《薄膜物理》教學中的美育

宋春元

（南京郵電大學 材料科學與工程學院，江蘇 南京210023）

1 美與美育

美是一個象形字，象征人佩戴羊角，牛角，古人認為這樣很美[1]。培養學生認識美、愛好美和創造美的能力的教育稱為美育，也稱審美教育或美感教育， 是一種按照美的標準培養人的形象化的情感教育，以特定時代、特定階級的審美觀念為標準，以形象為手段，以情感為核心，以實現人的全面發展為宗旨。

美育，美育是一種情感教育[2]，要通過各種藝術以及自然界和社會生活中美好的事物來進行，在人的全面發展教育中，美育占有重要地位。美的基本形態包括藝術美和現實美，其中現實美又涵蓋自然美、社會美、科學美。 藝術美來源于對音樂、舞蹈、繪畫、影劇、文學作品的欣賞；自然美是以大自然為審美對象所感受和體驗到的美；社會美，以社會生活中美好的人和事為對象而感受和體驗到的美；科學美則是以科學的內容和形式為對象所感受到的美[3]。過去, 由于對美育和科學教育的狹隘理解, 美育與科學教育被認為是毫不相關的。 隨著我國素質教育的全面推進, 美育與科學教育的融合受到了關注， 國家已明確指出要“將美育融入學校教育全過程”，明確指出了美育在人的全面發展中的獨特地位和作用, 將其與德育、智育、體育一并納入黨的教育方針,從而使其成為素質教育的重要組成部分[4]。

2 《薄膜物理》教學中的美育

《薄膜物理》課程是一門主要面向材料科學與工程、電子科學與工程、半導體物理與器件、電子材料與元器件、應用物理學等相關學科本科高年級及研究生開設的專業課程。主要內容包含各種薄膜的制備技術和監控與測試及表征技術、薄膜的生長過程和形成機理、薄膜的結構及物理特性等， 并盡可能反映現在薄膜科學與技術方面的新進展。這是一門主要面向工科學生的課程，如何將美育有機地融于《薄膜物理》課程教學中去，使薄膜物理教學富有生機和吸引力，推動素質教育的全面深入，是開展薄膜物理教學必須面對、思考和探索的問題。

所謂“薄膜”，很難用一句話來嚴格定義。 有時，為了與厚膜相區別，厚度<1um 的膜成為薄膜。 顯然膜的劃分具有任意性，薄膜的形態不是塊狀的，其厚度與表面尺寸相差甚遠，可近似為2 維結構。 尋找《薄膜物理》教學中的美育的切入點，是融合課程教育與美育的關鍵。實際上，薄膜材料有它與生俱來的、獨特的美，這種美既有薄膜結構形態美、薄膜物理特性美，還有薄膜制備工藝技術美。如薄膜產生從祖國古代陶瓷制釉開始已有一千多年，我們的祖先創造了最早的薄膜制造技術—提拉法， 制得了匯集中國古代工藝和藝術美的色彩及圖案艷麗、寓意豐富的釉面材料，這些濃縮了人類文明和智慧的薄膜材料許多堪稱頂級藝術品。 此外，源于生活中的薄膜也為課程教育提供了豐富的美育資源，如五彩斑斕的肥皂泡、隨視角變化而呈現千姿百態的光學薄膜等。 另一類極具震撼力、引人入勝的納米薄膜及納米藝術近年來伴隨納米技術的迅速發展而出現， 即使用納米科技手段或方法，創作納米尺度作品的藝術形式[5-6]。 如1997 年康奈爾大學的科學家基于單晶硅， 采用刻蝕的方法制作了世界上最小的吉它， 如圖1a 和圖1b。 這把小吉他只有10 個微米長，相當于單個細胞的大小。 每根琴弦只有50 納米粗， 相當于100 個原子的寬度， 比人的一根頭發還要細2000 多倍。 此后，他們利用激光在該吉它上進行彈奏，得到了比現在吉它頻率高13 萬倍。 加利福尼亞工學院Paul Rothemund 教授通過DNA 自組裝折疊技術，繪制了DNA 納米笑臉，如圖1c。 2007 年9 月，國際頂尖雜志《自然》上刊登了兩位化學家Alessandro Scali 和Robin Goode 的藝術作品—《看不見的大陸》，如圖1d。 這張非洲地圖與普通地圖完全不同，實際尺寸只有100×100 微米。圖1e-h 為我們制備的不同形貌的盛開狀金納米花薄膜結構，展現出豐富而各不相同的花瓣結構。創作這些美艷的“藝術畫”的藝術家正是一些物理學家、化學家或材料學家。 這些科學家通常利用薄膜制備常用的物理或化學工藝來“創作”納米藝術畫，如利用薄膜的物理制備方法，即用高能粒子束或光刻技術對薄膜材料進行精細“雕刻”，勾畫出納米藝術作品；也可以利用分子/原子自組裝技術來“創作”，即基于分子或原子等基本結構單元間的一些相互作用而自發形成有序結構的一種技術，通過這種薄膜生長工藝得到規律性的藝術圖案。還有一類方法是薄膜的化學氣相沉積（CVD）技術，即納米藝術家將一種或幾種氣態原料裝到一個真空室內，讓它們按合適的比例擴散到基片表面并發生化學反應，其中固態生成物在基體表面形成一種新納米材料與結構，生長出藝術圖案。這些科學與藝術的“杰作”為薄膜物理教學提供了豐富而震撼的美育素材，為探索融合課程教育和美育提供了很好的切入點。

圖1 納米藝術圖案

3 結語

我國近代著名教育家察元培說[7]：“美育者，應用美學理論于教育，以陶養感情為目的者也”，即運用審美的方式實施教育，提高人們的審美感受力、審美創造力及審美情趣，以促進其人格的完善以及全民族整體素質的提高。 科學美是美育教育中的重要組成部分，是以科學的內容和形式為對象所感受到的美。 深入挖掘薄膜制備技術、薄膜材料以及薄膜物理性質等多方面的科學美、藝術美，將為該課程的美育提供豐富而震撼人心的素材，在課程教育中有機融合美育，有助于學生認知，同時可以發展他們的觀察能力、想象能力、形象思維能力和創造能力；調劑他們的生活，提高學習效果，促進身心健康成長。

［1］陳煒湛.古文字趣談[M].上海:上海古籍出版社,2005.

［2］潘懋元,主編.新編高等教育學[M].北京:北京師范大學出版社,1996.

［3］蔣家瓊.論物理教學中的美育[J].高等教育研究,2002,2:84-88.

［4］陳熙謀,等.物理教學與科學美教育[J].物理通報,1996,12:3-4.

［5］劉祥萱,編.納米科學技術概論[M].北京:機械工業出版社,2008.

［6］沈海軍,編.納米科技概論[M].北京:國防工業出版社,2007.

［7］蔡元培.蔡元培美學文選[M].北京:北京大學出版社,1983.