不该被忽视的物理学失败史

黄大平 李德安

摘 要：以“划时代的发现”中涉及的部分物理史知識为例，探讨了物理学失败史中常常被忽视的教学价值，指出了物理学失败史在教学中存在的问题，分析了问题产生的主要原因，并提出了可能的改进建议。认为物理学史不应停留在故事呈现的层面，还应该进行深入的挖掘，发扬它的最大教育价值。

关键词：物理学失败史；科拉顿；教学隐忧；教材分析；物理教学

中图分类号：G633.7 文献标识码：A 文章编号：1003-6148（2018）6-0070-3

1 物理学失败史在教学中存在的问题

笔者在攻读研究生之前，曾担任过物理老师，在教学中偶尔讲授物理学史知识时，往往会有学生向笔者提出：“老师，这个考试考不考？要是不考就不用讲了。”这种言论与态度，与《普通高中物理课程标准（实验）》的要求是相背的。

在深圳的三年教学中，不只一个学生问过笔者这个问题，这就说明对物理学史教学的不重视现象不是个别老师身上的个别现象，而是一种比较普遍的现象。在进一步的交流中，笔者了解到，许多老师是直接跳过物理学史部分，或者叫学生自己阅读一下。“划时代的发现”就是典型的例子，许多老师是直接讲第二节的内容“探究感应电流的产生条件”。

正如侯金俊老师的担忧“我们的课堂是不是在至关重要的细节上传递了错误的信息”一样，笔者在教学过程中也感到了同样的担忧。有很多教师讲了电磁感应的发现史，也讲得很精彩生动，但却导致许多学生形成了不良的价值取向，对物理学家的评价很不客观。例如，笔者向学生询问他们对科拉顿的评价时，学生无一例外地都用嘲讽的语气说：“科拉顿就是一个傻子！”

难道就没有一个学生去查找资料，看看科拉顿到底是一个怎样的科学家吗？带着这样的疑问，笔者通过百度搜索“科拉顿”，得到的结果更令人担忧，几乎所有的文章都在讲科拉顿“跑失良机”的故事，甚至在百度百科的介绍中也如此。在网页的配图中，某些图则有明显的丑化和讽刺意味，图中的科拉顿哪有科学家的样子，完全是一副愚蠢可笑的模样。

科拉顿在国内主流媒体中已经形成了愚蠢的刻板印象，笔者还是通过软件维基百科搜索“Jean-Daniel Colladon”，才查找到这位科学家演示全内反射以及测得水中声速等事迹。

2 问题产生的原因

上述问题的产生是有原因的，笔者认为，主要原因可归为以下三个。

第一个原因是教师无意中造成的误导。许多教师为了把这节课上得有趣、精彩，从网络上找了很多资料，那张科拉顿丑化的图是出现在教师课件中最多的图片。诚然，这个图片可以活跃课堂气氛，但若没有引导好，就容易在无意中向学生传递了错误的信息，即科拉顿是一个愚蠢的人。

第二个原因是课本和教辅中缺乏对科学家科拉顿的正面贡献的介绍。例如，在人教版的教材物理选修3-2中，对科拉顿只有一句话提及，“瑞士人科拉顿的实验研究也遗憾地与成功擦肩而过”。而法拉第的待遇就不一样了，教材专门在栏目“科学足迹”中以《伟大的科学家法拉第》为题，介绍了他的事迹。若课本也能花一点篇幅介绍下科拉顿对物理学的贡献，以及在电磁感应中出现的失误，相信上述的问题就可以避免。

人教版教材在物理选修1-1中的“大家谈”栏目中，专门介绍了科拉顿遗憾的故事，并在最后提问“安培、科拉顿与电磁感应的发现擦肩而过，他们的遗憾出自哪里”。这是一个很好的问题，教师可以从这个问题明白教材编写者的意图，引导学生客观、全面地评价历史上的科学家。在这本教材中，科拉顿的故事的插图使用的是科拉顿丑化的图片，虽然比较有趣味，但很容易在无意中误导学生对科学家的评价。目前，这本教材一般是针对文科生学业水平测试而使用的。而为了让文科生在短时间内掌握大量的物理知识，顺利通过学业水平测试，教师们基本上只教会考的。更有甚者，直接让学生背诵物理知识，根本没有要好好挖掘这一故事的教育价值的意愿。同样的，教辅资料中也都是只讲了科拉顿“跑失良机”的故事，而没有其他正面的介绍。

第三个原因是教师缺乏求知精神。虽然从教材和教学来看，教师似乎只要知道科拉顿失败的故事，就能较好地完成教学设计并进行教学。但是，作为一名合格的物理教师，应该要自觉地查找资料，了解教材中出现的科学家，引导学生对科学家进行一个客观公正的评价，不应该“反面教材”就一直被嘲笑，“正面教材”就一直吹捧。

3 教学改进与建议

一方面由于教辅和网络资源在这方面都比较欠缺，不方便学生自己去查找资料。另一方面，学生由于学习时间紧张，本身专业知识也不够，让他们花大量时间去查找资料并进行辨别也不现实。这就要求教师在授课过程中，要多查阅资料，做好充足的准备，深入挖掘教材中出现的物理学史的价值，考虑周全，避免无意之失。教师在物理教学中“应给学生还原一个真实的物理学发展史，切忌人为地添油加醋，注重引导学生关注科学家在研究过程中的科学态度与责任”。

让我们简要回顾下科拉顿在探究电磁感应过程中失败的故事。科拉顿在一个房间内放了一个小线圈，在相邻的房间放了一个大线圈，两个线圈用导线串联。其中，小线圈内有一个小磁针作为检流计，只要小线圈中有电流通过，这个小磁针就会转动。在实验的过程中，科拉顿把一个磁铁插入大线圈后，立即跑到另一个房间去观察小磁针的情况。很遗憾的是，无论他怎么改变磁铁的位置，进行了多少次实验，他都没有观察到小磁针的转动，就这样与电磁感应的发现失之交臂。

考虑到前面刚刚学完《磁场》这一比较难的章节，笔者认为在进入《电磁感应》这一章节时宜采用比较生动轻松的方式，比如用角色扮演的方式把历史事件重现出来。俞祚海老师提到自己在教学过程中尝试指导学生编写课本剧，把知识以故事的形式在课堂上呈现出来，取得了不错的效果。同样地，侯金俊老师也认为可以通过科拉顿的遗憾，培养学生主动与他人合作的意识。以上实践都能证明角色扮演的方式在物理学史教学中是非常有效的。当然，教师也可以自己扮演科拉顿的角色，让学生充当观察者。

故事的呈现不是我们教学的关鍵，教师有目的地提问才是引导学生进行思考的关键。针对这个故事，教师可以很自然地提出这几个问题：第一，科拉顿为什么要把两个线圈放在不同的房间，而不放在同一个房间？第二，科拉顿设计这个实验的猜想是什么？第三，有哪些偶然因素导致科拉顿错过了电磁感应的发现？

对于第一个问题，教师可以把磁铁靠近小磁针，引导学生仔细观察，学生很容易就得出太靠近磁铁会使小磁针转动从而导致误判的结论。因此，科拉顿为了避免这种误判的产生，把小线圈放到离磁铁比较远的地方的设计思路是正确的。只是很遗憾，他把小磁针放到了自己不能看到的地方。在这个问题中，科拉顿设计实验的严谨精神是值得肯定和学习的。此外，教师还可以让学生进一步讨论，有没有其他方式来避免这种可能的误判的影响。比如，可以先断开开关，移动磁铁，看小磁针是否受到影响，如果没有影响，那就闭合开关，再进行实验；如果有影响，可以把小线圈和小磁针放到不会影响的距离处；也可以闭合开关，看看在同样的操作条件下，小磁针转动的情况是否与断开开关时相同，等等。进一步深入地引导，有助于培养学生的科学思维。

对于第二个问题，是科拉顿实验指导理论上的错误，他认为把磁铁插入线圈后可以产生持续的电流，他没能转变思想，没有从“稳态”的猜想转变到“暂态”上来。回到当时的历史背景下，没有人知道是在磁铁插入线圈的瞬间才产生感应电流，我们不能站在现代的角度去评价一个历史人物，而应该联系当时的背景。从当时的背景来看，这不是科拉顿个人的错误。因此，我们不该采用事后诸葛亮式的嘲笑来对待科拉顿。

对于第三个问题，教师可以引导学生讨论在整个实验过程中出现的偶然因素。比如，如果科拉顿请了一个助手，或者在门口放一面镜子，可以一边操作磁铁一边观察小磁针的情况，那发现这一现象就成了必然。又比如，如果科拉顿能及时地跑到另一个房间去，他很可能就可以观察到磁针转动之后回复原来位置时的回转效果，他会看到小磁针在来回摆动，很自然地就可以推测小磁针在他到来之前发生了转动。他没有观察到小磁针回转效果的原因可能是他回到房间的时间太长——因为他认为会有持续电流，所以不用着急去观察。也可能是小磁针受到的摩擦力太大，使它很快就停止了摆动，等等。

相信通过这些问题的讨论，一方面可以促使学生的科学思维变得更加严谨，逻辑思维变得更加严密，考虑问题变得更加全面，对下一课“探究感应电流的产生条件”的学习也有很大的帮助。另一方面，此类讨论类似头脑风暴，增进了学生之间的合作与交流，集思广益，让每个参与其中的学生都能有所收获，都能感受物理探究的魅力，体会物理探索的艰辛与曲折，体会科学家们坚韧不拔的科学精神。

4 结 语

正如钱三强所说的那样，“科学经历的是一条非常曲折、非常艰难的道路”，物理学史中充满着失败的故事，而每个失败的故事都有其独特的教学价值可以挖掘。在分析教材的过程中，教师要重视并灵活运用物理学失败史，挖掘失败的故事背后的价值，引导学生辩证、客观地评价物理学史中的失败。高中物理教材中出现的比较典型的“反面”人物还有很多，如亚里士多德等，重新审视评价这些历史人物，更有利于培养学生独立思考的能力和学生的创新思维。

笔者只从科拉顿的故事探讨了物理学失败史在教学中的特殊价值，以抛砖引玉。笔者也是上了大学之后才了解到亚里士多德是一个伟大的哲学家、科学家和教育家，在这之前，笔者心中的亚里士多德的形象只是停留在被伽利略推翻的印象上，这显然对亚里士多德是极不公正、不客观的。而更严重的是，与笔者同样对亚里士多德有这样片面的刻板印象的人比比皆是。这些事实都要求教师在物理教学中要重视物理学失败史。

参考文献：

[1]中华人民共和国教育部.普通高中物理课程标准（实验）[S].北京：人民教育出版社，2003：9.

[2]侯金俊.“国培班”学习中一节观摩课的喜与忧[J].中学物理教学参考，2015，44（6）：39-41.

[3]https：//baike.baidu.com/item/%E7%A7%91%E6%8B%89%E9%A1%BF/9121847？fr=aladdin

[4] https：//en.wikipedia.org/wiki/Jean-Daniel_Colladon？wprov=sfla1

[5]普通高中课程标准实验教科书（物理选修 3-2）[M].北京：人民教育出版社，2004：3.

[6]普通高中课程标准实验教科书（物理选修 1-1）[M].北京：人民教育出版社，2004：48-49.

[7]陆永华.基于物理学科素养的高中物理电磁感应教学研究[D].苏州：苏州大学硕士学位论文，2016.

[8]俞祚海.课本剧进课堂——以“划时代的发现”为例[J].物理通报，2017（6）：52-53.

[9]侯金俊.“国培班”学习中一节观摩课的喜与忧[J].中学物理教学参考，2015，44（6）：39-41.

（栏目编辑 张正严）