第2课《空气能占据空间吗》 教学设计-2026-2027学年科学四年级上册教科版

该小学科学教学设计聚焦“空气能占据空间”核心知识点，通过倾斜与竖直压瓶的对比实验导入，制造认知冲突。前承《感受空气》对空气存在的认识，后以三步对比实验（拧紧/拧开瓶盖、注入空气）为支架，帮助学生理解空气占据空间的本质。 特色在于以对比实验为核心，通过拧紧与拧开瓶盖的控制变量设计，引导学生观察小球位置和水位变化进行证据推理，培养科学思维。拓展挑战“空气挤水器”设计，结合橡皮泥和吸管操作，强化探究实践能力，联系生活中的空气泵原理。对学生直观建构概念、提升探究能力，对教师提供完整环节和具体学具准备，便于教学实施。

小学科学四年级上册第一单元第2课《空气能占据空间吗》教学设计 （2026新教材·四年级） 一、教材分析 本课是《科学》四年级“空气”单元的第2课时。教材在上一课《感受空气》的基础上，进一步聚焦空气的另一个重要性质——“占据空间”。教材从生活现象（将空塑料瓶倾斜压入水中会冒泡、水进入瓶内）引出核心问题：“瓶口竖直向下压入水中时，水能够进入瓶内吗？”通过“剪掉瓶底”的改进实验装置（带小球漂浮），设计了三步对比实验：拧紧瓶盖压入水中、拧开瓶盖放出空气、向瓶中注入空气，引导学生观察小球位置和水位变化，从而理解“空气占据空间”这一核心概念。最后通过“用空气将水挤出瓶子”的拓展挑战，促进学生迁移应用。本课在科学思维上强调控制变量、对比实验和证据推理。 二、学情分析 四年级学生在上一课已经认识到空气的存在及基本性质（无色无味、很轻、会流动、能被压缩），但对于“空气能否像固体、液体一样占据空间”缺乏明确认识。学生容易误认为“空瓶子就是空的，里面什么也没有”，或者认为空气会“让开”空间给水。本课需要通过直观的实验现象（小球位置变化、水位变化）帮助学生建立“空气也占据空间”的科学概念。同时，学生对“拧紧瓶盖”与“拧开瓶盖”的对比设计理解可能有困难，需要教师引导他们认识到瓶盖的作用是“封闭空气，不让空气跑掉”。 三、教学目标（四维·学科核心素养导向） 维度 教学目标（用可观测行为动词表述） 科学观念 1. 能说出“空气占据空间”的含义，即空气像固体、液体一样会占据一定的空间。 2. 能运用“空气占据空间”解释瓶中水位变化及小球位置变化的原因。 科学思维 1. 能通过对比实验（拧紧瓶盖 vs 拧开瓶盖）的设计，分析控制变量的意义。 2. 能根据实验现象（小球沉浮、水位高低）进行因果推理，归纳出“空气占据空间”的结论。 探究实践 1. 能按照教材步骤，规范操作“剪去瓶底的塑料瓶”实验，观察并记录小球位置和水位变化。 2. 能运用给定的材料（半瓶水、橡皮泥、两根吸管），设计实验将水从瓶中挤出，证明空气占据空间。 态度责任 1. 在小组实验中认真记录、尊重事实，愿意与他人交流实验发现。 2. 在拓展挑战中乐于尝试，体会科学知识在解决实际问题中的作用。 4、 教学重点与难点 项目 内容 教学重点 通过三步对比实验，观察并解释“拧紧瓶盖时水无法进入瓶内（空气占据空间）”“拧开瓶盖后水进入瓶内（空气被放出）”等现象，归纳出“空气占据空间”。 教学难点 理解“拧紧瓶盖”与“拧开瓶盖”形成对比的原因——瓶盖封闭时空气无法逃出，所以占据瓶内空间阻止水进入；瓶盖打开后空气被水挤出，空间让给水。需要帮助学生从“现象”到“本质”建立推理链条。 5、 教学准备 类别 具体物品 教具 多媒体课件（含教材配图、实验步骤动画或图片）、大号记录单（用于板书汇总） 学具（每组） 空塑料瓶（提前剪去下半部分，保留上半部分带瓶盖，建议瓶口直径约3-4cm）1个、水槽（装大半槽水）1个、泡沫小球（或乒乓球，能浮在水面且直径略小于瓶口）1个、记号笔（用于标记水位）、抹布1块、记录本 拓展挑战材料（教师演示或小组备用） 半瓶水（透明塑料瓶）、橡皮泥一块、两根吸管（一长一短） 教室布置 4人一组，每组实验桌放置水槽（水量充足）、剪好的塑料瓶、小球、抹布等。注意提醒学生小心剪口边缘（教师可提前用砂纸打磨光滑）。 6、 教学过程 环节 时间 教师活动 学生活动 设计意图 情境导入 2分钟 演示：将一个空塑料瓶（带盖）倾斜压入水中，瓶口有气泡冒出，水进入瓶内一部分。提问：“如果我把这个瓶子竖直（瓶口朝下）压入水中，水能进入瓶子里吗？为什么？”激发认知冲突。 观察教师演示，积极猜测并说出理由（有的认为能进入，有的认为不能）。产生探究兴趣。 利用倾斜与竖直的对比，制造认知冲突，引出本课核心问题。 聚焦 3分钟 出示教材“聚焦”板块文字：“瓶口竖直向下压入水中时，水能够进入瓶内吗？”板书核心问题。介绍本节课的实验装置（剪掉下半部分的塑料瓶），并解释“为了观察瓶内水面变化，可以在瓶内放一个小球漂浮在水面上。”（教材原文） 明确探究问题，认识实验装置。思考：小球有什么用？ 引导学生关注教材提供的实验改进方法，聚焦研究问题。 探索（分三步） 20分钟 实验前指导： 1. 出示步骤图，讲解三步实验的操作要点： 第1步：拧紧瓶盖，慢慢将塑料瓶上半部分竖直压入水中，观察小球位置并记录。（注意：压入深度要足够，让瓶内空气被压缩） 第2步：拧开瓶盖，把空气放出来，再次压入水中，观察小球位置变化并记录。 第2步（续）：注意观察瓶内水位是否上升。 第3步：向瓶中注入空气（可用嘴吹气或打气筒），观察瓶中的水位会发生什么变化。 2. 强调小组分工：操作员、观察员、记录员轮换。 巡视指导：提醒学生注意安全（剪口边缘），记录水位变化时可用记号笔在瓶外标记。 引导记录：引导学生填写教材中的“记录单”。 分组实验： · 拧紧瓶盖，竖直压入水中→小球停留在瓶内某位置，水位较低。 · 拧开瓶盖，再次压入→小球位置上升（或浮到水面），水位上升（水进入瓶内）。 · 向瓶中注入空气→水位下降（空气把水挤出去了）。 记录现象。 通过三步对比，让学生亲历“空气被封闭→占据空间→水进不去”“空气放出→水进入”“注入空气→水被挤出”的全过程，建构“空气占据空间”的概念。 研讨 7分钟 1. 组织小组汇报实验现象，汇总到班级记录单。 2. 聚焦核心问题：“瓶中水位的变化是怎样产生的？”引导学生分析： - 拧紧瓶盖时，空气被封在瓶内，占据了空间，水进不去，所以水位低。 - 拧开瓶盖时，空气能从瓶口跑出，水进入填补空间，水位上升。 - 注入空气时，空气重新占据空间，把水挤出去，水位下降。 3. 追问：“空气能占据空间吗？还有其他方法可以证明空气的这一性质吗？”（可联系上节课塑料袋装空气按压、粉笔冒泡等，但强调这些是证明存在，而本节课是证明占据空间） 汇报实验现象，尝试用“空气占据空间”解释水位和小球变化的原因。 思考并举例其他方法（如用注射器抽气后活塞不会自动弹回等，但不超出教材可仅讨论拓展挑战）。 引导学生从现象到本质，归纳出核心概念，并训练证据推理能力。 拓展 4分钟 出示教材“拓展·小挑战”：“有半瓶水、一块橡皮泥和两根吸管。在不倾斜瓶子的情况下，我们能利用空气将水从瓶中挤出来吗？” 指导：可以让学生先小组讨论设计，然后教师演示或让学生尝试。正确方法：用橡皮泥封住瓶口，一根吸管插入水中，另一根吸管插入瓶内（不接触水），向不接触水的吸管吹气，空气进入瓶内占据空间，将水从另一根吸管压出。 跨学科融合：这个装置类似于“空气泵”，可以联系生活（如打气筒、喷壶等）。 小组讨论设计方案，尝试操作（或观看教师演示）。理解“空气占据空间”的实际应用。 迁移应用，体现“做中学”，同时为后续学习“压缩空气”埋下伏笔。 课堂总结 2分钟 结合板书总结： 1. 空气能占据空间。 2. 通过对比实验（拧紧/拧开瓶盖）证明了这一性质。 3. 水位变化和小球位置变化都是空气占据空间的表现。 4. 拓展挑战中，用空气把水挤出也是应用了这个原理。 齐读核心概念。回顾本课收获。 强化核心概念，形成知识结构。 布置作业（以探究为主） 2分钟 必做探究作业： 1. 回家找一个空塑料瓶，拧紧瓶盖竖直压入水盆中，观察瓶内水位变化；再拧开瓶盖重复一次，比较两次现象，并向家长解释原因。 2. 完成记录单的填写（如课上未完成）。 选做探究作业： 尝试用家中材料（如矿泉水瓶、吸管、橡皮泥）设计一个“空气挤水器”，并记录成功或失败的原因。 记录作业要求。 巩固课堂所学，将探究延伸到课外。 7、 板书设计 1.2空气能占据空间吗 核心问题：瓶口竖直向下压入水中，水能进入吗？ 实验步骤 现象 1 拧紧瓶盖压入 → 小球在瓶内，水位低 → 空气被封在瓶内(水进不去) 2 解释：占据空间 ② 拧开瓶盖压入 → 小球上浮，水位上升 → 空气跑出，(水进入瓶内) 解释：水进入填补空间 ③ 向瓶中注入空气 → 水位下降 (水被挤出) 解释：空气重新占据空间，挤出水分 ◈ 结论：空气能占据空间。 ◈ 拓展应用：用空气把水从瓶中挤出来（橡皮泥+吸管） 8、 巩固练习 一）填空题（每空1分，共5分） 1、空气虽然看不见、摸不着，但它会________空间。（填“占据”或“不占据”） 2、在“空气占据空间”实验中，拧紧瓶盖将塑料瓶竖直压入水中，水________（能/不能）3、进入瓶内，因为瓶内的________占据了空间。 4、拧开瓶盖后，瓶内的空气从瓶口________，水就会________瓶内。 5、向瓶中注入空气，瓶内的水位会________（上升/下降），因为空气把水________了。 （二）选择题（每题2分，共6分） 1、下面哪个现象能说明空气占据空间？（ ） A. 用塑料袋装空气，袋子鼓起来 B. 把粉笔放入水中冒气泡 C. 拧紧瓶盖的塑料瓶竖直压入水中，水进不去 D. 以上都是 2、在“拧紧瓶盖”和“拧开瓶盖”的对比实验中，改变的条件是（ ） A. 瓶子的大小 B. 瓶盖是否拧紧 C. 水的温度 D. 压入水中的深度 3、向瓶中注入空气后，瓶内水位下降，这是因为（ ） A. 空气把水挤出去了 B. 水蒸发了 C. 空气溶解在水中了 D. 水变少了 （三）判断题（每题1分，共4分，正确打“√”，错误打“×”） 1、空气不能占据空间，因为它是看不见的。（ ） 2、拧紧瓶盖的塑料瓶竖直压入水中，瓶内的小球会浮到水面上。（ ） 3、拧开瓶盖后，水能进入瓶内，因为空气跑出来了。（ ） 4、用橡皮泥和吸管可以将水从瓶中挤出来，这是利用了空气占据空间。（ ） （四）实验探究题（共7分） 题目： 小明做了“空气占据空间”的实验，实验记录如下表，请你帮他补充完整。 实验步骤 观察到的现象 我的解释 拧紧瓶盖，竖直压入水中 水位较____（高/低），小球____（在瓶内/浮出水面） 瓶内空气无法跑出，________了空间，所以水进不去。 拧开瓶盖，再次压入 水位____（上升/下降），小球____（在瓶内/浮到水面） 瓶内空气从瓶口________，水进入填补空间。 向瓶中注入空气 水位____（上升/下降） 注入的空气重新________空间，把水挤出去了。 答案： （一）填空题 1、占据 2、不能；空气 3、跑出；进入 3、下降；挤出去 （二）选择题 1、D 2、B 3、A （三）判断题 1、× 2、× 3、 √ 4、√ （4） 实验探究题 实验步骤 观察到的现象 我的解释 拧紧瓶盖，竖直压入水中 水位较低，小球在瓶内 瓶内空气无法跑出，占据了空间，所以水进不去。 拧开瓶盖，再次压入 水位上升，小球浮到水面 瓶内空气从瓶口跑出，水进入填补空间。 向瓶中注入空气 水位下降 注入的空气重新占据空间，把水挤出去了。 学科网（北京）股份有限公司 $