科学实验教育中美育渗入路径
本文作者：刁叔钧 单位：五邑大学
科学探究工作是一种高级的、复杂的探究宇宙的活动，美学是一种高级的、复杂的精神层面活动，两者都按照美的规律来创造。这也正是美和科学融合的根本原因所在。时至今日，美学已经广泛地辐射到科学技术领域，同时科学技术也已经渗透到美学领域〔1〕〔2〕。科学实验美是科学美的形态之一，以真为基础。事实上，科学领域的研究结果最终都要经受实验的考验，如果它们被验证的确揭示了物质世界的一个新的方面，那么它们才是美的；如果实验结论不真，那么无论它的外表如何，也不会给人以美感。可见，科学实验应该是真与美的统一、主观与客观的统一、情与理的统一。在人类科学发展的历史长河中，哪些实验算得上是美的科学实验呢？在2004年的一次民意测验中，由美国物理学家推举评选出了科学史上最美的十大极富创造力的科学实验〔3〕。如牛顿的棱镜分解太阳光实验、伽利略的自由落体实验、密歇根的油滴实验、卢瑟福发现原子核实验等。这些实验都有一个共同点：想象力丰富，极具独创性，用简单又奇妙的过程揭示深邃的科学现象，获得最根本、最直接、最精确的科学结论。
我们在体验实验之美时，可以看到伽利略在测量地心引力时，用歌声的旋律标记时间；牛顿小心翼翼地将针插到自己的眼睛和眉骨之间，以了解光如何在视网膜上产生感应；爱因斯坦的“追光实验”和“升降机实验”设计奇特、精巧，是科学实验的艺术杰作；美籍华裔物理学家吴健雄以非凡的实验才能验证了诺贝尔奖获得者李政道、杨振宁的“在弱相互作用下宇称不守恒”假说，成为实验科学中一个精彩的、美的范例〔4〕。在科学实验过程中的种种类似艺术创作的节奏感、韵律感和自由感，凡杰出的科学实验工作者都不同程度地感受过，以至于人们把杰出的实验科学家称为实验艺术家〔1〕〔4〕。
科学实验美的形态
科学实验美揭示了实验领域的劳动过程及其结果所呈现出美的本质、人对科学的美感、科学艺术的特征等。科学实验美一面是科学，一面是艺术，二者携手共建人类的科学思维与艺术思维的新思维方式〔1〕。但科学实验之美毕竟与艺术美不同，不能直接给人以感官的刺激，而只有经过长期的艰苦探索与实践后才能领略。美国学者罗博特•克里斯教授在他的《棱镜与摆锤：科学上最美的十大实验》一书中指出，科学实验之美主要体现在深度、效能和明确性三个方面〔4〕。其中，“深度”是指科学实验可以揭示客观世界的一些深层规律，能让我们对宇宙有一个新的认识；“效能”是指科学实验的设计及实施必须具有广泛应用性，其他人可以依据该实验方法和结果进行相关科学研究工作，而无须再进行另一套实验；“明确性”是指科学实验所得到的最后结论是精确可靠的，定论是清晰的，其结果不需要再进一步做归纳或推论。能够同时具备这三个属性的科学实验就可以被认为是一项美的科学实验〔5〕。科学实验是美的，但在人们的眼中，科学实验是在机器、仪器仪表、实验物质及实验方法的基础上完成的，这些如何能够符合美的要求呢？又如何进行审美实践？实际上，科学实验本身具有独立的审美价值，蕴藏着丰富的美育内容，如科学实验中的形式美、现象美和创造美等。因此，科学教育中不但要重视科学实验，还要善于挖掘科学实验中的美学素材，用科学实验对学生进行审美教育。
科学实验的形式美。形式美是内在美的表现，科学实验教学中蕴含着丰富的形式美内容。实验教师端庄、大方的教态美，科学性、条理性、启发性、趣味性的语言美，能振奋学生的精神和情绪〔6〕；各种仪器装置大小适当、比例协调、搭配合适，呈现出不同的造型美，学生以一种美的享受去认识它、使用它、鉴赏它、爱护它；实验室仪器装置遵循美的规律布置，讲求整洁、均衡、稳定、和谐，既是美化实验环境、加强仪器管理的需要，又是加强环境美育的需要〔7〕。比如，化学实验中各种形状的晶体、五颜六色的试剂以及线条柔和、造型匀称的透明玻璃器皿，都能使人产生美感，联想起色彩斑斓、音韵万千、协调统一的自然美，从而激发学生去寻求创造的欢乐，体验情感上的满足。科学实验教学中还蕴含着多种多样的实验操作形式美〔8〕。在实验过程中，要求学生按照科学合理的程序和美的规律进行实验操作，这既是培养学生良好实验习惯的手段，也是学生美的欣赏和熏陶的过程。教师在实验时的操作动作和操作流程的一丝不苟、熟练准确、节奏清晰、欢快流畅、赏心悦目，都会使学生得到美的享受。可见，合理的操作、优美的姿势、科学的流程不仅可以使实验操作省力，减少操作失误，而且也会给人以美的感觉。
科学实验的现象美。科学实验过程中常常伴随着各种变化，这些色态万千、变化无穷的实验现象，以及蕴含于其中深邃而简明的科学思想和科学规律，充分展示出自然界的和谐之美〔9〕，并使学生获得科学实验美的感性直观认识〔10〕。有些科学研究现象可以直接通过肉眼观察，而有些则要依靠实验工具来观测。例如，在物理学讲解电场线和磁感线的时候，教师可以把这种人的视力根本无法触及的现象通过实验展示出来，既形象又直观；在光学实验中，太阳光通过三棱镜呈现出异常美丽的七色光带；用棉球飞舞实验来演示感应电机工作原理时，可观察到棉球在两电极之间来回飞舞。这种舞动演示实验把科学技术中丰富的现象美充分地展示了出来，从而激发了学生强烈的求知欲和从事科学研究的兴趣。无论是探索实验还是验证实验，科学实验体现出的现象美都会增强表现效果。通过鉴赏实验现象变化之美，可以让学生们感受实验现象之美；通过科学实验可以重现科学现象，回顾科学家进行科学研究思想与方法，创设科学技术情境，可以让学生获得详实、直观、具体的感性知识，使实验活动变枯燥为生动、化抽象为具体。实践证明，越是抽象难懂的科学内容，越需要形象性描述和想象，更需要实验手段的展示和显现。因为在科学实验过程中出现的色彩、声响、形状以及它们有规律变化的现象美，不仅能使学生产生赏心悦目之感，还能启发他们产生出在未来的科学探索中希翼有新发现的热望。
科学实验的创造美。作为一种人类普遍存在的精神现象，美和审美与创造性有着天然而密切的联系，科学创造本身就是一种美的创造〔11〕。许多科学现象都是在实验中出现的，通过实验可以展示科学家在创造过程中所表现出的超人智慧、执着追求和完美的人格。从美感效应来说，科学实验创造的奇妙成果与巨大成就，带给实验者心理上的愉悦和感官上的满足并不亚于完成了一件艺术作品。科学研究的意义体现在求真的精神，美的本质体现在合规律和合目的性的统一，两者都按照美的规律来创造。可见，创造性是美和科学融合的根本所在。科学实验为科学创造美的呈现发挥了重要作用，科学实验创造美是科学创造美的一个主要方面。那么，科学实验的美感在创造活动过程中又是怎样起作用的呢?对自然世界种种问题的探索，迫使人们推测解决这些问题的新原理、新定律或新方法，并且相信它们是存在的。在这种情况下，美感可以唤起一个人对科学问题进行探索的欲望，从而产生新的创造性思想，开拓创造性工作，获得创造性成果。无数实践证明，科学美及科学实验美对于人们进行科学创造具有重要意义。对科学美感的追求是人们进行科学创造的动力来源之一，也是科学创造力的一个有机组成部分，能激发人的创新意识、培养人的创造能力。
科学实验教学中渗透审美教育
科学美育是向学生开展审美教育的一种形式。它可以通过科学研究、科学实验、科学发现、科学发明和科学理论等对学生进行审美教育，培育学生的科学理性，增强学生抵御虚假、愚昧和野蛮的能力，从而提高学生的审美能力和审美文化水平，陶冶性情，塑造美好心灵，开拓精神境界〔12〕。实验是科学教育和科学研究的重要工作内容，实验美是实施科学美育的重要手段。科学美育的实施离不开科学实验美育，人类科学事业发展所创造的一切成就无不具体地与科学实验相关联，科学美育中的真、善、美的统一无不具体地体现在实验美上。教师在帮助学生提高科学审美能力和美的创造能力的同时，如果能结合科学实验，以真、善、美统一的标准来理解和评价科学实验操作，那就一定能使学生更深刻地认识到创造性劳动的意义，并从中获得生动、具体的审美教育〔13〕〔14〕。所以，如果科学美育中缺乏科学实验审美教育，我们就既无法看到许多自然世界所呈现的科学美，也不能很好地实施科学美育了。
朱光潜在他的《无言之美》一书中指出〔15〕，世间事物有真、善、美三种不同的价值，人类心理有知、情、意三种不同的活动。这三种心理活动恰和三种事物价值相当：真关于知，善关于意，美关于情。人能知，就有好奇心，就要求知，就要辨别真伪，寻求真理；人能发意志，就要想好，就要趋善避恶，造就人生幸福；人能动情感，就爱美，就喜欢创造美〔15〕。将科学实验审美活动引入学校科学教育之中，不仅会促进科学技术的进步，也会激发学生对美的理想、美的情操、美的品格的追求，使他们具有欣赏美和创造美的能力。科学美和科学实验美的教育就像在他们身上增添了一双翅膀，使他们能飞向更高、飞得更远。
科学实验在学校教学活动中占据相当的分量，对提高学生的素质与创新能力有重要的、不可替代的作用。学生不仅需要坚实的基础知识，还必须具有相当的美学修养才能担负起建设祖国的重任。因此，在科学实验中加强审美实践、融入美学理念，不仅可以促进学生的审美素养的提高，而且可以促进学生的情感发展，进而来提高学生的创造力、想象力乃至智力水平，最终实现学生全面发展的目标，真正做到追求真与追求美的统一。列宁说过“：没有人的情感，就从来没有也不可能有人对真理的追求。”如果实验教学能使学生感到有兴趣，以至于对求真求美有很深的情感，那么这种教育是极大成功的，这也说明实验教学本身也达到了极高的艺术水平。
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