《1.3空气占据空间会改变吗》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“空气占据的空间会改变吗”，核心探究空气可压缩、水几乎不可压缩的性质。通过“空瓶压入水中仍有少量水进入”的矛盾情境导入，衔接前课“空气占据空间”知识，搭建认知冲突的学习支架。 特色在于融合对比实验（空气与水压缩对比）、定量测量（注射器刻度记录）和模型示意图（微粒间隙变化），以科学思维中的模型建构和推理论证为核心，如注射器实验数据直观呈现差异，示意图转化宏观现象为微观理解。助力学生培养严谨实验态度与探究实践能力，为教师提供结构化教学流程与可操作评价工具。

《空气占据的空间会改变吗》教学设计 一、教材分析 版本与课标定位：本课选自教育科学出版社《科学》四年级上册，对应《义务教育科学课程标准（2022年版）》中“物质科学”领域“空气与水”相关内容，属于空气性质探究的深化课例。 内容编排：教材以“空瓶压入水中仍有少量水进入”的现象为聚焦问题，设计了三个探索活动——用手挤压装空气和水的塑料瓶（感知空气可压缩）、用注射器研究空气和水占据空间的变化（定量对比，记录活塞刻度变化）、用示意图解释（建立微观模型）。同时拓展“空气压缩枪”小游戏。 教学理念：引导学生通过对比实验和定量测量，发现空气可以被压缩而水几乎不能被压缩，培养控制变量和数据记录能力；通过示意图将宏观现象转化为微观理解，培养建模思维。 二、学情分析 前概念：学生已学习“空气能占据空间”（前一课），知道空气占据空间，但对空间是否可以被压缩缺乏认识；部分学生认为“空气和水一样，用力压都不会变小”。 认知水平：四年级学生能使用注射器进行简单操作，能记录刻度数据，能通过对比感知空气的可压缩性；对于“压缩”的微观解释（空气分子间有间隙）不宜过深，以现象描述为主。 学习动机：对“空气为什么能被压缩”“空气压缩枪”等实验和游戏有浓厚兴趣，乐于动手操作。 三、教学目标 科学观念：知道空气可以被压缩，水几乎不能被压缩；理解压缩后的空气有弹性（恢复原状的性质）。 科学思维：能通过对比实验（空气 vs 水）和定量记录（注射器刻度），分析空气和水的不同特性；能用示意图解释空气被压缩时空间变小的现象。 探究实践：能用注射器完成空气和水的压缩实验，记录初始和压缩后的刻度；能用手挤压塑料瓶感知空气的弹性；能制作简易“空气压缩枪”。 态度责任：培养细致操作、准确记录的实验态度；注意实验安全（注射器管口不对人）；体会科学知识在游戏中的应用乐趣。 四、教学重难点 教学重点：通过注射器实验发现空气可以被压缩，水不能被压缩。 教学难点：从宏观现象（活塞移动、刻度变化）推理出“空气分子之间有间隙，可以被压缩”，并用示意图表达。 五、教学方法 对比实验法：用相同注射器抽取等量空气和水，比较压缩时的刻度变化。 定量测量法：记录注射器初始刻度和压缩后刻度，用数据说话。 模型示意图法：用点或圈表示空气微粒，画出压缩前后的变化。 小组合作法：2人一组，分工操作、记录。 六、教学准备 教师准备：多媒体课件（注射器实验步骤图、空气压缩微观示意图）；实验材料：两个相同注射器（50ml或100ml）、水槽、水、抹布；演示材料：空塑料瓶（装空气）、装满水的塑料瓶；拓展材料：注射器、橡皮（堵管口）。 学生准备：每组一份实验材料。 安全提示：注射器为塑料制品，避免摔坏；实验时管口不要对人；压缩空气枪游戏时严格强调安全。 七、教学过程 教学环节 教师活动 学生活动 设计意图 （一）复习导入，聚焦问题 1. 复习提问：“空气能占据空间吗？上节课我们用什么实验证明的？”（瓶盖实验） 2. 出示情境：“将空瓶压入水中，仍有少量水进入。既然空气占满了瓶子，为什么水还能进去？空气占据的空间会改变吗？” 3. 揭示课题：空气占据的空间会改变吗。 回顾上节课知识，思考新问题：可能空气被压缩了。 从已有知识的矛盾点引发认知冲突，激发探究空气是否可压缩的兴趣。 （二）探索1：用手挤压塑料瓶 1. 分发两个塑料瓶（一个装满空气并拧紧瓶盖，一个装满水并拧紧瓶盖）。 2. 提问：“用手分别挤压，感觉有什么不同？瓶中的空气和水占据的空间发生变化了吗？” 3. 学生操作后汇报：装空气的瓶可以被压瘪（空间变小），松手后恢复；装水的瓶几乎压不动。 4. 总结：空气占据的空间可以被压缩，水占据的空间几乎不能被压缩。 小组操作：挤压两个塑料瓶，描述感受。 记录：空气瓶变瘪，水瓶没变化。 通过直接感知初步建立“空气可压缩”的概念。 （三）探索2：用注射器研究 1. 介绍注射器实验： 用两个相同注射器，分别抽取等量空气和水（记录初始刻度）。 用手堵住注射器管口，慢慢用力压活塞，直到压不动为止，记录此时刻度。 重复实验，确保数据准确。 2. 分组实验，教师巡视指导（强调匀速、慢压）。 3. 汇总数据，组织汇报。 分组操作，记录数据。 空气注射器：活塞可以压下很多，刻度明显变小；水注射器：活塞几乎压不动（或变化极小）。 填写记录单（初始刻度、压缩后刻度）。 通过定量测量，用数据直观证明空气可压缩性强，水几乎不可压缩，培养严谨的科学态度。 （四）探索3：用示意图解释 1. 提问：“空气为什么能被压缩？水为什么几乎不能？”（引导：空气微粒之间有较大空隙，水微粒之间空隙很小） 2. 出示教材示意图（空气用稀疏的点表示，水用紧密的点表示），讲解： 空气：微粒间隙大，用力压时微粒靠近，间隙变小，空间被压缩。 水：微粒间隙很小，几乎无法再靠近，所以不易被压缩。 3. 指导学生仿画示意图。 观察示意图，理解空气被压缩的微观解释。 在记录单上画出压缩前后的空气微粒图（稀疏→紧密）。 通过模型示意图将宏观现象转化为微观理解，培养建模思维，突破难点。 （五）研讨与归纳 1. 组织研讨： 问题1：挤压装空气的塑料瓶时，空气被压缩了，对吗？（对，因为空间变小了） 问题2：将装满空气的瓶子倒扣水中，为什么还有水进入？（空气被水压压缩，空间变小，水进入填补） 问题3：鼓起来的皮球为什么还可以继续充入空气？（皮球内空气被压缩，压强增大，但橡胶有弹性，可以继续充入） 2. 总结：空气可以被压缩，压缩后的空气有弹性；水几乎不能被压缩。 小组讨论，用完整语句解释上述问题。 举例：打气筒、轮胎、充气沙发等应用。 通过研讨深化对“空气可压缩”性质的理解，联系生活应用。 （六）拓展：小游戏——空气压缩枪 1. 演示“空气压缩枪”：用注射器吸入空气，将橡皮堵在管口，用力压活塞，橡皮被弹出。 2. 讲解原理：压缩的空气具有能量，能将橡皮推出。 3. 安全强调：游戏时注射器管口不能对着人，以免伤人。 4. 组织学生尝试（或教师演示）。 观看演示，尝试操作（注意安全）。理解：压缩空气能产生动力。 通过趣味游戏激发兴趣，感受压缩空气的力量，体现“学以致用”。 （七）反思评价，总结方法 1. 出示评价表（能说出空气可压缩、能设计注射器实验、能记录数据并解释、注意安全），组织自评与互评。 2. 回顾反思：本课用什么方法研究空气占据的空间是否改变？（对比实验：空气vs水；定量记录：注射器刻度；示意图解释） 3. 强调：科学探究需要多种方法结合。 对照评价表打分，反思实验操作和数据记录的准确性。 总结研究方法。 强化科学探究方法，促进元认知。 （八）拓展迁移，课后延伸 1. 布置任务： 家庭实验：用两个相同塑料袋，一个装空气，一个装水，分别挤压，感受区别。 观察生活中利用“空气可压缩”的物品（如篮球、气垫床、减震器等），记录3种。 思考：如果空气不能被压缩，世界会怎样？写一段想象短文。 记录拓展任务，课后实践与思考。 将课堂知识延伸到生活观察和想象创造，培养综合素养。 八、作业设计 基础作业：完成实验记录单（注射器内空气和水的初始刻度、压缩后刻度），写出“空气可压缩、水不可压缩”的结论。 实践作业：家庭压缩实验——用塑料袋装空气后扎紧，用手按压，观察袋内空间变化；再装等量水按压，对比感受，拍照记录。 拓展作业：调查生活中3种利用“空气可压缩”的物品（如篮球、打气筒、气垫），写出它们的名称和压缩空气的作用。 九、板书设计 空气占据的空间会改变吗 一、比较空气和水（挤压塑料瓶） 空气瓶：可以被压瘪 → 空气占据的空间会改变（可压缩） 水瓶：几乎压不动 → 水占据的空间几乎不变（不可压缩） 二、注射器实验（定量比较） 注射器内物体 初始刻度 压缩后刻度 现象 空气 50ml 约20ml 易压缩 水 50ml 约49ml 难压缩 三、微观解释（示意图） 空气：微粒间隙大 → 压缩后间隙变小 水：微粒间隙小 → 难以再压缩 四、结论 空气可以被压缩，压缩后的空气有弹性 水几乎不能被压缩 五、科学方法 对比实验 + 定量记录 + 示意图建模 学科网（北京）股份有限公司 $