“在显微镜下，我发现雪花是美丽的奇迹；然而可惜的是人们看不到也欣赏不到这样的美。每一个晶体都是设计出来的杰作，而且任何一套设计都不会再重复。当雪花融化的时候，这个设计就永远消失74那些美也随之消失了，琶不下一丝痕迹。
――威尔森・A “雪花”本特利(Wilson A.“Snowflake”Bentley)
整合艺术和科学这两个世界可以成为一件完美的课堂工具，能够吸引一开始对科学课没有太多兴趣的学生。而科学与艺术的联系，还能吸引热爱科学的孩子更深入地进行钻研。建立这种关联的方法之一是探索古今知名的自然艺术家的生活和作品。《国家科学教育标准》内容标准G(科学的历史和本质)中写到：“科学在很大程度上是一种人类的奋斗，科学工作依赖于人的一些基本素质，例如推理、洞察力、精力、技能和创造性。”(NRC 1995，第16页)。一些大师已经把科学和艺术成功地结合在一起，而将他们的生活和作品融入科学课程内，既能充分展示科学是人类奋斗这个概念，又有可能激发学生的创造力。学生能够从中以全新的视角欣赏到科学的奇妙和美丽。
可供学习的艺术家
著名的自然艺术家包括玛利亚・西彼拉・马利安(Maria Sibylla Merian)、约翰・詹姆斯・奥杜邦(John／ames Audubon)，威尔森・A・本特利(Wilson A.Bentley)，以及安迪・高兹沃斯(AndyGoldsworthy)。这些艺术家中的代表虽然来自各个年代、性别不同，但所有的艺术家都凭借对艺术和科学的激情而独树一帜。表l列举了更多的科学一艺术家。
玛里亚・西彼拉・马利安(1647－1717)
许多伟大的自然学家都是在年轻时就对这门学科开始着迷，玛利亚-西彼拉・马利安也不例外。她于1647年出生于德国，小时候对昆虫产生了浓厚的兴趣。她的父亲老马特乌斯・马利安(Matthtis Merianthe Eider)是一位印刷和出版商，于1650年去世。之后她的母亲乔安娜・西比拉・海姆(Johanna SibyllaHeim)嫁给了荷兰画家雅各布・马雷尔(JacobMarrel)，年幼的马利安受到他的影响，开始接触绘画。
马利安是第一位表现在自然生存环境中的昆虫的画家(Reitsma 2008)，她最知名的作品是3卷本花卉和植物画册和她的第l本(1679年)和第2本(1683年)《毛毛虫》。
马利安有2个女儿，乔安娜・海莲娜(JohannaHelen)和多萝西・玛丽亚(Dorothea Maria)，2个女儿都继承了母亲的事业，以花卉和动物为主题作画。1699年马利安52岁时，与小女儿多萝西一起来到南美洲东北部的苏里南住了2年。1701年她们回到欧洲时，马利安完成了1本关于苏里南昆虫的画册。画册于1705年出版，收录了真实大小、生活在自然环境中的昆虫的绘画。画册还收集了该地区蝴蝶完全变态过程的绘画。她从苏里南带回的绘画内容包括花卉、昆虫和爬行动物。
洛杉矶盖提艺术中心(J.Paul Getty Museum)开设了一个非常好的记录马利安和她的女儿们的生活和作品的网站，并出版了一本画册《昆虫和花卉：玛利亚・西彼拉・马利安艺术作品*(见“相关资源”)。教师可以运用盖提艺术中心网站的幻灯播放功能与学生分享马利安的作品图像，以及对艺术家本人和艺术作品的音频讲解。图片中的一部分是关于昆虫的变态过程――不仅描绘了昆虫生命周期中的各个阶段，还表现了昆虫赖以生活的宿主植物。以马利安的作品为提示，学生可以创作自己的关于昆虫和宿主植物的艺术作品。例如，老师可以向学生提供一些不同的蝴蝶，如帝王斑蝶、黑凤蝶、赤蛱蝶、鹿眼蛱蝶等。每名学生可以选择其中的一种蝴蝶为主题，进行绘画。作品需要包括蝴蝶生命周期的每一个阶段，以及至少1种它的宿主植物。学生可以使用在互联网上找到的电子图片作为创造自己作品的基础。学生也可以在自然环境中观察植物与昆虫生活的实际情景，并在此基础上创作出一幅艺术作品。
马利安的昆虫艺术作品也是一种评价手段。在欣赏过她的画作之后，学生要判断每一幅艺术作品是否正确地表现了每一种昆虫或生物体。学生要通过分析每一种生物的特征，提出支持自己判断的依据。
约翰・詹姆斯・奥杜邦(1785－1851)
奥杜邦1785年生于圣多明各(现在的海地)，3岁时到法国，在那里度过了童年。1803年来到美国。奥杜邦最著名的作品是《美国的鸟类》。这部作品中的绘图不但精美，还具有很高的科学准确度，而且鸟类都是以实际大小画出，这些特点使他的作品独树一帜。这部画册收集了435幅画之多(Chowder 2007)。奥杜邦与露西・贝克维尔(Lucy Bakewell)结婚后，生养了4个子女，但其中只有维克多和约翰2个儿子存活了下来。奥杜邦一生的大半时间在美国度过，但在1826－1839年间断断续续地在英国生活了一段时间，期间成功地展示了其作品(Rhodes2004)。奥杜邦的2个孩子也加入了他的工作：约翰绘画、维克多处理印刷和订购事宜(Rhodes 2004)。在去世前，奥杜邦开始了另一本书《北美四足动物》的创作。通过约翰在艺术方面和维克多在编辑方面的帮助，这本书在1845年面世。
PBS在《美国大师》系列片中收录了奥杜邦，并开设了一个相应的网站，展示他的生平、鸟类图集和他一生中的大事记(见“相关资源”)。研究奥杜邦的生平能为学生提供一个研究当地鸟类的绝好机会。学生可以观察家周围或当地公园的一种鸟类。近水的地区是能够找到鸟类的好地方。学生对鸟类观察的成果应当包括这种鸟的草图，以及对它行为的描述。在观察的时候，学生还应该用数码相机给这种鸟拍照片。当初步的观察完成后，学生可以把他们笔下的鸟与照片相比较，并描述要表现照片中看到的细节的难易程度。这一步做完后，学生可以就“没有照相机或其他图像记录手段的年代，奥杜邦这样的自然艺术家是如何进行绘画”这个问题展开研究。在这个阶段对自然艺术的学习结束后，学生可以讨论今天的技术手段可能在哪些方面影响奥杜邦的绘画技巧。威尔森・A・本特利(1865―1931)
威尔森・A・本特利是著名的雪花摄影家，1865年生于佛蒙特州的杰里科。自年幼时起他就对自然产生了浓厚的兴趣，特别是雪花。本特利研究雪花的兴趣受到了母亲的鼓励，在15岁生日时，妈妈送了他1架显微镜(Blanchard 1998)。本特利开始把显微镜下观察到的雪花绘成图画。最终父母购买了1台价格昂贵的配有显微镜的照相机，这样他就能够把看到的景象拍下来。操作这台照相机一显微镜并不容易。本特利1925年接受《美国人》杂志采访时的摘录展示了他在学习使用照相机捕捉每一片雪花时所付出的坚持和努力：
“我现在拿着这台好不容易才得到的昂贵的机--器。我满以为能用它造出奇迹，可是，我一次又一次地失败了……要是能有谁来说明一下哪里出了问题该多好!但是在这个农场上，谁也帮不了我。一次失败接着又一次失败。冬天快过去了，我几乎一蹶不振。但在第2年冬季，我发现了问题所在。我开始用一个非常小的“定格”装置――1块带有小开口的薄片来遮挡大部分光线。用这个办法和更长的曝光时间，我获得了1幅清晰的照片。”(Blanchard 1998，P.32-33)
1898年对本特利来说是重要的1年，发生了2件大事：他开始出售拍摄的照片，并发表了1篇有关雪花晶体的文章(Blanchard 1988)。本特利一生保持了对雪花晶体显微摄影的热忱和激情。W.A.本特利官方网站包括了他拍摄的雪花照片的原作、生平和其他资源(见“相关资源”)。
作为本特利作品的延伸，学生可以利用指南或雪花分类表(见“相关资源”)学习雪花的分类。在引导学生开始这项学习时，教师可以利用从以上资源中选取的一幅雪花图来引导学生画出雪花的一些基本形状。之后可以对照雪花分类表，仔细观察投射到屏幕上的未经标志的雪花，并为它们分类。安迪・高兹沃斯(1956－)
安迪・高兹沃斯是一位英国艺术家，他使用大自然中从树枝到石头到树叶的各种天然素材创造出无与伦比的艺术作品。高兹沃斯每创造一幅作品，都会把这些天然素材随时间流逝而变化的形态拍摄下来。他的创作中所蕴含的灵感能激发学生对艺术产生别样的思考。他的作品能激发创造力，鼓励学生思考自然环境中潜藏的艺术。他的作品传遍全球各地，有许多相关的资源可以利用(见“相关资源”)。
在高兹沃斯和其他自然艺术家的启发下，美国新泽西州教育信息和资源中心所属的Monarch教师组织建立了一个名为“来自陆地的声音”、面向K-12教师们的工作室(见“相关资源”)。2010年夏天，西得克萨斯州农工大学(WTAMU)的教育系组织当地教师参加了这项为期2天的工作室活动。
活动为参加者示范了许多在教学中整合艺术、诗歌、科学和技术的方法。参加者们分成小组，在自然环境中创作和拍摄自己的艺术作品。之后各小组以他们自己创作的自然艺术作品为素材，撰写诗歌并演出。一些参与了WTAMU工作室活动的教师利用一个在线编辑网站出版了自己创作的摄影和诗歌集。在课堂中将艺术与科学相结合
教师仅需要在教室的墙上放出投影，这样简单的活动就能激发学生对艺术与科学相衔接的兴趣。为了保证学生不断体验这种衔接，可以在教室墙报中设立1个“艺术中的科学”专栏，每周或每月突出展示1种表现科学与艺术结合的印刷品或海报。收集印有奥杜邦和其他自然艺术家作品的旧挂历可以轻松获得这些作品的原图。向学生展示3～4幅范例后，让学生试着创作自己的作品，来表现艺术和科学的结合，并展示出来。教师可以在1个学期之初就把“艺术中的科学”挑战任务布置给学生，这样就有机会展示很多学生的创作。这项活动的具体主题可根据科学课每单元的内容安排而定期调整。用展示的办法来肯定学生的工作是有效的激励手段。这项活动的评价方法可以简单到仅仅是学生的参与。
“科学的艺术(The Art of Science)”是2011年美国科学教师协会(NSTA)在得克萨斯州召开的区域会议的主题，邀请全得克萨斯州的学生提交符合这个主题的艺术作品。获奖作品将在会议期间展出，其他优秀作品将在会议网站WAVer.省略／cast2011上展示。
K.B.萨德维德拍摄的令人惊叹的照片总能激发学生的兴趣(表2)。首先，向学生展示由蝴蝶翅膀组成的字母的照片，但不要告诉学生是什么构成了这些字母。学生对这些图片进行观察和讨论后，往往能正确识别出这些是蝴蝶翅膀。这一阶段的启发过后，带学生走出学校或进行一次实地参观，寻找自然界中的图案。地方、州立和国家级的公园为学生们提供了丰富的机会，用数码相机捕捉找到的图案。孩子们交上来的这些数码照片作业也可以在“艺术中的科学”墙报中展不。
为了建立自然和艺术的联系，可以与学生一起观赏电影《安迪・高兹沃斯：河流与潮汐(Andy’Goldsworthy：Rivers andTides)》(Riedelsheimer 2006)中的剧照(如果当地图书馆没有这部电影，可以通过网络在线购买；高兹沃斯的摄影作品还能从他的网站获得)(见“相关资源”)。把学生分成两人一组或几人一组，要求他们只采用户外环境中的天然素材创作一幅自然艺术作品。在完成之后，学生应从多个角度对作品拍摄数码照片。让每一名学生写出描述创作自然艺术作品过程的小结，然后把全班学生的作品和小结装订成册。为了让学生清楚地了解这一课的任务要求，可以把活动评分标准发给他们(见表3)。
为鼓励学生通过学习科学
艺术大师的生平来理解和寻找艺术与科学之间的关联，可以让学生制作表现某位整合了科学与艺术的大师的生平卡片。这些卡片与棒球卡片类似，正面是人物照片和姓名，背面写有该人物的重要生平事迹，如诞辰日、逝世日(如适用)、教育经历、个人兴趣、职业信息，以及最知名的成就等。评价生平卡片制作水平的方法是检查其是否包括了每一项要求的内容。
利用生平卡片开展活动时，请学生生动地讲述这些科学一艺术家的故事，要求学生装扮起来，准备1段5分钟的独自并讲给全班同学听。这段独白要整理成书面作业上交，内容要与生平卡片上的项目一致。评价学生在这项活动中表现的依据是学生的口头表达、化妆装束和书面作业。
另一项可以开展的活动是邀请1位现代的科学一艺术家到课堂或通过Skype这样的即时通讯工具与学生们见面。学生可以在课前讨论并准备好想向这位科学一艺术家了解的问题。
结论
在中学课堂用一些时间讨论和发现艺术和科学的关联能帮助学生拓宽思路，从一个新的角度认识艺术和科学。在探索这样的关联时，教师会发现很多与艺术、科学、英语和技术教师之间的合作机会。投入时间进行这项活动，收获的回报将可能是学生对艺术和自然世界产生终生的兴趣和热爱。