本文作者：刁叔鈞 單位：五邑大學

科學探究工作是一種高級的、復雜的探究宇宙的活動，美學是一種高級的、復雜的精神層面活動，兩者都按照美的規律來創造。這也正是美和科學融合的根本原因所在。時至今日，美學已經廣泛地輻射到科學技術領域，同時科學技術也已經滲透到美學領域〔1〕〔2〕。科學實驗美是科學美的形態之一，以真為基礎。事實上，科學領域的研究結果最終都要經受實驗的考驗，如果它們被驗證的確揭示了物質世界的一個新的方面，那么它們才是美的；如果實驗結論不真，那么無論它的外表如何，也不會給人以美感。可見，科學實驗應該是真與美的統一、主觀與客觀的統一、情與理的統一。在人類科學發展的歷史長河中，哪些實驗算得上是美的科學實驗呢？在2004年的一次民意測驗中，由美國物理學家推舉評選出了科學史上最美的十大極富創造力的科學實驗〔3〕。如牛頓的棱鏡分解太陽光實驗、伽利略的自由落體實驗、密歇根的油滴實驗、盧瑟福發現原子核實驗等。這些實驗都有一個共同點：想象力豐富，極具獨創性，用簡單又奇妙的過程揭示深邃的科學現象，獲得最根本、最直接、最精確的科學結論。

我們在體驗實驗之美時，可以看到伽利略在測量地心引力時，用歌聲的旋律標記時間；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膜上產生感應；愛因斯坦的“追光實驗”和“升降機實驗”設計奇特、精巧，是科學實驗的藝術杰作；美籍華裔物理學家吳健雄以非凡的實驗才能驗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，成為實驗科學中一個精彩的、美的范例〔4〕。在科學實驗過程中的種種類似藝術創作的節奏感、韻律感和自由感，凡杰出的科學實驗工作者都不同程度地感受過，以至于人們把杰出的實驗科學家稱為實驗藝術家〔1〕〔4〕。

科學實驗美的形態

科學實驗美揭示了實驗領域的勞動過程及其結果所呈現出美的本質、人對科學的美感、科學藝術的特征等。科學實驗美一面是科學，一面是藝術，二者攜手共建人類的科學思維與藝術思維的新思維方式〔1〕。但科學實驗之美畢竟與藝術美不同，不能直接給人以感官的刺激，而只有經過長期的艱苦探索與實踐后才能領略。美國學者羅博特•克里斯教授在他的《棱鏡與擺錘：科學上最美的十大實驗》一書中指出，科學實驗之美主要體現在深度、效能和明確性三個方面〔4〕。其中，“深度”是指科學實驗可以揭示客觀世界的一些深層規律，能讓我們對宇宙有一個新的認識；“效能”是指科學實驗的設計及實施必須具有廣泛應用性，其他人可以依據該實驗方法和結果進行相關科學研究工作，而無須再進行另一套實驗；“明確性”是指科學實驗所得到的最后結論是精確可靠的，定論是清晰的，其結果不需要再進一步做歸納或推論。能夠同時具備這三個屬性的科學實驗就可以被認為是一項美的科學實驗〔5〕。科學實驗是美的，但在人們的眼中，科學實驗是在機器、儀器儀表、實驗物質及實驗方法的基礎上完成的，這些如何能夠符合美的要求呢？又如何進行審美實踐？實際上，科學實驗本身具有獨立的審美價值，蘊藏著豐富的美育內容，如科學實驗中的形式美、現象美和創造美等。因此，科學教育中不但要重視科學實驗，還要善于挖掘科學實驗中的美學素材，用科學實驗對學生進行審美教育。

科學實驗的形式美。形式美是內在美的表現，科學實驗教學中蘊含著豐富的形式美內容。實驗教師端莊、大方的教態美，科學性、條理性、啟發性、趣味性的語言美，能振奮學生的精神和情緒〔6〕；各種儀器裝置大小適當、比例協調、搭配合適，呈現出不同的造型美，學生以一種美的享受去認識它、使用它、鑒賞它、愛護它；實驗室儀器裝置遵循美的規律布置，講求整潔、均衡、穩定、和諧，既是美化實驗環境、加強儀器管理的需要，又是加強環境美育的需要〔7〕。比如，化學實驗中各種形狀的晶體、五顏六色的試劑以及線條柔和、造型勻稱的透明玻璃器皿，都能使人產生美感，聯想起色彩斑斕、音韻萬千、協調統一的自然美，從而激發學生去尋求創造的歡樂，體驗情感上的滿足。科學實驗教學中還蘊含著多種多樣的實驗操作形式美〔8〕。在實驗過程中，要求學生按照科學合理的程序和美的規律進行實驗操作，這既是培養學生良好實驗習慣的手段，也是學生美的欣賞和熏陶的過程。教師在實驗時的操作動作和操作流程的一絲不茍、熟練準確、節奏清晰、歡快流暢、賞心悅目，都會使學生得到美的享受。可見，合理的操作、優美的姿勢、科學的流程不僅可以使實驗操作省力，減少操作失誤，而且也會給人以美的感覺。

科學實驗的現象美。科學實驗過程中常常伴隨著各種變化，這些色態萬千、變化無窮的實驗現象，以及蘊含于其中深邃而簡明的科學思想和科學規律，充分展示出自然界的和諧之美〔9〕，并使學生獲得科學實驗美的感性直觀認識〔10〕。有些科學研究現象可以直接通過肉眼觀察，而有些則要依靠實驗工具來觀測。例如，在物理學講解電場線和磁感線的時候，教師可以把這種人的視力根本無法觸及的現象通過實驗展示出來，既形象又直觀；在光學實驗中，太陽光通過三棱鏡呈現出異常美麗的七色光帶；用棉球飛舞實驗來演示感應電機工作原理時，可觀察到棉球在兩電極之間來回飛舞。這種舞動演示實驗把科學技術中豐富的現象美充分地展示了出來，從而激發了學生強烈的求知欲和從事科學研究的興趣。無論是探索實驗還是驗證實驗，科學實驗體現出的現象美都會增強表現效果。通過鑒賞實驗現象變化之美，可以讓學生們感受實驗現象之美；通過科學實驗可以重現科學現象，回顧科學家進行科學研究思想與方法，創設科學技術情境，可以讓學生獲得詳實、直觀、具體的感性知識，使實驗活動變枯燥為生動、化抽象為具體。實踐證明，越是抽象難懂的科學內容，越需要形象性描述和想象，更需要實驗手段的展示和顯現。因為在科學實驗過程中出現的色彩、聲響、形狀以及它們有規律變化的現象美，不僅能使學生產生賞心悅目之感，還能啟發他們產生出在未來的科學探索中希翼有新發現的熱望。

科學實驗的創造美。作為一種人類普遍存在的精神現象，美和審美與創造性有著天然而密切的聯系，科學創造本身就是一種美的創造〔11〕。許多科學現象都是在實驗中出現的，通過實驗可以展示科學家在創造過程中所表現出的超人智慧、執著追求和完美的人格。從美感效應來說，科學實驗創造的奇妙成果與巨大成就，帶給實驗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作品。科學研究的意義體現在求真的精神，美的本質體現在合規律和合目的性的統一，兩者都按照美的規律來創造。可見，創造性是美和科學融合的根本所在。科學實驗為科學創造美的呈現發揮了重要作用，科學實驗創造美是科學創造美的一個主要方面。那么，科學實驗的美感在創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問題進行探索的欲望，從而產生新的創造性思想，開拓創造性工作，獲得創造性成果。無數實踐證明，科學美及科學實驗美對于人們進行科學創造具有重要意義。對科學美感的追求是人們進行科學創造的動力來源之一，也是科學創造力的一個有機組成部分，能激發人的創新意識、培養人的創造能力。

科學實驗教學中滲透審美教育

科學美育是向學生開展審美教育的一種形式。它可以通過科學研究、科學實驗、科學發現、科學發明和科學理論等對學生進行審美教育，培育學生的科學理性，增強學生抵御虛假、愚昧和野蠻的能力，從而提高學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〕。實驗是科學教育和科學研究的重要工作內容，實驗美是實施科學美育的重要手段。科學美育的實施離不開科學實驗美育，人類科學事業發展所創造的一切成就無不具體地與科學實驗相關聯，科學美育中的真、善、美的統一無不具體地體現在實驗美上。教師在幫助學生提高科學審美能力和美的創造能力的同時，如果能結合科學實驗，以真、善、美統一的標準來理解和評價科學實驗操作，那就一定能使學生更深刻地認識到創造性勞動的意義，并從中獲得生動、具體的審美教育〔13〕〔14〕。所以，如果科學美育中缺乏科學實驗審美教育，我們就既無法看到許多自然世界所呈現的科學美，也不能很好地實施科學美育了。

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值相當：真關于知，善關于意，美關于情。人能知，就有好奇心，就要求知，就要辨別真偽，尋求真理；人能發意志，就要想好，就要趨善避惡，造就人生幸福；人能動情感，就愛美，就喜歡創造美〔15〕。將科學實驗審美活動引入學校科學教育之中，不僅會促進科學技術的進步，也會激發學生對美的理想、美的情操、美的品格的追求，使他們具有欣賞美和創造美的能力。科學美和科學實驗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。

科學實驗在學校教學活動中占據相當的分量，對提高學生的素質與創新能力有重要的、不可替代的作用。學生不僅需要堅實的基礎知識，還必須具有相當的美學修養才能擔負起建設祖國的重任。因此，在科學實驗中加強審美實踐、融入美學理念，不僅可以促進學生的審美素養的提高，而且可以促進學生的情感發展，進而來提高學生的創造力、想象力乃至智力水平，最終實現學生全面發展的目標，真正做到追求真與追求美的統一。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。”如果實驗教學能使學生感到有興趣，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，這也說明實驗教學本身也達到了極高的藝術水平。