“蜡烛一定是高的先熄灭吗”――课堂实验有多少个意外
【作者: 蔡呈腾】
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【导言】
原有初中阶段的科学实验，一般没有存在“不稳定”的因素，也就是说，在实验条件初步具备的条件下，实验结果一般是惟一的、确实的。也正因为如此，有过几年初中科学教学经验的教师，一般对于教材中可能出现的实验烂熟于胸，对实验的结果也往往在意料之中。
新课程改革后，教师对于教材的认识不仅仅在“教”教材，而是在“用”教材，仅仅把教材作为完成教学任务的一种材料之一，所以往往教材在以新教材为蓝本的基础上都或多或少地对教学内容进行有选择的增减。
而新课程教材的实验内容，也不仅仅选择那些只有惟一结果和确定因素的实验，更大量地选择了一些没有明确结果、有更多不确定性因素的实验，这些实验可能随着周围环境的变化而结果完全不同。
【案例】
《科学课程标准（7～9）》后面部分有如下的案例：
哪一支蜡烛先熄灭
在学习物质性质时，为了让学生更好地应用燃烧中的化学现象和气体密度的知识，学习作出科学假说和进行科学思维的方法，刘老师向学生提出如下一个问题：放在同一平面上的两支蜡烛，一高一低，点燃以后，用透明塑料罩罩在蜡烛上，问哪一支蜡烛先熄灭（右图）。问题提出以后，学生们反应热烈。绝大多数学生认为低的蜡烛先熄灭。刘老师没有问这些学生为什么认为低的先熄灭，而是问有没有学生认为高的蜡烛先熄灭。只见某学生举起手来，说：“高的蜡烛先熄灭。”话音未落，两种不同意见的学生就争论起来（此处将持有两种不同意见的学生分别称为高灭组和低灭组）。
刘老师说，我们用什么方法来判断究竟哪一种猜想是正确的？
为了证明自己提出的猜想是正确的，学生们开始实验。
实验的结果是高的蜡烛先熄灭了。绝大多数低灭组的学生对实验的结果感到十分惊讶，为什么我们的判断错了？刘老师组织学生对为什么高的蜡烛先灭这一问题展开了讨论。低灭组的学生说，蜡烛燃烧需要氧气，二氧化碳不支持燃烧，这是我们作出判断的出发点，燃烧的蜡烛会产生二氧化碳气体，二氧化碳气体的密度比空气的大，因此二氧化碳气体要下沉，由此我们只能得到低的蜡烛先灭的结论。错在哪里呢？
关键的问题在于二氧化碳气体究竟是上升还是下降？低灭组的学生拿出了证据，他们翻开了有关气体密度的表格，上面写着的数据是二氧化碳气体的密度大。
刘老师引导学生阅读密度表，请学生看看表上的说明，学生们发现，表上注明了温度条件。通过讨论，学生们了解了蜡烛燃烧时产生二氧化碳气体的温度比周围空气温度要高许多，由此学生们得到了统一认识的答案。
就在此时，有一位学生提出了另一问题：罩子的大小和蜡烛高低的程度是否影响问题的答案刘老师在全体学生面前表扬了这位学生，确实这一问题的答案不是惟一的，请学生们课后再做进一步的探究和讨论。
案例评析
这是一个小型的探究活动，需要的器材很容易解决，实验的难度也不高，但能够很好地体现科学探究的特征，整个探究活动围绕问题展开，重点在启迪学生领会如何提出猜想和假设，以及如何对收集的证据进行批判性思考。案例中还体现了教师对学生探究活动指导的一些观点，如发挥学生的主动性，引导学生积极思维，注意探究活动的开放性等。
在学习《科学课程标准（7～9）》时，我认真学习过这个案例，并且也进行了认真地实验，在选择“适当大小”的烧杯后，我发现这个实验非常容易成功，确实是“高的蜡烛先熄灭”。
我觉得这个实验不但对于学习二氧化碳以后的学生具体很大的“震撼意义”，对于刚刚“科学入门”的学生也能引起他们的兴趣，所以在初一新生刚刚接触新教材《科学》的第一课时，我把这个实验引入了。
当我展示这个实验的装置及说明实验操作过程后，要求学生猜测哪支蜡烛先熄灭时，几乎全部的学生都说是高的蜡烛先熄灭。
这似乎与《新课程标准（7～9）》案例中反应的课堂现象有较大的出入，也出乎我的意料之外。
我要求学生尝试着解释“高的蜡烛先熄灭的原因”，也许初一学生对于气体密度知识的缺乏、也对蜡烛燃烧后的产物缺乏了解，大部分学生不能给出合理的解释。
其中有一个学生给了我“很满意”的解释：这个现象与发生火灾时的现象差不多，发生火灾时，我们必须弯着腰前进，是因为有毒的气体、二氧化碳等都在上面。
我带领全班学生给那位学生最热烈的掌声。
有了学生的那番解释后，我开始了实验。
那天是台风过后的第一天早上第一节课，虽刚刚进入秋季，但气温不高。
我按照前一天操作的步骤进行实验。
令全班学生大吃一惊的是，矮的蜡烛先熄灭了。而我对这一现象也有点不知所措了。
教室里顿时议论纷纷，我也有些惘然。
还好的是，十多年的教学经验让我很快镇静下来，我说我们重来一遍这个实验。
这一次是高的蜡烛先熄灭了。
这时，我对于第一次实验的“意外现象”已经心知肚明了，但是我没有急着去解释原因，而是反问学生如果进行第三次实验，结果如何？
第三次实验的结果与第二次一样。
这时有学生迫不及待地举手要求解释原因了：
第一次实验时，蜡烛燃烧的二氧化碳气体在较低的温度中很快冷却，下降并聚集到低处，所以矮的蜡烛先熄灭了。而第二次与第三次实验是在第一次实验已加热烧杯的情况下进行的，烧杯内的气体温度不很低，而产生的二氧化碳气体相对温度较高，又不会被烧杯内气体“冷却”，所以上升了，高的蜡烛先熄灭。
【反思】
新课程教材中选择的实验不再是简单的显示某一个“确定的”、“惟一的”结果，而更是体现着“实验现象与结果受到各方面条件的限制与影响”。这种“限制与影响”正是科学探究中的“控制变量”，也是科学探究的精义之所在。
1.从上述这个方面看，《科学》中的实验更注重与现实生活的联系，实验的过程也不再是单纯的“纯化”或“强化”某一自然现象的结果，而是现实自然现象的原版再现，这种研究更能使学生认清实验过程中的“复杂化”，更有利于学生面对现实的处理能力。
2.同一个实验在不同地环境下操作，结果往往不同。周围环境对实验的影响往往是巨大的，甚至是决定性的。本案例中的实验，高低蜡烛先后熄灭的顺序不仅仅跟周围空气的质量有关，更与烧杯本身的大小有关，也与蜡烛高低差有关……
3.实验的过程与结果可能面对不同的学生群体都是相同的，但是对学生的“作用”却不尽相同。本案例中，如果把此实验让学过二氧化碳知识的学生去完成，可能对他们引起的“震撼”更大，更具有教育意义，也让他们更清楚地认识到“平时我们比较不同气体的密度是在常温常压下进行的，如果温度与气压不同，则密度很难比较”。但是初一学生没有学过二氧化碳的性质，所以引起的“震撼”几乎没有，但能够把实验现象与火灾时情况进行比较，也说明知识的类比与迁移发生的作用。
4.当课堂发生的事件不在教师意料之中的“意外事件”时，教师的教学机智显得非常重要。也许教学机智正是教师教育教学能力水平的体现，必须在不断的教育教学实践过程中养成的，但是教学机智的体现首先是沉着冷静，不急于去解释与说明发生的“意外”的原因，让这些意外在学生的“震惊”的情绪中、在学生“争鸣”的不平中讨论、消亡，而教师仅仅是一个意外事件的观察者、引导者、点拨点。
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