识悟大师 滋养课堂（上）『劝架』库仑奥斯特避开安培寻定则

魏国兰 黄网官

识悟大师 滋养课堂（上）『劝架』库仑奥斯特避开安培寻定则

魏国兰 黄网官

电磁联系是初中物理中的非典型知识点，通常只教 “电磁”，不教 “联系”。实际上在物理史中，电磁联姻并非易事，带领学生走进这段思想碰撞史，或许可让学生明智。本文以电流的磁效应教学为例，略谈浅思。

一、设虚拟吵架情境，引学生设计实验

库仑，法国物理学家，生于1736年，卒于1806年；奥斯特，丹麦物理学家，生于1777年，卒于1851年。库仑去世14年后的1820年，奥斯特发现了电流的磁效应，即常说的 “电生磁”。从时间上来看，两者没有 “吵架”的机会。但从思想上来说，两人有吵架的可能。在教学中虚拟一个吵架的场面，并让学生劝劝架，可以让学生对“电磁联系”的理解更深刻一些。

两个人之所以有吵架的可能，是因为两个人对待电和磁的观点根本对立。相关史实是：库仑是研究静电学的权威人物，基于自己的理论与实验研究，他认为电磁之间没有联系，他的观点代表着主流观点；而奥斯特则是基于其康德哲学取向，执著地认为两者之间有联系。其在 《关于化学力和电力的统一的研究》中这样推测：既然电流通过较细的导线可以产生热，那么通过更细的导线就有可能发光 （即电流的热效应）；如果导线再细一些，就有可能产生磁 （磁效应）。但是他形成这一观点时并没有得到实验支持。

笔者设计的虚拟吵架过程如下：

师 （讲述，类似于旁白）：在物理发展史上，电和磁在很长时间内被认为是没有任何联系的，这符合人们的生活经验，在电大规模被使用之前，人们只能看到天上的闪电，而实验室里产生的电，比家里珍藏的古董都稀罕。磁现象也早就被发现了，但是没有人认为两者之间有什么有关系。大科学家库仑就是这一观点的典型代表！但是有另外一个人，名叫奥斯特，他偏偏认为电和磁有联系。有一天，两个人吵开了…… （下面的吵架内容可以用PPT加配音的方式呈现，所配之音可以带点俏皮的意思；也可以教师分饰两角色。笔者用的是后者，时间成本小。）

奥斯特 （以下简称 “奥”）：尊敬的库仑先生，我想跟你探讨一个问题：你说，电与磁之间有联系吗？

库仑 （以下简称 “库”）：什么？这是个什么鬼问题？它们两者之间怎么会有联系？我说奥兄弟，你脑子里成天想些什么呢？

奥：库哥，你先别急。我在哲学课里学过， “万物皆有联系”，电与磁之间怎么就没有联系呢？

库：书生！教条！哲学是哲学，物理是物理。我研究电现象那么多年，就没看见电现象中有磁的一点点痕迹，一点点都没有！

奥：库哥，我这不是向您请教嘛……再说了，你没发现也不等于真的没有联系嘛 （嘟噜的语气）。

库：你说什么？你敢怀疑我？老夫研究电现象那么多年，难道比不上你的哲学观点？简直是岂有此理。

奥 （倔脾气上来了）：哲学是智慧的学问，电与磁都是物理中的伟大现象，虽然现在看不到它们之间的联系，但是不等于它们之间没有联系。你等着吧，我会证明给你看的！

库：行，我等你的研究成果。哼！

（最后，PPT打出一行大字：以上对话纯属虚构！）

正常情况下，学生会为此段带点吵架意思的对话所吸引，但还只是停留在表面，需要教师梳理，以让学生发现两者观点对立的根本所在：库仑基于实验研究，没有发现联系，因此认为电磁之间没有联系；奥斯特基于哲学观点，认为有联系，但却无法通过实验证实。于是，教学进入劝架环节。劝架问题设计如下——

问题1：如果让你来劝架，你会怎么办呢？ （这个时候不要问学生电磁之间到底有没有联系这样的问题，课本上写得清清楚楚 “电磁联系”。预设答案：通过实验来寻找电与磁的联系。但这只是一个意识流的答案，不具有真正的实验意义。）

问题2：设想如果电与磁之间有联系，那这种联系会以什么现象出现？ （这是关键的一个问题。需要学生用转换的思路去分析电与磁的效应。预设：学生能从电现象与磁现象之间可能的联系分析。如果不能，则教师可以直接提出下一个问题。）

问题3：我们能不能将电和磁放到一起，看两者之间会不会有什么相互作用？ （这一问题的提出，既没有直接指向问题的解决思路，但是又作了方向性的提醒。预设：学生此时能够构思出电与磁在一起的物理图景——电源、导线与用电器构成的回路，旁边放有磁体。）

师：根据以上分析，你组织一下语言，然后到现场去劝架去。

所谓劝架，其实就是引导学生思考如何解决电与磁之间有联系的问题，即设计什么样的实验来证实两者之间有联系的过程。

当然，学生顺利设计出奥斯特实验的可能性并不大，但由于器材简单，不妨让学生说出思路，然后用器材去探究。这是可行的，这也是一个真正的探究过程。如果学生仍然努力无果，则教师可直接讲授奥斯特实验，有了此前这番理解“吵架”的过程，此时奥斯特实验的得出可谓是水到渠成。教师还可以基于物理学史，告诉学生奥斯特在完成实验的过程中主要经历了导线是东西放置还是南北放置的坎坷，主要原因则在于对通电直导线周围的磁场的判断不够清晰，以让学生体会到貌似简单的探究其实困难重重。

二、匿安培右手定则，寻规律自探规则

电流的磁效应中另一个知识点是通电螺线管磁场方向的判断，而这与安培有关。

安培是一个非常聪明与执著的人，著名的 “移动的黑板”故事的主角就是他老人家。他的安培定则巧妙之极，但在实际教学当中，笔者发现如果直接告知安培定则，那学生不过是借教师之口得到了安培的判断方法，然后照着这个方法去机械地判断而已，这样的教学味同嚼蜡、意趣全无。新课程改革不是强调探究式教学吗？此处可探究？

相关史实：1820年8月，法国物理学家阿拉果向法国科学院报告了奥斯特的发现——相当于帮奥斯特扬名立万。而就在一周后，安培就向科学院提交论文，提出了“安培定则”，用以判断磁场方向与电流方向之间原关系。初中阶段的安培定则只是用来判断通电螺线管的，又叫右手螺旋定则，内容是：用右手握住螺线管，让弯曲的四指所指的方向与螺线管中的电流方向一致，则大拇指所指的那一端就是通电螺线管的N极。

在笔者看来探究或可尝试：第一步，用实验去获得螺线管的磁场方向与电流方向及螺线管绕向之间的关系。根据排列组合，其只有四种可能——螺线管绕向有顺时针和逆时针两种 （从同一端看去），每一种当中电流方向则有自左向右或自右向左两种 （从侧面看去）；第二步，记忆四种情形下的磁场方向。事实证明，学生此时的第一反应只能是机械记忆，而且几乎所有的学生都没有寻找规律的意识。如果教师此时再假装严肃地说待会儿要默写 （实际上是 “默画”）的话，那学生的记忆会更认真，当然付出的努力也就会更多；第三步，默写，学生出错——毕竟此时的短时记忆没有任何先前经验提供支撑，只能通过重复形成记忆；第四步，故作高深地提出问题：通电螺线管的磁场方向的判断，有没有什么规律可循呢？当然，这一步也可以反过来，让学生随便给出一种情形，教师迅速准确地进行判断，以让学生感觉教师一定有什么厉害的办法。总之，吊出学生的胃口就行；第五步，学生探究其中的规律。根据教学经验，学生能够发现规律，但一定想不到还能借助于右手去判断，但教师要表扬学生的这种探究成果；第六步，让安培出场。不出意外的话，学生一定会对安培的方法赞不绝口。

这样的探究过程中，先让学生通过自己的努力去寻求规律，用自己的语言去描述规律。至于安培，让其压轴出场，则既不影响学生的自主探究，又不影响科学知识的构建，还能让学生认识到安培定则的巧妙，一举三得。更重要的是，通过这样的教学过程设计，学生记忆的效果要好得多，运用该知识解题的直觉性更好。

三、大师隐光环，滋养贵无声

物理发展史，就是物理学大师的探究史，纵观这段历史，无疑有着波澜壮阔的一面，也因此，物理大师通常情况下都是带着光环走近学生的。这固然可以让他们的榜样作用发挥得更明显，但也未必可以在学生心目当中树立很好的物理形象。笔者的意思是说，初中作为学生系统接触物理 （科学）的重要阶段，没有必要用光环将学生隔在物理之外。

物理学家也是人，并非不食人间烟火，他们在物理探究的过程中也有着很多的囧事，也走过很多弯路，甚至还走过很多错路。一个正确的物理规律往往都是以无数个错误作为前提的，奥斯特发现电生磁之后十年法拉第才发现磁生电，此中法拉第的失败不计其数，其中还有科拉顿 “在跑来跑去中丢失了良机”的遗憾。

十年长不长？在物理长河中并不长！真正的物理发展是在文艺复兴之后，是在伽利略提出实验论证的范式之后，由此向前追溯到亚里士多德时代，上千年的时间中，物理理论其实都没有什么发展，其中原因复杂，但普通人的愚蒙不能说不是一个原因，亚里士多德光环的照耀下，没有人敢逆其须眉 （当然，这不是亚里士多德的错，不影响亚里士多德在笔者心中高大的形象）。而这也可能正是科学史家库恩在 《科学革命的结构》中用 “革命”一词指代科学发展极为不易的重要原因。笔者曾想，如果在物理发展史中，人们对先贤们没有太多的敬畏，如果能够真正地与大师们平起平坐，理性且纯粹地探讨科学问题，或许科学的发展将更为迅速。

回到教学中来，教师课堂上带给学生什么样的科学家形象，直接影响着学生对物理 （科学）学习的理解。科学家的形象如果总带着光环，那学生的学习则必然走入顶礼膜拜之歧途，反之，如果科学大师们能够以一个邻家大哥的形象出现在学生的身边，那学生对于科学的态度，对于物理的神奇感，就可以转化为促进物理学习的真正内驱力，这才是大师之于教学的意义，以大师之大引领学生也才会有润物无声的效果。也正是基于这些思考，笔者才设计出了库仑与奥斯特“吵架”的关公战秦琼之戏，才故意 “冷落”了安培。看似不恭，实则大敬，一切只是为了自己和学生心中关于科学的恰当形象罢了。

（作者单位：江苏南通如皋市外国语学校；江苏南通如皋市城北初级中学）