化学与艺术结合浅谈

郑一平 吴政 刘思洁 黄超群 陈逸如

[摘 要] 本文从化学之美、化学与生活结合、科学可视化创新、开设化学与艺术融合的课程四个方面介绍化学与艺术的结合，两者相互促进、相互融合，为我们的高等化学教育指出可行的方向。

[关键词] 化学;艺术;学科交叉融合

[作者简介] 郑一平（1980—），女，福建莆田人，硕士，北京服装学院材料设计与工程学院讲师，研究方向为电致变色材料和磁性材料;吴 政 （1961—），男，江苏常熟人，学士，北京服装学院材料设计与工程学院副教授（通信作者），研究方向为无机化学和分析化学。

[中图分类号] G718.5    [文献标识码] A    [文章编号] 1674-9324（2020）39-0251-02    [收稿日期] 2019-11-13

化学与艺术在传统印象中是两门没有交叉的学科，拥有独立的知识体系和解决问题的方法论。过去我们站得不够高，看得不够远，以为科学求真，艺术求美，两者相去甚远，其实不然。对于那些有艺术修养的科学家和有科学修养的艺术家来讲，科学与艺术在他们身上和谐地融为一体了。科技的进步给艺术带来翻天覆地的影响，推动艺术创作、艺术欣赏、艺术思维和艺术审美的发展，更为重要的是，科技的发展使艺术的表现形式更加多元化、技术化、专业化，出现了如摄影、录像、电影、电视等技术手段。

现在的化学与艺术之间，是相互联系、相互影响、相互渗透、相互促进。化學是一门重要的自然学科，既有实用性又有创造性，本身蕴含了丰富的美学价值。在与艺术的联系上，化学具有得天独厚的优势。化学通过实验、理论研究、技术方法、研究成果等为我们展现了现象之美、理论描述之美、理论结构之美、技术之美[1]。

笔者所在院校为艺工结合院校，入校学生理工基础普遍不够扎实，大一新生对教师还比较依赖。若无视事实，强行加深教学内容，拓宽教学范围，容易打击学生的学习积极性和能动性，无疑是雪上加霜。倘若能在大一年级刚开始进入专业学习时，以少而精的原则教授基础理论，将趣味化学与化学教学相结合，巩固化学内容，利用实验、多媒体等手段，将化学实验与艺术相结合，向学生们展示化学世界的丰富多彩，激发他们学习化学的兴趣，引导他们探索化学奥秘，算是另辟蹊径。下面我们从四个方面介绍化学与艺术的结合。

一、化学之美

化学物质的性状具有艺术感和美感，蓝宝石样的硫酸铜，水晶似的明矾，碧玉般的硫酸镍……晶体外形对称，有序和谐，色彩绚丽，晶莹剔透;溶洞里的钟乳石和石笋鬼斧神工，千姿百态，其主要成分是碳酸钙。化学结构之美超乎想象，让人着迷。化学结构式规则的线条、整齐的原子排列具有几何美感，为人类的艺术创作提供灵感。将化学结构之美宏观展现在建筑上的代表作之一——布鲁塞尔原子塔，其设计构思正是将α铁正方晶体结构的模型放大1650亿倍，9颗圆球代表9个铁原子。德国化学家凯库勒发现的苯环结构式，美国化学家Kroto等人关于富勒烯C60分子结构的想象都是受到艺术的启发，迸发出的创作火花。凯库勒在梦中看见碳原子的长链排成蛇阵盘绕卷曲并旋转不停，从中得到启发最终发现了闭合式单双键交替的苯分子结构。Kroto等人在推测C60分子结构时，受建筑学家布基明斯特·富勒为蒙特利尔世界博览会所设计的穹顶结构建筑物的启发，将C60想象为一种由12个五边形和20个六边形组成的32面笼状结构，是一个完美的足球形状。这个新颖对称的结构开辟了化学实验研究的新领域，因此获得了1996年诺贝尔化学奖[2]。实验现象中光与色、能量的变化让我们叹为观止，化学振荡反应的混沌之美;铝热反应的火树银花;焰色反应的五彩缤纷。门捷列夫发现的元素周期表极具韵律美，整齐的阶梯轮廓线、堆叠的格子，每一种元素的物理及化学性质与它在周期表中的位置协调一致。元素在周期表中出现的周期和循环，归纳了和谐统一的共性美，同时每一种元素从统一中演绎了多样的个性美。

二、化学与生活相结合

从人类学会使用火，就开始了最早的化学实践活动。化学伴随着人类社会的进步而发展，经历了萌芽阶段的“元素”说、发展第一阶段的炼丹和医药化学、17世纪的燃素说、发展第二阶段的原子学说、科学相互渗透等时期。化学的发展促进生产力的发展，是社会发展的必然结果。几千年前人类就能使用丝、棉、麻、毛等天然高分子化合物，化学与我们衣食住行的关系越来越密切，化学现象及其应用在日常生活中随处可见。海藻酸钠跟Ca2+发生离子交换反应，海藻酸钠分子链堆积而形成交联网络结构，从而转变成海藻酸钙水凝胶。我们利用这个反应特性，设计了有趣的实验。先配置一定浓度的海藻酸钠溶液，往其中加入各种色素，利用模具印制各种形状的图案，最终在氯化钙溶液中凝胶成型。在北京服装学院2018年“科技·艺术·时尚”节中，该交联实验吸引了众多师生前来。同时通过视频介绍海藻酸钠在实际生活中的应用，平时饮料中的“爆爆珠”其实就是海藻酸钙凝胶，是一种分子料理。它是将食材汁液加到海藻酸钠中搅拌均匀后，再一滴一滴地滴入乳酸钙溶液中，薄薄的一层凝胶薄膜包裹着液体，一咬下去就形成爆浆的感觉。同学们被实验的有趣现象所吸引，能主动学习钻研，既培养了他们对化学实验的兴趣，又促进了科学知识和技能的迁移。

三、科学可视化创新

科学可视化是数据可视化的一个分支，是科学之中的一个跨学科研究与应用领域，主要包括了计算机动画、计算机模拟、信息可视化、界面技术与感知，表面与立体渲染、立体可视化等主题，应用在医学、物理学、天文学、气象学等方面。“美丽科学”创始人梁琰说，“科学可视化可以理解为把一些肉眼看不见的东西，想办法用视觉的方式呈现出来，可视化的图像能够给人们无限的想象”。历史上第一个科学可视化的例子是300多年以前胡克画的一个显微镜下面的跳蚤形象，当时引起公众轰动。化学实验与传播媒体相结合，诞生了诸多的科学可视化创新，使化学科普得到越来越多的关注。其中有代表性的是美国科普作家西奥多·格雷的《视觉之旅：神奇的化学元素》app、杨帆的《疯狂化学》系列视频、中国科技大学先进技术研究院和清华大学出版社联合制作的原创数字科普项目《美丽化学》[3]。这些化学元素与化学反应的可视化，将化学与视觉艺术有机的结合在一起，精美的图片和视频带给观者强烈的震撼，改变了大家对化学的印象：由最初满是数据、方程式的枯燥转向了生动有趣、唯美艺术，克服了晦涩和抽象，在声音光影之中挖掘化学之美，传播化学知识，旨在引导对大众对化学的热爱。很多看过这些视频的网友都会说，如果早点看到这些东西，当初一定会爱上化学的。

四、开设化学与艺术融合的课程

1985年美国伊利诺伊州的一个中学开设了《化学中的艺术·艺术中的化学》，加拿大卡尔顿大学的《艺术品和文物化学》，澳大利亚的悉尼大学、查尔斯特大学也开设了《艺术中的化学》，这些跨学科课程以非理科专业的学生为对象，把化学当作艺术的重要组成部分，将化学和视觉艺术两门学科综合起来，化学为艺术提供有力的支撑，艺术为化学提供新方法和新思路，化学与艺术相辅相成，不但为研究化学和艺术提供了更多启发式的教学方法，而且为进行化学和视觉艺术的教学提供了新契机，同时也为化学与其他学科的综合开辟了新的途径和方法。国内，李政道博士主持的“科学与艺术”研讨会，清华大学每两年召开一次全国性的“科学与艺术”大会，上海的科学与艺术学会从2003年起每年开设国际科学与艺术展等，都显示了有识之士在不断推进化学与艺术的交叉融合[4]。北京服装学院作为一个艺工融合的院校，每年都会举办“科学·艺术·时尚”节，集中展现从材料基础领域研究，到纤维材料改性，再到应用领域与时尚设计结合的全过程，并设有艺工融合观众体验区及材料展示区，用化学反应呈现出一个个具有艺术美感的作品，让参观者亲身体验化学反应的艺术性，高性能材料制品的功能性，快速印染的便捷性，纺织品设计制作的独特性。

总之，打破传统学科之间的壁垒，将高校化学教育与艺术结合，融入平时的课堂和实验教学，有望孕育出更多交叉的学科门类;运用哲学方法为学科交叉融合指导方向，也是高校专业课“课程思政”探索与实践的一部分。法国著名作家福楼拜说过，“艺术越来越科学化，科学越来越艺术化，两者在山麓分手，有朝一日，将在山顶重逢”。

参考文献

[1]沙国平.初论化学与美学的渗透融合[J].华东交通大学学报.1997（1）：55-60.

[2]薛建跃，庆卫星.化学实验中的美学探究[J].合肥工业大学学报，2002（6）：1226-1229.

[3]韦毅.视觉艺术与美丽科学——论化学领域科普的可视化创新[J].海峡科学，2015（12）：90-92.

[4]周丹.化学与艺术教学整合的内容优化与活动方式研究[D].华东师范大学，2006.