化學與藝術結合淺談

鄭一平 吳政 劉思潔 黃超群 陳逸如

[摘 要] 本文從化學之美、化學與生活結合、科學可視化創新、開設化學與藝術融合的課程四個方面介紹化學與藝術的結合，兩者相互促進、相互融合，為我們的高等化學教育指出可行的方向。

[關鍵詞] 化學;藝術;學科交叉融合

[作者簡介] 鄭一平（1980—），女，福建莆田人，碩士，北京服裝學院材料設計與工程學院講師，研究方向為電致變色材料和磁性材料;吳 政 （1961—），男，江蘇常熟人，學士，北京服裝學院材料設計與工程學院副教授（通信作者），研究方向為無機化學和分析化學。

[中圖分類號] G718.5 ? ?[文獻標識碼] A ? ?[文章編號] 1674-9324（2020）39-0251-02 ? ?[收稿日期] 2019-11-13

化學與藝術在傳統印象中是兩門沒有交叉的學科，擁有獨立的知識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，以為科學求真，藝術求美，兩者相去甚遠，其實不然。對于那些有藝術修養的科學家和有科學修養的藝術家來講，科學與藝術在他們身上和諧地融為一體了。科技的進步給藝術帶來翻天覆地的影響，推動藝術創作、藝術欣賞、藝術思維和藝術審美的發展，更為重要的是，科技的發展使藝術的表現形式更加多元化、技術化、專業化，出現了如攝影、錄像、電影、電視等技術手段。

現在的化學與藝術之間，是相互聯系、相互影響、相互滲透、相互促進。化學是一門重要的自然學科，既有實用性又有創造性，本身蘊含了豐富的美學價值。在與藝術的聯系上，化學具有得天獨厚的優勢。化學通過實驗、理論研究、技術方法、研究成果等為我們展現了現象之美、理論描述之美、理論結構之美、技術之美[1]。

筆者所在院校為藝工結合院校，入校學生理工基礎普遍不夠扎實，大一新生對教師還比較依賴。若無視事實，強行加深教學內容，拓寬教學范圍，容易打擊學生的學習積極性和能動性，無疑是雪上加霜。倘若能在大一年級剛開始進入專業學習時，以少而精的原則教授基礎理論，將趣味化學與化學教學相結合，鞏固化學內容，利用實驗、多媒體等手段，將化學實驗與藝術相結合，向學生們展示化學世界的豐富多彩，激發他們學習化學的興趣，引導他們探索化學奧秘，算是另辟蹊徑。下面我們從四個方面介紹化學與藝術的結合。

一、化學之美

化學物質的性狀具有藝術感和美感，藍寶石樣的硫酸銅，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，其主要成分是碳酸鈣。化學結構之美超乎想象，讓人著迷。化學結構式規則的線條、整齊的原子排列具有幾何美感，為人類的藝術創作提供靈感。將化學結構之美宏觀展現在建筑上的代表作之一——布魯塞爾原子塔，其設計構思正是將α鐵正方晶體結構的模型放大1650億倍，9顆圓球代表9個鐵原子。德國化學家凱庫勒發現的苯環結構式，美國化學家Kroto等人關于富勒烯C60分子結構的想象都是受到藝術的啟發，迸發出的創作火花。凱庫勒在夢中看見碳原子的長鏈排成蛇陣盤繞卷曲并旋轉不停，從中得到啟發最終發現了閉合式單雙鍵交替的苯分子結構。Kroto等人在推測C60分子結構時，受建筑學家布基明斯特·富勒為蒙特利爾世界博覽會所設計的穹頂結構建筑物的啟發，將C60想象為一種由12個五邊形和20個六邊形組成的32面籠狀結構，是一個完美的足球形狀。這個新穎對稱的結構開辟了化學實驗研究的新領域，因此獲得了1996年諾貝爾化學獎[2]。實驗現象中光與色、能量的變化讓我們嘆為觀止，化學振蕩反應的混沌之美;鋁熱反應的火樹銀花;焰色反應的五彩繽紛。門捷列夫發現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性質與它在周期表中的位置協調一致。元素在周期表中出現的周期和循環，歸納了和諧統一的共性美，同時每一種元素從統一中演繹了多樣的個性美。

二、化學與生活相結合

從人類學會使用火，就開始了最早的化學實踐活動。化學伴隨著人類社會的進步而發展，經歷了萌芽階段的“元素”說、發展第一階段的煉丹和醫藥化學、17世紀的燃素說、發展第二階段的原子學說、科學相互滲透等時期。化學的發展促進生產力的發展，是社會發展的必然結果。幾千年前人類就能使用絲、棉、麻、毛等天然高分子化合物，化學與我們衣食住行的關系越來越密切，化學現象及其應用在日常生活中隨處可見。海藻酸鈉跟Ca2+發生離子交換反應，海藻酸鈉分子鏈堆積而形成交聯網絡結構，從而轉變成海藻酸鈣水凝膠。我們利用這個反應特性，設計了有趣的實驗。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。在北京服裝學院2018年“科技·藝術·時尚”節中，該交聯實驗吸引了眾多師生前來。同時通過視頻介紹海藻酸鈉在實際生活中的應用，平時飲料中的“爆爆珠”其實就是海藻酸鈣凝膠，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。同學們被實驗的有趣現象所吸引，能主動學習鉆研，既培養了他們對化學實驗的興趣，又促進了科學知識和技能的遷移。

三、科學可視化創新

科學可視化是數據可視化的一個分支，是科學之中的一個跨學科研究與應用領域，主要包括了計算機動畫、計算機模擬、信息可視化、界面技術與感知，表面與立體渲染、立體可視化等主題，應用在醫學、物理學、天文學、氣象學等方面。“美麗科學”創始人梁琰說，“科學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出來，可視化的圖像能夠給人們無限的想象”。歷史上第一個科學可視化的例子是300多年以前胡克畫的一個顯微鏡下面的跳蚤形象，當時引起公眾轟動。化學實驗與傳播媒體相結合，誕生了諸多的科學可視化創新，使化學科普得到越來越多的關注。其中有代表性的是美國科普作家西奧多·格雷的《視覺之旅：神奇的化學元素》app、楊帆的《瘋狂化學》系列視頻、中國科技大學先進技術研究院和清華大學出版社聯合制作的原創數字科普項目《美麗化學》[3]。這些化學元素與化學反應的可視化，將化學與視覺藝術有機的結合在一起，精美的圖片和視頻帶給觀者強烈的震撼，改變了大家對化學的印象：由最初滿是數據、方程式的枯燥轉向了生動有趣、唯美藝術，克服了晦澀和抽象，在聲音光影之中挖掘化學之美，傳播化學知識，旨在引導對大眾對化學的熱愛。很多看過這些視頻的網友都會說，如果早點看到這些東西，當初一定會愛上化學的。

四、開設化學與藝術融合的課程

1985年美國伊利諾伊州的一個中學開設了《化學中的藝術·藝術中的化學》，加拿大卡爾頓大學的《藝術品和文物化學》，澳大利亞的悉尼大學、查爾斯特大學也開設了《藝術中的化學》，這些跨學科課程以非理科專業的學生為對象，把化學當作藝術的重要組成部分，將化學和視覺藝術兩門學科綜合起來，化學為藝術提供有力的支撐，藝術為化學提供新方法和新思路，化學與藝術相輔相成，不但為研究化學和藝術提供了更多啟發式的教學方法，而且為進行化學和視覺藝術的教學提供了新契機，同時也為化學與其他學科的綜合開辟了新的途徑和方法。國內，李政道博士主持的“科學與藝術”研討會，清華大學每兩年召開一次全國性的“科學與藝術”大會，上海的科學與藝術學會從2003年起每年開設國際科學與藝術展等，都顯示了有識之士在不斷推進化學與藝術的交叉融合[4]。北京服裝學院作為一個藝工融合的院校，每年都會舉辦“科學·藝術·時尚”節，集中展現從材料基礎領域研究，到纖維材料改性，再到應用領域與時尚設計結合的全過程，并設有藝工融合觀眾體驗區及材料展示區，用化學反應呈現出一個個具有藝術美感的作品，讓參觀者親身體驗化學反應的藝術性，高性能材料制品的功能性，快速印染的便捷性，紡織品設計制作的獨特性。

總之，打破傳統學科之間的壁壘，將高校化學教育與藝術結合，融入平時的課堂和實驗教學，有望孕育出更多交叉的學科門類;運用哲學方法為學科交叉融合指導方向，也是高校專業課“課程思政”探索與實踐的一部分。法國著名作家福樓拜說過，“藝術越來越科學化，科學越來越藝術化，兩者在山麓分手，有朝一日，將在山頂重逢”。

參考文獻

[1]沙國平.初論化學與美學的滲透融合[J].華東交通大學學報.1997（1）：55-60.

[2]薛建躍，慶衛星.化學實驗中的美學探究[J].合肥工業大學學報，2002（6）：1226-1229.

[3]韋毅.視覺藝術與美麗科學——論化學領域科普的可視化創新[J].海峽科學，2015（12）：90-92.

[4]周丹.化學與藝術教學整合的內容優化與活動方式研究[D].華東師范大學，2006.