“勸架”庫侖奧斯特避開安培尋定則

魏國蘭 黃網官

電磁聯系是初中物理中的非典型知識點，通常只教“電磁”，不教“聯系”。實際上在物理史中，電磁聯姻并非易事，帶領學生走進這段思想碰撞史，或許可讓學生明智。本文以電流的磁效應教學為例，略談淺思。

一、設虛擬吵架情境，引學生設計實驗

庫侖，法國物理學家，生于1736年，卒于1806年；奧斯特，丹麥物理學家，生于1777年，卒于1851年。庫侖去世14年后的1820年，奧斯特發現了電流的磁效應，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。在教學中虛擬一個吵架的場面，并讓學生勸勸架，可以讓學生對“電磁聯系”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。相關史實是：庫侖是研究靜電學的權威人物，基于自己的理論與實驗研究，他認為電磁之間沒有聯系，他的觀點代表著主流觀點；而奧斯特則是基于其康德哲學取向，執著地認為兩者之間有聯系。其在《關于化學力和電力的統一的研究》中這樣推測：既然電流通過較細的導線可以產生熱，那么通過更細的導線就有可能發光（即電流的熱效應）；如果導線再細一些，就有可能產生磁（磁效應）。但是他形成這一觀點時并沒有得到實驗支持。

筆者設計的虛擬吵架過程如下：

師（講述，類似于旁白）：在物理發展史上，電和磁在很長時間內被認為是沒有任何聯系的，這符合人們的生活經驗，在電大規模被使用之前，人們只能看到天上的閃電，而實驗室里產生的電，比家里珍藏的古董都稀罕。磁現象也早就被發現了，但是沒有人認為兩者之間有什么有關系。大科學家庫侖就是這一觀點的典型代表！但是有另外一個人，名叫奧斯特，他偏偏認為電和磁有聯系。有一天，兩個人吵開了……（下面的吵架內容可以用PPT加配音的方式呈現，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。我在哲學課里學過，“萬物皆有聯系”，電與磁之間怎么就沒有聯系呢？

庫：書生！教條！哲學是哲學，物理是物理。我研究電現象那么多年，就沒看見電現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，你沒發現也不等于真的沒有聯系嘛（嘟嚕的語氣）。

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

奧（倔脾氣上來了）：哲學是智慧的學問，電與磁都是物理中的偉大現象，雖然現在看不到它們之間的聯系，但是不等于它們之間沒有聯系。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！）

正常情況下，學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，以讓學生發現兩者觀點對立的根本所在：庫侖基于實驗研究，沒有發現聯系，因此認為電磁之間沒有聯系；奧斯特基于哲學觀點，認為有聯系，但卻無法通過實驗證實。于是，教學進入勸架環節。勸架問題設計如下——

問題1：如果讓你來勸架，你會怎么辦呢？（這個時候不要問學生電磁之間到底有沒有聯系這樣的問題，課本上寫得清清楚楚“電磁聯系”。預設答案：通過實驗來尋找電與磁的聯系。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：設想如果電與磁之間有聯系，那這種聯系會以什么現象出現？（這是關鍵的一個問題。需要學生用轉換的思路去分析電與磁的效應。預設：學生能從電現象與磁現象之間可能的聯系分析。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。預設：學生此時能夠構思出電與磁在一起的物理圖景——電源、導線與用電器構成的回路，旁邊放有磁體。）

師：根據以上分析，你組織一下語言，然后到現場去勸架去。

所謂勸架，其實就是引導學生思考如何解決電與磁之間有聯系的問題，即設計什么樣的實驗來證實兩者之間有聯系的過程。

當然，學生順利設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史，告訴學生奧斯特在完成實驗的過程中主要經歷了導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線周圍的磁場的判斷不夠清晰，以讓學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，尋規律自探規則

電流的磁效應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。

安培是一個非常聰明與執著的人，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，但在實際教學當中，筆者發現如果直接告知安培定則，那學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，這樣的教學味同嚼蠟、意趣全無。新課程改革不是強調探究式教學嗎？此處可探究？

相關史實：1820年8月，法國物理學家阿拉果向法國科學院報告了奧斯特的發現——相當于幫奧斯特揚名立萬。而就在一周后，安培就向科學院提交論文，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系。根據排列組合，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），每一種當中電流方向則有自左向右或自右向左兩種（從側面看去）；第二步，記憶四種情形下的磁場方向。事實證明，學生此時的第一反應只能是機械記憶，而且幾乎所有的學生都沒有尋找規律的意識。如果教師此時再假裝嚴肅地說待會兒要默寫（實際上是“默畫”）的話，那學生的記憶會更認真，當然付出的努力也就會更多；第三步，默寫，學生出錯——畢竟此時的短時記憶沒有任何先前經驗提供支撐，只能通過重復形成記憶；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，有沒有什么規律可循呢？當然，這一步也可以反過來，讓學生隨便給出一種情形，教師迅速準確地進行判斷，以讓學生感覺教師一定有什么厲害的辦法。總之，吊出學生的胃口就行；第五步，學生探究其中的規律。根據教學經驗，學生能夠發現規律，但一定想不到還能借助于右手去判斷，但教師要表揚學生的這種探究成果；第六步，讓安培出場。不出意外的話，學生一定會對安培的方法贊不絕口。

這樣的探究過程中，先讓學生通過自己的努力去尋求規律，用自己的語言去描述規律。至于安培，讓其壓軸出場，則既不影響學生的自主探究，又不影響科學知識的構建，還能讓學生認識到安培定則的巧妙，一舉三得。更重要的是，通過這樣的教學過程設計，學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，滋養貴無聲

物理發展史，就是物理學大師的探究史，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走近學生的。這固然可以讓他們的榜樣作用發揮得更明顯，但也未必可以在學生心目當中樹立很好的物理形象。筆者的意思是說，初中作為學生系統接觸物理（科學）的重要階段，沒有必要用光環將學生隔在物理之外。

物理學家也是人，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。一個正確的物理規律往往都是以無數個錯誤作為前提的，奧斯特發現電生磁之后十年法拉第才發現磁生電，此中法拉第的失敗不計其數，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！真正的物理發展是在文藝復興之后，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展，其中原因復雜，但普通人的愚蒙不能說不是一個原因，亞里士多德光環的照耀下，沒有人敢逆其須眉（當然，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史家庫恩在《科學革命的結構》中用“革命”一詞指代科學發展極為不易的重要原因。筆者曾想，如果在物理發展史中，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問題，或許科學的發展將更為迅速。

回到教學中來，教師課堂上帶給學生什么樣的科學家形象，直接影響著學生對物理（科學）學習的理解。科學家的形象如果總帶著光環，那學生的學習則必然走入頂禮膜拜之歧途，反之，如果科學大師們能夠以一個鄰家大哥的形象出現在學生的身邊，那學生對于科學的態度，對于物理的神奇感，就可以轉化為促進物理學習的真正內驅力，這才是大師之于教學的意義，以大師之大引領學生也才會有潤物無聲的效果。也正是基于這些思考，筆者才設計出了庫侖與奧斯特“吵架”的關公戰秦瓊之戲，才故意“冷落”了安培。看似不恭，實則大敬，一切只是為了自己和學生心中關于科學的恰當形象罷了。

（作者單位：江蘇南通如皋市外國語學校；江蘇南通如皋市城北初級中學）