试论科学美与大学教学

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  【摘 要】本文论述了美育在大学教学中的重要地位,大学课程教学中蕴含的美的因素的种种表现,科学美学思想在教学中的作用,并结合作者多年的教学实践体会,介绍了在课程教学中进行美育的具体做法和感受。
  【关键词】科学美 多样统一美 和谐奇异美 简单有序美
  【中图分类号】G641 【文献标识码】A 【文章编号】1006-9682(2009)02-0035-03
  
  如何在大学教学中贯彻美育,是广大教师共同关注的重大课题。本文就在大学本科教学中美育的地位、美的因素、科学美学思想在教学的作用和实施谈几点看法。
  
  一、美育在大学教学中的地位
  
  美育是全面发展教育的一个重要组成部分,它在大学本科教育中占有特殊的地位。要贯彻全面发展的教育方针,尤其是要实施素质教育,必须把德育、智育、体育、美育等有机地统一在教学活动的各个环节中,忽视任何一个方面都将影响人才培养的质量。然而,由于中国现行的教育长期来存在着重视智育,忽视美育的现象,因此,目前有必要特别强调美育的重要性。
  美育在大学本科教育的特殊地位主要表现在以下两方面:首先,美育充分地体现了全面发展教育,尤其是素质教育的宗旨。德、智、体三育都只侧重于发展和培养学生某一方面的能力和素质,而美育则致力于学生的综合素质的提高,它对学生的知、情、意等各方面都具有积极和有益的影响,而且还特别有利于学生的各种能力和素质的协调发展。其次,德育、智育、体育都可以利用美育的手段和方式来提高教育的效果,以情动人,寓教于乐,形象化教学等教学方法和手段之所以特别有效,正是因为它们都体现了美育的特性和原则。[1]
  
  二、大学教学中美的因素
  
  大学的各专业课虽因专业的不同而有较大的差异,但课程中美的因素及美育的功能则有共同之处,作为基础学科及工程技术课程中存在的美的因素常常表现为多样统一美、和谐奇异美及简单有序美。
  
  1.多样统一美
  客观事物和自然现象是千姿百态、千变万化的。因此,由它们构成的大千世界,必然呈现出万紫千红的自然美,反映客观事物和现象的特性及运动规律的科学知识,也必然是丰富多彩的。多样性来自不同事物的特殊性,但是客观事物之间又存在着内在联系,通过这种联系才能构成统一的整体,这就形成了既千变万化又和谐统一的美丽画卷。多样统一美,是人类历来永远追求的目标。在科学发展史中,科学家们在感受自然界多样性的过程中,逐渐认识到自然界的统一性,并执着地追求自身理论的统一。例如牛顿力学把天上、地下的所有物体的机械运动规律都统一起来,不仅开辟了一个非常广阔的应用空间,而且对物理学理论的发展产生了极为深远的影响,麦克斯韦的经典电磁理论把电、磁、光的运动统一起来,并预言了电磁波的存在;爱因斯坦的相对论把牛顿与麦克斯韦电磁理论统一起来,建立了一个全新的、更为普遍的物理学理论,对牛顿力学自建立以来暴露出的矛盾,以及物理学不断涌现和积累的大量的新现象、新成果、新问题等,都作出了意义深远的解答;德布洛意的物质波假设和量子力学理论又把粒子运动和波动在新的层次上统一起来,为微观世界给出了清晰的物理图景和物理基础;原子结构理论把宇宙万物统一起来;门捷列夫周期表是人类对化学元素的一次大的总结,把性质有别的元素连接在一起,为元素的研究、新元素的寻找、新材料的探索提出了一个可遵循的规律;细胞理论从横的方面把现存的千千万万种曾被认为互不相干的有机体统一了起来,揭示了细胞是一切生物的结构与功能的基础单位,是有机体发育的起点等等。当今自然科学及社会科学的理论、方法和手段在人类社会实践中正朝着综合化、整体化方向发展。庞大的科学知识群体,尽管其各部分在体系、内容、方法和发展诸方面都有其自身的结构,但越来越多的证据显示,它们又有着内在的联系。通过这种联系而构成统一的整体,从而形成自然界和社会的多样而又和谐统一之美。如果我们仔细考察20世纪以来的各领域的科学进展,必然会被它那绚丽多彩和高度统一所感染,产生一种美不胜言的激情和享受不尽的美感。
  
  2.和谐奇异美
  在各门自然科学和工程技术中到处都充满了和谐而奇异的美。例如古代人认为圆与球是最和谐最美的。所以,天文学家托勒密、哥白尼都用天体的圆形轨道来建立和谐的宇宙图象。后来,开普勒发现行星运动三定律,提出行星运动轨道是椭圆,椭圆与圆相对有所奇异,进动的椭圆更具动态之美。现代物理学更把“对称与破缺”作为一条重要的美学原则,因为它是和谐和奇异美的具体化。此外,粒子物理学研究还表明,即使是原子和天体在结构上也有惊人的相似与和谐。总之,自然界可以说是一个多样统一的、和谐奇异的“大家庭”。而且物理学、化学、生物学以及工程技术等许多领域的理论都正在沿着和谐——不和谐——更高层次的和谐方向螺旋式上升的。
  
  3.简单有序美
  清楚明白、简洁统一、结构有序、互为因果以及预见等都是科学美的内容。各学科中的概念、定律、方法等,无一不具有简洁明了有序的科学美。例如,牛顿的三大运动定律及万有引力定律,是从众多的物理现象中概括、提炼出来的,简明而完美,可以解释大至天体、小至砂粒的全部力学现象。爱因斯坦以光速不变及狭义相对性原理为基础建立的狭义相对论,通过逻辑演绎,得出了一系列重要结论,揭示了时间、空间和运动的统一性,给人以一种简明清晰、真刀实在的美感。又如在各门学科中常用的理想模型和模拟方法,如数学中的点、线、面;物理、化学中的质点、体、理想气体、理想流体、理想晶体、理想热机、理想溶液、电力线、磁力线、原子结构等模型;生物学中的模拟细胞;经济学中的克莱因宏观经济模型等,它们既科学又实在,既具体又简明,能将学生带入自然美的境界之中,给人以美的享受和熏陶。理工科大量用到的数学处理方法,往往把错综复杂的自然现象和工程技术问题用一些简单而严谨的函数关系或明快而准确的数学图象、曲线表述出来,给人以简明、充实的形式美感。此外,自然现象和规律在排列上由杂乱到整齐,由无序到有序,按照一不定期的规律进行,也能融入以有序性的美感。例如固体的空间点阵、太阳系行星的轨道排列、原子内电子的壳层分布等都体现了外形排列的有序美。
  总之,科学美的因素无处不在,无时不有。只要我们注意去发掘,并将它们融汇于教学中,让学生产生美的感受,受到美的熏陶,就必将提高他们的美学修养和思想境界。
  
  三、科学美学思想在教学中的作用
  
  科学美学思想不仅在科学研究中起过并且继续起着巨大的作用,而且对于大学各门课程的教学也有重要的作用。科学美在教学中的重要作用可归纳为:
  
  1.有利于激发学生学习兴趣
  法国科学家彭加勒指出:“科学家研究自然,并非因为这样做的好处,他们所以研究它,是因为他们从中得到乐趣,而他们所以能从中得到乐趣,那是因为它美。”自然界充满美的因素,学生在学习过程中能得到更多美的享受,因而对学科就会有良好的心理感受,就会对本学科产生较浓厚的学习兴趣,把学习该课程当成对美的追求和享受。
  
  2.有利于促进学生智力的发展
  美育是智育的基础,这主要表现在:
  (1)提高鉴赏科学美的能力,有利于学生对科学知识的理解与掌握。
  鉴赏即鉴别与欣赏。鉴别是对科学美的特征、类型的识别。欣赏是对科学美的内容的领悟和评价。鉴赏科学美,是在学习具体的科学知识的过程中进行的。因此,鉴赏科学美的过程,同时也是进一步学习科学知识的过程。诲森伯曾说过:“如果自然界把我们引向极其简单而美丽的数学形式——我所说的形式是指假设、公理等等的贯彻一致的体系——引向前人所未见过的形式,我们就不得不认为这些形式是真的。”狄德罗也曾说过:“算学中所谓的美的问题,是指一个难于解决的问题,所谓美的解答,是指一个难于解决的问题的简易回答。”原来杂乱无章、如同乱麻的复杂的论点找到清晰完善的表达方式和井然有序的内部结构,理论体系具有像建筑和音乐的秩序美、节奏美,将许多规定综合为均衡、匀称、和谐、多样统一的简明系统,这既是科学研究的理想和极境,也是一种审美境界。审美能力以认知能力为基础,反过来又能促进认知能力发展。科学概念的深刻明晰、自然规律的和谐统一、数学公式的简洁对称,自然现象的奇特、物理和数学模型美的形式。实验的巧妙精湛、技术的纯熟掌握等,都能触发学生的美感。这种美感不仅能够促进学生对知识的理解和掌握,而且也可启发学生进行创造性学习。例如,根据简洁和谐原则,用比较分类方法和类比方法有助于总结所学知识,理清内在联系和形式方法体系;启发学生在解决实际问题时,不满足于现成结论,而去探索更巧妙更简洁的解法。   (2)表现和创造科学美,有利于学生对科学知识的灵活运用。
  表现和创造科学美是在科学知识的运用过程中进行的。因此,表现和创造科学美的过程,也是学生灵活运用所学知识的过程。例如,学生面对计算题中“一题多解”,可以从多种角度来反映自然现象、物理过程、物理量之间的关系以形成多种解题方案,表现出和创造出自然界的和谐美和多样统一美;从多种解题方案中选择一种最佳答案,并用规范、简洁的解题格式表达出来,从而表现和创造出自然的简洁美。此外,在教学中“真”与“美”的有机结合,有助于使学生在认识和运用科学知识进行创造性学习的过程中感受、鉴赏、表现和创造科学美。这样的学习活动显然有利于他们的抽象思维与形象思维的协调发展,形成完美的思维结构。与此同时,由于美育具有潜移默化的作用,以致对学生品性和情操的形成也会产生渗透、感染和升华作用。
  
  3.有利于激发教师的教学情绪
  教学不仅是科学知识的传授过程,也是情感的交流过程。在教学过程中,教师自身的情绪因素对教学具有重要影响。一个没有职业美感和科学美感的教师,必定会把年复一年的教学活动视为对知识的机械重复,感到教学单调乏味,进而产生应付态度和厌倦情绪。反之,教师有较强的职业美感和科学美感,就会把教学当作艺术,认为教学就如艺术家对艺术美的追求一样,永无止境。从而也就能对教学工作产生极大的乐趣和热情,以高度的责任感和努力钻研精神,挖掘教材中蕴含的理性之美,精心设计教学过程,使学生也充分感受到美之所在。在课堂上,当教师被教学美所陶醉时,学生的情绪也自然会被感染,这种美感与理智互相渗透融合在一起而产生“谐振”时,教学之间就能实现最佳结合,产生最佳效果。
  
  四、在大学教学中美育的实施
  
  科学是美的,但怎样才能使学生也懂得欣赏科学中美的因素,使他们在学习中也获得美的享受,从而激起学习课程的浓厚兴趣呢?下面结合笔者的实践体会谈几点看法。
  
  1.在备课中要充分挖掘教材中的科学美因素
  实践证明,自然界是美的,反映是非曲直自然界规律的理论也是美的。例如,麦克斯韦在库仑、奥斯特、安培、法拉第等人相继耕耘过的电磁学园地中,用一组漂亮的偏微分方程把原来互相分割的、由库仑定律、高斯定理、安培定律、法拉第定律等所概括的“部分美”联系起来,编织成一幅完整的电磁学图景给人以清新、简洁、和谐、对称的统一美感,成为物理学大厦中的艺术珍品。又如,爱因斯坦建立的相对论,堪称当代科学美的典范。它集经典物理之大成而加以发展,使空间与时间、质量与能量、惯性质量与引力质量、动量守恒与能量守恒、惯性系与非惯性系统一起来,无论其内容还是其形式都给人以美不胜收的感受。每门学科中类似的例子比比皆是,只要我们在备课时留心,从历史的角度、从方法论的角度来考虑,就不难发现它们。总之,教师在备课时对教材中美育内涵挖掘得越深入,体会越透彻,在教学中贯彻美育就会越得心应手。[2]
  
  2.要形象逼真地显示美的自然现象,尽力增大视觉通道的教学信息量。
  关于学习比率的研究表明,人们学习,通过视觉获得的知识约占83%,听觉占11%,嗅觉占3.5%,触觉占1.5%,味觉占1%。这说明,视觉和听觉在学习中所起的作用最大。
  关于注意比率的研究表明,人们学习时,使用视觉媒体,其注意集中力的比率为81.7%,使用听觉媒体,为54.6%,前者比后者高得多。
  关于记忆比率的研究表明,同样学习一份材料,采取传统口授,让学生只听(纯听觉),3小时后能记住60%,采取只看(纯视觉),3小时后能记住70%,视听并用,3小时后能记住90%,3天后,三种学习方法的记忆率分别为15%、40%、75%。可见视听并用的记忆率,远远大于只看、只听。3天后,则大于二者之和。[3]
  从以上三项研究可见:①在学习中,眼和耳最有效。人们的学习,对知识的掌握,是通过各种感官(眼、耳、鼻、舌、身)
  把外界信息传递给大脑中枢而形成的。这些感官的功能各异,其中数眼最灵、耳次之。这一研究结果是符合心理学、生理学和解剖学原理的。人眼有400多万条神经纤维通向大脑,而耳只有6万多条,比眼少380余倍,这即是“百闻不如一见”的道理。②多种感官并用,在教学中同时采用声、光、电等形式来传递教育信息,学生的学习交率最高,因而能大大提高教学效果。
  
  3.运用比较法,追求和谐奇异美。
  物质世界总是处于不断变化和广泛的联系之中,物质运动的各种形态,无论种类如何繁多,它们都是既相互区别又相互联系的。这一情况的存在,根源于物质运动的统一性和多样性。物质运动的统一性决定了事物之间相互联系的一面,即同一性。而物质运动的多样性又决定了事物之间相互区别的一面,即差异性。总之,离开同一的绝对差异是不存在的,离开差异的绝对统一也是不存在的。统一和差异不可分割地联系在一起,这就是比较方法的客观基础。人们认识客观事物总是从区分事物开始的,而要区分事物,首先就得比较,有比较才有鉴别。在教学中运用比较方法,可以使学生同中求异,异中求同,使奇异的客观事物和规律显示奇异,从而也使教学进入和谐奇异美的境界。例如“刚体定轴转动”的教学,通过将I与M,β与α、ω与υ、M与F作
  比较和类比,从而可得出
  
  等类似规律。刚体定轴转动与质点动力
  学虽然在很大程度上存在奇异,但由于都是描述机械运动的物理量和规律,两者的内在联系十分密切,因而在处理方法上也十分相似,同时两者又是那么和谐。通过比较,从和谐中可发现奇异,从奇异中又可求得新的和谐。这不仅使学生容易掌握刚体定轴转动的规律,而且也有利于培养学生分析问题的能力,同时也赋予了教学美的新形式,给学生以美的享受。
  此外,教师规范化的语言,字迹清楚优美、排列整齐有序、内容简明扼要的板书,规范工整、色彩和谐的图示,以及解题规范化和学生简明、整洁、正确的作业等,也渗透着美的因素,皆可给学生以美的享受。[4]
  
  参考文献
  1 朱立元. 美学[M].北京:高等教育出版社,2002:400
  2 张相轮. 教学美学[M].上海:华东师范大学出版社,1998:157
  3 何维杰、黄满池、占美才、黄秉曙等. 运用多媒体优化大学物理教学的尝试[J].机电工业电教研究,1994.2:6~7
  4 张楚延. 大学人文精神构架[M].长沙:湖南师范大学出版社,2000:36~37
  
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