池邦東

摘 要：自然科學(xué)是一個(gè)美的世界，蘊(yùn)含著豐富的自然美，包括知識(shí)中的簡(jiǎn)潔美、對(duì)稱美、統(tǒng)一美和知識(shí)探究中的發(fā)現(xiàn)美。認(rèn)識(shí)與發(fā)掘自然科學(xué)之美，從美的角度去認(rèn)識(shí)自然、研究自然、發(fā)現(xiàn)自然，可以提高學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，加深對(duì)知識(shí)的理解，培養(yǎng)科學(xué)的審美觀念，提高學(xué)生的審美情趣。

關(guān)鍵詞：自然科學(xué)；美；課堂

自然科學(xué)是研究自然界中物質(zhì)的性質(zhì)、變化和規(guī)律的一門學(xué)科，涵蓋了生活中的方方面面，知識(shí)點(diǎn)包羅萬(wàn)象，是初中課程中最能拓寬學(xué)生視野的一門學(xué)科。而現(xiàn)行的科學(xué)教育，在應(yīng)試教育的指揮棒下，教學(xué)的價(jià)值取向產(chǎn)生了偏離。本文根據(jù)科學(xué)美的一般范疇，結(jié)合初中教材，簡(jiǎn)述蘊(yùn)藏于自然科學(xué)知識(shí)和知識(shí)傳授中的美。

一、簡(jiǎn)潔美

科學(xué)知識(shí)的簡(jiǎn)潔美，在數(shù)學(xué)形式表現(xiàn)的科學(xué)公式中得到最集中的體現(xiàn)。如愛(ài)因斯坦發(fā)現(xiàn)的質(zhì)能方程E=mc2，它反映了物質(zhì)的質(zhì)量與能量之間的聯(lián)系，其數(shù)學(xué)表達(dá)形式簡(jiǎn)潔無(wú)比，但卻成為了指導(dǎo)人們進(jìn)一步認(rèn)識(shí)核反應(yīng)規(guī)律和從核反應(yīng)中獲得巨大能量的基礎(chǔ)理論，從這一點(diǎn)講，它又是深刻的。在教學(xué)中，通過(guò)從核反應(yīng)中原子核質(zhì)量的變化并伴隨釋放或吸收巨大的能量，而原子核質(zhì)量的變化與釋放或吸收能量之間的關(guān)系卻由E=mc2這樣簡(jiǎn)潔的關(guān)系式所描述，可以使學(xué)生感悟到復(fù)雜的物理表象背后其關(guān)系式卻透出無(wú)比的簡(jiǎn)潔美。

再如：門捷列夫發(fā)現(xiàn)并創(chuàng)立的元素周期表，其靈感來(lái)源簡(jiǎn)單的撲克。無(wú)事時(shí)排列撲克牌讓他想起元素是否可以按順序排列，隨后他就付之于行動(dòng)，于是，一項(xiàng)偉大的發(fā)現(xiàn)誕生了。排列的元素周期表是如此簡(jiǎn)單，但這個(gè)表格是在他“經(jīng)過(guò)多次更精確的實(shí)驗(yàn)完善并維護(hù)了周期表的完美性，經(jīng)歷了一個(gè)‘真必須服從‘簡(jiǎn)的科學(xué)美的原則”之后完成的，是在不斷地趨美求真、去繁求簡(jiǎn)中完善起來(lái)的。如此簡(jiǎn)單的元素周期表，卻演繹出化學(xué)世界的神奇紛繁、千變?nèi)f化，成為人類探素自然世界周期發(fā)展的金鑰匙，從而使令人眼花的化學(xué)世界顯示出有序而又簡(jiǎn)潔的本質(zhì)。

二、對(duì)稱美

天與地、陰與陽(yáng)、上與下這些自古以來(lái)就有的對(duì)稱，給人一種和諧、穩(wěn)定、勻稱的美感?？茖W(xué)的對(duì)稱美源自客觀物質(zhì)世界的存在、作用、運(yùn)動(dòng)、形態(tài)所具有的對(duì)稱性。如，自然科學(xué)中的運(yùn)動(dòng)與靜止、引力與斥力、勻速與變速、變力與恒力、反射與折射、溶解與結(jié)晶、液化與汽化，數(shù)學(xué)中的正與負(fù)、奇與偶、加與減、實(shí)數(shù)與虛數(shù)，等等，都是自然美的對(duì)稱性反映。

這種自然界中的對(duì)稱在教學(xué)中對(duì)學(xué)生的思維啟示也有著重要作用。比如：對(duì)學(xué)生進(jìn)行電磁波教學(xué)時(shí)，可以先給學(xué)生講授變化的電場(chǎng)可以產(chǎn)生變化的磁場(chǎng)這一知識(shí)，然后提問(wèn)：“變化的電場(chǎng)可以產(chǎn)生變化的磁場(chǎng)，而大家都知道，電和磁之間可以互相轉(zhuǎn)化，并且電和磁的存在都可以不需要媒介，如果空中有一個(gè)變化的電場(chǎng)，那后面的情況會(huì)是怎樣的呢？”學(xué)生通過(guò)對(duì)稱性這一規(guī)律可以進(jìn)行猜想：變化的電場(chǎng)產(chǎn)生變化的磁場(chǎng)，而變化的磁場(chǎng)又會(huì)產(chǎn)生變化的電場(chǎng)，這樣互相轉(zhuǎn)換，如果這種轉(zhuǎn)換在空間上具有延續(xù)性，就會(huì)在空中不斷地傳播下去。這時(shí)教師再對(duì)電和磁之間的轉(zhuǎn)化做一個(gè)簡(jiǎn)單的講述，學(xué)生學(xué)起來(lái)就容易多了。

三、統(tǒng)一美

統(tǒng)一，給人以整齊、一致的美感，科學(xué)的統(tǒng)一美是物質(zhì)在自然界中和諧統(tǒng)一的本質(zhì)體現(xiàn)。在自然界中，各種不同甚至對(duì)立的自然事物和現(xiàn)象通過(guò)多種渠道聯(lián)系在一起，呈現(xiàn)出和諧、統(tǒng)一的自然之美。萬(wàn)物歸一是科學(xué)家探索未知世界過(guò)程中夢(mèng)寐以求的最高目標(biāo)。愛(ài)因思坦的相對(duì)論即是他追求統(tǒng)一美的結(jié)果。當(dāng)時(shí)，牛頓力學(xué)相對(duì)性原理與麥克斯韋電磁學(xué)原理運(yùn)用于運(yùn)動(dòng)物體時(shí)發(fā)生不對(duì)稱的矛盾，愛(ài)因斯坦結(jié)合相對(duì)性原理和洛倫茲變換原理，成功地將兩者統(tǒng)一起來(lái)，從而將經(jīng)典力學(xué)中分立的時(shí)間、空間、物質(zhì)、運(yùn)動(dòng)、時(shí)空等概念統(tǒng)一起來(lái)，建立了狹義相對(duì)論這一著名理論，并最終將經(jīng)典力學(xué)中分立的質(zhì)量與能量、動(dòng)量與能量概念也統(tǒng)一了起來(lái)。

初中的自然科學(xué)知識(shí)，相對(duì)比較簡(jiǎn)單、基礎(chǔ)，學(xué)生自己可能難以悟出知識(shí)的統(tǒng)一美，但對(duì)于一些知識(shí)，可以在教師的引導(dǎo)下讓學(xué)生領(lǐng)悟這種統(tǒng)一性。如圓（球）形在自然界的普遍存在性必然與其特點(diǎn)相適應(yīng)，就此，可以設(shè)計(jì)以下的問(wèn)題：（1）從數(shù)學(xué)上講，圓（球）形具有什么特點(diǎn)？（2）鵝卵石為什么是圓球形的？（3）地球?yàn)槭裁词菆A球形的？星球?yàn)槭裁创蠖嗍菆A球形的？星球的運(yùn)動(dòng)軌跡為什么大多也是圓的？（4）航天器材為什么很多都做成圓形的？彩虹為什么是圓弧形的？（5）如果沒(méi)有重力，水滴會(huì)是什么形狀，蠟燭燃燒的火焰是什么形狀？為什么？（6）如果宇宙有邊界的話，可能是什么樣的邊界？（7）在常見(jiàn)的形體中，什么樣的形體最穩(wěn)定？萬(wàn)物在宇宙之中，都想趨于什么狀態(tài)？（8）詞語(yǔ)“圓滑”一詞由何而來(lái)？生活中它又有什么現(xiàn)實(shí)意義？

上面這些問(wèn)題，必然會(huì)引起學(xué)生的思辨、討論、聯(lián)想，然后教師稍做引導(dǎo)，便可以總結(jié)出如下自然規(guī)律：世界萬(wàn)物都想趨于穩(wěn)定，而圓（球）形是最穩(wěn)定、最堅(jiān)固、最均衡、最節(jié)省面（體）積的一種形狀，圓形是自然選擇的結(jié)果，是萬(wàn)物適應(yīng)自然、趨于穩(wěn)定的一種表現(xiàn)。通過(guò)上述過(guò)程，學(xué)生也就領(lǐng)悟到自然界中很多看似不相關(guān)的表象下面，有些許相似和統(tǒng)一。

總之，教師只有對(duì)科學(xué)知識(shí)中所蘊(yùn)涵的美有深刻的領(lǐng)悟，在講解科學(xué)概念、定理、公式時(shí)，才能向?qū)W生講清楚這些知識(shí)的美以及當(dāng)初科學(xué)家們探索時(shí)走過(guò)的審美歷程，并把自己對(duì)科學(xué)的審美感悟、態(tài)度、信念傳達(dá)給學(xué)生。