理解科学美的特征和意义。例如，在讲授“DNA双螺旋结构”时，应该充分融贯其所蕴含的科学美：DNA双螺旋结构所揭示的遗传规律的简单美；碱基互补原则所具有的对称美；打开“生命之谜”，将人类带入分子生物学时代所具有的新奇美；揭示生命世界统一物质基础所具有的和谐美等。当学生们从中体验到生命世界中的秩序、和谐与统一的美，进入审美感受理解的境地，必将加深对所学知识的理解，必将爱上自己所学的专业和知识。

3.挖掘科学美，增强学生的科学审美意识。

教师在教学中向学生展示学科中所蕴含的科学美固然重要，但是引导学生进行研究性、创新性学习，让学生自己挖掘所学知识中的科学美，则更有意义，这有利于增强学生的科学审美意识。科学审美意识是在学习探索科学知识的审美实践活动中不断增强的，它反映出学生对学习探索科学奥秘的热爱和渴求，也是学生科学思维能力和创新能力提高的表现［5］。教师要引导学生在科学知识学习过程中采取审美态度，创设思维境界，充分发挥学生的主观能动性，使学生主动挖掘知识中的科学美。当学生通过自己的思维活动，强烈而深刻地感受到科学美的时候，聪明才智得到充分发挥，更会感受到发现和创造科学美的巨大喜悦。这是对学习采取走马观花、不求甚解态度的学生所感受不到的。在挖掘科学美的过程中，学生的科学审美意识、科学思维能力和创新能力无疑都获得了巨大提高。

增强学生的科学审美意识，充分发挥科学美在课堂教学中的美育功能，有利于提升高校理工科课堂教学质量，提高学生学习和探索科学知识的兴趣和热情，促进学生全面发展；也有利于高校为国家培养真正热爱科学、献身科学的高素质科研人才，推动创新型国家的建设。

［1］陈望衡.科技美学原理［M］.上海：上海科学技术出版社，1992.

［2］陈棣沭.科学美与艺术美的统一性及其对高教的启示［J］.教育与现代化，2008，（2）：21-25.

［3］阴瑞华.物理科学美的特点及其方法论意义［J］.中国成人教育，2008，（3）：147-148.

［4］殷树祥.课堂语言的美学特征［J］.中学政治教学参考，1994，（Z2）：65.

［5］毛天虹.美学教育与创新人才培养［J］.长春工业大学学报（高教研究版），2007，（2）：65-67.