藝術與數學融合在小學教學中的實踐研究

韓旭 于昕

【摘 要】“哪里有數，哪里就有美?！睌祵W是人類對自然的初步理解，是人類文明進步的推動力。藝術是創造性的社會活動，通過有意味的形象去傳達感受和認知思想。數學美可以轉換成圖形美，圖形美也可以通過數學規律來建構。從古至今，有無數藝術與數學結合的輝煌典范，讓藝術的形式和方法與數學的內容和思想完美融合。本文試圖用美的結構和技巧構建出藝術與數學，進行跨學科的實踐研究和探索，從而培養學生的邏輯思維能力和藝術創造力。

【關鍵詞】藝術與數學;跨學科教學;藝術創造;數學邏輯

古希臘哲學家、數學家普洛克拉斯曾經說過：“哪里有數，哪里就有美?！睌祵W和藝術向來不是分開而論的，數學是人類對自然的初步理解，是理性的藝術，而藝術則是數學美的表現之一，是人類創造力的形式表現。藝術家和數學家們從黃金比例、斐波那契數列、圖形鑲嵌、莫比烏斯、分形、拓撲等數學知識中汲取養分進行創造。古埃及的金字塔以最簡潔的方式詮釋了藝術與數學的融合，公元前1世紀羅馬人維特魯威在著作《建筑十書》中闡述了多立克、愛奧尼、科林斯三大柱式各自所有部分的裝飾和比例，文藝復興時期達芬奇分析了人體比例并繪制出曠世名作《維特魯威人》，20世紀荷蘭藝術家埃舍爾在其藝術作品中對圖形鑲嵌、分形等進行了深度剖析和運用……從人類歷史發展來看，藝術與數學是密不可分的，二者是人類文化不可缺少的組成部分。

《義務教育數學課程標準（2011年版）》（以下簡稱《數學課程標準》）在前言中指出：數學作為對于客觀現象抽象概括而逐漸形成的科學語言與工具，不僅是自然科學和技術科學的基礎，而且在人文科學與社會科學中發揮著越來越大的作用。數學是人類文化的重要組成部分，數學素養是現代社會每一個公民應該具備的基本素養?！读x務教育美術課程標準（2011年版）》（以下簡稱《美術課程標準》）在課程內容中指出：“綜合·探索”學習領域的教學需要教師改變思維定勢，尋找美術內部各門類、美術與其他學科、美術與現實社會之間的連接點，設計出豐富多彩并突出美術學科特點的“綜合·探索”學習領域的課程。在教學過程中，應特別注重以學生為主體的研討和探索，引導學生積極探索美術與其他學科、美術與社會生活相結合的方法，開展跨學科學習活動。因此，將藝術課程和數學課程結合在一起，設計一門跨學科課程—— 藝術與數學。學生不是僅僅學習枯燥的數學原理知識，而是在藝術設計過程中將這些數學原理變為兼具藝術性與科學性的藝術創作。

跨學科教學：藝術與數學的研究意義與價值

1.課程的趣味性

文字中的配圖具有非常重要的作用，圖形能夠讓人們加強對文字的理解，能夠直觀、清晰、明確地表明文字的含義。而數學課中的圖形占據很大一部分內容，幾何、函數等很多復雜的數學問題都可以通過圖形來表達。如果我們把數學相關的圖形知識用藝術手法更好地渲染修飾，把有趣的藝術實踐和游戲與數學原理結合起來進行創作，那么我們的藝術與數學就成為了趣味性十足的創意課程。

2.完善思維結構

通常人們會認為，數學課程中更多強調的是理性思維和邏輯思維，美術課程中體現的是感性思維和審美判斷力。實則不然，數學中的邏輯和圖形本身就是美的，在藝術作品中也能夠找到它潛在的規律和原理。在計算機編程中，我們可以將任何圖像進行計算排列，數字就是在描繪圖形。用藝術原理梳理數學圖形規律，用藝術之手呈現圖形之美，藝術美即是數學美，數學美即是藝術美。因此，藝術和數學兩者并肩齊行，相互作用，拓寬學生的思維空間，完善思維結構。

3.提高審美，激發藝術創造力

一個具備高藝術素養的人，能夠將藝術知識和技能巧妙運用到其他學科或情境認知中，提高藝術素養會使生活品味更上一層樓。一個具有較好數學思維又兼備很強藝術素養的學生，會擁有高于別人的藝術審美，更容易創造出具有深度和創意的藝術作品。數字媒體技術的應用使數學思維和空間圖形得到更廣泛的開發，創意作品通過視覺、聽覺、觸覺、甚至嗅覺的多方融合產生奇幻的效果，使觀者全身心融入到一個全新的場景中。

跨學科教學：藝術與數學的實踐與探索

我們源于對北京海淀凱文學?！叭私逃钡恼J識和理解，源于對藝術和數學課程的熱愛，共同探討藝術和數學的跨學科教學。從2016年初，我們開始相互討論、相互觀課，提出建議，共同上課，分享心得。2017年8月學校倡導教師自主研發課程，我們共同研發了拓展課——藝術與數學課程。2018年1月和6月，近百幅學生作品參加了海淀凱文學校的拓展課（Enrichment Program）成果展（圖1），作品受到全校師生的好評和喜愛。2017-2018學年和2019-2020學年第一學期繼續開展EP拓展課“藝術與數學”。2020-2021學年，在數學嘉年華和π day活動中，我們組織了多項藝術與數學跨學科的活動。例如：康定斯基圓舞曲、莫比烏斯帶、密鋪圖形等。

我們選取下面這個有代表性的課程進行詳細分析和闡述。

課程名稱：黃金比例與斐波那契數列

學習目標：學生通過繪制斐波那契螺旋線（也稱“黃金螺旋”），感受自然界中最完美的經典黃金比例，體會藝術與數學之美。這個過程不僅讓學生體會數形結合的數學思想，而且激發了學生的藝術創作熱情，從而創作出美妙的藝術作品。

建議年級：5-6年級

所需課時：2—3課時

學具準備：鉛筆、橡皮、圓規、格尺、A3紙、馬克筆、勾線筆等

學情分析：只要你把下面這些數字1，1，2，3，5，8，13……寫在黑板上，馬上就會有學生說這是兔子數列。有些上過奧數班的學生還會說這是斐波那契數列，甚至還有些學生說出其他數列的名稱，如等差數列、等比數列。但你繼續追問：“這些數列除了計算，還能做什么？在生活中它們有什么用？”大多數學生都會啞口無言。那么，學習數學究竟是為什么呢？演說家Arthur Benjamin在TED的《The magic of Fibonacci numbers》演講中說：“So why do we learn mathematics？ Essentially， for three reasons： calculation， application， and last， and unfortunately least in terms of the time we give it， inspiration.”（我們為什么要學數學？根本原因有三個：計算，應用，最后一個，很不幸的從時間分配來看也是最少的，激發靈感。）是的，學生學習數學不僅是會計算，還要會應用，更重要的是會創造。

在藝術領域中，“比例和尺度（Proportion）”是設計原則中（Principles of Design）非常重要的內容。黃金比例在藝術中的運用極為廣泛，我們不禁會感嘆為什么在生活中或藝術作品中，那些線條的長短、彎曲的弧度、圖形的組合是那么優美，那便是——美的事物遵循了黃金比例的數學規律。一個簡潔優美的LOGO圖標，往往是通過一系列黃金比例與斐波那契數列的精心計算設計得出的。

教學過程：

出示數列1、1、2、3、5、8、13……和學生聊聊斐波那契數列。

結合圖示，講解斐波那契數列和斐波那契螺旋線。

播放關于斐波那契數列的視頻，讓學生感受斐波那契數列和黃金分割在自然界中的完美展現，激發學生的創作熱情。

指導學生用圓規畫出斐波那契螺旋線。

學生欣賞并參考抽象主義和野獸派藝術家的作品（如蒙德里安、馬蒂斯等），大膽運用三原色或對比色進行圖形布局和配色，創作具有創意的斐波那契螺旋線藝術作品（圖2）。

跨學科教學：藝術與數學的思考與發展

海淀凱文學校的藝術與數學課程設定為小學中高年級（3-6年級），小學中高年級的學生已有一定的數學基礎知識和藝術欣賞力。小學中高年級已學過的數學知識有軸對稱、鑲嵌、平移、旋轉等，這些知識對于圖形的創作和應用十分廣泛，學生在藝術創作中體會的數學知識會更加直觀、生動，更有利于學生理解數學知識和培養空間觀念，提高學生的審美能力并激發學生的藝術創造力，為今后中學階段或更高階段的學習打下堅實的基礎。

盡管我們在備課時不斷討論、反復斟酌，努力選取最合適的教學內容，但在課堂教學時，仍然會出現一些教學問題。學生主要出現以下三個教學問題：一是不同學生數學邏輯思維能力的差異和對藝術知識的理解不同，課堂上總會出現較大的差異性;二是韓旭老師在美術課上發現xxx同學，雖然是四年級的學生，在美術課上表現出很強的藝術創作力，完全可以完成五年級的藝術創作。同樣是這個學生，數學老師于昕發現這個學生的數學理解力和邏輯思維力很強，可以自學或理解五年級的數學內容。三是有一些學生不知道藝術和數學課是怎么上的。但一看到“數學”兩字就有點畏懼的心理，不愿意去嘗試了。

針對以上三個問題，我們對未來的課程有了大膽的設想。

一是分層教學。每一個主題教學中，我們根據孩子的數學理解能力和藝術創作力的不同，將分為三個等級的難度，讓學生根據自己的理解能力和創作能力，自主選擇難度等級，然后獨立地創作作品。一部分孩子可以從低難度開始進行創作練習，再逐步過渡到中、高難度，在循序漸進的遞進過程中加強對知識的理解和掌握;另一部分學生可以直接從高難度入手，他們通常具備較強的邏輯推理能力，并較好地掌握了藝術知識。通過分層教學，力圖讓不同的學生找到屬于他們自己的發展空間。既不拔苗助長，也不限制學生創作力。2020-2021學年第二學期的EP拓展課藝術與數學，我們已經進行了分層教學的實踐。

二是跨年級教學。我們不再以單一的四年級或五年級為招生對象，這樣會局限一些數學能力強和藝術創作力好的學生，我們在2020-2021學年第二學期的藝術與數學課程中，將四、五年級的學生合并為一個課堂。我們的課程以主題式教學開展，設置易、中、難三層教學內容，讓學生在更大的彈性空間里自主選擇，這樣給學生最大化的個性化空間和自主學習空間，讓學生得到更好的發展。

三是開展“藝術與數學工作坊”。在國內，一提起小學數學家長和學生就會想到“奧數”，大部分家長和學生不會把藝術和數學聯系在一起。為了讓更多的學生和家長了解這門課，我們開展了一些有特色的“藝術與數學工作坊”，例如，3月14日，開展主題是“圓的藝術”的工作坊;6月18日，開展“黃金比例與人體藝術”的工作坊;11月23日，開展“斐波那契數列與螺旋線”工作坊等。通過這些有特色的工作坊，不僅可以使學生和家長對這門課有更深入的了解，還能激發學生的學習興趣、開闊視野。

四是在線課程。在互聯網高速發展的時代，特別是新冠肺炎疫情期間，加速了網絡學習、在線課堂等互聯網學習的發展。因此，我們可以嘗試錄制一些有趣的短視頻或開設一些在線課程，讓更多的學生、家長和教師來了解課程、學習課程和創作課程。

我們將“全人教育”中的情感與認知相結合，培養學生獨立思考問題的能力，對不同的學科有所認識，能夠將多學科知識融會貫通并和諧發展。我們作為教育引導者，要最大限度地給學生提供創造性的空間，培養學生的個性化發展，鼓勵學生進行跨學科、跨專業的融合，倡導STEAM教學模式，建構完整的教學體系，讓學生吸收多元文化的精髓并加以創新。

參考文獻

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