科學(xué)實(shí)驗(yàn)教育中美育滲入路徑

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本文作者：刁叔鈞 單位：五邑大學(xué)

科學(xué)探究工作是一種高級的、復(fù)雜的探究宇宙的活動，美學(xué)是一種高級的、復(fù)雜的精神層面活動，兩者都按照美的規(guī)律來創(chuàng)造。這也正是美和科學(xué)融合的根本原因所在。時(shí)至今日，美學(xué)已經(jīng)廣泛地輻射到科學(xué)技術(shù)領(lǐng)域，同時(shí)科學(xué)技術(shù)也已經(jīng)滲透到美學(xué)領(lǐng)域〔1〕〔2〕。科學(xué)實(shí)驗(yàn)美是科學(xué)美的形態(tài)之一，以真為基礎(chǔ)。事實(shí)上，科學(xué)領(lǐng)域的研究結(jié)果最終都要經(jīng)受實(shí)驗(yàn)的考驗(yàn)，如果它們被驗(yàn)證的確揭示了物質(zhì)世界的一個新的方面，那么它們才是美的；如果實(shí)驗(yàn)結(jié)論不真，那么無論它的外表如何，也不會給人以美感。可見，科學(xué)實(shí)驗(yàn)應(yīng)該是真與美的統(tǒng)一、主觀與客觀的統(tǒng)一、情與理的統(tǒng)一。在人類科學(xué)發(fā)展的歷史長河中，哪些實(shí)驗(yàn)算得上是美的科學(xué)實(shí)驗(yàn)?zāi)?？?004年的一次民意測驗(yàn)中，由美國物理學(xué)家推舉評選出了科學(xué)史上最美的十大極富創(chuàng)造力的科學(xué)實(shí)驗(yàn)〔3〕。如牛頓的棱鏡分解太陽光實(shí)驗(yàn)、伽利略的自由落體實(shí)驗(yàn)、密歇根的油滴實(shí)驗(yàn)、盧瑟福發(fā)現(xiàn)原子核實(shí)驗(yàn)等。這些實(shí)驗(yàn)都有一個共同點(diǎn)：想象力豐富，極具獨(dú)創(chuàng)性，用簡單又奇妙的過程揭示深邃的科學(xué)現(xiàn)象，獲得最根本、最直接、最精確的科學(xué)結(jié)論。

我們在體驗(yàn)實(shí)驗(yàn)之美時(shí)，可以看到伽利略在測量地心引力時(shí)，用歌聲的旋律標(biāo)記時(shí)間；牛頓小心翼翼地將針插到自己的眼睛和眉骨之間，以了解光如何在視網(wǎng)膜上產(chǎn)生感應(yīng)；愛因斯坦的“追光實(shí)驗(yàn)”和“升降機(jī)實(shí)驗(yàn)”設(shè)計(jì)奇特、精巧，是科學(xué)實(shí)驗(yàn)的藝術(shù)杰作；美籍華裔物理學(xué)家吳健雄以非凡的實(shí)驗(yàn)才能驗(yàn)證了諾貝爾獎獲得者李政道、楊振寧的“在弱相互作用下宇稱不守恒”假說，成為實(shí)驗(yàn)科學(xué)中一個精彩的、美的范例〔4〕。在科學(xué)實(shí)驗(yàn)過程中的種種類似藝術(shù)創(chuàng)作的節(jié)奏感、韻律感和自由感，凡杰出的科學(xué)實(shí)驗(yàn)工作者都不同程度地感受過，以至于人們把杰出的實(shí)驗(yàn)科學(xué)家稱為實(shí)驗(yàn)藝術(shù)家〔1〕〔4〕。

科學(xué)實(shí)驗(yàn)美的形態(tài)

科學(xué)實(shí)驗(yàn)美揭示了實(shí)驗(yàn)領(lǐng)域的勞動過程及其結(jié)果所呈現(xiàn)出美的本質(zhì)、人對科學(xué)的美感、科學(xué)藝術(shù)的特征等?？茖W(xué)實(shí)驗(yàn)美一面是科學(xué)，一面是藝術(shù)，二者攜手共建人類的科學(xué)思維與藝術(shù)思維的新思維方式〔1〕。但科學(xué)實(shí)驗(yàn)之美畢竟與藝術(shù)美不同，不能直接給人以感官的刺激，而只有經(jīng)過長期的艱苦探索與實(shí)踐后才能領(lǐng)略。美國學(xué)者羅博特•克里斯教授在他的《棱鏡與擺錘：科學(xué)上最美的十大實(shí)驗(yàn)》一書中指出，科學(xué)實(shí)驗(yàn)之美主要體現(xiàn)在深度、效能和明確性三個方面〔4〕。其中，“深度”是指科學(xué)實(shí)驗(yàn)可以揭示客觀世界的一些深層規(guī)律，能讓我們對宇宙有一個新的認(rèn)識；“效能”是指科學(xué)實(shí)驗(yàn)的設(shè)計(jì)及實(shí)施必須具有廣泛應(yīng)用性，其他人可以依據(jù)該實(shí)驗(yàn)方法和結(jié)果進(jìn)行相關(guān)科學(xué)研究工作，而無須再進(jìn)行另一套實(shí)驗(yàn)；“明確性”是指科學(xué)實(shí)驗(yàn)所得到的最后結(jié)論是精確可靠的，定論是清晰的，其結(jié)果不需要再進(jìn)一步做歸納或推論。能夠同時(shí)具備這三個屬性的科學(xué)實(shí)驗(yàn)就可以被認(rèn)為是一項(xiàng)美的科學(xué)實(shí)驗(yàn)〔5〕?？茖W(xué)實(shí)驗(yàn)是美的，但在人們的眼中，科學(xué)實(shí)驗(yàn)是在機(jī)器、儀器儀表、實(shí)驗(yàn)物質(zhì)及實(shí)驗(yàn)方法的基礎(chǔ)上完成的，這些如何能夠符合美的要求呢？又如何進(jìn)行審美實(shí)踐？實(shí)際上，科學(xué)實(shí)驗(yàn)本身具有獨(dú)立的審美價(jià)值，蘊(yùn)藏著豐富的美育內(nèi)容，如科學(xué)實(shí)驗(yàn)中的形式美、現(xiàn)象美和創(chuàng)造美等。因此，科學(xué)教育中不但要重視科學(xué)實(shí)驗(yàn)，還要善于挖掘科學(xué)實(shí)驗(yàn)中的美學(xué)素材，用科學(xué)實(shí)驗(yàn)對學(xué)生進(jìn)行審美教育。

科學(xué)實(shí)驗(yàn)的形式美。形式美是內(nèi)在美的表現(xiàn)，科學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)中蘊(yùn)含著豐富的形式美內(nèi)容。實(shí)驗(yàn)教師端莊、大方的教態(tài)美，科學(xué)性、條理性、啟發(fā)性、趣味性的語言美，能振奮學(xué)生的精神和情緒〔6〕；各種儀器裝置大小適當(dāng)、比例協(xié)調(diào)、搭配合適，呈現(xiàn)出不同的造型美，學(xué)生以一種美的享受去認(rèn)識它、使用它、鑒賞它、愛護(hù)它；實(shí)驗(yàn)室儀器裝置遵循美的規(guī)律布置，講求整潔、均衡、穩(wěn)定、和諧，既是美化實(shí)驗(yàn)環(huán)境、加強(qiáng)儀器管理的需要，又是加強(qiáng)環(huán)境美育的需要〔7〕。比如，化學(xué)實(shí)驗(yàn)中各種形狀的晶體、五顏六色的試劑以及線條柔和、造型勻稱的透明玻璃器皿，都能使人產(chǎn)生美感，聯(lián)想起色彩斑斕、音韻萬千、協(xié)調(diào)統(tǒng)一的自然美，從而激發(fā)學(xué)生去尋求創(chuàng)造的歡樂，體驗(yàn)情感上的滿足?？茖W(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)中還蘊(yùn)含著多種多樣的實(shí)驗(yàn)操作形式美〔8〕。在實(shí)驗(yàn)過程中，要求學(xué)生按照科學(xué)合理的程序和美的規(guī)律進(jìn)行實(shí)驗(yàn)操作，這既是培養(yǎng)學(xué)生良好實(shí)驗(yàn)習(xí)慣的手段，也是學(xué)生美的欣賞和熏陶的過程。教師在實(shí)驗(yàn)時(shí)的操作動作和操作流程的一絲不茍、熟練準(zhǔn)確、節(jié)奏清晰、歡快流暢、賞心悅目，都會使學(xué)生得到美的享受?？梢姡侠淼牟僮?、優(yōu)美的姿勢、科學(xué)的流程不僅可以使實(shí)驗(yàn)操作省力，減少操作失誤，而且也會給人以美的感覺。

科學(xué)實(shí)驗(yàn)的現(xiàn)象美?？茖W(xué)實(shí)驗(yàn)過程中常常伴隨著各種變化，這些色態(tài)萬千、變化無窮的實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象，以及蘊(yùn)含于其中深邃而簡明的科學(xué)思想和科學(xué)規(guī)律，充分展示出自然界的和諧之美〔9〕，并使學(xué)生獲得科學(xué)實(shí)驗(yàn)美的感性直觀認(rèn)識〔10〕。有些科學(xué)研究現(xiàn)象可以直接通過肉眼觀察，而有些則要依靠實(shí)驗(yàn)工具來觀測。例如，在物理學(xué)講解電場線和磁感線的時(shí)候，教師可以把這種人的視力根本無法觸及的現(xiàn)象通過實(shí)驗(yàn)展示出來，既形象又直觀；在光學(xué)實(shí)驗(yàn)中，太陽光通過三棱鏡呈現(xiàn)出異常美麗的七色光帶；用棉球飛舞實(shí)驗(yàn)來演示感應(yīng)電機(jī)工作原理時(shí)，可觀察到棉球在兩電極之間來回飛舞。這種舞動演示實(shí)驗(yàn)把科學(xué)技術(shù)中豐富的現(xiàn)象美充分地展示了出來，從而激發(fā)了學(xué)生強(qiáng)烈的求知欲和從事科學(xué)研究的興趣。無論是探索實(shí)驗(yàn)還是驗(yàn)證實(shí)驗(yàn)，科學(xué)實(shí)驗(yàn)體現(xiàn)出的現(xiàn)象美都會增強(qiáng)表現(xiàn)效果。通過鑒賞實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象變化之美，可以讓學(xué)生們感受實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象之美；通過科學(xué)實(shí)驗(yàn)可以重現(xiàn)科學(xué)現(xiàn)象，回顧科學(xué)家進(jìn)行科學(xué)研究思想與方法，創(chuàng)設(shè)科學(xué)技術(shù)情境，可以讓學(xué)生獲得詳實(shí)、直觀、具體的感性知識，使實(shí)驗(yàn)活動變枯燥為生動、化抽象為具體。實(shí)踐證明，越是抽象難懂的科學(xué)內(nèi)容，越需要形象性描述和想象，更需要實(shí)驗(yàn)手段的展示和顯現(xiàn)。因?yàn)樵诳茖W(xué)實(shí)驗(yàn)過程中出現(xiàn)的色彩、聲響、形狀以及它們有規(guī)律變化的現(xiàn)象美，不僅能使學(xué)生產(chǎn)生賞心悅目之感，還能啟發(fā)他們產(chǎn)生出在未來的科學(xué)探索中希翼有新發(fā)現(xiàn)的熱望。

科學(xué)實(shí)驗(yàn)的創(chuàng)造美。作為一種人類普遍存在的精神現(xiàn)象，美和審美與創(chuàng)造性有著天然而密切的聯(lián)系，科學(xué)創(chuàng)造本身就是一種美的創(chuàng)造〔11〕。許多科學(xué)現(xiàn)象都是在實(shí)驗(yàn)中出現(xiàn)的，通過實(shí)驗(yàn)可以展示科學(xué)家在創(chuàng)造過程中所表現(xiàn)出的超人智慧、執(zhí)著追求和完美的人格。從美感效應(yīng)來說，科學(xué)實(shí)驗(yàn)創(chuàng)造的奇妙成果與巨大成就，帶給實(shí)驗(yàn)者心理上的愉悅和感官上的滿足并不亞于完成了一件藝術(shù)作品?？茖W(xué)研究的意義體現(xiàn)在求真的精神，美的本質(zhì)體現(xiàn)在合規(guī)律和合目的性的統(tǒng)一，兩者都按照美的規(guī)律來創(chuàng)造。可見，創(chuàng)造性是美和科學(xué)融合的根本所在?？茖W(xué)實(shí)驗(yàn)為科學(xué)創(chuàng)造美的呈現(xiàn)發(fā)揮了重要作用，科學(xué)實(shí)驗(yàn)創(chuàng)造美是科學(xué)創(chuàng)造美的一個主要方面。那么，科學(xué)實(shí)驗(yàn)的美感在創(chuàng)造活動過程中又是怎樣起作用的呢?對自然世界種種問題的探索，迫使人們推測解決這些問題的新原理、新定律或新方法，并且相信它們是存在的。在這種情況下，美感可以喚起一個人對科學(xué)問題進(jìn)行探索的欲望，從而產(chǎn)生新的創(chuàng)造性思想，開拓創(chuàng)造性工作，獲得創(chuàng)造性成果。無數(shù)實(shí)踐證明，科學(xué)美及科學(xué)實(shí)驗(yàn)美對于人們進(jìn)行科學(xué)創(chuàng)造具有重要意義。對科學(xué)美感的追求是人們進(jìn)行科學(xué)創(chuàng)造的動力來源之一，也是科學(xué)創(chuàng)造力的一個有機(jī)組成部分，能激發(fā)人的創(chuàng)新意識、培養(yǎng)人的創(chuàng)造能力。

科學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)中滲透審美教育

科學(xué)美育是向?qū)W生開展審美教育的一種形式。它可以通過科學(xué)研究、科學(xué)實(shí)驗(yàn)、科學(xué)發(fā)現(xiàn)、科學(xué)發(fā)明和科學(xué)理論等對學(xué)生進(jìn)行審美教育，培育學(xué)生的科學(xué)理性，增強(qiáng)學(xué)生抵御虛假、愚昧和野蠻的能力，從而提高學(xué)生的審美能力和審美文化水平，陶冶性情，塑造美好心靈，開拓精神境界〔12〕。實(shí)驗(yàn)是科學(xué)教育和科學(xué)研究的重要工作內(nèi)容，實(shí)驗(yàn)美是實(shí)施科學(xué)美育的重要手段?？茖W(xué)美育的實(shí)施離不開科學(xué)實(shí)驗(yàn)美育，人類科學(xué)事業(yè)發(fā)展所創(chuàng)造的一切成就無不具體地與科學(xué)實(shí)驗(yàn)相關(guān)聯(lián)，科學(xué)美育中的真、善、美的統(tǒng)一無不具體地體現(xiàn)在實(shí)驗(yàn)美上。教師在幫助學(xué)生提高科學(xué)審美能力和美的創(chuàng)造能力的同時(shí)，如果能結(jié)合科學(xué)實(shí)驗(yàn)，以真、善、美統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)來理解和評價(jià)科學(xué)實(shí)驗(yàn)操作，那就一定能使學(xué)生更深刻地認(rèn)識到創(chuàng)造性勞動的意義，并從中獲得生動、具體的審美教育〔13〕〔14〕。所以，如果科學(xué)美育中缺乏科學(xué)實(shí)驗(yàn)審美教育，我們就既無法看到許多自然世界所呈現(xiàn)的科學(xué)美，也不能很好地實(shí)施科學(xué)美育了。

朱光潛在他的《無言之美》一書中指出〔15〕，世間事物有真、善、美三種不同的價(jià)值，人類心理有知、情、意三種不同的活動。這三種心理活動恰和三種事物價(jià)值相當(dāng)：真關(guān)于知，善關(guān)于意，美關(guān)于情。人能知，就有好奇心，就要求知，就要辨別真?zhèn)危瑢で笳胬?；人能發(fā)意志，就要想好，就要趨善避惡，造就人生幸福；人能動情感，就愛美，就喜歡創(chuàng)造美〔15〕。將科學(xué)實(shí)驗(yàn)審美活動引入學(xué)?？茖W(xué)教育之中，不僅會促進(jìn)科學(xué)技術(shù)的進(jìn)步，也會激發(fā)學(xué)生對美的理想、美的情操、美的品格的追求，使他們具有欣賞美和創(chuàng)造美的能力?？茖W(xué)美和科學(xué)實(shí)驗(yàn)美的教育就像在他們身上增添了一雙翅膀，使他們能飛向更高、飛得更遠(yuǎn)。

科學(xué)實(shí)驗(yàn)在學(xué)校教學(xué)活動中占據(jù)相當(dāng)?shù)姆至?，對提高學(xué)生的素質(zhì)與創(chuàng)新能力有重要的、不可替代的作用。學(xué)生不僅需要堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)知識，還必須具有相當(dāng)?shù)拿缹W(xué)修養(yǎng)才能擔(dān)負(fù)起建設(shè)祖國的重任。因此，在科學(xué)實(shí)驗(yàn)中加強(qiáng)審美實(shí)踐、融入美學(xué)理念，不僅可以促進(jìn)學(xué)生的審美素養(yǎng)的提高，而且可以促進(jìn)學(xué)生的情感發(fā)展，進(jìn)而來提高學(xué)生的創(chuàng)造力、想象力乃至智力水平，最終實(shí)現(xiàn)學(xué)生全面發(fā)展的目標(biāo)，真正做到追求真與追求美的統(tǒng)一。列寧說過“：沒有人的情感，就從來沒有也不可能有人對真理的追求?！比绻麑?shí)驗(yàn)教學(xué)能使學(xué)生感到有興趣，以至于對求真求美有很深的情感，那么這種教育是極大成功的，這也說明實(shí)驗(yàn)教學(xué)本身也達(dá)到了極高的藝術(shù)水平。