在痛苦的否定中體驗 在縝密的檢視中反思

《蠟燭的燃燒和空氣的體積》這節課，我圍繞蠟燭在量筒內燃燒后出現進水水位高低不同的現象，通過層層剝筍式的現象剖析、邏輯推理、實驗探究、過程檢視等活動，探索水位的高低和蠟燭火焰大小之間的關系，讓學生發現：生活中有些現象，常常是邏輯推理成立而實驗不能夠證實的，有時候，邏輯判斷錯誤，而直覺卻指向正確。課堂隱含了一個高深的哲學命題：有時候，面對新的事物和現象，科學理論是有限的，人的經驗是存在缺陷的，而我們并不自知。

在學生的潛意識里，蠟燭在一個密封的容器里燃燒，可以消耗掉其中的氧氣。而他們忽略了燃燒不僅僅消耗氧氣，還會產生大量的熱，而熱量會改變空氣的密度：相同的體積下，密度小的空氣里，氧氣的含量會減少。同時，空氣有熱脹冷縮的性質。這些是他們在解決問題的時候容易忽略的。因此，當我拿出一個量筒，問他們如何消耗掉其中五分之一的氧氣的時候，學生一致認為：燃燒。可是當學生真的讓蠟燭在量筒里燃燒、熄滅，并記錄水位上升的高度之后，我讓學生把所有的量筒放到講臺上，將量筒排整齊，放平。學生發現，用橡皮筋做的水面高低記號十分明顯，高高低低，參差不齊，問題由此而生——

師：你看到了什么現象？有什么問題？

生：（橡皮筋）有高有低。

師：有高有低、參差不齊這是現象，面對這種現象你有什么問題？

生：按道理應該都一樣高，可是現在卻高高低低的，這是為什么？

是什么因素造成了上述現象呢？這就是本課要研究的核心問題。人有探究的本能，面對新的現象，總會根據自己的經驗，提出一個理論來解釋新現象。你看學生提出的“理論”——

生：測量不準。（“實驗失誤”論）

生：可能是每個杯子的氧氣不一樣多。（“氧氣不均”論）

生：可能水面的高度不一樣。（“水面影響”論）

生：和蠟燭燃燒的時間有關。（“燃燒時間”論）

生：和蠟燭長短有關。（“蠟燭長短”論）

生：和蠟燭燃燒時火焰的大小有關。（“火焰大小”論）

面對這些“理論”，我們需要讓學生從不同的方面來分析，有的就直接否定掉了，如：測量不準、蠟燭長短、氧氣有多有少等，實際上從這些“理論”的提出，也可以發現孩子理性思維和有針對性的思考明顯不足。最后留下的是“火焰大小”和“燃燒時間”。通過讓學生分析、建立假設，學生進一步明確了自己“理論”的內涵——

生：和蠟燭燃燒的火焰有關。

師：和火焰的什么有關？

生（齊）：大小。

師：和火焰的大小有什么關系？

生：如果火焰大的話，燃燒消耗的氧氣就多；如果火焰小的話，消耗的氧氣就少。

師：消耗的氧氣的多少跟這個（指量筒上橡皮筋）位置的高低有什么關系？

生：高低？（學生一下子沒有明白應該建立現象與現象之間的聯系，故生此疑惑。）

師：對啊，我們是說火焰大小跟（水位）高低之間的關系。高？大？火焰大小跟水位高低有什么關系？

生：如果氧氣消耗得多的話，那么水進來得就多；如果消耗得少的話，水進來得就少。

師：什么情況下，氧氣消耗多？

生：火焰大的時候，氧氣消耗得就多。

師：對，再推一步，我們六年級了，再往前推一步，如果消耗多的話——

生：上升的水位就高。

師：你們的推測就是：火焰大，上升高；火焰小，上升低。對不對？

生：嗯。

至此，學生建立了這樣一個通過直覺形成的“科學理論”，這個理論出來得并不容易，通過對各種因素的排查，學生最終發現這樣一個可能影響水面上升的因素，并且通過分析建立起一種因果關系。這個“理論”看似完美，卻經不住邏輯的推敲。科學思維往往首先從邏輯上對知識體系和理論進行推演，一旦發現違反邏輯或者二律背反，則可以證明該理論的錯誤。歷史上，伽利略正是通過將兩個輕重不同的鐵球拴在一起的假設，推導出兩個完全相反的結論，從而推翻了亞里士多德的“重物下落，輕重不同速度不一”的理論。在這里，必須通過引導學生運用邏輯這個武器來檢視自己的“理論”，以確保“理論”的嚴密性。結果——

師：有沒有人不同意這個答案？

生（大多數）：沒有！

師：有，（指向舉手的孩子）兩個、三個。三位同學請起立，到前面來。偉大的或錯誤的答案，將在他們一個人或三個人中誕生。

生笑，有人在為他們鼓掌加油。

師：請你們說說看，你們為什么不同意？

生1：蠟燭火焰大小與量筒進水多少根本沒有關系。如果蠟燭燃燒的火焰小，那么它燃燒的時間可能就會長；如果燃燒的火焰大，那么燃燒的時間就會短。不管時間長短，蠟燭燃燒所需要的氧氣肯定都是一樣的。

師問另外兩個學生：他說的觀點，你們兩個是怎么看的？

生2：差不多。

師：我簡要地重復一下。也就是說（邊說邊比劃），火焰小，燃燒時間可能會長一點，但消耗的氧氣還是瓶子里的那么多；火焰大，燃燒的時間可能會短一點，消耗的氧氣仍然還是瓶子里那么多。

生3：對，瓶子里的空氣里本來含有的氧氣就只有那么多。

生1補充：蠟燭燃燒需要氧氣，氧氣沒了，那么蠟燭自然就熄滅了；如果蠟燭熄滅了，就說明氧氣沒了。

師拿過來一個量筒，指著說：你們的意思是，蠟燭只能消耗這個里面的氧氣，是不是？

生：嗯。

師：量筒里面只有這么多氧氣，對不對？（生：嗯！）所以，火焰大只是快一點把這個氧氣消耗掉，對不對？（生：嗯！）不管快與慢，最終水面只能上升到五分之一處，是不是？

生（一起）：嗯。

上面這一段師生對話，看起來是教師和臺上三名學生在對話，實際上是將他們的思維展示給所有的人來看。這三名學生的思維是多么地具有穿透力啊！他們通過嚴密的邏輯推理，反駁了大多數人的觀點。科學課堂需要的就是這樣的理性思維品質：不從眾、從證據出發、作嚴密推理。邏輯的力量是強大的，在這三名學生闡述之后，一部分學生陷入了沉思，隨后開始動搖，甚至想改變自己的觀點。然而，在傳統的好面子的心理作用之下，很多人依然坐在座位上撐著。他們企圖通過一些問題來難倒這三名學生，從而證明自己選擇的正確性。

生：為什么我們的蠟燭滅了后，水面還在上升？

生2：那可能是二氧化碳被水吸收了……

師：他說燃燒產生二氧化碳，二氧化碳被水吸收。二氧化碳也占體積的。這個解釋你接受嗎？

生（固執地）：不行。

師：說不行，你要問他為什么不行。（遞話筒給說“不行”的孩子。）

生尷尬無語。

師（拿回話筒）：反正就是覺得不行。他們說的有沒有道理？臺下的同學有沒有觀點已經改變，準備反水的？你們有沒有人現在改變主意來支持他們？……

師（語速很慢）：還堅持嗎？還堅持嗎？有時候，放棄自己的觀點（臺下有學生接話筒）……也是一種美德。（底下學生偷偷地笑。）

生4拿話筒想反駁：我覺得所有的氧氣不可能在同一個地方，有可能是在上面的，燃燒的火焰大的話……

師：把上面的也燒掉了？

生4：我不是這個意思……（說不下去）我站到他們一邊了。（生4放下話筒就快步站到臺前，底下的學生一起大笑。）

師：你們呢？放棄的，也可以站到前面去了。

（很多學生往前涌，站到了講臺前。）

這一段是全課最有意思的一個環節，學生們經過激烈的思想交鋒，經過痛苦的價值選擇，終于在理智和情感方面做出了一個選擇：放棄自己的觀點，支持少部分人的觀點。這種放棄和選擇，對于他們這個年齡段來說，是一件不容易的事情。孩子往往受情緒支配，容易受蠱惑，容易沖動，容易固執。然而科學追求的就是服從真理，服從證據，服從于內心真誠而理性的選擇，唯有如此，才是科學研究者應具有的包容與開放的心態，才能去接納不同于自己喜好的異見。

課上到這一個環節，學生已經堅信，邏輯似乎可以戰勝一切。然而再好的邏輯推理形成的理論，也要通過實證來檢驗。誰知，實驗結果讓剛才還自鳴得意的“邏輯推理家”們大跌眼鏡——

師：好，研究停止！認為三次實驗，水面上升到同一高度的請舉手。

全班沒有一個舉手的，因為隨著火焰的增大，量筒內的水面在逐漸增高。

師：火焰大小對水面的高度有沒有影響？

生（齊）：有。

師：剛才你們不是說“沒有影響”的么？

生（笑）：有。

師：難道我們錯了？是你們不夠認真？

生（齊）：不是！

師：是我們最初的理論錯了？

生：是！

師：錯在了哪兒？

學生一下子陷入了兩難的境地，剛才論證成功的愉悅感還沒過去，實踐的打擊已經到來，此時他們一定在回味剛才的理論和實驗步驟，而此時正需要教師引導學生做這樣的反思和回頭檢視——

師：慢慢來，我們先來看看我們的邏輯推理。（師展示PPT，出示量筒）里面空氣沒有增多吧？

生：嗯。

師：所以氧氣也應該是一定的吧？

生：嗯。

師：所以，不管火焰的大小怎樣，消耗掉的氧氣應該是一樣多吧？

生：嗯。

師：從理論上說應該是上升到同一個高度吧？

生：嗯。

師：那就說明我們的邏輯沒有問題！可是為什么水面上升的高度不一致呢？

“慢慢來”，這是一個讓人感動的字眼，這一“慢”，讓所有的學生進入了一種“心有求而未能得”的“憤悱”狀態！此時學生面臨的是，明知有問題，明知探究有路，卻走不下去。此時慢下來，停下來，讓孩子們做反思：從實驗本身反思，從邏輯方法反思，從自己持有的“理論”（即學生的假設）反思，用排除法引導學生發現，既然實驗本身沒問題，邏輯沒問題，有問題的只可能是原先持有的“理論”，即假設火焰可以消耗掉量筒中的氧氣。同時也讓學生意識到，很有可能有我們未知的因素在影響實驗結果。但不管如何，學生的內心深處一定種下了“凡事出皆有因”的認識，最終有學生提出了用“鋼絲球生銹”來改進實驗。

本節課從制造實驗現象、集中問題到使用排除法排除各種可能性再到發現事實真相，學生一直處于一種向未知進發的過程中，在教師引領下，學生不斷質疑，聯想，猜測，處于“立”與“破”的反復循環中，愈是未知，愈是不正確，學生向前進發探究的動力愈是強烈，這樣，在艱難的選擇中，學生一步一步走進探求科學本質的殿堂。

（作者單位：江蘇省江陰市華士實驗小學）