谈到美，人们也许更多地与人文课程相联系，认为人文课程中有许多美的因素，有助于对学生进行审美教育。其实，科学课程中也存在着美，一种反映客观物质世界的本来面貌、揭示事物运行规律的美——科学美。这种美不是艺术家的作品，而是大自然自身的作品，同时也是科学家精心“创作”的作品。这种美是一种质朴的美，纯正的美，一种深沉的美，含蓄的美，一种让科学家陶醉其中，情愿用毕生精力去不懈追求的美。在科学课程中揭示科学美，能够唤起学生的审美意识、激发审美情感、陶冶审美情操，能够培养学生的审美精神，促进学生人文精神的成长。 一、唤起审美意识 要培养学生的审美精神，首先要唤起他们对科学的审美意识，要让他们明确科学与美有着内在的必然联系，科学之中的确存在着美。那么，科学中的美是通过哪些方面表现出来的呢？一般说来，科学之美主要通过科学方法和科学理论两方面表现出来。 先看科学方法。科学方法不仅具有严谨、求实、创新的特征，而且具有审美的特征。就科学实验而言，它合理而巧妙的设计、新颖有序的装置、实验者操作技术的精湛、娴熟，都有美的特征。如，在进行化学实验时，首先映入眼帘的是晶莹剔透的玻璃仪器的美，稳定、均衡、和谐的实验装置的美。在实验过程中，伴随有声、光、色的变化，气体放出，沉淀生成等现象，更是绚丽多姿、变幻无穷，令人悦目赏心。再以物理实验为例，美国物理学家迈克尔逊和莫雷合作所做的“迈克尔逊—莫雷实验”，证明了光速在不同方向上都相同，从而否定了“以太”的存在。这一实验设计得很精巧，“要求研究者有着学者的分析的智慧、艺术家的审美知觉和诗人的形象性语言”。〔1〕对此， 爱因斯坦曾给予了高度评价，认为迈克尔逊能够设计出这样的实验是非常惊人的，“在很大程度上要归功于他对科学的艺术家的感触和手法，尤其是对于对称和形式的感觉。”〔2〕爱因斯坦非常欣赏迈克尔逊的艺术家性格， 称迈克尔逊是“科学中的艺术家”，“他的最大乐趣似乎来自实验本身的优美和所使用方法的精湛”。〔3〕可见， 科学实验的确存在着美的因素。 再看科学理论。如果说艺术家创作的艺术作品是通过音、形、动作以及文字等形式来表现美的话，那么科学家“创作”的科学理论则是用数字、符号、曲线、公式、图表等形式来表达美。科学理论既是科学作品，又是艺术作品，科学理论本身具有美的特性。物理学家玻尔兹曼曾这样评价麦克斯韦的气体动力学理论：“既然一个音乐家能从头几个音节辨认出他的莫扎特、贝多芬和舒伯特，那么一个数学家也能从头几页文章中辨认出他的柯西、高斯、雅可比、赫姆霍茨或哥切霍夫。法国作者以他们极端的优雅风度来表现自己，而英国人特别是麦克斯韦，是以他们引人注目的判断力来表现自己。譬如说，有谁不知麦克斯韦在气体动力学理论方面的论文呢？……速度的变量一开始就被严格地展开，后来，从一边杀出了状态方程；另一边又杀出了在中心场的运动方程。公式的混乱有增无已。突然，我们听到，就象从铜鼓发出的四个音节‘令n＝5’。那不祥的魔鬼v（两个分子间的相对速度）隐去了；同时， 就象在音乐中那样，低音中的一个原先还是主要的修饰音突然沉寂了，看来是不可克服的那些东西都被排除了，好象有一根魔杖一挥。……一个一个结果接踵而至，直到最后，意外的高潮——热平衡条件和输运系数的解同时被得到，帷幕就降落了！”〔4〕这段评论， 把科学理论当作一曲波澜壮阔的交响乐来欣赏，也十分恰当，十分美妙！ 对于爱因斯坦的广义相对论，几乎所有回忆爱因斯坦的文章都会说到他所创立的理论所具有的美学上的特点。钱德拉萨克认为广义相对论在不同水平上都显示了调和中的奇异之美，从电磁场到黑洞，每个层次上都是如此。“这一事实给广义相对论增添了比其他任何事物都多的无与伦比的美。”〔5 〕现代西德物理学家玻恩则钦佩“它是一件伟大的艺术作品”，因为它是哲学领悟、物理直觉和数学技巧最惊人的结合。 在科学理论中，数学理论的美特别是数学公式所表达的美尤为突出。数学家罗素认为：“数学，如果正确地看它，不但拥有真理，而且也具有至高的美，正像雕刻的美，是一种冷而严肃的美，这种美不是投合我们天性的微弱的方面，这种美没有绘画或音乐的那些华丽的装饰，它可以纯净到崇高的地步，能够达到严格的只有最伟大的艺术才能显示的那种完美的境地。”另一位数学家哈代在论文《一个数学家的自白》中写道：“数学家跟画家或诗人一样，也是造型家。如果说数学家的造型比画家和诗人的造型更能经受时间的考验，这是因为前者是由概念塑造的。而画家造型是用形与色，诗人则是使用语言。……概念也像色彩或语言一样，必须和谐一致。美是首要标准，不美的数学在世界上是找不到永久容身之地的。”数学家斯蒂恩更是认为“尽管艺术界里还没有像数学结果那样的客观性，数学创造的动机和标准却更像艺术的而不像科学的。在数学定理的评价中，审美的标准既重于逻辑的标准，又重于实用的标准：美观与高雅对数学概念的评价来说，比是否严格正确、是否可能应用都重要得多。” 对于数学公式的美，前苏联哲学家柯普宁曾这样说：“数学家导出方程或公式，就如同看到雕像、美丽的风景、听到优美的曲调等一样，从而得到充分的快乐。”以高等数学中马克劳林公式为例，如果把该公式应用于函数f（x）＝e[x]，则该函数可表述为如下无穷级数： x[2] x[3]x[4] e[x]＝1+x+───+────+──────+… 1·21·2·3 1·2·3·4 令x＝1，于是便导出了关于数e的无穷级数： 11 1 e＝1+1+───+────+──────+… 1·21·2·3 1·2·3·4 在该无穷级数中，取的项数越多，所得的e值也就越精确。 这多么象是一组跳动着的音符、一首隽永无比的诗！尤其是，它那优美的逻辑推理，天衣无缝的精美结构，和谐简洁的无穷层次，气势磅礴的对称排列，更令人惊叹！
