“勸架”庫(kù)侖奧斯特避開(kāi)安培尋定則

魏國(guó)蘭 黃網(wǎng)官

電磁聯(lián)系是初中物理中的非典型知識(shí)點(diǎn)，通常只教“電磁”，不教“聯(lián)系”。實(shí)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(jì)實(shí)驗(yàn)

庫(kù)侖，法國(guó)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(kù)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(shuō)的“電生磁”。從時(shí)間上來(lái)看，兩者沒(méi)有“吵架”的機(jī)會(huì)。但從思想上來(lái)說(shuō)，兩人有吵架的可能。在教學(xué)中虛擬一個(gè)吵架的場(chǎng)面，并讓學(xué)生勸勸架，可以讓學(xué)生對(duì)“電磁聯(lián)系”的理解更深刻一些。

兩個(gè)人之所以有吵架的可能，是因?yàn)閮蓚€(gè)人對(duì)待電和磁的觀點(diǎn)根本對(duì)立。相關(guān)史實(shí)是：庫(kù)侖是研究靜電學(xué)的權(quán)威人物，基于自己的理論與實(shí)驗(yàn)研究，他認(rèn)為電磁之間沒(méi)有聯(lián)系，他的觀點(diǎn)代表著主流觀點(diǎn)；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(cè)：既然電流通過(guò)較細(xì)的導(dǎo)線可以產(chǎn)生熱，那么通過(guò)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(diǎn)時(shí)并沒(méi)有得到實(shí)驗(yàn)支持。

筆者設(shè)計(jì)的虛擬吵架過(guò)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(zhǎng)時(shí)間內(nèi)被認(rèn)為是沒(méi)有任何聯(lián)系的，這符合人們的生活經(jīng)驗(yàn)，在電大規(guī)模被使用之前，人們只能看到天上的閃電，而實(shí)驗(yàn)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(méi)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(diǎn)的典型代表！但是有另外一個(gè)人，名叫奧斯特，他偏偏認(rèn)為電和磁有聯(lián)系。有一天，兩個(gè)人吵開(kāi)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(diǎn)俏皮的意思；也可以教師分飾兩角色。筆者用的是后者，時(shí)間成本小。）

奧斯特（以下簡(jiǎn)稱“奧”）：尊敬的庫(kù)侖先生，我想跟你探討一個(gè)問(wèn)題：你說(shuō)，電與磁之間有聯(lián)系嗎？

庫(kù)侖（以下簡(jiǎn)稱“庫(kù)”）：什么？這是個(gè)什么鬼問(wèn)題？它們兩者之間怎么會(huì)有聯(lián)系？我說(shuō)奧兄弟，你腦子里成天想些什么呢？

奧：庫(kù)哥，你先別急。我在哲學(xué)課里學(xué)過(guò)，“萬(wàn)物皆有聯(lián)系”，電與磁之間怎么就沒(méi)有聯(lián)系呢？

庫(kù)：書(shū)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(méi)看見(jiàn)電現(xiàn)象中有磁的一點(diǎn)點(diǎn)痕跡，一點(diǎn)點(diǎn)都沒(méi)有！

奧：庫(kù)哥，我這不是向您請(qǐng)教嘛……再說(shuō)了，你沒(méi)發(fā)現(xiàn)也不等于真的沒(méi)有聯(lián)系嘛（嘟嚕的語(yǔ)氣）。

庫(kù)：你說(shuō)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(diǎn)？簡(jiǎn)直是豈有此理。

奧（倔脾氣上來(lái)了）：哲學(xué)是智慧的學(xué)問(wèn)，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(méi)有聯(lián)系。你等著吧，我會(huì)證明給你看的！

庫(kù)：行，我等你的研究成果。哼！

（最后，PPT打出一行大字：以上對(duì)話純屬虛構(gòu)?。?/p>

正常情況下，學(xué)生會(huì)為此段帶點(diǎn)吵架意思的對(duì)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(diǎn)對(duì)立的根本所在：庫(kù)侖基于實(shí)驗(yàn)研究，沒(méi)有發(fā)現(xiàn)聯(lián)系，因此認(rèn)為電磁之間沒(méi)有聯(lián)系；奧斯特基于哲學(xué)觀點(diǎn)，認(rèn)為有聯(lián)系，但卻無(wú)法通過(guò)實(shí)驗(yàn)證實(shí)。于是，教學(xué)進(jìn)入勸架環(huán)節(jié)。勸架問(wèn)題設(shè)計(jì)如下——

問(wèn)題1：如果讓你來(lái)勸架，你會(huì)怎么辦呢？（這個(gè)時(shí)候不要問(wèn)學(xué)生電磁之間到底有沒(méi)有聯(lián)系這樣的問(wèn)題，課本上寫得清清楚楚“電磁聯(lián)系”。預(yù)設(shè)答案：通過(guò)實(shí)驗(yàn)來(lái)尋找電與磁的聯(lián)系。但這只是一個(gè)意識(shí)流的答案，不具有真正的實(shí)驗(yàn)意義。）

問(wèn)題2：設(shè)想如果電與磁之間有聯(lián)系，那這種聯(lián)系會(huì)以什么現(xiàn)象出現(xiàn)？（這是關(guān)鍵的一個(gè)問(wèn)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(gè)問(wèn)題。）

問(wèn)題3：我們能不能將電和磁放到一起，看兩者之間會(huì)不會(huì)有什么相互作用？（這一問(wèn)題的提出，既沒(méi)有直接指向問(wèn)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(shí)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(yǔ)言，然后到現(xiàn)場(chǎng)去勸架去。

所謂勸架，其實(shí)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(wèn)題，即設(shè)計(jì)什么樣的實(shí)驗(yàn)來(lái)證實(shí)兩者之間有聯(lián)系的過(guò)程。

當(dāng)然，學(xué)生順利設(shè)計(jì)出奧斯特實(shí)驗(yàn)的可能性并不大，但由于器材簡(jiǎn)單，不妨讓學(xué)生說(shuō)出思路，然后用器材去探究。這是可行的，這也是一個(gè)真正的探究過(guò)程。如果學(xué)生仍然努力無(wú)果，則教師可直接講授奧斯特實(shí)驗(yàn)，有了此前這番理解“吵架”的過(guò)程，此時(shí)奧斯特實(shí)驗(yàn)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(shí)驗(yàn)的過(guò)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(duì)通電直導(dǎo)線周圍的磁場(chǎng)的判斷不夠清晰，以讓學(xué)生體會(huì)到貌似簡(jiǎn)單的探究其實(shí)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(gè)知識(shí)點(diǎn)是通電螺線管磁場(chǎng)方向的判斷，而這與安培有關(guān)。

安培是一個(gè)非常聰明與執(zhí)著的人，著名的“移動(dòng)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(shí)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(guò)是借教師之口得到了安培的判斷方法，然后照著這個(gè)方法去機(jī)械地判斷而已，這樣的教學(xué)味同嚼蠟、意趣全無(wú)。新課程改革不是強(qiáng)調(diào)探究式教學(xué)嗎？此處可探究？

相關(guān)史實(shí)：1820年8月，法國(guó)物理學(xué)家阿拉果向法國(guó)科學(xué)院報(bào)告了奧斯特的發(fā)現(xiàn)——相當(dāng)于幫奧斯特?fù)P名立萬(wàn)。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(chǎng)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(lái)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(lái)探究或可嘗試：第一步，用實(shí)驗(yàn)去獲得螺線管的磁場(chǎng)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(shí)針和逆時(shí)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(chǎng)方向。事實(shí)證明，學(xué)生此時(shí)的第一反應(yīng)只能是機(jī)械記憶，而且?guī)缀跛械膶W(xué)生都沒(méi)有尋找規(guī)律的意識(shí)。如果教師此時(shí)再假裝嚴(yán)肅地說(shuō)待會(huì)兒要默寫（實(shí)際上是“默畫(huà)”）的話，那學(xué)生的記憶會(huì)更認(rèn)真，當(dāng)然付出的努力也就會(huì)更多；第三步，默寫，學(xué)生出錯(cuò)——畢竟此時(shí)的短時(shí)記憶沒(méi)有任何先前經(jīng)驗(yàn)提供支撐，只能通過(guò)重復(fù)形成記憶；第四步，故作高深地提出問(wèn)題：通電螺線管的磁場(chǎng)方向的判斷，有沒(méi)有什么規(guī)律可循呢？當(dāng)然，這一步也可以反過(guò)來(lái)，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(jué)教師一定有什么厲害的辦法?？傊醭鰧W(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(yàn)，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?yè)P(yáng)學(xué)生的這種探究成果；第六步，讓安培出場(chǎng)。不出意外的話，學(xué)生一定會(huì)對(duì)安培的方法贊不絕口。

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

三、大師隱光環(huán)，滋養(yǎng)貴無(wú)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(wú)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(shù)立很好的物理形象。筆者的意思是說(shuō)，初中作為學(xué)生系統(tǒng)接觸物理（科學(xué)）的重要階段，沒(méi)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?cè)谖锢硖骄康倪^(guò)程中也有著很多的囧事，也走過(guò)很多彎路，甚至還走過(guò)很多錯(cuò)路。一個(gè)正確的物理規(guī)律往往都是以無(wú)數(shù)個(gè)錯(cuò)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(jì)其數(shù)，其中還有科拉頓“在跑來(lái)跑去中丟失了良機(jī)”的遺憾。

十年長(zhǎng)不長(zhǎng)？在物理長(zhǎng)河中并不長(zhǎng)！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(shí)驗(yàn)論證的范式之后，由此向前追溯到亞里士多德時(shí)代，上千年的時(shí)間中，物理理論其實(shí)都沒(méi)有什么發(fā)展，其中原因復(fù)雜，但普通人的愚蒙不能說(shuō)不是一個(gè)原因，亞里士多德光環(huán)的照耀下，沒(méi)有人敢逆其須眉（當(dāng)然，這不是亞里士多德的錯(cuò)，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)於髟凇犊茖W(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(duì)先賢們沒(méi)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(wèn)題，或許科學(xué)的發(fā)展將更為迅速。

回到教學(xué)中來(lái)，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(duì)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(gè)鄰家大哥的形象出現(xiàn)在學(xué)生的身邊，那學(xué)生對(duì)于科學(xué)的態(tài)度，對(duì)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(huì)有潤(rùn)物無(wú)聲的效果。也正是基于這些思考，筆者才設(shè)計(jì)出了庫(kù)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(shí)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(guó)語(yǔ)學(xué)校；江蘇南通如皋市城北初級(jí)中學(xué)）