当我们谈论“自然”这一概念时，是与“人工”相比较而言的。我们讲“自然”是强调其原始性、原初性的特点，这是先于人类而存在的，但是，自然只有进入人的实践范围，变成与人类所形成的审美关系结构中的客体时，才能称作“审美对象”，才真正地具有审美价值。虽然说，自然美、科学美都有关于自然现象及其规律反映的审美形态，但就科学美与自然美的区别而言，二者所反映的客观事物属性和规律的深度以及对审美主体素质高低的要求是不同的。从审美客体的角度看，自然美的审美对象是自然，自然美重在外观形式，如质感、色彩、形状、比例、对称、反差等因素，它是以物质形态的感性特征来引发人的审美愉悦，自然多呈现出直观性、形象性和表层性的特点，审美主体通常可以凭借个体感官直接而迅速地感知自然的面貌，或者被其千姿百态所陶醉，或者为其险峻所惊叹，或者为其巧夺天工而折服；而科学美的审美客体是自然科学知识，自然科学知识更多地表现为客观性、系统性、逻辑性和实践性的特点，作为规律性的知识，一般说来，自然科学中的美被深深地包含在自然现象和规律之中，有时既不直观也非形象，更是难以一眼就看透其中的奥妙，需要审美主体善于透过自然现象及其规律间接地发现、甄别蕴涵其中的审美因素，然后借助联想和想像把这些审美因素转化为能使人产生形象感的表象，在表象的基础上进而产生美感，那些关于自然规律的审美涉及抽象的定理、定律更是如此（当然，这些定理、定律自身展现出来的和谐、简洁、对称等结构美和形式美可以直接给予审美主体以美感，不需要再进行由抽象向形象的转化）。对科学中的美与自然美的差异，阿·热是这样说的：“当我在海边（或更可能在贝壳商店）发现一个鹦鹉螺时，它的美吸引了我，但一个生物学家可能会告诉我，这种完美的螺旋形状不过是贝壳生长速率不等的结果。作为一个人，知道这以后丝毫不会减少我对美丽的鹦鹉螺的迷恋，但作为一名物理学家，我被驱使去超越我们所能见到的美。我想讨论的并不是翻卷的波浪的美，也不是弓伏在苍天的彩虹的美，而是存在于最终支配各种形态下水的行为的物理学定律中更深沉的美。”自然外观的美是每一个健全的人都能看到的，而科学美则是深层次的，往往隐藏于事物的外表下，这种美在于各部分的和谐秩序，要凭借理智去把握。杨振宁认为科学美是一种潜藏在感性美之内的理性美，他曾以彩虹为例解释科学美的深层次特点，他说彩虹是一种极为美丽的自然现象，如果从物理学的视角看，彩虹有三个层次的结构，虹霓是一种外观极美丽的自然现象，人人都能看见，我们经过科学测量后会发现，虹是42度的弧，红色在外，紫色在内；霓是50度的弧，红色在内，紫色在外，这两个弧度可以从太阳光在水珠中的折射与反射推算出来，此种认识揭示出深一层的美。如果再进一步地深入研究，折射与反射现象本身可以从一个包罗万象的麦克斯韦方程推算出来，这就形成了极深层的构架的美。杨振宁在这里也区分了自然美与科学美的不同，指出了自然美是任何人都可以轻松感知到的表层的美，而科学美则是蕴藏在其深层的理性美，若要领略它的魅力，主体自身还应该有更高的素质；因此，从审美主体的角度看，对自然美的审美活动往往出于主体的审美需求本能。虽然说审美的结果与审美主体的素养密切相关，但通常审美过程本身并不强求审美主体必须具备多么高的文化素质和审美经验或审美理论；而对科学美的审美主体来说，情况就大为不同了，审美主体不仅需要具备正常的感知觉和审美需求，更为重要的是必须具备基本的相关的科学知识背景和审美经验、审美理论，否则连一个简单的数学公式、物理定理、定律都看不懂，也就无从谈起欣赏蕴涵于其中的审美因素了；从感知审美因素的方式和手段方面看，即使二者都有可感知的形象性（因为随着社会物质文明和科技手段的飞速发展，我们不仅可以凭借直观的方式观照审美因素，还可以借助外在的工具或媒介以间接的方式来感知科学意象），但具体运用的手段和方式是不同的。我们对自然美的感知可以直接凭借我们自身的五官来实现，但对科学美的感知，往往要运用一定科学工具，以此来“延长”我们的感官范围，由于自然科学是以探索自然界运动规律和内在结构为目的，因此，我们就不会仅仅停留在直观的外在的表层，而要进行深层次的研究，不论是对天体宇宙的观测，还是对微观的原子世界的探寻，必然要借助一定的科学设备，如利用天文望远镜或电子显微镜，这些工具的运用无疑会延伸人的感知觉能力，至于在更为微观世界的研究中，如粒子加速器等科学设备的运用则是超出了人类的直接感官范围，靠其他物理媒介间接地展示出难以直接感知的世界。从主客体之间所建构起的审美关系看，科学文化的审美关系已经超越了主体的生理和心理的需要与自然对象所构成的同构关系，而进入了纯粹的科学精神文化的创造领域。如果主体只有先天的生理心理感官和潜在本能的需要，那么，他是无法与作为精神文化的科学建立起特定的文化审美关系的。因此，他必须具有一定的科学文化知识和素养，能够用科学理性的眼光和心灵去捕捉科学文化客体深邃的理性内涵和科学家巨大的创造力，并从中感悟到一种充满人类意识的自豪感、愉悦感乃至敬畏感，才有可能进入科学美的领域。这就对审美主体的审美能力提出了较高的标准，对科学美的教育必须与科学文化教育相一致、相同步，如果科学文化知识滞后，科学美育将难以实施。
科学美与艺术美的差异首先源于学科之间的不同。科学活动和艺术审美活动都是在人类长期的社会实践的基础上形成并逐渐分化开来的，构成了人类精神活动的两种不同的方式，它们的分化既有反映论的根源，也有生理—心理的根源，这种精神活动的两极化趋势反映在人的大脑功能的不同分工和功能定位上，左半脑成为逻辑半球，而右半脑则成为情感半球，大脑功能的分化与人的精神活动方式的分化有着直接的关系。虽然从反映的同一客观世界和现实的角度看，自然科学与作为人文科学的艺术是同宗同源的，但反映的具体对象和反映的方式并不相同。爱因斯坦就曾谈论过科学与艺术二者之间的区别，他认为，当这个世界不能满足我们的愿望，当我们以自由人的身份对这个世界进行探索和观察的时候，我们就进入艺术和科学领域。如果用逻辑的语言来描绘所见所闻的身心感受，那么我们所从事的就是科学。如果传达给我们的印象所假借的方式不能为理智所接受，而只能为直觉所领悟，那么我们所从事的便是艺术。爱因斯坦首先肯定了艺术与科学之间的共同之处，那就是二者都是以“自由人的身份”观察和探索自然界。但二者反映的态度是不同的，科学是以主客二分为前提的，要求研究者摆脱个人的情绪和好恶，以追求对规律的正确认识和结果的逻辑性、客观性为目的；艺术是人类社会实践活动的精神产品，是对客观世界的再现、反映与对主观精神世界表现的统一，艺术通过或者以侧重对客观现实的再现、反映，或者侧重主体表现的方式来揭示生活的规律，艺术的审美特征体现为人类的以自我意识为中心，它所关注的是这个世界在多大程度上是人的世界并且适合于人。科学则是对自然规律的认识，以范畴、定理和定律的形式，以数理符号为表现媒介，反映客观世界的各种现象的本质和运动规律的知识体系。艺术却充满情感色彩和个性印记。美国著名科学史家库恩（T.S.Kuhn，1922—），在《论科学和艺术的关系》中也曾论及科学与艺术二者之间的关系，一方面他肯定了二者都是对美的追求，另一方面，他指出了美的因素在二者中的具体功能是不同的，他说：“考虑对称性以及以符号表示的简单性和精巧性，考虑数学美学的其他各种形式，这在艺术与科学中都很重要。不过在艺术中，美学本身就是创作的目的；而在科学中，它顶多也只是一个工具，亦即当几种理论在其他方面旗鼓相当时进行选择的标准，或者只是一种能启发想像以设法解决麻烦的技术疑点的指南。只有当它解开了疑点，只有当科学家的美学终于与大自然的美学相一致时，美学才在科学发展中发生良好作用。在科学中，美学很少是目的本身，而且从来不是首要的。”
其次，就科学美与艺术美的不同来说，有别于艺术美的科学美更多地具有抽象性、理性的特点。从审美客体的角度讲，科学美的审美客体所包含的审美因素往往不那么直观、不那么形象，这时的科学美中的审美因素包容于自然现象及其规律之中，而艺术美的审美客体相对来讲比较形象、直观。从审美过程和方式看，科学美的审美主体往往需要通过逻辑的、推理的思维方式，经过对科学规律的理性把握实现对美的认知与鉴赏，而难以直接通过感官来迅速地感知审美因素。与此不同，艺术美的审美主体凭借自身的感性体验和情感评价，以对客体的感知觉、体验为基础，通过各种感官的感知、分析、综合形成头脑中的表象，再经过表象、联想和想像等以形象思维为主导的心理活动过程直接感知其中的审美因素，实现主体内在的审美需求。从审美主体的角度看，如果说“内行看门道，外行看热闹”的话，那么，对艺术美的审美活动，即使是“外行”也可以进行（当然，可能仅仅是浅层的、表面的“看热闹”），而对科学美的审美活动，“外行”就可能根本难以进行；即使是“内行”从事的审美活动，在艺术美和科学美的审美活动中，对主体相应素质的要求也有所差异，艺术美的审美要求审美主体应该具备有关艺术方面的知识储备，如绘画、音乐、舞蹈、雕塑、书法以及影视欣赏方面的鉴赏知识，而科学美的审美活动则需要主体具备那些关于自然科学的基础知识。从审美感受的丰富性程度不同方面分析，对艺术美进行的审美活动内容相对要丰富一些，作为个体内心体验，可能是多样的，有时充满肯定的情感，有时弥漫否定的氛围，有时会感到愉悦，有时会感到悲愤交加，有时会慷慨激昂、群情振奋，有时又会感到胸中怒火燃烧，而且，审美的形态不仅包括优美、崇高，还包括丑恶、荒诞、滑稽；而对科学美进行的审美活动则相对单一，这是由科学美的审美客体性质所决定的，科学美的审美主体通常以公正、冷静的态度对待客观自然现象和规律，而非依据个人主观的好恶进行评价，审美活动的内容是以和谐、简捷为基调的优美为主。从审美效果方面看，科学美作为一种文化美的特殊形式，确实不像艺术美那样具有鲜明的形象性和情感特征，它唤起的主要是一种人类的理性力量和对人类科学创造精神的追求，而不是艺术审美所具有的那种感性魅力和带给人的全身心的情感愉悦。
综上所述，如果固守传统的美的分类标准，用自然美和艺术美的形象性和情感性来要求科学美，或以欣赏自然美或艺术美的态度来欣赏科学美，那就难免南辕北辙，其结果，不是放弃科学美的本质特征，硬把形象性和情感性套在科学美的头上，勉强承认科学美，就是因为科学美缺乏鲜明的形象和情感性，而干脆否认科学美。这也是以往把审美教育混同于艺术教育或审美情感教育，只把对自然美和艺术美的感受作为实施审美教育的媒介和途径的一个理论根源，也是造成人们忽视甚至否认科学美在审美教育中的地位和作用，致使美育无法成为理智教育特别是理科教学的一个有机组成部分，不能在整个教育结构体系中找到自己应有位置的一个重要原因。因此，正确认识科学美的本质和特点，还科学美以本来面貌，将科学美育纳入审美教育视野和体系，这是发展、完善审美教育理论，弥补美育实施途径和手段的缺陷的前提，也是使美育的实施真正落到现实教育体系中，尤其是摆正美育在中小学理科教学和高等教育中的理工科教育中的应有地位，进而使由理论宣传口号式的“素质教育”走向现实的、能培养知识经济时代急需的人才的“素质教育”。
科学美育与自然美育、艺术美育的内通性与互补性
虽然说，科学美作为一种特殊的美的形态，它不同于自然美，也不同于艺术美，因此，科学美育与自然美育、与艺术美育之间无论是在特质方面，还是在功能和作用方面都存在一定的差异和不同，但就其深层次上分析，作为审美教育实施的重要途径和手段，它们之间却有着内通性和互补性，别林斯基曾说过：“科学与艺术也是为最高的善服务的，而最高的善同时就是最高的真和美。”德国美学家玛克斯·德索也认为审美意识广泛地存在于人们的科学实践活动中，他说：“假如我们从自然的审美对象转向人类自己设计的范围———除了艺术之外———我们便发现审美需要强烈得几乎遍及一切人类活动。我们不仅力争在可能范围内得到审美愉悦的最大强度，而且还将审美考虑愈加广泛地运用到实际事务中去。人们主要的精力在理性与工艺活动中始终都偏向于呈现出一种审美的形式。”可见，科学活动中同样也存在着审美的因素，因此，我们理应将科学美纳入审美教育的视野之中。
也正是从这个角度讲，科学美育与自然美育以及艺术美育同样具有存在的价值，都应该成为美学研究和审美教育实施的重要途径。
固然，自然美和艺术美是我们实施审美教育的重要媒介和途径，而科学美育同样具备美育实施的功能和作用，而且，还具有前两者所难以替代的价值，这也是在中小学的自然科学学科教育和高等院校的理工科门类教育中实施美育的必要性和重要性之所在。
