魏國蘭 黃網(wǎng)官

識悟大師 滋養(yǎng)課堂（上）『勸架』庫侖奧斯特避開安培尋定則

魏國蘭 黃網(wǎng)官

電磁聯(lián)系是初中物理中的非典型知識點，通常只教 “電磁”，不教 “聯(lián)系”。實際上在物理史中，電磁聯(lián)姻并非易事，帶領(lǐng)學(xué)生走進(jìn)這段思想碰撞史，或許可讓學(xué)生明智。本文以電流的磁效應(yīng)教學(xué)為例，略談淺思。

一、設(shè)虛擬吵架情境，引學(xué)生設(shè)計實驗

庫侖，法國物理學(xué)家，生于1736年，卒于1806年；奧斯特，丹麥物理學(xué)家，生于1777年，卒于1851年。庫侖去世14年后的1820年，奧斯特發(fā)現(xiàn)了電流的磁效應(yīng)，即常說的 “電生磁”。從時間上來看，兩者沒有 “吵架”的機會。但從思想上來說，兩人有吵架的可能。在教學(xué)中虛擬一個吵架的場面，并讓學(xué)生勸勸架，可以讓學(xué)生對“電磁聯(lián)系”的理解更深刻一些。

兩個人之所以有吵架的可能，是因為兩個人對待電和磁的觀點根本對立。相關(guān)史實是：庫侖是研究靜電學(xué)的權(quán)威人物，基于自己的理論與實驗研究，他認(rèn)為電磁之間沒有聯(lián)系，他的觀點代表著主流觀點；而奧斯特則是基于其康德哲學(xué)取向，執(zhí)著地認(rèn)為兩者之間有聯(lián)系。其在 《關(guān)于化學(xué)力和電力的統(tǒng)一的研究》中這樣推測：既然電流通過較細(xì)的導(dǎo)線可以產(chǎn)生熱，那么通過更細(xì)的導(dǎo)線就有可能發(fā)光 （即電流的熱效應(yīng)）；如果導(dǎo)線再細(xì)一些，就有可能產(chǎn)生磁 （磁效應(yīng)）。但是他形成這一觀點時并沒有得到實驗支持。

筆者設(shè)計的虛擬吵架過程如下：

師 （講述，類似于旁白）：在物理發(fā)展史上，電和磁在很長時間內(nèi)被認(rèn)為是沒有任何聯(lián)系的，這符合人們的生活經(jīng)驗，在電大規(guī)模被使用之前，人們只能看到天上的閃電，而實驗室里產(chǎn)生的電，比家里珍藏的古董都稀罕。磁現(xiàn)象也早就被發(fā)現(xiàn)了，但是沒有人認(rèn)為兩者之間有什么有關(guān)系。大科學(xué)家?guī)靵鼍褪沁@一觀點的典型代表！但是有另外一個人，名叫奧斯特，他偏偏認(rèn)為電和磁有聯(lián)系。有一天，兩個人吵開了…… （下面的吵架內(nèi)容可以用PPT加配音的方式呈現(xiàn)，所配之音可以帶點俏皮的意思；也可以教師分飾兩角色。筆者用的是后者，時間成本小。）

奧斯特 （以下簡稱 “奧”）：尊敬的庫侖先生，我想跟你探討一個問題：你說，電與磁之間有聯(lián)系嗎？

庫侖 （以下簡稱 “庫”）：什么？這是個什么鬼問題？它們兩者之間怎么會有聯(lián)系？我說奧兄弟，你腦子里成天想些什么呢？

奧：庫哥，你先別急。我在哲學(xué)課里學(xué)過， “萬物皆有聯(lián)系”，電與磁之間怎么就沒有聯(lián)系呢？

庫：書生！教條！哲學(xué)是哲學(xué)，物理是物理。我研究電現(xiàn)象那么多年，就沒看見電現(xiàn)象中有磁的一點點痕跡，一點點都沒有！

奧：庫哥，我這不是向您請教嘛……再說了，你沒發(fā)現(xiàn)也不等于真的沒有聯(lián)系嘛 （嘟嚕的語氣）。

庫：你說什么？你敢懷疑我？老夫研究電現(xiàn)象那么多年，難道比不上你的哲學(xué)觀點？簡直是豈有此理。

奧 （倔脾氣上來了）：哲學(xué)是智慧的學(xué)問，電與磁都是物理中的偉大現(xiàn)象，雖然現(xiàn)在看不到它們之間的聯(lián)系，但是不等于它們之間沒有聯(lián)系。你等著吧，我會證明給你看的！

庫：行，我等你的研究成果。哼！

（最后，PPT打出一行大字：以上對話純屬虛構(gòu)?。?/p>

正常情況下，學(xué)生會為此段帶點吵架意思的對話所吸引，但還只是停留在表面，需要教師梳理，以讓學(xué)生發(fā)現(xiàn)兩者觀點對立的根本所在：庫侖基于實驗研究，沒有發(fā)現(xiàn)聯(lián)系，因此認(rèn)為電磁之間沒有聯(lián)系；奧斯特基于哲學(xué)觀點，認(rèn)為有聯(lián)系，但卻無法通過實驗證實。于是，教學(xué)進(jìn)入勸架環(huán)節(jié)。勸架問題設(shè)計如下——

問題1：如果讓你來勸架，你會怎么辦呢？ （這個時候不要問學(xué)生電磁之間到底有沒有聯(lián)系這樣的問題，課本上寫得清清楚楚 “電磁聯(lián)系”。預(yù)設(shè)答案：通過實驗來尋找電與磁的聯(lián)系。但這只是一個意識流的答案，不具有真正的實驗意義。）

問題2：設(shè)想如果電與磁之間有聯(lián)系，那這種聯(lián)系會以什么現(xiàn)象出現(xiàn)？ （這是關(guān)鍵的一個問題。需要學(xué)生用轉(zhuǎn)換的思路去分析電與磁的效應(yīng)。預(yù)設(shè)：學(xué)生能從電現(xiàn)象與磁現(xiàn)象之間可能的聯(lián)系分析。如果不能，則教師可以直接提出下一個問題。）

問題3：我們能不能將電和磁放到一起，看兩者之間會不會有什么相互作用？ （這一問題的提出，既沒有直接指向問題的解決思路，但是又作了方向性的提醒。預(yù)設(shè)：學(xué)生此時能夠構(gòu)思出電與磁在一起的物理圖景——電源、導(dǎo)線與用電器構(gòu)成的回路，旁邊放有磁體。）

師：根據(jù)以上分析，你組織一下語言，然后到現(xiàn)場去勸架去。

所謂勸架，其實就是引導(dǎo)學(xué)生思考如何解決電與磁之間有聯(lián)系的問題，即設(shè)計什么樣的實驗來證實兩者之間有聯(lián)系的過程。

當(dāng)然，學(xué)生順利設(shè)計出奧斯特實驗的可能性并不大，但由于器材簡單，不妨讓學(xué)生說出思路，然后用器材去探究。這是可行的，這也是一個真正的探究過程。如果學(xué)生仍然努力無果，則教師可直接講授奧斯特實驗，有了此前這番理解“吵架”的過程，此時奧斯特實驗的得出可謂是水到渠成。教師還可以基于物理學(xué)史，告訴學(xué)生奧斯特在完成實驗的過程中主要經(jīng)歷了導(dǎo)線是東西放置還是南北放置的坎坷，主要原因則在于對通電直導(dǎo)線周圍的磁場的判斷不夠清晰，以讓學(xué)生體會到貌似簡單的探究其實困難重重。

二、匿安培右手定則，尋規(guī)律自探規(guī)則

電流的磁效應(yīng)中另一個知識點是通電螺線管磁場方向的判斷，而這與安培有關(guān)。

安培是一個非常聰明與執(zhí)著的人，著名的 “移動的黑板”故事的主角就是他老人家。他的安培定則巧妙之極，但在實際教學(xué)當(dāng)中，筆者發(fā)現(xiàn)如果直接告知安培定則，那學(xué)生不過是借教師之口得到了安培的判斷方法，然后照著這個方法去機械地判斷而已，這樣的教學(xué)味同嚼蠟、意趣全無。新課程改革不是強調(diào)探究式教學(xué)嗎？此處可探究？

相關(guān)史實：1820年8月，法國物理學(xué)家阿拉果向法國科學(xué)院報告了奧斯特的發(fā)現(xiàn)——相當(dāng)于幫奧斯特?fù)P名立萬。而就在一周后，安培就向科學(xué)院提交論文，提出了“安培定則”，用以判斷磁場方向與電流方向之間原關(guān)系。初中階段的安培定則只是用來判斷通電螺線管的，又叫右手螺旋定則，內(nèi)容是：用右手握住螺線管，讓彎曲的四指所指的方向與螺線管中的電流方向一致，則大拇指所指的那一端就是通電螺線管的N極。

在筆者看來探究或可嘗試：第一步，用實驗去獲得螺線管的磁場方向與電流方向及螺線管繞向之間的關(guān)系。根據(jù)排列組合，其只有四種可能——螺線管繞向有順時針和逆時針兩種 （從同一端看去），每一種當(dāng)中電流方向則有自左向右或自右向左兩種 （從側(cè)面看去）；第二步，記憶四種情形下的磁場方向。事實證明，學(xué)生此時的第一反應(yīng)只能是機械記憶，而且?guī)缀跛械膶W(xué)生都沒有尋找規(guī)律的意識。如果教師此時再假裝嚴(yán)肅地說待會兒要默寫 （實際上是 “默畫”）的話，那學(xué)生的記憶會更認(rèn)真，當(dāng)然付出的努力也就會更多；第三步，默寫，學(xué)生出錯——畢竟此時的短時記憶沒有任何先前經(jīng)驗提供支撐，只能通過重復(fù)形成記憶；第四步，故作高深地提出問題：通電螺線管的磁場方向的判斷，有沒有什么規(guī)律可循呢？當(dāng)然，這一步也可以反過來，讓學(xué)生隨便給出一種情形，教師迅速準(zhǔn)確地進(jìn)行判斷，以讓學(xué)生感覺教師一定有什么厲害的辦法?？傊?，吊出學(xué)生的胃口就行；第五步，學(xué)生探究其中的規(guī)律。根據(jù)教學(xué)經(jīng)驗，學(xué)生能夠發(fā)現(xiàn)規(guī)律，但一定想不到還能借助于右手去判斷，但教師要表揚學(xué)生的這種探究成果；第六步，讓安培出場。不出意外的話，學(xué)生一定會對安培的方法贊不絕口。

這樣的探究過程中，先讓學(xué)生通過自己的努力去尋求規(guī)律，用自己的語言去描述規(guī)律。至于安培，讓其壓軸出場，則既不影響學(xué)生的自主探究，又不影響科學(xué)知識的構(gòu)建，還能讓學(xué)生認(rèn)識到安培定則的巧妙，一舉三得。更重要的是，通過這樣的教學(xué)過程設(shè)計，學(xué)生記憶的效果要好得多，運用該知識解題的直覺性更好。

三、大師隱光環(huán)，滋養(yǎng)貴無聲

物理發(fā)展史，就是物理學(xué)大師的探究史，縱觀這段歷史，無疑有著波瀾壯闊的一面，也因此，物理大師通常情況下都是帶著光環(huán)走近學(xué)生的。這固然可以讓他們的榜樣作用發(fā)揮得更明顯，但也未必可以在學(xué)生心目當(dāng)中樹立很好的物理形象。筆者的意思是說，初中作為學(xué)生系統(tǒng)接觸物理 （科學(xué)）的重要階段，沒有必要用光環(huán)將學(xué)生隔在物理之外。

物理學(xué)家也是人，并非不食人間煙火，他們在物理探究的過程中也有著很多的囧事，也走過很多彎路，甚至還走過很多錯路。一個正確的物理規(guī)律往往都是以無數(shù)個錯誤作為前提的，奧斯特發(fā)現(xiàn)電生磁之后十年法拉第才發(fā)現(xiàn)磁生電，此中法拉第的失敗不計其數(shù)，其中還有科拉頓 “在跑來跑去中丟失了良機”的遺憾。

十年長不長？在物理長河中并不長！真正的物理發(fā)展是在文藝復(fù)興之后，是在伽利略提出實驗論證的范式之后，由此向前追溯到亞里士多德時代，上千年的時間中，物理理論其實都沒有什么發(fā)展，其中原因復(fù)雜，但普通人的愚蒙不能說不是一個原因，亞里士多德光環(huán)的照耀下，沒有人敢逆其須眉 （當(dāng)然，這不是亞里士多德的錯，不影響亞里士多德在筆者心中高大的形象）。而這也可能正是科學(xué)史家?guī)於髟?《科學(xué)革命的結(jié)構(gòu)》中用 “革命”一詞指代科學(xué)發(fā)展極為不易的重要原因。筆者曾想，如果在物理發(fā)展史中，人們對先賢們沒有太多的敬畏，如果能夠真正地與大師們平起平坐，理性且純粹地探討科學(xué)問題，或許科學(xué)的發(fā)展將更為迅速。

回到教學(xué)中來，教師課堂上帶給學(xué)生什么樣的科學(xué)家形象，直接影響著學(xué)生對物理 （科學(xué)）學(xué)習(xí)的理解?？茖W(xué)家的形象如果總帶著光環(huán)，那學(xué)生的學(xué)習(xí)則必然走入頂禮膜拜之歧途，反之，如果科學(xué)大師們能夠以一個鄰家大哥的形象出現(xiàn)在學(xué)生的身邊，那學(xué)生對于科學(xué)的態(tài)度，對于物理的神奇感，就可以轉(zhuǎn)化為促進(jìn)物理學(xué)習(xí)的真正內(nèi)驅(qū)力，這才是大師之于教學(xué)的意義，以大師之大引領(lǐng)學(xué)生也才會有潤物無聲的效果。也正是基于這些思考，筆者才設(shè)計出了庫侖與奧斯特“吵架”的關(guān)公戰(zhàn)秦瓊之戲，才故意 “冷落”了安培?？此撇还?，實則大敬，一切只是為了自己和學(xué)生心中關(guān)于科學(xué)的恰當(dāng)形象罷了。

（作者單位：江蘇南通如皋市外國語學(xué)校；江蘇南通如皋市城北初級中學(xué)）