让科学之美在课堂里绽放

池邦东

摘 要：自然科学是一个美的世界，蕴含着丰富的自然美，包括知识中的简洁美、对称美、统一美和知识探究中的发现美。认识与发掘自然科学之美，从美的角度去认识自然、研究自然、发现自然，可以提高学生的学习兴趣，加深对知识的理解，培养科学的审美观念，提高学生的审美情趣。

关键词：自然科学；美；课堂

自然科学是研究自然界中物质的性质、变化和规律的一门学科，涵盖了生活中的方方面面，知识点包罗万象，是初中课程中最能拓宽学生视野的一门学科。而现行的科学教育，在应试教育的指挥棒下，教学的价值取向产生了偏离。本文根据科学美的一般范畴，结合初中教材，简述蕴藏于自然科学知识和知识传授中的美。

一、简洁美

科学知识的简洁美，在数学形式表现的科学公式中得到最集中的体现。如爱因斯坦发现的质能方程E=mc2，它反映了物质的质量与能量之间的联系，其数学表达形式简洁无比，但却成为了指导人们进一步认识核反应规律和从核反应中获得巨大能量的基础理论，从这一点讲，它又是深刻的。在教学中，通过从核反应中原子核质量的变化并伴随释放或吸收巨大的能量，而原子核质量的变化与释放或吸收能量之间的关系却由E=mc2这样简洁的关系式所描述，可以使学生感悟到复杂的物理表象背后其关系式却透出无比的简洁美。

再如：门捷列夫发现并创立的元素周期表，其灵感来源简单的扑克。无事时排列扑克牌让他想起元素是否可以按顺序排列，随后他就付之于行动，于是，一项伟大的发现诞生了。排列的元素周期表是如此简单，但这个表格是在他“经过多次更精确的实验完善并维护了周期表的完美性，经历了一个‘真必须服从‘简的科学美的原则”之后完成的，是在不断地趋美求真、去繁求简中完善起来的。如此简单的元素周期表，却演绎出化学世界的神奇纷繁、千变万化，成为人类探素自然世界周期发展的金钥匙，从而使令人眼花的化学世界显示出有序而又简洁的本质。

二、对称美

天与地、阴与阳、上与下这些自古以来就有的对称，给人一种和谐、稳定、匀称的美感。科学的对称美源自客观物质世界的存在、作用、运动、形态所具有的对称性。如，自然科学中的运动与静止、引力与斥力、匀速与变速、变力与恒力、反射与折射、溶解与结晶、液化与汽化，数学中的正与负、奇与偶、加与减、实数与虚数，等等，都是自然美的对称性反映。

这种自然界中的对称在教学中对学生的思维启示也有着重要作用。比如：对学生进行电磁波教学时，可以先给学生讲授变化的电场可以产生变化的磁场这一知识，然后提问：“变化的电场可以产生变化的磁场，而大家都知道，电和磁之间可以互相转化，并且电和磁的存在都可以不需要媒介，如果空中有一个变化的电场，那后面的情况会是怎样的呢？”学生通过对称性这一规律可以进行猜想：变化的电场产生变化的磁场，而变化的磁场又会产生变化的电场，这样互相转换，如果这种转换在空间上具有延续性，就会在空中不断地传播下去。这时教师再对电和磁之间的转化做一个简单的讲述，学生学起来就容易多了。

三、统一美

統一，给人以整齐、一致的美感，科学的统一美是物质在自然界中和谐统一的本质体现。在自然界中，各种不同甚至对立的自然事物和现象通过多种渠道联系在一起，呈现出和谐、统一的自然之美。万物归一是科学家探索未知世界过程中梦寐以求的最高目标。爱因思坦的相对论即是他追求统一美的结果。当时，牛顿力学相对性原理与麦克斯韦电磁学原理运用于运动物体时发生不对称的矛盾，爱因斯坦结合相对性原理和洛伦兹变换原理，成功地将两者统一起来，从而将经典力学中分立的时间、空间、物质、运动、时空等概念统一起来，建立了狭义相对论这一著名理论，并最终将经典力学中分立的质量与能量、动量与能量概念也统一了起来。

初中的自然科学知识，相对比较简单、基础，学生自己可能难以悟出知识的统一美，但对于一些知识，可以在教师的引导下让学生领悟这种统一性。如圆（球）形在自然界的普遍存在性必然与其特点相适应，就此，可以设计以下的问题：（1）从数学上讲，圆（球）形具有什么特点？（2）鹅卵石为什么是圆球形的？（3）地球为什么是圆球形的？星球为什么大多是圆球形的？星球的运动轨迹为什么大多也是圆的？（4）航天器材为什么很多都做成圆形的？彩虹为什么是圆弧形的？（5）如果没有重力，水滴会是什么形状，蜡烛燃烧的火焰是什么形状？为什么？（6）如果宇宙有边界的话，可能是什么样的边界？（7）在常见的形体中，什么样的形体最稳定？万物在宇宙之中，都想趋于什么状态？（8）词语“圆滑”一词由何而来？生活中它又有什么现实意义？

上面这些问题，必然会引起学生的思辨、讨论、联想，然后教师稍做引导，便可以总结出如下自然规律：世界万物都想趋于稳定，而圆（球）形是最稳定、最坚固、最均衡、最节省面（体）积的一种形状，圆形是自然选择的结果，是万物适应自然、趋于稳定的一种表现。通过上述过程，学生也就领悟到自然界中很多看似不相关的表象下面，有些许相似和统一。

总之，教师只有对科学知识中所蕴涵的美有深刻的领悟，在讲解科学概念、定理、公式时，才能向学生讲清楚这些知识的美以及当初科学家们探索时走过的审美历程，并把自己对科学的审美感悟、态度、信念传达给学生。