帶著物理大師走向?qū)W生

黃網(wǎng)官

漫長的科學(xué)史長河中，耳熟能詳之物理學(xué)家，璀若群星。其中有一些天生擁有高貴血統(tǒng)，而也有一些出身低微。我總感覺在初中物理的視野中，法拉第蠻拼的，是特別值得點贊的。如果能夠帶著他走向?qū)W生，那必定也是一件益事。

歷史中的法拉第

邁克爾·法拉第，英國科學(xué)家。1791年9月22日生。1813年跟隨大科學(xué)家戴維;1816年發(fā)表第一篇學(xué)術(shù)論文;1821年發(fā)明了歷史上第一臺電動機(jī);1823年發(fā)現(xiàn)了加壓液化二氧化碳等氣體的 方法;1825年發(fā)現(xiàn)了苯;1831年發(fā)現(xiàn)電磁感應(yīng)現(xiàn)象，隨后就發(fā)明了世界上第一臺發(fā)電機(jī);1832年提出電與磁的傳播需要時間;1834年發(fā)現(xiàn)自感現(xiàn)象;1845年發(fā)現(xiàn)磁的旋光效應(yīng);1851年正式發(fā)表《論磁力線》。其中，1824年被選為皇家學(xué)會會員，1825年被任命為皇家研究院實驗室主任。

童年法拉第剛剛學(xué)會了讀書和寫字后便失學(xué)了，1805年成為印刷廠的裝訂工，使得他有大量的機(jī)會翻閱所裝訂的書籍，1812年當(dāng)他有機(jī)會聽戴維的演講時，他發(fā)現(xiàn)自己竟然全部得得懂。法拉第有著出色的實驗天才，因此被譽(yù)為19世紀(jì)最偉大的實驗科學(xué)家！19世紀(jì)40年代后，法拉第名聲大振，但他對金錢與榮譽(yù)不屑一顧，在婉拒了皇家學(xué)會會長的職務(wù)和封給他的爵位之時，卻將大量熱情投入到給普通群眾主辦通俗科學(xué)講座上，他希望科學(xué)能像當(dāng)年他心中引起崇高的理想那樣教育下一代年輕人。

1867年8月25日，法拉第與世長辭。根據(jù)他的生前要求，葬禮盡量簡樸，不立紀(jì)念碑。42年的科研生涯中，他堅持每天做實驗情況記錄，1932年，為了紀(jì)念他發(fā)現(xiàn)電磁感應(yīng)100周年，這些日記結(jié)集出版，共七卷，3236頁。（《科學(xué)的歷程》（第二版，吳國盛著，清華大學(xué)出版社。）

課堂上的法拉第

在物態(tài)變化中經(jīng)受過無數(shù)次沐澤的學(xué)生一定不知道，除了肉眼可見的物質(zhì)之外，還有一種特殊的物質(zhì)——場，它特殊就特殊在不具有物質(zhì)常見的三態(tài)，更特殊在其根本就看不見、摸不著，我們卻又身處其中。這樣一種神奇的物質(zhì)，是怎樣被發(fā)現(xiàn)的呢？這當(dāng)中有一段精彩的歷史！

眾所周知的是，大科學(xué)家牛頓（1643.1 -1727.3）以萬有引力定律而一舉奠定經(jīng)典力學(xué)的始祖地位，他（包括后來的安培等人）認(rèn)為像天體這種不相互接觸，但也能有力的作用的物體之間在發(fā)生相互作用的時候，既不需要時間，也不需要介質(zhì)，即所謂的“超距作用”。但法拉第對此觀點表示反對，其認(rèn)為即使像天體、電荷、磁體之間的相互作用也是需要物質(zhì)來傳遞的，只是他遇到的困難是證實這種物質(zhì)的存在并描述之。

僅僅著眼于磁場概念的講授，那磁場被發(fā)現(xiàn)的這段精彩歷史是無法呈現(xiàn)在學(xué)生面前的！可如果生硬地講授歷史，那學(xué)生也只能是一種機(jī)械的接受。怎樣將歷史鑲嵌到教學(xué)中呢？幾番琢磨之后，筆者的課堂上出現(xiàn)了一段形如“穿越”的講授。

第一階段：兩種觀點及持有者的簡單介紹。

師：關(guān)于磁體與磁體之間不接觸為什么能產(chǎn)生力的作用，今天我們非常感興趣，歷史上感興趣的人也很多。三百多年前，人們發(fā)現(xiàn)除了磁與磁之間，天體與天體之間發(fā)生力的作用也不需要相互接觸，人們還發(fā)現(xiàn)了摩擦過的物體吸引輕小的羽毛時也不需要相互接觸。對于這些現(xiàn)象，以大科學(xué)家牛頓為首的一部分人認(rèn)為，這些物體與物體之間發(fā)生的力的作用不需要時間，立即就能發(fā)生，且不需要媒介傳遞。牛頓當(dāng)時是科學(xué)明星啊，是大腕兒！他這么一說，人們覺得有道理，很多人都附和他的觀點，這一觀點就持續(xù)了幾十年……（停頓，讓學(xué)生思考一會兒）。

師：有另外一個人，家境貧寒，未受過什么正規(guī)教育，叫法拉第。此人不同意牛頓的觀點，直斥超距作用“荒謬”，他認(rèn)為這些物體之間發(fā)生力的作用時，需要物質(zhì)來傳遞……（停頓）。

生存疑，師解釋：的確，對于我們所看到的而言，牛頓的觀點更合理，畢竟天體之間多是真空，磁體與磁體之間除了空氣之外別無它物，你總不能說是空氣在傳遞磁極間的相互作用吧……于是，兩人較上勁了……

第二階段：“關(guān)公戰(zhàn)秦瓊”——教師分飾三個角色，并在表述時變換所站的位置：牛頓在左，法拉第在右，解說在中。

牛頓：那個什么小法，過來過來，你說需要介質(zhì)，那介質(zhì)在哪兒呢？我怎么看不到？（作東張西望狀。）

法拉第：這種介質(zhì)就在磁體周圍。

牛頓：在哪兒，在哪兒？（作尋找狀。）

法拉第：別找了，人眼是看不見滴！

牛頓：那不是胡說嘛（帶點夸張的口氣），你可以說有，我也可以說沒有，那得爭論到什么時候？

法拉第：牛哥，您別急，我有辦法讓它“原形畢露”，讓你心服口服。

牛頓：你弄給我看看。

師（解說）：法拉第很聰明啊，他想，要讓這種物質(zhì)顯現(xiàn)出來，只有在磁體周圍放上能受它作用的東西。

【演示1】：一蹄形磁鐵固定于鐵架臺上方，一細(xì)線一端固定在鐵架臺底部，另一段系一回形針，并使之接近蹄形磁鐵，此時回形針在蹄磁作用下拉直細(xì)線。當(dāng)在回形針與蹄磁之間的空隙處插入鐵片時，回形針落下。

法拉第：牛哥你看，我插入鐵片時，回形針就掉下了，看起來是不是鐵片隔斷了什么——要不然回形針怎么會掉下來呢？

牛頓（思考了片刻）：對呀，如果磁體周圍無物質(zhì)，那就不會受鐵片的影響了，看來在磁體磁體周圍真的有一種物質(zhì)。

法拉第：那是當(dāng)然，當(dāng)鐵片切入時，這種物質(zhì)就被阻斷了，磁體就無法吸引回形針了，所以它就掉下來了。我把這種物質(zhì)叫做“磁場”。

牛頓：可法拉第兄弟，那磁場看不見、摸不著，它到底是個什么樣子呢？

法拉第：您別急，我再來做個實驗。

【演示2】：將鐵屑灑在一塊玻璃上，下面放一塊磁鐵，輕輕敲動玻璃，于是鐵屑形成一個規(guī)則的圖形。

法拉第：牛頓先生你來看看，鐵屑所排成的形狀就是磁場的樣子。

牛頓（點點頭）：哈哈，妙啊！

法拉第：我們可以根據(jù)鐵屑的分布畫出一條條線，我稱它們“磁力線”（現(xiàn)稱“磁感線”），你看看，磁力線密的地方正是磁性強(qiáng)的地方，疏的地方是磁性弱的地方，所以磁力線的疏密可以表示磁性的強(qiáng)弱，而在磁感線上畫上箭頭，就可以表示磁場的方向……

由此，“場”作為一種抽象的概念，在學(xué)生的頭腦中便形象起來。常規(guī)的教學(xué)要求在此過程中幾均可得到滿足。

我心中的法拉第

法拉第首先存在于我的心中，這得益于我是物理教師的角色，得益于我對物理學(xué)史、物理大家的關(guān)注，自然也利益于我對法拉第的敬仰——雖不能至，心向往之！幾乎可以肯定地說，如果我或者像我一樣站在學(xué)生面前的教師不將“課堂上的法拉第”這段“歷史”放到學(xué)生面前，那在學(xué)生的心中，法拉第就只是個抽象的符號。

之所以在歷史上面加上雙引號，是因為我給學(xué)生呈現(xiàn)的這段歷史并非真的歷史。但是，科學(xué)發(fā)展史上，法拉第與牛頓的觀點確實是不一致的，法拉第正是在對牛頓超距作用進(jìn)行判斷與否定的基礎(chǔ)上，經(jīng)由自己的不懈思考，才提出“場”的概念的。因此，盡管法拉第與牛頓的對話是虛構(gòu)的，所演示的實驗1也并非法拉第所做，但“形非”卻不影響“神似”。

四年的教學(xué)中，筆者都給學(xué)生講這段穿越史，學(xué)生一樣地聽得有滋有味，尤其是在筆者略帶夸張與逼真的角色轉(zhuǎn)換中，學(xué)生既有會心的笑，也有為法拉第捏把汗的緊張。尤其是當(dāng)分別呈現(xiàn)了演示實驗1之后，學(xué)生仿佛看到了磁場被鐵片阻斷了似的，呈現(xiàn)了演示實驗2之后，學(xué)生更是驚訝于磁場的神奇。

直到學(xué)生理解了磁場、磁感線之后，筆者才告訴學(xué)生：很遺憾，歷史上法拉第并沒有與牛頓有真正的這段對話，因為法拉第是在牛頓去世三十多年后才出生的！實驗1的引入也只是老師我的“杰作”——學(xué)生此時一片驚訝聲，有學(xué)生說我講了個假故事，竟也有學(xué)生連說“可惜，可惜”！

但我會繼續(xù)說：

故事是虛擬的，但兩個人觀點的對立卻是真實的，事實上物理發(fā)展所取得的每一個進(jìn)步，幾乎都是建立在后人對前人否定的基礎(chǔ)上，但這種歷史的更迭并不會讓前人的光輝有所減弱，而后人的光輝卻自然能夠照亮人類前行的路……

法拉第之所以用“磁感（力）線”來描述磁場，其實是一帶著一點憂傷的，因為法拉第從小家境貧寒，求學(xué)兩年便退學(xué)，此后多處謀生卻時刻不忘自學(xué)。因為對科學(xué)有著強(qiáng)烈的興趣加上機(jī)緣巧合，他有了一次聆聽大科學(xué)家戴維演講的機(jī)會，他將戴維的演講整理成稿并送給戴維，并附了一封自薦信，表達(dá)了想獻(xiàn)身科學(xué)的愿望。但戴維并沒有立即答應(yīng)，而只是在他的助手離他而去后才想到了法拉第，遂成為其隨從——但做的卻多是仆人的工作，但他并不以此為意，反而慶幸自己得到了一個更加親近科學(xué)的機(jī)會。甚至是后來戴維妒嫉其成果時，他也對戴維依然尊敬有加。正是這種堪稱偉大的人格，使得法拉第贏得了科學(xué)界幾乎所有人的尊敬！然而也因為小時候沒有接受過系統(tǒng)的教育，使得他不能從數(shù)學(xué)的角度去精確地用公式描述磁場（這項工作后來由麥克斯韋完成），但他憑著自身強(qiáng)大的形象思維能力，借助于鐵屑在磁場中的分布，天才地提出場的概念并以磁力線描述之，從而為他在電磁學(xué)中的奠基人地位打下了堅實的基礎(chǔ)。

對于這段講述，學(xué)生聽得認(rèn)認(rèn)真真！無一次例外。而每到這個時候，我總感覺法拉第就在我們身邊！

顯然，這是一段借助于我的形象化的改造，將我心中的法拉第傳遞給學(xué)生的過程，這四年的教學(xué)中，我一次都沒有在講完這些之后去追問學(xué)生懂得了什么，因為那是矯情且多余的。至于這段穿越史，用易中天的話說，“歷史是可以釀酒的”，我只能憑著自己的理解，希望自己釀的是酒而不是醋;實在是醋，也希望是瓶好醋。

（作者單位：江蘇如皋市城北初級中學(xué)）

責(zé)任編輯 ? 李 ? 淳