当目光透过围墙之外……
《一炷香燃烧多长时间？》教学谈
各位老师，今天晚上我们来聊一堂课，叫《一炷香燃烧多长时间》。我们昨天谈的是《研究爆竹》，那节课实际上是谈中国古代科技的发展。在我们身边，涉及到古代科技的内容其实有很多，有的甚至不知不觉地就在我们生活的一些细节当中。今天和老师们聊的《一炷香燃烧多长时间》就是这样的内容。
通常情况下，课程资源开发的起点在哪？是学生的生活？还是教材的内容？还是学生的需要？这是我们常常要思考的一个问题。以往，我们常常不自觉地将精力放在了现有教材资源的拓展上面，尤其是一些家常研究课，时常让学生自己带一些物品来上课，有时候为了追求教学效果的时髦，展示教师的这种设计理念，也特别地对教材资源进行拓展和开发，无疑这是一种好现象。我打过一个有意思的比方，说“教材就是一座精致的小花园”。既然是精致的私家小花园，那花园里的每一种植物，都是经过精心挑选的，都是能够直指《课程标准》中所规定的科学概念的。然而，教材又仿佛是一道“无形的围墙”。这一道“无形的围墙”限制和圈定了教师开发资源的目光和思维，让我们的老师在狭小的舞台上面跳“样板戏”。记得当时把这个比喻写出来的时候，我有点手舞足蹈了，我觉得这太像了！
在我们身边，中国五千年的科技史，我们常常能够发现一些别有韵味的科技作品，而这些科学技术的成果和作品很多时候又确确实实地影响着我们的生活。可是很多时候，我们对这些充满了灵性、散发着智慧光芒的技术成果视而不见。我觉得在课程资源开发的视野上面，我们的目光应该透过“围墙”之外，关注到我们生活中的科技产品，关注到我们中国古代的科技成果，适时地将这些要素引入到课堂，让学生在日常的科学课上体会到传统科学技术的魅力，在现代科技产品的对比当中，让孩子们意识到科学技术始终在不断地发展。另外，再从科技史的角度，让孩子体悟科学本质的精要所在，这就是我的指导思想。在这个思想的指导之下，我对《一炷香燃烧多长时间？》进行了开发与执教。
《一炷香燃烧多长时间？》这个内容取自于《时间测量》，我本来设计的是一个单元的内容。在这一课之前，学生了解的是时间和我们生活的关系，通过观察生活中和时间有关的物品、器具和现象，了解时间主宰并影响我们的生活。第二课则选取了具有中国文化特点的焚香计时和欧洲流行的沙漏计时作为代表，研究古代人的计时方法。第三课，介绍不断发展的计时工具，从古代的太阳钟，到现代的原子钟，让学生了解计时工具的发展史，并学习使用计时工具和规划时间。
那么，接下来我向大家介绍这节课怎么上。
上课一开始，我就让孩子们去了解、认识一些常见的、古代的计时工具。我准备了四样：日晷、漏壶、沙漏和英国的巨石阵。上课一开始我问学生：你认识这些东西吗？学生答不出来也不要紧。因为这四样东西有一个共性，那就是——测量工具。这些都是古代人测量时间的工具。
古代人除了用这些器具来测量时间，还会用什么来测量时间呢？还会怎样描述“过了一段时间”呢？我给学生看一幅图，这幅图上面就有这么一些内容：有表示“一盏茶的功夫”的茶碗、有“一炷香的功夫”的香炉、有“一顿饭的功夫”的饭碗，这些都是古代描述时间的方式。一炷香是中国学生身边常见的、完全能理解且随手易得的事物，然而这个理解却是需要调整的。现在的孩子见到的一炷香大多是迷信活动中使用的道具，而未必知晓它也是中国古代千余年来的计时工具。所以我要问学生：所谓“一炷香的功夫”大概是多久呢？让学生来解说什么叫“一炷香的功夫”。学生解说一炷香能够燃烧多长时间的时候，他就会说到——把香点燃了开始计时，一直到这炷香完全烧完，那就叫“一炷香的功夫”。那么，这“一炷香的功夫”相当于现在的多长时间（多少分钟）呢？我们怎样测量出一炷香燃烧的时间呢？这就是转入到重要测量过程了。
对于这节课，我希望学生通过对“一炷香燃烧多长时间”的测量，学会一个科学的思维方法，学会思考、学会规划，意识到做事情可以通过动脑筋来提高工作效率。在我们的课堂上，当我们提出来“怎样测出一炷香燃烧的时间”的时候，最简单的方法就是把香点燃了，然后直接等到香燃烧结束以后看看花了多长时间。但是，如果是这样上课的话，这一节课就没办法上了。于是，我给学生一个小组讨论的题目：怎样在较短的时间内，测量出一炷香燃烧的时间。那么，测量一炷香燃烧多长时间有探究的价值吗？如果只是一股脑地点完它，计个时，那就没什么可探究的了。本课旨在通过学生对一炷香燃烧多长时间的测量，学会科学的思维方法，学会思考，学会规划，意识到做事情可以通过动脑筋来提高工作效率。这里提出了探究要求：要在较短的时间内测出来。这样学生就要思考测量的方法，要思考方法的可行性和注意事项，还要考虑测量结果的科学性，这就培养了孩童的科学思维能力。
这里有一个指导的阶梯，就是当学生回答不出来的时候、讨论不出来的时候，我有一个问题：我怎么让时间缩短一半？这是个很好的一个指导和思维的阶梯与台阶：缩短一半也就意味着同时燃烧，即两端都燃烧——就是缩短一半时间。如果只需要四分之一的时间，怎么办呢？那就是把这一炷香分成四段，因为只有这样做，才可能达到在较短的时间内完成。
还有另外一种方法较快测量一炷香燃烧的时间：先把这炷香的长度测量一下，然后花一分钟烧掉其中的一段，看看剩下的烧掉多少，根据烧掉的那段长度占整炷香的份额，计算出多长时间。大家有没有发现，这就用到了什么？——数学，“M”——数学。其实，数学就是一个工具，是科学研究的基础。运用数学这个基础工具，学生可以去测量、计算一炷香燃烧多长时间，可以高效率地完成一项任务。当然，这还不是我的目的，我更深的目的隐藏在下面。
于是，我把发给每个组学生一炷香、一个计时器、打火机，让学生自己去测量，然后让他们把测量的数据汇报给我。我给学生两个表格，第一个表格是方法一（就是步骤）：第一步是测量一炷香的总长度，第二步将一炷香平均分成几段（学生要填的），第三步测量燃烧其中一段所需的时间，第四步计算整炷香燃烧的时间。第二种方法是：第一步测量一炷香的总长度，第二步燃烧一段时间（一分钟），第三步测量燃烧后剩下的长度，第四步计算整柱香燃烧的时间。通过测量燃烧一分钟烧掉的长度，和测量剩下的长度，推算出多长时间。
接下去让学生自己选择其中的一种方式来测量，最后让所有的小组把他们的测量计算出来的时间都汇总到教师的PPT上来。其实，数据一汇总上来就出问题了，只要一比较，就会发现每一组测量“一炷香的时间”都是不一样的。老师：请问，你们看到这些不一样的数据有什么想法呢？因为，是相同的一炷香，起始的长度都是一样的（同一个盒子里面拿出来的），可是，因为每个小组用的方法不同，测量出来的数据也不同。这时候要问问学生有什么想法？围绕这一组数据，会有一段很长的讨论。
时间测量的要求是什么呢？精确、准确、恒定。可是，学生测量出来的差距居然是这么大！接下来，围绕这一组数据还需要讨论：如果现在还用一炷香来计时间，你觉得有哪些缺点？现代人用什么来计时间呢？这就是用一种发展的眼光去看这个问题了，科技总是在不断地发展。现代人当然不再用燃香来计时间了，因为用一炷香计时有几个“不”：不方便、不安全（用香计时容易着火）、不连贯（只能一段一段的燃烧），尤其是最重要的——不准确。因为学生在两头点燃的时候有误差。因为有误差，所以即使是在古代比较精确计时的方式用“一炷香的时间”，也不是特别的准确。
这时候，我还给学生来阅读一段计时工具发展的资料。比如，古代的时候人们出去打猎，早上出去，晚上回来，原始人就建立起“日”和“夜”的时间概念——白天和夜晚。后来人们用太阳的影子来计时，中国古代人有立竿测影，有的测一年的时间。前几天我们还讲过有用日晷、用影钟来计时的，到后来还有前面给学生看过的水钟、铜壶滴漏、沙漏来计时的。当然，发明钟表之后，计时就更加准确了：机械的摆钟、弹力的摆钟、机械的闹钟、机械的手表、电子表，一直到原子钟，计时工具是越来越准确，越来越小巧，越来越方便。
这节课是上到这了，对这节课的理解，我们却不仅仅是这样。我先前讲过，当我们的眼睛透过“围墙”之外，就可以发现更多的、更美的景色，在这里“围墙”隐喻的就是我们的科学教材。教材中——“围墙”内的内容都是精心调选的、千锤百炼的经典内容。比如养蚕、弹簧、简单机械等，如果用传统的眼光去看，这些内容无论如何是丢不掉的。但是，倘若我们把“围墙”内就看作是孩子的整个世界的话，我们就只能着眼于那几个经典的内容。一旦我们把目光透过“围墙”之外，你就能发现更为丰富的、更为纯真的、更为自然的儿童世界，一个灿烂的儿童的科学世界——蝉鸣秋叶落、冰消游鱼动。
其实，我今天的这“一炷香”，只不过是孩子们世界里面的一朵毫不起眼的小野花而已。我想，不管你用什么教材，让学生经历一次科学的思维过程，这是最重要的。否则，教材编得再好，也会被歪嘴和尚念歪经的，这是第一点。
第二个我想表达的是科学课堂上面的探究，不是仅仅的一个间单的“动手做”，而是一个在思维指导下的“动手做”。科学探究过程，实际上是一个思维的过程，什么是儿童的科学思维能力？就是在动手之前要有规划、设计能力；在动手的时候要有自我调控的能力；再动手之后，要有反思、自省的能力。这其中最重要的就是动手之前的周密规划，反映在手之中的就是理智地操作。
课堂不仅仅是有趣的，也是严谨的，这点我在前面讲安全的时候也讲过。科学课不仅仅是激起学生的好奇心，更重要的还要唤醒儿童的责任感。表现在课堂上就是在对自己的行为负责，而不是表现为一种肤浅的尝试和盲目地动手做。一个木匠会制作精巧的器具，但是他未必懂得重心的原理、机械的原理。同样，课堂上学生动手做了，他未必就是在研究科学。
对于这一炷香燃烧多长时间，可以有很多方法获得数据，但是我在这堂课上要表达的就是：我们不能仅仅满足于用一种方法得到数据，在众多得到数据的方法当中，我们可以去选取一种比较经济的、比较科学的、效率比较高的一种方法，而不是一种“笨”方法，这就是科学思维——这就是科学的理性思维。所以，对于这节课来说，我当初设计出来的时候，就是把一个词写得大大的——效益。课堂要追求效益，动手要追求效益，科学本身也是在追求效益，尤其是技术层面的东西，更是在追求效益。
科学家的探究活动是离不开数学基础的，牛顿、爱因斯坦等许多科学家既是科学家，也是数学家和哲学家。更多的事实也说明一位科学家的数学水平将决定他的科学研究水平。我们的科学课堂是在模拟科学探究的过程，学生的探究活动同样也离不开数学基础，否则探究结果就存在科学性错误。但如今的科学课堂似乎并不在意探究中数据和有关数据的理性思维的应用，就是有，也是简单的计算而已。科学的理性思维和数学的理性思维应该说是一对双胞胎，我们应该将我们的科学课堂的探究和数理性联系起来，使得数理性成为科学探究升华的阶梯。测量一炷香燃烧多长时间，这是一个离不开数据的探究活动，测量过程和测量结果都体现在数据的使用上。学生使用的测量方法，貌似一道多解的应用题，这里表达了一种思考：测量技能不仅是正确使用测量工具，有科学正确的测量方法外，还包含着数据计算和数学的理性思维指导。缺少了数据，既是测量工具再好，所得出的结论也是错误的，所以数据也可以看作是一种测量技能，它臣属于探究的，是为探究服务的。因此我们应该严肃对待实验中的数据。
课上学生的测量结果差距较大，最少的五十几分钟，最多的达到七十分钟了。怎么处理这些悬殊的测量结果呢？我将有关“极端数据”的思考抛给了大家。在科学课堂上经常会出现差异较大的数据结论，这就是“极端数据”。如何面对“极端数据”呢？教师不能一棍子打死，也不必“恐慌”，“极端数据”恰恰反馈了探究活动的效果和有关探究细节的思考。测量一炷香燃烧多长时间，这本身就是一个没有标准答案的探究活动。即便是古人使用燃香计时，也只是表示一个大致的时间段。由于一炷香的品质不同，测量方法不一，加上影响香燃烧速度的因素存在，这就决定了测量结果不一。既然结果不一，那为什么还要学生测量呢？目的就是让学生意识到探究活动中有诸多影响结果的因素，在探究时应该主动地考虑到这些因素，避免这些因素，力求使测量结果更加准确、科学。学生对于这些细节因素照顾的越多，对测量的把握就越好。学生关注到什么细节，就表现出什么样的思维水平。因此面对一炷香不同的测量结果，教师应引导学生意识到影响结果的不同因素，让学生反思自己的探究行为，以达到提高探究能力的目的。
第三个方面我想表达的是科学史、科学教材和科学课堂是怎么样有机地融合。我们很多时候害怕讲科学史的内容，害怕走入讲授这种误区。其实更有这种现象：我们现在已经进入了二十一世纪，我们却依然在津津乐道千年之前的辉煌。不错，我们的老祖宗曾经创造出很多伟大的科技产品，比如四大发明：火药、指南针、印刷术、造纸术。其中三个我在前面的讲座中已经讲过了，现在还只剩下一个发明——就是指南针没有讲，我会找时间来讲一下指南针。我们祖先的这些发明曾经影响了整个世界的文明的进程，但是在我们现在课堂上，我们是很骄傲地再现古人的发明，还是对古代人的器具做批判性的认识？我以为应该是后者，否则我们就不会发现现代社会的进步发展和辉煌啊！
用一炷香来计时，曾经是我国古代适用非常广的一种计时方法，而且是使用时间最长的一种常用的计时工具。一直到解放前的时候，或者说解放之后在有些老少边穷的地区仍然是用燃香计时。我们在课堂上能满足于此吗？不行的，绝对不行的呀！所以本课的重点根本就不在于如何精确地测量，而是要让学生意识到，即使是我十分细心，十分认真，但是，用一炷香计时仍然是不够精确的，会有很多因素影响到一炷香测量的结果。所以，我希望通过本课的测量，让学生意识到测量的误差是始终存在着，而人们通常情况下表现出来的追求完美、减少误差、消除误差的心理促进了人们对科学不断地进步、不断地追求。在这节课上，学生对于一炷香到底能烧多长时间的测量结果要求并不重要，重要的是学生需要学会准确测量，更需要学会的是规划怎么样去测量，进而知道怎么样控制整个事件的发展和进程。
对时间的测量一直影响着科技的发展，从西方的沙漏到东方的日晷，从惠更斯的机械钟到现在的原子钟、铯钟，计时工具直接改变人类的生活状态。时间是抽象的还是具体的？它看不见摸不着，但又时刻影响着我们的生活，从孔子的“逝者如斯夫”到“时间之箭”，时间和人们的生活点滴息息相关；时间是绝对的还是相对的？从牛顿的绝对时空到爱因斯坦的相对论的变化，人类对时间的思考也在改变着自己的思维方式。时间已经从一个简单的科学词汇上升为一个哲学词汇。对时间的感悟和理解也会对懵懂少年产生悠远的影响，然而“测量时间”却是一个动态过程，这个过程中我们无法停止时间，让学生去直接感受，也无法呈现时间，让孩子去直接测量。因此，对时间的测量一定要借助具体事物的运动。古代人通过日月星辰的运行确定了年、月、日，确定了白昼和黑夜。这些，在《日晷》《太阳钟》《白天和黑夜》的课上，学生已经有了感受。然而如何更为精确地测量时间，如何更为精确地计时，如何让孩子体会到一分钟的长度？这就需要我们重新寻找有结构的载体和活动来进入课堂了。正是基于这样一种思考和理解，我设计了这么一节课。
一炷香对于中国孩子的理解来说是亟待调整的。现在的孩子见到的一炷香都是迷信活动中使用的道具，而未必知晓它也是中国古代千余年来的计时工具。如今的学生是看着国外的动画片，吃着肯德基，喝着可乐长大的一代，他们面对着太多的国外的东西，他们也崇拜着国外的文化，而中华民族浑厚的科技底蕴在他们眼中有时反倒成了过时的伎俩了。现在的学生都知道四大发明，却很少知道计时也是中国古代的重大发明。香港钟表大师矫大羽先生首倡五大发明之说,把钟表看作中国古代重大发明之一。中国古代曾占据世界计时技术冠军宝座千余年，钟表实为我国最重大的发明。燃香法计时虽然不够精确，但是相对于当时的条件和环境来说，却是一种相当先进、实用的计时方法。对于中国古代的这种计时方法，我们现代人应该是充满敬意的。
我们曾经学过的不少测量时间的课，以前我记得用沙漏来计时的，其实沙漏也是运用广泛的一种计时工具。我们今天惯用的那个windows操作系统，想必就是已经在默认状态下，比如在启动的时候，包括我们那个鼠标箭头其实就是这个小小的沙漏，沙子从上面往下漏，漏完表示一段时间。如果不是漏的沙而是漏的水，就是变成了水钟。因此，在中国古代的时候，人们为了精确地分开一天的时间，发明了铜壶滴漏，它有刻度。计时的方式除了“漏”之外，还有一个重要的方法就是“烧”，通过计量灯点燃所耗用的油量，通过香燃烧慢慢消失掉的这样一个距离来表示时间。所以像古代小说中所谓的“一炷香的功夫”就是燃香计时的一个余韵。因此，对于这样一个课堂来说，我想是十分有意义和价值的，当我们目光透过“围墙”之外，就会发现更美的景色。
一炷香材料虽然很“简单”，可仔细琢磨，其中却隐含着深厚的内涵：正是由于香是学生生活中常用的材料，并且这种材料常常用在所谓的“迷信”活动中，学生才会意识到身边的常见材料会隐藏着许多科学要素，他们才会充足的兴趣投入到主动积极的探究活动中，充分观察、体验、交流、尝试和测试，有所感悟和思考，享受发现乐趣；正是由于一炷香的“简单”，教师才不必担心材料会对学生造成不良影响，被拿着材料牵着学生的鼻子走，可以就材料跟着孩子的思路与学生真诚对话，学生才会真正感受到材料自己和材料的对话的价值，感受到共享发现的甜蜜，感受到心灵成长的幸福。
好了，关于“一柱是怎样计时的”，我今天就给大家讲到这。接下来我们还会有一些68节课当中的特别有意思的课，会陆陆续续地展现给大家。希望大家能够在课堂当中感受到我们的思考，也希望各位老师能够提供更多的关于你们的课堂经历给我们，我们一起来研究、一起来把我们的科学课堂建设得更好，让我们这个小花园变得更加的精彩，说不定什么时候我们的这个小花园里面就多了一个围墙外面的野花进来呢。如果一旦进来以后，它就变成了我们小花园里一个独特的美景了。好了，谢谢大家！
（讲座时间：2017年2月17日20:36）
2017年2月12日星期日唐丽华老师根据录音整理。
