国家对新时代美育工作绘制了新蓝图，2020年中共中央办公厅、国务院办公厅印发了《关于全面加强和改进新时代学校美育工作的意见》（中办发〔2020〕36号），就全面加强和改进新时代学校美育工作提出了若干意见，提出要以美育人、以美化人、以美培元，全面深化学校美育综合改革，坚持德智体美劳五育并举，加强各学科有机融合，整合美育资源，补齐发展短板，强化实践体验，完善评价机制，形成充满活力、多方协作、开放高效的学校美育新格局。
宁夏回族自治区对美育工作提出了新要求，2021年宁夏回族自治区印发了《关于全面加强和改进新时代学校美育工作的实施意见》（宁党办〔2021〕36号）、《关于加强和改进中小学实验教学工作的实施意见》（宁教财〔2021〕137号），将宁夏美育工作提升到了新高度，也对中小学实验教学工作提出了新要求，意见明确要全面贯彻党的教育方针，发展素质教育，努力构建与德智体美劳全面培养的教育体系相适应、与课程标准要求相统一的实验教学体系。
教育部对美育浸润工作做出了新部署，2023年12月20日，教育部印发《关于全面实施学校美育浸润行动的通知》，行动计划以习近平新时代中国特色社会主义思想为指导，大力发展素质教育，弘扬中华美育精神，坚定文化自信，以浸润作为美育工作的目标和路径，将美育融入教育教学活动各环节，潜移默化地彰显育人实效，实现提升审美素养、陶冶情操、温润心灵、激发创新创造活力的功能，培养德智体美劳全面发展的社会主义建设者和接班人。
1 实验教学中美育概念的提出
科学中的美育概念由来已久，作为中国近代美育体系的建立者，蔡元培认为：“美育者，应用美学之理论于教育，以陶养情感为目的者也”。
［1］在20世纪初期，彭加勒提到科学中的美学思想是来自自然界的一种“和谐美”，认为科学研究的动机起因并不是因为自然科学有用，而是因为在研究过程中能得到愉悦感，这种愉悦感来自自然美，是一种内在的美，也是“浩瀚美”与“简单美”的辩证统一
［2］。从科学角度解释，把浩瀚的事实分解为越简单的规律，就越容易使人领会，人们就可以从规律上把握自然，这就是科学的“简单美”。
审美追求间接影响着科学规律的发现。最具代表性的事件是19世纪中期俄国化学家门捷列夫发现了元素周期律，当时科学界发现的元素约有60多种，但每种元素都有不同的特性，当时还没有科学家找到它们的内在联系。门捷列夫坚信这些元素之间一定存在着某种“规律美”，既“真”与“美”的辩证统一，但研究并非一帆风顺，遇到了一些特殊情况，比如铍这个化学元素，如果按原子量顺序来排列，应该插在碳和氮之间，但显然是多余的，而在锂和硼之间，又好像少了一个元素。门捷列夫在“真”与“美”发生冲突的时候，从维护元素周期表的“完美性”出发，大胆提出疑问“会不会是铍的原子量弄错了呢”，并对某些元素的原子量提出了修正，相继修正了铍、铀、钍等元素的原子量，后经实验验证，他的大胆设想是正确的。
在科学教育中融入美育元素是美育浸润的必由之路。美育元素不仅仅是音乐、美术、舞蹈、书法等人文社会科学的专属，细细体会会发现，美育元素也渗透在自然科学之中。在科学家追求“科学美”的历史背景下，现代教育工作者对美育学科交叉的研究已进入了新的发展阶段。周红侠
［3］认为，学校可以利用社会实践成果、自然界的美、教学语言以及化学实验创设情境实现化学教学的美育实践；刁叔钧
［4］提出科学实验教学是科学教育的一个重要环节，实验过程是严谨的求真过程，其中存在着美育元素与美育功能，审美教育对培养学生健康的审美观念以及自主学习动力提升方面有着积极作用；江乐宵等
［5］认为研究实验教学中美育的特点及实践策略，有利于贯彻落实课程标准中的要求，也有利于美育在实验教学中的实现。在实验教学中研究美育元素的渗透策略，开展以美育为主体的跨学科教育教学实践活动，有利于贯彻落实加强美育与智育相融合的指导思想，也顺应了充分挖掘和运用科学美、规律美、语言美等丰富美育资源的时代潮流。
2 挖掘科学实验中的美育元素
2.1 挖掘科学实验的外在美
实验的外在美体现在物质美，如自然界中五彩斑斓的晶体矿石、蓝色的胆矾、晶莹剔透的水晶、黑色的石油、壮丽的钟乳石、五颜六色的化学试剂、“神州”系列航天材料、“蛟龙”系列潜水材料、高铁上的复合材料等，它们的颜色、形态、结构都展现着物质的客观美，能让观察者以最直观的方式体会物质美。
实验的外在美也体现在仪器美，实验教学的仪器种类繁多，最典型的化学实验仪器都有各自特点的外在美，有极具对称性的如天平、漏斗、圆底烧瓶、烧杯，也有形状构成复杂的启普发生器、Y形玻璃管、梨形分液漏斗等。它们与铁架台、加热设备、冷却设备等辅助仪器的完美组合，形成了高低有致、错落分明、比例协调的实验设备，都能让人产生美感。这种仪器美的挖掘有利于丰富教师的实验教学语言，提升学生的审美能力；在实验教学与实操中体会仪器美，可以引导学生从审美角度出发，体验实验美，探究科学的规律美，以美为追求大胆假设科学问题，设计具有美感的实验检验假设的问题，实现良好的学习效果。
2.2 挖掘科学实验的内在美
实验的内在美体现在规律美。自然科学中存在着很多规律，如化学元素的核外电子排布规律，物理实验中光、声的传播规律，地理实验中地球公转速度变化规律，数学中等差与等比数列的运算规律等都体现了规律美。在教学中突出强调规律美，可以培养学生在科学实验中追求“规律美”“秩序美”的习惯，这种美育元素的运用不仅有利于实验教学中学生对科学知识的理解和消化，还有一些延伸作用，如实验台的布置与布局、实验试剂的摆放都应该遵循酸碱分类、固液分离等规范秩序。
实验的内在美也体现在守恒美。物理、化学实验中都存在着各种守恒定律，如化学实验中的质量守恒定律、物理实验中的热力学第一定律等。能量守恒定律是自然界最普遍、最重要的基本定律之一，从物理、化学到地理、生物学，大到宇宙天体，小到原子核内部，只要有能量转化，就一定服从能量守恒的规律，在日常生活和科学研究中，这一规律都发挥着重要的作用。人类对各种能量，如煤、石油等燃料以及水能、风能、核能等的利用，都是通过能量转化来实现的，教师可结合实际生活举例说明，引导学生感受“守恒美”，从美育的角度帮助学生理解定理和公式。
2.3 挖掘科学实验的动态美
实验的动态美表现在现象美，科学实验过程中伴随着各种物理与化学变化，如热、势能、质量、体积、动量等的变化，这些变化伴随着实验的现象美。如化学实验中沉淀的产生过程，在溶液中形成各色的絮状物或颗粒；“姑苏城外寒山寺，夜半钟声到客船”体现了物理实验中声音的传播美；“船到江心抛锚迟，悬崖勒马早已晚”揭示了物体运动的惯性原理，体现了守恒美；“五月天山雪，无风只有寒”说明地理实验中纬度高的地方由于接受阳光的热量少，寒冷的天气时间长，体现了地球的时空美；数学中椭圆方程的图象变化极具对称美；这些美育元素的挖掘与运用有助于学生理解抽象的定理和概念，将抽象变具体，这些“现象美”如同一把把钥匙，开启学生探索科学美的心灵。
实验的动态美也表现在语言美，教师教学的语言是实验教学不可缺少的软性介质，表现为“语言美”。教师通过激昂顿挫的语音语调、丰富华丽的辞藻可将学生带入“实验美”的情境中，运用好教学语言可以激发学生的审美意识，让学生从以往的枯燥乏味、被动灌输的学习方式转化为主动吸收、渴望探索的学习方式，而不是被动的“背实验、记实验”，有利于激发学生的创造力。
3 科学教育中美育浸润面临的问题
3.1 教师未形成从美学视角审视科学知识的习惯
经过调研与访谈发现，大部分教师习惯于采用传统的教学方法，选择以科学与逻辑视角来审视科学知识，在教授学生的时候也主要以科学性、逻辑性、规律性为着力点，忽略了美育元素的浸润与启发，很少从美学的视角审视科学知识，也很少通过美育元素的浸润来引导学生接受新知识。这导致学生不能将知识作为审美对象，影响了学生科学审美的发展，减缓了科学教育中的美育融合进程。
3.2 实验教学课程未开足开齐，设备仪器使用率有待提升
部分学校未按照新课标要求完全开设实验课程，在实地走访中发现，个别学校实验准备室仪器设备存在“未开封”的情况，实验仪器使用率不高，其主要原因是：①部分仪器采购年份已久，无法适用现在新课标的实验教学内容；②尽管学校开设了实验课，但教师只做演示实验，未开展学生分组实验。学生没有实操，不利于学生近距离地体验实验课中的“现象美”“仪器美”，也不利于学生好奇心与创造力的激发。
3.3 科学实验室环境的美育浸润氛围不够
实验准备室内仪器、药品的摆放未从审美角度出发做总体规划布局，部分仪器设备、实验药品摆放杂乱无章，分类不科学，缺乏美感；学生实验室内美育元素的浸润不够，整体布置未营造出“科学美”的氛围感，与普通学科教室的差别不大，仅仅是课桌变成了一张张实验台。实验环境的美育元素浸润对于激发学生实验兴趣、实验创新力有着不可忽视的作用，须高度重视。
4 科学教育中美育元素的浸润路径
基于以上共性问题，笔者及研究团队提出运用“美育元素”的浸润来辅助解决目前中小学科学教育及实验室管理中存在的问题，创新实验教学方法，提升科学教育质量。
4.1 以美育浸润为着力点，激发学生想象力与创造力
教师要确信科学实验本身就存在审美价值，蕴含着多方面的美育元素，积极探索挖掘科学实验中的外在美、内在美与动态美，培养对科学实验的审美意识。唯物主义美学主张美是客观存在的，认为美是物质的属性，是第一性的客观存在，美感和审美意识是美的反映，是第二性的，美和美感的关系，是被反映和反映的关系。一个事物具有美的本质，就最终会以美的形式表现出来，教师要具备美学的灵敏洞察能力，客观上由科学实验的外在美引导学生“入境”，主观上由科学实验的动态美引导学生“入情”，理论上由科学实验的内在美引导学生“入理”，最大程度撬动学生探索实验的主观能动性，化被动为主动，让“兴趣”成为最好的老师。
4.2 以美育浸润为出发点，积极开展实验教学课程
传统的“讲实验”“说实验”或只做教师演示实验不能最大程度地激发学生的好奇心、想象力及创造力，如果学生只是一味地被动接受实验过程，靠“记实验”“背实验”应试，那么这与新高考综合改革对于核心素养的培育要求是相悖的。一方面，各地各校要开足开齐科学实验课程，设置学生分组实验与讨论，让富含美感的教育装备与仪器发挥最大作用，充分展现教育装备的仪器美与对称美，将美育元素浸润科学实验。另一方面，各地也可积极组织学校设立适应自然科学的美育融合课题，使教师积极投身到美育学科交叉的研究领域上，为科学教育、实验教学提供更丰富有趣的教学方法及经典案例，并将优秀成果宣传推广，形成人人讲美育、人人爱美育的浓厚氛围。
4.3 以美育浸润为线索点，设计美育融合实验课例
鼓励教师设计美育浸润的典型课例，并实践于教学。高中物理实验课堂作为“物理美”在高中物理教学中应用的主要载体，物理教学的重点是如何在具体教学过程中呈现“物理美”。以高中物理“自由落体运动”章节为例，第一步，教师以“反应尺”游戏来导入本节课，教师拿一把50 cm量程刻度尺，零刻度在下方，由静止竖直释放，邀请学生一起参与游戏，先用左手大拇指上端对准零刻度处，在释放刻度尺时“抓尺子”，读数，然后换用右手，重复上述实验，以此创设美的氛围，展现物理情境之美，调动学生情绪点，激发其探索欲望，增强其对本节课内容的好奇心。第二步，联系生活举例，如春天的雨、夏天的冰雹、秋天的落叶和冬天的雪散发美的情景，并让学生联想类似的运动，此阶段可以利用多媒体技术展示图片，用动静结合的方式，展现物理情境之美，让学生联系生活实际，感受物理源自生活，感知生活中的美好。第三步，引导学生思考，改变一些惯性思维。如验证根据生活常识感觉重物比轻物下落的快一些的想法，引入亚里士多德的观点，假设亚里士多德的论断正确，做“落石实验”，假定大石头下落速度为6个单位，小石头下落速度为3个单位，把这两块石头捆在一起时，大石头会被小石头拖着而减慢，大小石头构成的整个系统下落速度应该小于6个单位。但两块石头捆在一起，总重量比大石头重，整个系统下落的速度比6个单位还大。结果出现了矛盾，说明事先的假设是错误的。重物并不比轻物落得快，亚里士多德的观点也就是错误的。运用高中物理美育的交流性原则，转变学生头脑中“重物比轻物下落得快”的错误前概念。最后，跟随伽利略的思想，向学生展现物理思维之美，提高物理的思维能力。这样的课程设计既展现了美育的魅力，又实现了美育与智育深度融合的目标。
4.4 以美育浸润为弘扬点，丰富教师实验教学语言
教师除了客观上描述实验材料的“物质美”和实验现象的“现象美”，将学生初步带入审美情境之外，还可深层次地激发学生精神审美需求，丰富实验教学中的“语言美”。教师可以借助优美、典型的历史科学故事，讲述科学家发现真理、规律的艰辛过程，讲好科学家故事，弘扬科学家精神，充分挖掘科学实验中的“历史美”“事实美”，激发学生的爱国热情，利用典型的历史科学故事丰富教学的“语言美”。例如化学实验课中的侯氏制碱法，可积极弘扬科学家侯德榜不惧困难、勇敢向前的探索精神，他离美回国，承担起续建碱厂的技术重任，埋头钻研，带领广大职工长期艰苦努力，解决了一系列技术难题，于1926年取得成功，生产出优质纯碱。在美国费城万国博览会上，永利的红三角牌纯碱被授予金质奖章，真正打破了洋碱的垄断。这一科学史实的引入可以培养学生的爱国情怀，让其怀着报国思想去学习与掌握科学知识。
4.5 以美育浸润为参考点，创新实验室管理
（1） 将美育元素浸润实验准备室，优化准备室布局。
实验员应将实验准备室布置得干净整洁，仪器药品分类科学合理，按照固液分离、酸碱分类、危化双管的原则科学布置实验准备室，不仅能够提升实验准备室整体的美感，还能让学生感受到实验室是一个既严谨又充满整洁美的地方。
（2） 将美育元素浸润实验教学室，烘托美育氛围。
教师可以在教室黑板、墙面上张贴各种经典的科学美图，让学生一进教室就能感受到“科学美”的氛围，也可张贴我国著名科学家的经典故事，弘扬爱国主义精神。同时可以打破传统实验教室的布局，将仪器药品柜放入实验教室中，布局在教室周边，中间摆放课桌，两边摆放分组实验台。根据各校的实际情况，设立“器材专区”“观影专区”“实操专区”，让学生“静下来”欣赏影像，“动起来”探索科学。这种实验教室布局的改变，有利于培养学生自我探索的意识，所有的器材与仪器不是教师课前一份份准备好放在眼前的，而是学生学习完实验原理后，自己动手在教室内完成所需器材的取放与归类，这样有利于学生科学素养的培育，进一步激发学生的创造力。
（3） 将美育元素浸润硬件设施，建立可视化实验室。
各地各校应探索建立可视化科学实验室，可视化实验室在部分发达省份已投入应用，主要改变实验手段和观察方式，使各种实验现象和过程能够清晰美观地呈现在学生眼前
［6］，追求美育与自然科学的深度融合，它最主要的功能是让学生通过欣赏可视化影像，发现美；将教材实验可视化，鉴赏美；改变实验手段，展现美；设计创新实验，创造美。部分学校可积极探索，先建立普通版可视化实验室，逐步向高配版可视化实验室转变，可视化实验室的具体建设规划及相关标准可参考江苏省南菁高级中学的微科技课程基地及美育课程基地。
5 结语
将美育浸润工作与中小学科学教育工作深度融合，顺应了新时代国家及宁夏回族自治区对于美育工作的新要求。加强美育跨学科交叉深度研究，在理论研究与实践层面都具有重要意义，在中小学科学教育与实验室管理中引入美育元素的浸润探究，不仅能促进科学教育与美育的深度融合，还为提升中小学科学教育质量与实验室管理水平提供了新的参考路径。
2024年宁夏第七届基础教育教学课题“美育浸润视域下中小学科学教育质量提升路径研究”(JXKT-WY-07-018)
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