陳斯鈿 李德安

(華南師范大學(xué)物理與電信工程學(xué)院 廣東 廣州 510006)

1 引言

隨著物理教學(xué)的改革，物理學(xué)史在物理教學(xué)中的作用越來越受到重視，不斷涌現(xiàn)出高質(zhì)量的物理學(xué)史教材，在物理教學(xué)中物理學(xué)史的教學(xué)也不斷得到發(fā)展.物理學(xué)史作為對自然界物理現(xiàn)象的認(rèn)識發(fā)展史，不僅能夠讓學(xué)生增長見識，加深對物理知識的理解，還能讓學(xué)生體驗到物理學(xué)發(fā)展歷程中的探究過程，通過探究的過程讓學(xué)生更全面深刻地繼承前人所積累的科學(xué)知識，并不斷補充、發(fā)展新的物理知識.在物理學(xué)史的教學(xué)當(dāng)中，大部分的教師都是展示正面的科學(xué)發(fā)現(xiàn)過程，對于歷史上物理學(xué)家所犯的一些錯誤避之不談，導(dǎo)致學(xué)生認(rèn)為物理學(xué)發(fā)展歷程都是積極正面的，這其實不利于學(xué)生對物理學(xué)史的正確認(rèn)識.在本文中將列舉幾個歷史上物理學(xué)家犯錯的典例，并分析其在物理教學(xué)中的啟示作用.

2 “錯誤”導(dǎo)致的意外發(fā)現(xiàn)

2.1 泊松亮斑的發(fā)現(xiàn)

1818年，法國科學(xué)院為了解決光的本質(zhì)問題，特地舉辦了懸賞征文競賽.作為參賽者之一的菲涅爾，在其論文中創(chuàng)造性地提出光是一種橫波，并通過嚴(yán)謹(jǐn)?shù)臄?shù)學(xué)推理解釋了光的衍射現(xiàn)象.菲涅爾所提出的理論體系非常完善詳細(xì)，震驚了競賽委員會.但著名物理學(xué)家泊松并不贊成菲涅爾的理論.泊松仔細(xì)研讀菲涅爾的文章之后，推導(dǎo)出如果把菲涅爾的理論運用于圓盤衍射，會使圓盤的陰影中間出現(xiàn)一個亮斑，泊松自認(rèn)十分荒謬.泊松錯誤的判斷差點導(dǎo)致菲涅爾的理論被埋沒，好在菲涅爾的同事非常執(zhí)著地通過實驗進行檢驗，最終發(fā)現(xiàn)，在圓盤衍射中，圓盤陰影的正中心出現(xiàn)了一個亮斑，并且與泊松的推導(dǎo)非常符合.由此看來，泊松在自己錯誤判斷的影響下間接推動了泊松亮斑的發(fā)現(xiàn)，而這本來應(yīng)該叫“菲涅爾亮斑”的發(fā)現(xiàn)也被誤導(dǎo)性地命名為“泊松亮斑”.通過對這段歷史的回顧，可以發(fā)現(xiàn)，如果當(dāng)初沒有泊松的錯誤堅持，或許“泊松亮斑”會推遲很長的時間才被發(fā)現(xiàn)，由此可見，物理學(xué)家的一些錯誤判斷也有可能導(dǎo)致意外的發(fā)現(xiàn).

2.2 X射線的發(fā)現(xiàn)

如果說“泊松亮斑”的意外發(fā)現(xiàn)是因為錯誤判斷所導(dǎo)致的，那么X射線的發(fā)現(xiàn)則是由不該犯的錯誤導(dǎo)致的.1895年的一天，倫琴在做完實驗之后用黑紙將真空放電管包起來，然后離開了實驗室，但倫琴離開后突然記起自己忘記關(guān)閉真空放電管的電源了，于是返回實驗室關(guān)閉電源.當(dāng)倫琴打開實驗室的門時，倫琴看到黑暗的實驗室中一張凳子正發(fā)著綠色熒光，當(dāng)倫琴關(guān)閉電源后熒光也隨之消失，重復(fù)幾次之后倫琴確定是真空放電管發(fā)出的某種東西導(dǎo)致凳子發(fā)出熒光.隨后倫琴將手掌放到真空放電管前，發(fā)現(xiàn)遠(yuǎn)處的熒光屏上清晰地顯示出了手掌上骨骼的黑影，由此倫琴發(fā)現(xiàn)了全新的X射線，倫琴也因此獲得了諾貝爾獎.做完實驗應(yīng)該將用電器斷電，這是當(dāng)今時代每個學(xué)生都清楚的操作規(guī)范，作為物理學(xué)家在做完實驗后忘記關(guān)閉電源實屬不該犯的錯誤，但恰恰是這個錯誤促成了X射線的發(fā)現(xiàn)，只能說歷史有時候太富有偶然性了[1].

以上的兩個例子說明了物理學(xué)家所犯的一些錯誤的確能夠促進物理的發(fā)展，但這并不代表物理學(xué)家犯下的錯誤都能有好的結(jié)果，這其實是蘊含了物理學(xué)史中的偶然性和必然性.當(dāng)給學(xué)生介紹這種類型的物理學(xué)史時，學(xué)生容易為這種“陰差陽錯”的發(fā)現(xiàn)感到新奇，能夠開拓學(xué)生的視野并激起學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，但這也容易讓學(xué)生誤認(rèn)為物理學(xué)家犯下的錯誤都能帶來好的結(jié)果，甚至認(rèn)為犯錯并不是什么大事，這容易對學(xué)生的物理學(xué)習(xí)產(chǎn)生誤導(dǎo).因此我們在物理學(xué)史的教學(xué)當(dāng)中，應(yīng)該引導(dǎo)學(xué)生正確認(rèn)識到科學(xué)發(fā)展中的偶然事件背后所蘊含的必然性，盡可能地還原科學(xué)發(fā)展的本來面目，突出面對偶然事件時科學(xué)家的態(tài)度以及科學(xué)家對科學(xué)的敏感和堅持[2].

3 “錯誤”導(dǎo)致的失敗

3.1 經(jīng)典物理學(xué)是終極理論

在19世紀(jì)末，隨著牛頓力學(xué)體系的完善，經(jīng)典物理理論完美地勾畫出了自然現(xiàn)象的宏圖，大到天體運動，小到原子運動，牛頓的經(jīng)典物理學(xué)幾乎都能解釋，這使得當(dāng)時很多科學(xué)家認(rèn)為經(jīng)典物理學(xué)已經(jīng)十分完善，科學(xué)大廈已經(jīng)完成，科學(xué)家們只需要對過去的發(fā)現(xiàn)進行小修小補即可，已無需再進行過多的科學(xué)探索，這其中就包括了著名的物理學(xué)家湯姆生.在這樣的時代背景之下，新的科學(xué)發(fā)現(xiàn)不斷受到打壓，比如湯姆生極力反對盧瑟福提出的原子蛻變理論這一劃時代的發(fā)現(xiàn).這使得物理學(xué)家們的思想出現(xiàn)僵化，也極大阻擋了科學(xué)的向前發(fā)展.

由此看出，物理學(xué)家們由于自己認(rèn)識的局限性做出的一些錯誤預(yù)言可能會導(dǎo)致新的科學(xué)發(fā)現(xiàn)止步不前，除了關(guān)于經(jīng)典物理學(xué)的預(yù)言外，還有盧瑟福預(yù)言人類無法利用原子能量、愛迪生預(yù)言交流電沒有應(yīng)用前景等，雖然這些預(yù)言很快就被證實是錯誤的，但在一定程度上也影響了科學(xué)的發(fā)展，這足以引起我們的警覺[3].

3.2 科拉頓錯失電磁感應(yīng)現(xiàn)象的發(fā)現(xiàn)

1825年，科拉頓為了驗證磁鐵穿過線圈時能否產(chǎn)生電流，特意設(shè)計了一個實驗，將一個磁鐵插入連接著靈敏電流計的線圈，如果指針偏轉(zhuǎn)則說明存在“磁生電現(xiàn)象”，但為了避免磁鐵對靈敏電流計的影響，科拉頓將靈敏電流計放在另外一個房間里.由于當(dāng)時科學(xué)界都認(rèn)為磁場產(chǎn)生的電流是穩(wěn)定的，所以科拉頓認(rèn)為插入磁鐵后再跑過去隔壁房間可以看到檢流計偏轉(zhuǎn).但無論科拉頓怎么實驗，都沒辦法看到檢流計產(chǎn)生偏轉(zhuǎn)，科拉頓自認(rèn)為是因為自己跑得太慢，從而錯失了指針的偏轉(zhuǎn).可以發(fā)現(xiàn)，科拉頓的實驗與法拉第發(fā)現(xiàn)電磁感應(yīng)現(xiàn)象所做的實驗基本相同，但由于科學(xué)界的錯誤思想以及科拉頓的錯誤分析導(dǎo)致其與電磁感應(yīng)現(xiàn)象的發(fā)現(xiàn)失之交臂，成為一個巨大的遺憾.當(dāng)然這與當(dāng)時科學(xué)界存在局限性有關(guān)，但如果科拉頓能夠轉(zhuǎn)變思想，或者請一位助手在另外一個房間里面協(xié)助觀察，那么歷史或?qū)⒏膶?

以上兩個例子所反映出的事實卻恰恰相反，物理學(xué)家所犯的錯誤反而阻礙了物理學(xué)的發(fā)展，雖然這其中不乏有時代的局限性，但創(chuàng)新性和靈活性的缺失也是重要的影響因素.特別是科拉頓的例子更是告誡學(xué)生在物理學(xué)習(xí)中應(yīng)該靈活變通，應(yīng)該從多方面的角度去思考問題.這在物理學(xué)習(xí)當(dāng)中是非常重要的，學(xué)生在物理學(xué)習(xí)中很容易形成一種思維定勢，在思考物理問題時只從某一個角度進行思考，在某一角度百般思索無果之后，對待物理問題便束手無策.因此，應(yīng)該通過這類物理學(xué)史的介紹，著重培養(yǎng)學(xué)生的發(fā)散思維能力，引導(dǎo)學(xué)生多角度地思考問題，不拘束于某一種思考方式，也不拘束于傳統(tǒng)知識的局限，要從原有的知識經(jīng)驗出發(fā)，不斷地開拓思維，以培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)造性.

4 總結(jié)

通過以上的幾個例子可以發(fā)現(xiàn)，物理學(xué)史上還有很多有趣的發(fā)現(xiàn)和一些值得深思的典例，這些物理學(xué)史對學(xué)生的教育作用是其他單純介紹探究過程的物理學(xué)史所不能及的，在物理教學(xué)中可以充分發(fā)揮這些物理學(xué)史的作用，啟發(fā)學(xué)生應(yīng)該正確對待物理學(xué)習(xí)中的錯誤.除了以上所提的物理學(xué)史，物理史上還有很多有趣的悖論，比如“芝諾悖論”“EPR悖論”等，這些有趣的悖論具有極強的邏輯與思辨關(guān)系，容易使學(xué)生產(chǎn)生強烈的興趣，這些悖論的產(chǎn)生和解決也不斷推動著物理學(xué)的發(fā)展，對于學(xué)生來說都是有重大的教育意義[4].當(dāng)然，在給學(xué)生介紹這些具有“錯誤性”的物理學(xué)史時，容易使學(xué)生產(chǎn)生疑惑，該如何去判斷錯誤所帶來的影響？這就需要教師在教學(xué)中適當(dāng)?shù)匾龑?dǎo)學(xué)生.其實這些物理學(xué)史都有一個共同的特點，即能夠培養(yǎng)學(xué)生敢于批判和向權(quán)威挑戰(zhàn)，培養(yǎng)學(xué)生的發(fā)散思維和創(chuàng)造性.相信在良好的引導(dǎo)下，這些物理學(xué)史能夠發(fā)揮其啟示作用，在物理教學(xué)中不斷引導(dǎo)學(xué)生的物理學(xué)習(xí)，提高學(xué)生物理學(xué)習(xí)的質(zhì)量.