科學小實驗在美術課堂教學中的應用

左永軍

【摘要】美術教學中涉及科學原理時，教師采用何種教學方法可以提高課堂教學效果？由于美術與科學的聯(lián)系，在美術課堂教學中經(jīng)常會提到一些科學原理。實際教學中，科學實驗常被現(xiàn)代多媒體技術替代，但從學生學習的角度來看，這是否真的有益于學習、接受和記憶呢？

【關鍵詞】科學與美術；圖示與實驗；學習方式；教學改進

我曾經(jīng)給學生上過一堂色彩課，講到光與色的關系時涉及三棱鏡折射實驗，我用投影展示了三棱鏡折射光線的示意圖，發(fā)現(xiàn)學生對此并不感興趣，注意力不集中。于是，在第二個班上這節(jié)課時，我從物理實驗室借了一個三棱鏡，用三棱鏡把窗臺的日光折射到教室的白墻上，投射出彩虹的效果，這下全班學生沒有一個走神的，全都睜大了眼睛，用心觀察，辨析彩虹里的色彩。我趁機開始引導學生探究光與色的關系。

從圖示到實驗，這一小小的改變，前后兩個班的教學效果截然不同。這節(jié)課后我就時常思考，在美術教學中涉及科學原理時，教師采用何種教學方法可以提高課堂教學效果？而我在這一方面也不斷摸索和改進，以下就是我的一些思考和實踐。

一、科學和美術的關系是互為促進的

科學與藝術是人類文明花園里綻放的兩朵絢麗的花。美術作為藝術的一個分支，與科學之間也有著密切的聯(lián)系。歷史上科學技術的進步推進了美術的發(fā)展，而美術設計的前瞻也不斷向科技提出新的要求。

一方面，科學技術的發(fā)現(xiàn)推動美術的發(fā)展。1666年，牛頓進行了著名的棱鏡色散實驗，科學界發(fā)現(xiàn)了光與色的秘密，這一發(fā)現(xiàn)就像石子入水引起的漣漪，推動了各項研究的展開，新的關于光和色的實驗與理論不斷出現(xiàn)。一百年后，英國醫(yī)生托馬斯·楊①和德國生理學家亥姆霍茲②研究了光譜中的三原色和補色原理。二百年后，法國的畫家們開始表現(xiàn)光和色，誕生了以莫奈為代表的印象派繪畫③，開創(chuàng)了西方繪畫的新領域。

另一方面，美術超前的設計也向科技提出新的要求。1851年英國博覽會上，約瑟夫.帕克斯頓（Joseph Paxton）設計了一款名為“水晶宮”④的展覽大廳，科技界迅速回應這一挑戰(zhàn)，攻克技術難關，革新生產(chǎn)方式，最終在建筑界樹立了一種新的生產(chǎn)模式——工業(yè)化生產(chǎn)，裝配式施工。

二、科學原理在美術教學中時常出現(xiàn)

由于美術與科學的聯(lián)系，所以在美術課堂教學中經(jīng)常會提到一些科學原理，通過科學原理的講解才能使學生明白為什么會產(chǎn)生這樣的現(xiàn)象。

1.小孔成像揭示攝影原理

隨著拍照器材的普及和學生社團中攝影愛好者的增多，向學生講解相機原理也是美術老師經(jīng)常要碰到的教學內容。最初級的相機原理就是小孔成像原理，后來再復雜的相機都是在小孔成像的原理下增加了許多輔助功能。

小孔成像是一個簡單的物理學原理，當一根點燃的蠟燭立在一個前端有小洞的密閉圓筒前，觀察者可以在圓筒后端的半透明膜上看到一個倒立的火苗。蠟燭與小孔的距離或遠或近，半透明膜上倒立的火苗也隨之變小變大。這就可以解釋相機成像和變焦鏡頭的原理。

2.動畫效果與視覺暫留原理

大多數(shù)人都知道電影膠片是一張張靜態(tài)的畫面，連續(xù)播放時，畫面上的人就動了起來。視覺暫留現(xiàn)象是電影、動畫產(chǎn)生的科學原理。每秒24幀拍攝播放看到的動作是連貫的，少于24張/秒就會產(chǎn)生動作僵硬和機械感。這是因為人眼在觀察景物時，光信號傳入大腦神經(jīng)，視神經(jīng)的反應速度需時二十四分之一秒，光的作用結束后，視覺形象并不立即消失，這種殘留的視覺稱“后像”，視覺的這一現(xiàn)象被稱為“視覺暫留”。

以上兩個原理就是科學在美術學科教學中的應用。但在具體教學時，老師會采用何種教學法來說明美術學科中涉及的科學原理呢？

三、現(xiàn)在教學中科學實驗常被現(xiàn)代多媒體技術替代

1.隨著計算機、多媒體、網(wǎng)絡在教學中的應用，極大地豐富了教學資源，拓寬了教學渠道，增加了教學手段，提高了教學效率。從實用來看，有其進步的意義，一些原來無法在課堂內呈現(xiàn)的內容可以通過多媒體展示給學生，比如世界各地的建筑遺跡、歷史紀錄片等等。但有些本來可以在課堂上直觀呈現(xiàn)的內容，也漸漸地被多媒體教學替代。比如視覺暫留原理，老師可以選擇網(wǎng)上搜集一組動畫原圖，通過連續(xù)播放給學生講解什么是視覺暫留；也可以畫幾頁手翻頁動畫，通過快速翻動給學生展示。在備課過程中，顯然前者要省力得多，而且百分之百成功。而后者卻要花費一些精力去逐頁手繪，課堂演示時還不一定完美。顯然大多數(shù)老師更傾向于選擇前者。用多媒體技術替代現(xiàn)場實際操作實驗，保證了實驗成功率，解放了老師，簡化了教學，但從學生的角度來看，是否真的有益于學習、接受和記憶呢？

2.多媒體教學與實驗教學實例比較

例如美術教學中有一個視覺對比現(xiàn)象。兩塊同樣灰度的色塊，放在黑底上看起來比放在白底上要亮一些。要向學生說明展示這個現(xiàn)象，我們有兩種選擇：第一種，直接從網(wǎng)上找到相關的圖片，利用現(xiàn)代多媒體教學工具，將圖片投影展示給學生看，由教師告知學生，圖中兩個小方塊的灰度其實是一樣的。附圖1：

圖1 灰度對比圖 （網(wǎng)絡圖）

第二種，教師現(xiàn)場實物演示給學生看。第一步，將兩塊同樣灰度的卡紙，一塊放在黑色底板上，一塊放在白色地板上，讓學生觀察灰色卡紙產(chǎn)生的明度差別。第二步，將兩塊灰卡從底板移動一下，并置在一起，請學生觀察，其實它們的灰度是一樣的。附圖2、圖3：

圖2 灰度對比實驗第一步

圖3 灰度對比實驗第二步

這兩種教學設計哪個更好一點呢？我們從心理學的角度來研究一下。

四、從心理學角度如何看待多媒體教學替代實驗教學

1.學習的方式：主動發(fā)現(xiàn)

“學習知識的最佳方式應是發(fā)現(xiàn)學習（Discovery Learning），即用自己的頭腦親自獲得知識的一切方式。” “接受學習和發(fā)現(xiàn)學習是兩種完全不同的過程，其區(qū)別在于發(fā)現(xiàn)學習比接受學習多了一個‘發(fā)現(xiàn)的階段。”[1]

在灰卡對比實驗中，我們不難發(fā)現(xiàn)，第一種教學設計中，僅靠多媒體投影一張圖，然后老師口述：“中間兩個長方形的灰度一致”，是無法讓人信服的，因為中間兩個灰卡深淺一致這個現(xiàn)象并不是學生自己發(fā)現(xiàn)的，而是聽說的。學生出于對老師權威的信任，會相信這個結論，但終究沒有眼見為實，心存疑惑。第二種教學設計中，學生眼見兩個灰卡在黑白底色上呈現(xiàn)出明顯的深淺差異，但將兩個灰卡并置在一起時，卻是同等的灰色。這是一個新鮮的體驗，是一個有趣的現(xiàn)象，學生在這樣的學習過程中多了一個“發(fā)現(xiàn)的階段”。這將會進一步激發(fā)學生探究的興趣。

2.學習的動機：興趣

“興趣是內部動機的一種表現(xiàn)形式。學習者在從事其感興趣的學習任務時，會體驗到相當積極的情感，比如愉快、興奮和喜愛等。心理學家將興趣分為情景興趣和個人興趣兩種，老師在導入階段設置的學習形式，就是利用情境激發(fā)學生興趣的教學行為。”[2]

愛因斯坦說過“興趣是最好的老師”，一位好的教師會想方設法激發(fā)學生對本門學科的學習興趣，當學生對某一學科產(chǎn)生興趣后，就會變被動學習為主動學習，而讓興趣產(chǎn)生的根源就是挑起學生的好奇心和求知欲。在灰卡比對實驗中，當學生看見兩個有明顯色差的灰卡竟然是一樣的，必然會產(chǎn)生好奇，為什么會這樣？此時，就會產(chǎn)生思考或者親自驗證的后續(xù)行為，這就已經(jīng)開始主動求知、主動學習了。

所以，省力而有效的教學就是讓學生對你所教的科目感興趣，有趣的實驗在教學中會吸引學生的注意，激發(fā)學生的興趣。

3.學習的效果：記憶

經(jīng)常有畢業(yè)很久的學生回校看望老師時提及當年的課堂，會問老師是否還記得當年課上鬧過的笑話，老師往往啞然。這是一個值得思考的現(xiàn)象：為什么傳授的知識早已忘記，而課堂上的趣事歷經(jīng)十年卻還記得？這就與人的記憶有關。記憶是一個復雜的過程，迄今為止，人類對于自己大腦的了解還只有一小部分。但是，我們有一個常識，自己親歷的事情總是比聽說的事情記得長久。例如看過的一場戰(zhàn)爭電影和自己經(jīng)歷過的那場戰(zhàn)斗，電影會很快忘記，而戰(zhàn)斗會一直記得。課堂上亦是如此，對于學生來說，課堂上的知識大部分都是聽說的，而課堂上的趣事卻是親歷的。那么教師就要學會利用這一點，在教學上，我們可以讓學生多親歷一些，比如現(xiàn)場動手做一個科學小實驗，而非只是投影展示一下實驗的照片，這樣讓學生能夠更加深刻地記憶，在學習中也能取得更好的效果。

五、回歸科學精神，探究美術課堂科學小實驗改進方法

1.由于課堂小實驗對于學生學習興趣的激發(fā)、信息接納和理解記憶都有明顯的優(yōu)勢，故我們在教學中應不怕麻煩，多動腦子，設計教學小實驗，多讓學生獲取直接經(jīng)驗。

2.課堂教學改進案例：圓形的透視原理

透視是因人眼球生理結構而產(chǎn)生的一種近大遠小、近實遠虛的現(xiàn)象。在中學階段講解圓形透視教學中，老師一般采用畫圖講解的方法：先畫一個正方形，通過輔助線在正方形里畫一個圓，然后畫一個水平放置的正方形，依靠輔助線找出一個橢圓，這就是圓形的透視圖。附圖4：

圖4 圓形透視圖

但是，在一位美術特級教師的課堂上，這個圖示講解變成了一個科學小實驗，實驗很簡單，且教學效果很好。

老師先在卡紙上畫出正方形和圓，事先裁切正方形的三個邊，演示時將中間的正方形推到，呈水平狀，請學生觀察正方形邊框和圓的透視變化。附圖5：

圖5 圓形透視實驗

在這個教學改進中，最關鍵的一步就是推到正方形之后的透視變化，從老師告知學生變成了學生自己用眼睛觀察，對于學生來說，這就是直接經(jīng)驗的獲得，是主動發(fā)現(xiàn)學習。顯然，后者的學習過程更加引人入勝，令學生易于理解且經(jīng)久不忘。

六、課堂科學小實驗給教學帶來改變，提高教學的有效性

通過實踐和總結，我發(fā)現(xiàn)利用科學小實驗可以給美術課堂帶來以下幾點有益的促進：

1.直觀性——看

現(xiàn)場的操作實驗，可以讓學生身臨其境，親眼目睹。視覺經(jīng)驗的直接獲取能夠給學生留下更深的感悟，激發(fā)學生思考的積極性。

2.操作性——做

有的科學小實驗還可以由學生操作，比如，小孔成像的實驗就可以請學生自己觀察。自己參與的實驗學生會有切身的感受。

3.試錯性——思

只要是實驗，就必定伴隨著失敗，就算在課堂實驗中失敗了，也不見得是一件壞事，失敗的經(jīng)驗也是經(jīng)驗。通過失敗的實驗可以去懷疑原理是否正確，也可以反思是否自己操作不夠嚴謹，這對于培養(yǎng)學生的質疑思維和反思精神都是不錯的嘗試。

4.體驗性——情

在實驗的過程中，學生會體驗到發(fā)現(xiàn)的興奮、成功的喜悅、失敗的不甘。這都是教育過程中學生的情緒體驗，老師應該因勢利導，培養(yǎng)學生不驕不餒、積極探究及嚴密思考的內在品質。

綜上所述，當在美術課堂上遇到科學問題時，老師不妨設計一些小實驗來說明科學原理，從老師角度來看，雖然準備教學要費事一些，但是教學過程變得直觀簡潔，更容易說明問題；從學生角度來看，課堂實驗具有趣味性，喜聞樂見，易于理解，便于記憶；從課堂效果來看，是一種事半功倍，可以有效提高美術課堂教學質量的教學法。

注釋：

①托馬斯·楊（Thomas Young，1773-1829），英國醫(yī)生、物理學家。他提出色覺取決于眼睛里的三種不同的神經(jīng)，分別感覺紅、綠、紫色。后來亥姆霍茲對此理論進行了改進。 1801年他所做的雙縫干涉實驗，證明光以波動形式存在。

②赫爾曼·馮·亥姆霍茲（Hermann von Helmholtz，1821—1894），德國物理學家、生理學家、發(fā)明家。1847年出版了《力量的保存》一書，闡明了能量守恒的原理，他的兩部著作《作為樂理的生理學基礎的音調感受的研究》《生理光學手冊》，對后世影響很大。

③印象派繪畫是19世紀60—90年代在法國興起的畫派，受現(xiàn)代光學的啟發(fā)，認為一切色彩皆產(chǎn)生于光，繪畫中注重對外光的研究和表現(xiàn)，主張表現(xiàn)物象在光的照射下，色彩的微妙變化。代表人物有莫奈、雷諾阿、德加等。

④水晶宮是專為1851年倫敦第一屆世界工業(yè)產(chǎn)品博覽會而設計建造的一座展覽館。由英國園藝師約瑟夫.帕克斯頓（Joseph Paxton）按照當時建造植物園溫室和鐵路站棚的方式設計，框架為鐵結構，外墻和屋面均為玻璃，整個建筑通體透明，寬敞明亮，故被譽為“水晶宮”。

【參考文獻】

[1]王友智.學習心理學[M].北京： 中國社會科學出版社， 2010： 159-166.

[2] 珍妮·埃利斯·奧姆羅德.教育心理學 [M].龔少英，主譯. 北京： 中國人民大學出版社， 2011： 425-426.

[3] 中國心理學會編. 2012—2013心理學學科發(fā)展報告 [R]. 北京： 中國科學技術出版社，2014.

[4] 尹少淳.初中美術教學策略[M].北京：北京師范大學出版社，2010.

[5] 雷·斯潘根貝格，戴安娜·莫澤.科學的旅程[M].郭奕玲，陳蓉霞，沈慧君，譯. 北京：北京大學出版社，2008.