化學(xué)與藝術(shù)結(jié)合淺談

鄭一平 吳政 劉思潔 黃超群 陳逸如

[摘 要] 本文從化學(xué)之美、化學(xué)與生活結(jié)合、科學(xué)可視化創(chuàng)新、開設(shè)化學(xué)與藝術(shù)融合的課程四個(gè)方面介紹化學(xué)與藝術(shù)的結(jié)合，兩者相互促進(jìn)、相互融合，為我們的高等化學(xué)教育指出可行的方向。

[關(guān)鍵詞] 化學(xué);藝術(shù);學(xué)科交叉融合

[作者簡(jiǎn)介] 鄭一平（1980—），女，福建莆田人，碩士，北京服裝學(xué)院材料設(shè)計(jì)與工程學(xué)院講師，研究方向?yàn)殡娭伦兩牧虾痛判圆牧?吳 政 （1961—），男，江蘇常熟人，學(xué)士，北京服裝學(xué)院材料設(shè)計(jì)與工程學(xué)院副教授（通信作者），研究方向?yàn)闊o(wú)機(jī)化學(xué)和分析化學(xué)。

[中圖分類號(hào)] G718.5 ? ?[文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼] A ? ?[文章編號(hào)] 1674-9324（2020）39-0251-02 ? ?[收稿日期] 2019-11-13

化學(xué)與藝術(shù)在傳統(tǒng)印象中是兩門沒有交叉的學(xué)科，擁有獨(dú)立的知識(shí)體系和解決問題的方法論。過去我們站得不夠高，看得不夠遠(yuǎn)，以為科學(xué)求真，藝術(shù)求美，兩者相去甚遠(yuǎn)，其實(shí)不然。對(duì)于那些有藝術(shù)修養(yǎng)的科學(xué)家和有科學(xué)修養(yǎng)的藝術(shù)家來講，科學(xué)與藝術(shù)在他們身上和諧地融為一體了?？萍嫉倪M(jìn)步給藝術(shù)帶來翻天覆地的影響，推動(dòng)藝術(shù)創(chuàng)作、藝術(shù)欣賞、藝術(shù)思維和藝術(shù)審美的發(fā)展，更為重要的是，科技的發(fā)展使藝術(shù)的表現(xiàn)形式更加多元化、技術(shù)化、專業(yè)化，出現(xiàn)了如攝影、錄像、電影、電視等技術(shù)手段。

現(xiàn)在的化學(xué)與藝術(shù)之間，是相互聯(lián)系、相互影響、相互滲透、相互促進(jìn)?；瘜W(xué)是一門重要的自然學(xué)科，既有實(shí)用性又有創(chuàng)造性，本身蘊(yùn)含了豐富的美學(xué)價(jià)值。在與藝術(shù)的聯(lián)系上，化學(xué)具有得天獨(dú)厚的優(yōu)勢(shì)?；瘜W(xué)通過實(shí)驗(yàn)、理論研究、技術(shù)方法、研究成果等為我們展現(xiàn)了現(xiàn)象之美、理論描述之美、理論結(jié)構(gòu)之美、技術(shù)之美[1]。

筆者所在院校為藝工結(jié)合院校，入校學(xué)生理工基礎(chǔ)普遍不夠扎實(shí)，大一新生對(duì)教師還比較依賴。若無(wú)視事實(shí)，強(qiáng)行加深教學(xué)內(nèi)容，拓寬教學(xué)范圍，容易打擊學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性和能動(dòng)性，無(wú)疑是雪上加霜。倘若能在大一年級(jí)剛開始進(jìn)入專業(yè)學(xué)習(xí)時(shí)，以少而精的原則教授基礎(chǔ)理論，將趣味化學(xué)與化學(xué)教學(xué)相結(jié)合，鞏固化學(xué)內(nèi)容，利用實(shí)驗(yàn)、多媒體等手段，將化學(xué)實(shí)驗(yàn)與藝術(shù)相結(jié)合，向?qū)W生們展示化學(xué)世界的豐富多彩，激發(fā)他們學(xué)習(xí)化學(xué)的興趣，引導(dǎo)他們探索化學(xué)奧秘，算是另辟蹊徑。下面我們從四個(gè)方面介紹化學(xué)與藝術(shù)的結(jié)合。

一、化學(xué)之美

化學(xué)物質(zhì)的性狀具有藝術(shù)感和美感，藍(lán)寶石樣的硫酸銅，水晶似的明礬，碧玉般的硫酸鎳……晶體外形對(duì)稱，有序和諧，色彩絢麗，晶瑩剔透;溶洞里的鐘乳石和石筍鬼斧神工，千姿百態(tài)，其主要成分是碳酸鈣?；瘜W(xué)結(jié)構(gòu)之美超乎想象，讓人著迷?；瘜W(xué)結(jié)構(gòu)式規(guī)則的線條、整齊的原子排列具有幾何美感，為人類的藝術(shù)創(chuàng)作提供靈感。將化學(xué)結(jié)構(gòu)之美宏觀展現(xiàn)在建筑上的代表作之一——布魯塞爾原子塔，其設(shè)計(jì)構(gòu)思正是將α鐵正方晶體結(jié)構(gòu)的模型放大1650億倍，9顆圓球代表9個(gè)鐵原子。德國(guó)化學(xué)家凱庫(kù)勒發(fā)現(xiàn)的苯環(huán)結(jié)構(gòu)式，美國(guó)化學(xué)家Kroto等人關(guān)于富勒烯C60分子結(jié)構(gòu)的想象都是受到藝術(shù)的啟發(fā)，迸發(fā)出的創(chuàng)作火花。凱庫(kù)勒在夢(mèng)中看見碳原子的長(zhǎng)鏈排成蛇陣盤繞卷曲并旋轉(zhuǎn)不停，從中得到啟發(fā)最終發(fā)現(xiàn)了閉合式單雙鍵交替的苯分子結(jié)構(gòu)。Kroto等人在推測(cè)C60分子結(jié)構(gòu)時(shí)，受建筑學(xué)家布基明斯特·富勒為蒙特利爾世界博覽會(huì)所設(shè)計(jì)的穹頂結(jié)構(gòu)建筑物的啟發(fā)，將C60想象為一種由12個(gè)五邊形和20個(gè)六邊形組成的32面籠狀結(jié)構(gòu)，是一個(gè)完美的足球形狀。這個(gè)新穎對(duì)稱的結(jié)構(gòu)開辟了化學(xué)實(shí)驗(yàn)研究的新領(lǐng)域，因此獲得了1996年諾貝爾化學(xué)獎(jiǎng)[2]。實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象中光與色、能量的變化讓我們嘆為觀止，化學(xué)振蕩反應(yīng)的混沌之美;鋁熱反應(yīng)的火樹銀花;焰色反應(yīng)的五彩繽紛。門捷列夫發(fā)現(xiàn)的元素周期表極具韻律美，整齊的階梯輪廓線、堆疊的格子，每一種元素的物理及化學(xué)性質(zhì)與它在周期表中的位置協(xié)調(diào)一致。元素在周期表中出現(xiàn)的周期和循環(huán)，歸納了和諧統(tǒng)一的共性美，同時(shí)每一種元素從統(tǒng)一中演繹了多樣的個(gè)性美。

二、化學(xué)與生活相結(jié)合

從人類學(xué)會(huì)使用火，就開始了最早的化學(xué)實(shí)踐活動(dòng)?；瘜W(xué)伴隨著人類社會(huì)的進(jìn)步而發(fā)展，經(jīng)歷了萌芽階段的“元素”說、發(fā)展第一階段的煉丹和醫(yī)藥化學(xué)、17世紀(jì)的燃素說、發(fā)展第二階段的原子學(xué)說、科學(xué)相互滲透等時(shí)期?；瘜W(xué)的發(fā)展促進(jìn)生產(chǎn)力的發(fā)展，是社會(huì)發(fā)展的必然結(jié)果。幾千年前人類就能使用絲、棉、麻、毛等天然高分子化合物，化學(xué)與我們衣食住行的關(guān)系越來越密切，化學(xué)現(xiàn)象及其應(yīng)用在日常生活中隨處可見。海藻酸鈉跟Ca2+發(fā)生離子交換反應(yīng)，海藻酸鈉分子鏈堆積而形成交聯(lián)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，從而轉(zhuǎn)變成海藻酸鈣水凝膠。我們利用這個(gè)反應(yīng)特性，設(shè)計(jì)了有趣的實(shí)驗(yàn)。先配置一定濃度的海藻酸鈉溶液，往其中加入各種色素，利用模具印制各種形狀的圖案，最終在氯化鈣溶液中凝膠成型。在北京服裝學(xué)院2018年“科技·藝術(shù)·時(shí)尚”節(jié)中，該交聯(lián)實(shí)驗(yàn)吸引了眾多師生前來。同時(shí)通過視頻介紹海藻酸鈉在實(shí)際生活中的應(yīng)用，平時(shí)飲料中的“爆爆珠”其實(shí)就是海藻酸鈣凝膠，是一種分子料理。它是將食材汁液加到海藻酸鈉中攪拌均勻后，再一滴一滴地滴入乳酸鈣溶液中，薄薄的一層凝膠薄膜包裹著液體，一咬下去就形成爆漿的感覺。同學(xué)們被實(shí)驗(yàn)的有趣現(xiàn)象所吸引，能主動(dòng)學(xué)習(xí)鉆研，既培養(yǎng)了他們對(duì)化學(xué)實(shí)驗(yàn)的興趣，又促進(jìn)了科學(xué)知識(shí)和技能的遷移。

三、科學(xué)可視化創(chuàng)新

科學(xué)可視化是數(shù)據(jù)可視化的一個(gè)分支，是科學(xué)之中的一個(gè)跨學(xué)科研究與應(yīng)用領(lǐng)域，主要包括了計(jì)算機(jī)動(dòng)畫、計(jì)算機(jī)模擬、信息可視化、界面技術(shù)與感知，表面與立體渲染、立體可視化等主題，應(yīng)用在醫(yī)學(xué)、物理學(xué)、天文學(xué)、氣象學(xué)等方面。“美麗科學(xué)”創(chuàng)始人梁琰說，“科學(xué)可視化可以理解為把一些肉眼看不見的東西，想辦法用視覺的方式呈現(xiàn)出來，可視化的圖像能夠給人們無(wú)限的想象”。歷史上第一個(gè)科學(xué)可視化的例子是300多年以前胡克畫的一個(gè)顯微鏡下面的跳蚤形象，當(dāng)時(shí)引起公眾轟動(dòng)?；瘜W(xué)實(shí)驗(yàn)與傳播媒體相結(jié)合，誕生了諸多的科學(xué)可視化創(chuàng)新，使化學(xué)科普得到越來越多的關(guān)注。其中有代表性的是美國(guó)科普作家西奧多·格雷的《視覺之旅：神奇的化學(xué)元素》app、楊帆的《瘋狂化學(xué)》系列視頻、中國(guó)科技大學(xué)先進(jìn)技術(shù)研究院和清華大學(xué)出版社聯(lián)合制作的原創(chuàng)數(shù)字科普項(xiàng)目《美麗化學(xué)》[3]。這些化學(xué)元素與化學(xué)反應(yīng)的可視化，將化學(xué)與視覺藝術(shù)有機(jī)的結(jié)合在一起，精美的圖片和視頻帶給觀者強(qiáng)烈的震撼，改變了大家對(duì)化學(xué)的印象：由最初滿是數(shù)據(jù)、方程式的枯燥轉(zhuǎn)向了生動(dòng)有趣、唯美藝術(shù)，克服了晦澀和抽象，在聲音光影之中挖掘化學(xué)之美，傳播化學(xué)知識(shí)，旨在引導(dǎo)對(duì)大眾對(duì)化學(xué)的熱愛。很多看過這些視頻的網(wǎng)友都會(huì)說，如果早點(diǎn)看到這些東西，當(dāng)初一定會(huì)愛上化學(xué)的。

四、開設(shè)化學(xué)與藝術(shù)融合的課程

1985年美國(guó)伊利諾伊州的一個(gè)中學(xué)開設(shè)了《化學(xué)中的藝術(shù)·藝術(shù)中的化學(xué)》，加拿大卡爾頓大學(xué)的《藝術(shù)品和文物化學(xué)》，澳大利亞的悉尼大學(xué)、查爾斯特大學(xué)也開設(shè)了《藝術(shù)中的化學(xué)》，這些跨學(xué)科課程以非理科專業(yè)的學(xué)生為對(duì)象，把化學(xué)當(dāng)作藝術(shù)的重要組成部分，將化學(xué)和視覺藝術(shù)兩門學(xué)科綜合起來，化學(xué)為藝術(shù)提供有力的支撐，藝術(shù)為化學(xué)提供新方法和新思路，化學(xué)與藝術(shù)相輔相成，不但為研究化學(xué)和藝術(shù)提供了更多啟發(fā)式的教學(xué)方法，而且為進(jìn)行化學(xué)和視覺藝術(shù)的教學(xué)提供了新契機(jī)，同時(shí)也為化學(xué)與其他學(xué)科的綜合開辟了新的途徑和方法。國(guó)內(nèi)，李政道博士主持的“科學(xué)與藝術(shù)”研討會(huì)，清華大學(xué)每?jī)赡暾匍_一次全國(guó)性的“科學(xué)與藝術(shù)”大會(huì)，上海的科學(xué)與藝術(shù)學(xué)會(huì)從2003年起每年開設(shè)國(guó)際科學(xué)與藝術(shù)展等，都顯示了有識(shí)之士在不斷推進(jìn)化學(xué)與藝術(shù)的交叉融合[4]。北京服裝學(xué)院作為一個(gè)藝工融合的院校，每年都會(huì)舉辦“科學(xué)·藝術(shù)·時(shí)尚”節(jié)，集中展現(xiàn)從材料基礎(chǔ)領(lǐng)域研究，到纖維材料改性，再到應(yīng)用領(lǐng)域與時(shí)尚設(shè)計(jì)結(jié)合的全過程，并設(shè)有藝工融合觀眾體驗(yàn)區(qū)及材料展示區(qū)，用化學(xué)反應(yīng)呈現(xiàn)出一個(gè)個(gè)具有藝術(shù)美感的作品，讓參觀者親身體驗(yàn)化學(xué)反應(yīng)的藝術(shù)性，高性能材料制品的功能性，快速印染的便捷性，紡織品設(shè)計(jì)制作的獨(dú)特性。

總之，打破傳統(tǒng)學(xué)科之間的壁壘，將高?；瘜W(xué)教育與藝術(shù)結(jié)合，融入平時(shí)的課堂和實(shí)驗(yàn)教學(xué)，有望孕育出更多交叉的學(xué)科門類;運(yùn)用哲學(xué)方法為學(xué)科交叉融合指導(dǎo)方向，也是高校專業(yè)課“課程思政”探索與實(shí)踐的一部分。法國(guó)著名作家福樓拜說過，“藝術(shù)越來越科學(xué)化，科學(xué)越來越藝術(shù)化，兩者在山麓分手，有朝一日，將在山頂重逢”。

參考文獻(xiàn)

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