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美学原理论: 什么是科学美?
它与自然美有什么关系?
科学美来源于自然美，但它不是指大自然的美的景色，而是指潜藏在感性美之后的理性美，并为理智所能领悟的自然界内在结构所显示的和谐、秩序、简单、统一的美，是审美者通过理解、想象、逻辑思维所体验到的美。科学美是中小学生审美素质教育的重要组成部分之一。 1．科学美的意义
科学美感是指具有科学美的事物作用于审美者。在其内心世界激起欢乐和愉悦等特殊心理感受。 在科学认识和探讨中能唤起科学美感，这对科学家来说，是不言而喻的。法国数学家彭加勒说：“科学家研究自然，并非因为这样做有用处。他所以研究它，是因为他从中能得到乐趣。他所以能得到乐趣，那是因为它美。”爱因斯坦在分析自己科学感受时说：“照亮我的道路，并不断给我新的勇气去愉快地正视生活的理想，是善、是美和真。” 科学美的客观存在是毋庸置疑的，科学家大都有科学美的审美感受。因此，科学学习就不但是一种科学认知活动，也是一种审美感知过程。如果在科学学习中，能把求知和审美结合起来，以美求知就会激发学习兴趣，减轻学习负担，增长才干，获得提高学习效率的效果。 2．科学美的内涵
科学美又称科学理论美，包括科学实验美。自然科学是研究自然界的客观规律的，科学理论是客观物质运动规律的反映和总结。因此，了解科学美还要从科学与美的联系和人在科学认识活动中产生美感两个方面去理解。 科学理论是科学家的头脑对自然界内容美的反映。科学理论的发现过程，就是科学家对自然界的内容美的审美感受过程。科学美是客观存在的，正如现代物理学家扬振宁教授所说：“科学中存在美，所有科学家都有这种感受。”科学家一旦创造性地发现了自然界的内在规律，理解了自然界内在结构的惊人的秩序性、统一性与和谐性，这种有机统一的自然图景同审美者对自然对科学的热爱之情达到情景交融时，就会产生科学美感。正如科学家巴斯德所说：“当你终于确实明白了某件事物时，你所感到的快乐是人类所能感到的一种最大的快乐。”这种快乐就是指科学美感。从这个意义上说，一个学生经过刻苦地学习实践，从而掌握科学知识和规律，增强了学习兴趣，这其中就体现了科学美。 3．科学美的特征
前面我们已经对各学科的科学美内容及现代科学家对科学美的体验和论述，可以把科学美的基本特征归纳为以和谐、简单、对称和新奇为标志的4个方面。 ①科学美的和谐方面。 美学家大都主张美是和谐。科学理论美是自然中存在的和谐在人们意识中的反映。它指的是理论内在和谐结构和外在和谐功能两个方面的有机统一。前者是说理论的“逻辑结构合理匀称”，使概念清晰明白，简洁优美；后者表现为能正确反映客观世界，符合观察实验事实及其他正确理论的检验。如物质守恒定律、能量守恒定律等，这些理论本身是协调一致的，同时与各个学科都有广泛的联系。凡是一种理论，它的普遍适应性越广，它的审美坐标就越高。 自然界的长期进化过程表明，它本质上是最优化的，最和谐、均衡、统一的。凡是能表达自然这种内在特征的理论都具有和谐美。例如，解析几何的美学价值在于它把代数、几何和逻辑学有机地统一起来；牛顿力学的美学价值在于它把宏观运动统一起来；元素周期律把物质世界的元素井然有序地统一起来；生物进化论则把几百万种的生物起源统一起来。 和谐是指事物的各部分配合得当，协调一致，均衡舒畅，多样性统一。科学理论能否反映自然这种和谐，是其美学价值重要标准之一。 ②科学美的简单方面。 爱因斯坦认为，评价一个理论美不美，标准是原理上的简单性。这里的简单性是指科学理论、定理、公式的简单形式与其深广内涵的统一。这两个方面必须联系起来去理解，就是说，要从尽可能少的假设或公理出发，通过逻辑演绎概括尽可能多的经验事实。因为，“理论的前提简单性越大，它所涉及的事物种类就越多，它的应用范围就越广，给人们的美感就越深”。要注意的是，这里的简单性不是指学习这种理论时产生的困难最少，而是指理论赖以建立的独立的假设或公式最少。例如，爱因斯坦的质能关系式E＝mc2深刻地揭示了自然界微观、宏观、宇观无数质能变化的规律，但形式却十分简洁，具有很烈的审美价值。我国出版纪念爱因斯坦的邮票上，印上了这个简洁的公式，它代表这位伟大的科学家对人类贡献的精华。 ③科学美的对称方面。 科学理论的对称性来源于自然界物质形态及其运动图景所具有的广泛对称性。凯库勒的苯分子结构理论之所以美，不仅因为它与实验事实相符合，也因为它采取双轴对称的几何图形，给人以美的魅力。自然界的原子、分子以及生物结构都具有这种对称美。这种均衡、稳定给人以美感。因此，凡能反映自然这一特征的理论也是美的，如平衡理论、对称理论、对偶理论、稳定理论都有较高的审美价值。科学理论中，对称性的美学意境，引起很多科学家心驰神往。如空间对称、时间对称、性状对称、守恒对称（各种守恒定律）等，一旦被发现，常令科学家因窥到自然奇异美丽的内部而兴奋不已。生物学上的遗传与变异，同化与异化；化学上的合成与分解，氧化与还原；物理上的电场与磁场，波粒二相性，负电子与正电子等都是因有很美的对称形式而受到欣赏。数学上，一个完美命题的充分条件和必要条件，就是这一命题的对称美。为了数学的发展，许多数学家为追求命题的对称美而耗尽毕业生的精力。 ④科学美的新奇方面。 培根说：“没有一个极美的东西不是在匀称中有关某种奇异。”科学理论美的新奇特征来源于科学思想的独创性和科学方法的新颖。富有独创性，是科学理论生命力的所在，也是审美价值的所在。新奇与和谐是对立统一的，新奇的内容必须具备和谐性才能显示出科学理论的新奇美。 科学理论在原则上是向人们提供关于自然界的新知识。如果科学理论阐明了人类知识背景所没有的知识，提出了人们意料之外的科学假说，并能在前人可靠的科学成果基础上获得新颖的成就，这种重大的新奇理论将导致科学的革命，将推动科学向更高一级发展，这种理论的审美价值就更大。爱因斯坦的相对论规律就是这种新奇美的典型。 新奇之所以被看作是科学美的重要特征，因为它体现了科学理论发现中的艺术因素。新奇的科学思想可以在观察或实验中启发和萌发，但在本质上是创造思维的结晶，单纯的观察实验无论积累多少资料，都无法直接地、必然地导出独创性的思想来。如生物学史上，18世纪的生物学家林奈，用毕生精力从事生物考察和分类工作，积累了大量有关生物性状的材料，却得到一个物种不变的结论。而19世纪的达尔文在考察了不同生物性状和环境的关系，产生了科学的生物进化论的思想。在化学史上，同样进行的氧化——还原反应的实验研究，对英国化学家普里斯特来说，是反观察的结果用来修补陈旧的燃素说；而法国拉瓦锡从实验中却悟出了氧化学说的新理论。 总之，科学美是以和谐、简单、对称和新奇为其主要特征的，而和谐简单是科学美的最基本的因素。 |
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