不該被忽視的物理學(xué)失敗史

黃大平 李德安

摘 要：以“劃時(shí)代的發(fā)現(xiàn)”中涉及的部分物理史知識(shí)為例，探討了物理學(xué)失敗史中常常被忽視的教學(xué)價(jià)值，指出了物理學(xué)失敗史在教學(xué)中存在的問(wèn)題，分析了問(wèn)題產(chǎn)生的主要原因，并提出了可能的改進(jìn)建議。認(rèn)為物理學(xué)史不應(yīng)停留在故事呈現(xiàn)的層面，還應(yīng)該進(jìn)行深入的挖掘，發(fā)揚(yáng)它的最大教育價(jià)值。

關(guān)鍵詞：物理學(xué)失敗史；科拉頓；教學(xué)隱憂；教材分析；物理教學(xué)

中圖分類號(hào)：G633.7 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1003-6148（2018）6-0070-3

1 物理學(xué)失敗史在教學(xué)中存在的問(wèn)題

筆者在攻讀研究生之前，曾擔(dān)任過(guò)物理老師，在教學(xué)中偶爾講授物理學(xué)史知識(shí)時(shí)，往往會(huì)有學(xué)生向筆者提出：“老師，這個(gè)考試考不考？要是不考就不用講了?！边@種言論與態(tài)度，與《普通高中物理課程標(biāo)準(zhǔn)（實(shí)驗(yàn)）》的要求是相背的。

在深圳的三年教學(xué)中，不只一個(gè)學(xué)生問(wèn)過(guò)筆者這個(gè)問(wèn)題，這就說(shuō)明對(duì)物理學(xué)史教學(xué)的不重視現(xiàn)象不是個(gè)別老師身上的個(gè)別現(xiàn)象，而是一種比較普遍的現(xiàn)象。在進(jìn)一步的交流中，筆者了解到，許多老師是直接跳過(guò)物理學(xué)史部分，或者叫學(xué)生自己閱讀一下?！皠潟r(shí)代的發(fā)現(xiàn)”就是典型的例子，許多老師是直接講第二節(jié)的內(nèi)容“探究感應(yīng)電流的產(chǎn)生條件”。

正如侯金俊老師的擔(dān)憂“我們的課堂是不是在至關(guān)重要的細(xì)節(jié)上傳遞了錯(cuò)誤的信息”一樣，筆者在教學(xué)過(guò)程中也感到了同樣的擔(dān)憂。有很多教師講了電磁感應(yīng)的發(fā)現(xiàn)史，也講得很精彩生動(dòng)，但卻導(dǎo)致許多學(xué)生形成了不良的價(jià)值取向，對(duì)物理學(xué)家的評(píng)價(jià)很不客觀。例如，筆者向?qū)W生詢問(wèn)他們對(duì)科拉頓的評(píng)價(jià)時(shí)，學(xué)生無(wú)一例外地都用嘲諷的語(yǔ)氣說(shuō)：“科拉頓就是一個(gè)傻子！”

難道就沒有一個(gè)學(xué)生去查找資料，看看科拉頓到底是一個(gè)怎樣的科學(xué)家嗎？帶著這樣的疑問(wèn)，筆者通過(guò)百度搜索“科拉頓”，得到的結(jié)果更令人擔(dān)憂，幾乎所有的文章都在講科拉頓“跑失良機(jī)”的故事，甚至在百度百科的介紹中也如此。在網(wǎng)頁(yè)的配圖中，某些圖則有明顯的丑化和諷刺意味，圖中的科拉頓哪有科學(xué)家的樣子，完全是一副愚蠢可笑的模樣。

科拉頓在國(guó)內(nèi)主流媒體中已經(jīng)形成了愚蠢的刻板印象，筆者還是通過(guò)軟件維基百科搜索“Jean-Daniel Colladon”，才查找到這位科學(xué)家演示全內(nèi)反射以及測(cè)得水中聲速等事跡。

2 問(wèn)題產(chǎn)生的原因

上述問(wèn)題的產(chǎn)生是有原因的，筆者認(rèn)為，主要原因可歸為以下三個(gè)。

第一個(gè)原因是教師無(wú)意中造成的誤導(dǎo)。許多教師為了把這節(jié)課上得有趣、精彩，從網(wǎng)絡(luò)上找了很多資料，那張科拉頓丑化的圖是出現(xiàn)在教師課件中最多的圖片。誠(chéng)然，這個(gè)圖片可以活躍課堂氣氛，但若沒有引導(dǎo)好，就容易在無(wú)意中向?qū)W生傳遞了錯(cuò)誤的信息，即科拉頓是一個(gè)愚蠢的人。

第二個(gè)原因是課本和教輔中缺乏對(duì)科學(xué)家科拉頓的正面貢獻(xiàn)的介紹。例如，在人教版的教材物理選修3-2中，對(duì)科拉頓只有一句話提及，“瑞士人科拉頓的實(shí)驗(yàn)研究也遺憾地與成功擦肩而過(guò)”。而法拉第的待遇就不一樣了，教材專門在欄目“科學(xué)足跡”中以《偉大的科學(xué)家法拉第》為題，介紹了他的事跡。若課本也能花一點(diǎn)篇幅介紹下科拉頓對(duì)物理學(xué)的貢獻(xiàn)，以及在電磁感應(yīng)中出現(xiàn)的失誤，相信上述的問(wèn)題就可以避免。

人教版教材在物理選修1-1中的“大家談”欄目中，專門介紹了科拉頓遺憾的故事，并在最后提問(wèn)“安培、科拉頓與電磁感應(yīng)的發(fā)現(xiàn)擦肩而過(guò)，他們的遺憾出自哪里”。這是一個(gè)很好的問(wèn)題，教師可以從這個(gè)問(wèn)題明白教材編寫者的意圖，引導(dǎo)學(xué)生客觀、全面地評(píng)價(jià)歷史上的科學(xué)家。在這本教材中，科拉頓的故事的插圖使用的是科拉頓丑化的圖片，雖然比較有趣味，但很容易在無(wú)意中誤導(dǎo)學(xué)生對(duì)科學(xué)家的評(píng)價(jià)。目前，這本教材一般是針對(duì)文科生學(xué)業(yè)水平測(cè)試而使用的。而為了讓文科生在短時(shí)間內(nèi)掌握大量的物理知識(shí)，順利通過(guò)學(xué)業(yè)水平測(cè)試，教師們基本上只教會(huì)考的。更有甚者，直接讓學(xué)生背誦物理知識(shí)，根本沒有要好好挖掘這一故事的教育價(jià)值的意愿。同樣的，教輔資料中也都是只講了科拉頓“跑失良機(jī)”的故事，而沒有其他正面的介紹。

第三個(gè)原因是教師缺乏求知精神。雖然從教材和教學(xué)來(lái)看，教師似乎只要知道科拉頓失敗的故事，就能較好地完成教學(xué)設(shè)計(jì)并進(jìn)行教學(xué)。但是，作為一名合格的物理教師，應(yīng)該要自覺地查找資料，了解教材中出現(xiàn)的科學(xué)家，引導(dǎo)學(xué)生對(duì)科學(xué)家進(jìn)行一個(gè)客觀公正的評(píng)價(jià)，不應(yīng)該“反面教材”就一直被嘲笑，“正面教材”就一直吹捧。

3 教學(xué)改進(jìn)與建議

一方面由于教輔和網(wǎng)絡(luò)資源在這方面都比較欠缺，不方便學(xué)生自己去查找資料。另一方面，學(xué)生由于學(xué)習(xí)時(shí)間緊張，本身專業(yè)知識(shí)也不夠，讓他們花大量時(shí)間去查找資料并進(jìn)行辨別也不現(xiàn)實(shí)。這就要求教師在授課過(guò)程中，要多查閱資料，做好充足的準(zhǔn)備，深入挖掘教材中出現(xiàn)的物理學(xué)史的價(jià)值，考慮周全，避免無(wú)意之失。教師在物理教學(xué)中“應(yīng)給學(xué)生還原一個(gè)真實(shí)的物理學(xué)發(fā)展史，切忌人為地添油加醋，注重引導(dǎo)學(xué)生關(guān)注科學(xué)家在研究過(guò)程中的科學(xué)態(tài)度與責(zé)任”。

讓我們簡(jiǎn)要回顧下科拉頓在探究電磁感應(yīng)過(guò)程中失敗的故事?？评D在一個(gè)房間內(nèi)放了一個(gè)小線圈，在相鄰的房間放了一個(gè)大線圈，兩個(gè)線圈用導(dǎo)線串聯(lián)。其中，小線圈內(nèi)有一個(gè)小磁針作為檢流計(jì)，只要小線圈中有電流通過(guò)，這個(gè)小磁針就會(huì)轉(zhuǎn)動(dòng)。在實(shí)驗(yàn)的過(guò)程中，科拉頓把一個(gè)磁鐵插入大線圈后，立即跑到另一個(gè)房間去觀察小磁針的情況。很遺憾的是，無(wú)論他怎么改變磁鐵的位置，進(jìn)行了多少次實(shí)驗(yàn)，他都沒有觀察到小磁針的轉(zhuǎn)動(dòng)，就這樣與電磁感應(yīng)的發(fā)現(xiàn)失之交臂。

考慮到前面剛剛學(xué)完《磁場(chǎng)》這一比較難的章節(jié)，筆者認(rèn)為在進(jìn)入《電磁感應(yīng)》這一章節(jié)時(shí)宜采用比較生動(dòng)輕松的方式，比如用角色扮演的方式把歷史事件重現(xiàn)出來(lái)。俞祚海老師提到自己在教學(xué)過(guò)程中嘗試指導(dǎo)學(xué)生編寫課本劇，把知識(shí)以故事的形式在課堂上呈現(xiàn)出來(lái)，取得了不錯(cuò)的效果。同樣地，侯金俊老師也認(rèn)為可以通過(guò)科拉頓的遺憾，培養(yǎng)學(xué)生主動(dòng)與他人合作的意識(shí)。以上實(shí)踐都能證明角色扮演的方式在物理學(xué)史教學(xué)中是非常有效的。當(dāng)然，教師也可以自己扮演科拉頓的角色，讓學(xué)生充當(dāng)觀察者。

故事的呈現(xiàn)不是我們教學(xué)的關(guān)鍵，教師有目的地提問(wèn)才是引導(dǎo)學(xué)生進(jìn)行思考的關(guān)鍵。針對(duì)這個(gè)故事，教師可以很自然地提出這幾個(gè)問(wèn)題：第一，科拉頓為什么要把兩個(gè)線圈放在不同的房間，而不放在同一個(gè)房間？第二，科拉頓設(shè)計(jì)這個(gè)實(shí)驗(yàn)的猜想是什么？第三，有哪些偶然因素導(dǎo)致科拉頓錯(cuò)過(guò)了電磁感應(yīng)的發(fā)現(xiàn)？

對(duì)于第一個(gè)問(wèn)題，教師可以把磁鐵靠近小磁針，引導(dǎo)學(xué)生仔細(xì)觀察，學(xué)生很容易就得出太靠近磁鐵會(huì)使小磁針轉(zhuǎn)動(dòng)從而導(dǎo)致誤判的結(jié)論。因此，科拉頓為了避免這種誤判的產(chǎn)生，把小線圈放到離磁鐵比較遠(yuǎn)的地方的設(shè)計(jì)思路是正確的。只是很遺憾，他把小磁針?lè)诺搅俗约翰荒芸吹降牡胤健Ｔ谶@個(gè)問(wèn)題中，科拉頓設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)的嚴(yán)謹(jǐn)精神是值得肯定和學(xué)習(xí)的。此外，教師還可以讓學(xué)生進(jìn)一步討論，有沒有其他方式來(lái)避免這種可能的誤判的影響。比如，可以先斷開開關(guān)，移動(dòng)磁鐵，看小磁針是否受到影響，如果沒有影響，那就閉合開關(guān)，再進(jìn)行實(shí)驗(yàn)；如果有影響，可以把小線圈和小磁針?lè)诺讲粫?huì)影響的距離處；也可以閉合開關(guān)，看看在同樣的操作條件下，小磁針轉(zhuǎn)動(dòng)的情況是否與斷開開關(guān)時(shí)相同，等等。進(jìn)一步深入地引導(dǎo)，有助于培養(yǎng)學(xué)生的科學(xué)思維。

對(duì)于第二個(gè)問(wèn)題，是科拉頓實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)理論上的錯(cuò)誤，他認(rèn)為把磁鐵插入線圈后可以產(chǎn)生持續(xù)的電流，他沒能轉(zhuǎn)變思想，沒有從“穩(wěn)態(tài)”的猜想轉(zhuǎn)變到“暫態(tài)”上來(lái)。回到當(dāng)時(shí)的歷史背景下，沒有人知道是在磁鐵插入線圈的瞬間才產(chǎn)生感應(yīng)電流，我們不能站在現(xiàn)代的角度去評(píng)價(jià)一個(gè)歷史人物，而應(yīng)該聯(lián)系當(dāng)時(shí)的背景。從當(dāng)時(shí)的背景來(lái)看，這不是科拉頓個(gè)人的錯(cuò)誤。因此，我們不該采用事后諸葛亮式的嘲笑來(lái)對(duì)待科拉頓。

對(duì)于第三個(gè)問(wèn)題，教師可以引導(dǎo)學(xué)生討論在整個(gè)實(shí)驗(yàn)過(guò)程中出現(xiàn)的偶然因素。比如，如果科拉頓請(qǐng)了一個(gè)助手，或者在門口放一面鏡子，可以一邊操作磁鐵一邊觀察小磁針的情況，那發(fā)現(xiàn)這一現(xiàn)象就成了必然。又比如，如果科拉頓能及時(shí)地跑到另一個(gè)房間去，他很可能就可以觀察到磁針轉(zhuǎn)動(dòng)之后回復(fù)原來(lái)位置時(shí)的回轉(zhuǎn)效果，他會(huì)看到小磁針在來(lái)回?cái)[動(dòng)，很自然地就可以推測(cè)小磁針在他到來(lái)之前發(fā)生了轉(zhuǎn)動(dòng)。他沒有觀察到小磁針回轉(zhuǎn)效果的原因可能是他回到房間的時(shí)間太長(zhǎng)——因?yàn)樗J(rèn)為會(huì)有持續(xù)電流，所以不用著急去觀察。也可能是小磁針受到的摩擦力太大，使它很快就停止了擺動(dòng)，等等。

相信通過(guò)這些問(wèn)題的討論，一方面可以促使學(xué)生的科學(xué)思維變得更加嚴(yán)謹(jǐn)，邏輯思維變得更加嚴(yán)密，考慮問(wèn)題變得更加全面，對(duì)下一課“探究感應(yīng)電流的產(chǎn)生條件”的學(xué)習(xí)也有很大的幫助。另一方面，此類討論類似頭腦風(fēng)暴，增進(jìn)了學(xué)生之間的合作與交流，集思廣益，讓每個(gè)參與其中的學(xué)生都能有所收獲，都能感受物理探究的魅力，體會(huì)物理探索的艱辛與曲折，體會(huì)科學(xué)家們堅(jiān)韌不拔的科學(xué)精神。

4 結(jié) 語(yǔ)

正如錢三強(qiáng)所說(shuō)的那樣，“科學(xué)經(jīng)歷的是一條非常曲折、非常艱難的道路”，物理學(xué)史中充滿著失敗的故事，而每個(gè)失敗的故事都有其獨(dú)特的教學(xué)價(jià)值可以挖掘。在分析教材的過(guò)程中，教師要重視并靈活運(yùn)用物理學(xué)失敗史，挖掘失敗的故事背后的價(jià)值，引導(dǎo)學(xué)生辯證、客觀地評(píng)價(jià)物理學(xué)史中的失敗。高中物理教材中出現(xiàn)的比較典型的“反面”人物還有很多，如亞里士多德等，重新審視評(píng)價(jià)這些歷史人物，更有利于培養(yǎng)學(xué)生獨(dú)立思考的能力和學(xué)生的創(chuàng)新思維。

筆者只從科拉頓的故事探討了物理學(xué)失敗史在教學(xué)中的特殊價(jià)值，以拋磚引玉。筆者也是上了大學(xué)之后才了解到亞里士多德是一個(gè)偉大的哲學(xué)家、科學(xué)家和教育家，在這之前，筆者心中的亞里士多德的形象只是停留在被伽利略推翻的印象上，這顯然對(duì)亞里士多德是極不公正、不客觀的。而更嚴(yán)重的是，與筆者同樣對(duì)亞里士多德有這樣片面的刻板印象的人比比皆是。這些事實(shí)都要求教師在物理教學(xué)中要重視物理學(xué)失敗史。

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[9]侯金俊.“國(guó)培班”學(xué)習(xí)中一節(jié)觀摩課的喜與憂[J].中學(xué)物理教學(xué)參考，2015，44（6）：39-41.

（欄目編輯 張正嚴(yán)）