1.2 空气能占据空间吗（教学设计）科学教科版四年级上册

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“魔术揭秘”导入，引导学生预测瓶子压入水中水是否进入，承上“感受空气”建立的空气存在认知，下启后续空气性质探究，借助对比记录表等思维工具搭建学习支架。 此资料以递进式实验（拧紧瓶盖挡水、拧开瓶盖让水、吹气挤水）构建“挡住—让出—挤回”逻辑链，用剪瓶底放小球实现现象可视化，落实科学观念（建立气体占据空间概念）、科学思维（对比推理）、探究实践（完整探究过程），助学生提升推理能力，为教师提供结构化教学方案，便于课堂实施。

《空气能占据空间吗》教学设计 《空气能占据空间吗》教学设计 一、教材和学情分析 本课选自教科版三年级上册《空气》单元第2课，是继“感受空气”之后对空气特征的进一步探究。本课聚焦的核心问题是“空气能占据空间吗”，这是认识空气“物质性”的关键一步——只有认识到空气“占据空间”，学生才能真正理解空气“不仅仅存在，还占地方”，从而建立起更完整的物质观。教材通过一组递进式实验来引导学生认识空气占据空间：实验1（拧紧瓶盖压入水中）让学生观察到空气“挡住”了水进入瓶子；实验2（拧开瓶盖）让学生对比发现空气“跑掉”后水就可以进入；实验3（对着瓶口吹气）让学生反向验证——把空气“吹回去”，水就被“挤”出来了。三个实验构成“挡住—让出—挤回”的逻辑链条，层层深入地揭示“空气占据空间”的本质。本课在单元中具有承上启下的重要作用：上承“感受空气”中建立的“空气存在”的认识，下启“空气有质量”“压缩空气”等后续内容。对“空气占据空间”这一概念的深刻理解，是学生后续理解“压缩空气”“风的形成”等概念的基础。 本节课的授课对象为三年级学生。经过上节课“感受空气”的学习，学生已经建立了“空气是一种真实存在的物质”的基本认识，知道了可以通过间接证据来证明空气的存在。但是，“空气占据空间”这一概念比“空气存在”更进一步，需要学生在头脑中建立一个“空气占据位置”的空间模型，这对三年级学生来说具有一定的认知挑战。课前通过“把一只空杯子竖直倒扣入水中，水能进去吗？为什么？”这一问题进行前概念诊断，调查发现：约60%的学生预测“水能进去”，理由是“杯子是空的”；约30%的学生预测“水进不去”但无法解释原因；约10%的学生表示不确定。学生的典型困惑包括：认为“瓶子是空的，水当然可以进去”，将“空瓶子”等同于“里面没有东西占地方”；部分学生虽然模糊感觉到瓶子里有“阻力”，但无法将其与“空气占据空间”建立联系。这些困惑恰恰是本课需要突破的认知难点。三年级学生已经具备了一定的实验操作能力和观察记录能力，能够进行简单的对比实验，但在从现象到结论的推理过程中仍需要教师搭建思维支架。因此，本课采用“逐步递进的实验序列”和“可视化思维工具”来帮助学生跨越认知障碍。 二、教学目标 1. 科学观念 （1）认识到空气能占据空间，空气占据的空间不能被水同时占据，初步建立“气体占据空间”的科学观念。 （2）理解“占据空间”的含义——一个物体占了一个位置，其他物体就不能同时占这个位置，空气也不例外。 2. 科学思维 （1）能基于实验现象进行合理推理，从“水位的变化”反推“空气的行为”，发展间接推理的逻辑思维能力。 （2）能通过对比实验（拧紧瓶盖vs拧开瓶盖）发现变量的作用，初步发展控制变量的思维。 （3）能基于多组实验证据进行归纳论证，从具体现象中提炼出“空气能占据空间”的一般性结论。 3. 探究实践 （1）能按照实验步骤规范操作，仔细观察并准确记录实验现象，如实记录瓶中水位的变化情况。 （2）能设计简单的对比实验来验证自己的猜想，经历“预测—实验—观察—解释”的完整探究过程。 （3）能运用所学结论解决“不倾斜瓶子利用空气将水挤出”的挑战性问题，实现知识的迁移应用。 4. 态度责任 （1）在实验现象与预期不符时，能如实记录并尝试解释，培养尊重事实的科学态度。 （2）乐于在班级中分享自己的发现和解释，善于倾听同伴的观点并基于证据进行讨论。 三、教学重难点 教学重点： 通过递进式对比实验，认识到空气能占据空间，建立“空气占据空间”的科学概念。 教学难点： 从实验现象中推理空气的行为，理解“空气占据空间”的含义——空气在一个位置时，其他物质不能同时占据该位置；并能运用这一概念解释相关现象和解决实际问题。 四、教学准备 资源类型 具体内容 实验材料（每组） 带盖透明塑料瓶2个（提前剪掉瓶底的1个）、乒乓球1个、水槽1个（装水至三分之二）、吸管1根 演示材料 大号透明瓶（去底带盖）1个、大号水槽、半瓶水+橡皮泥+两根吸管（拓展实验用） 多媒体资源 实验操作动画演示（展示瓶内空气和水的运动）、班级记录单 思维工具 对比记录表（拧紧/拧开瓶盖对比）、因果推理图、班级记录单 五、教学过程 （一）聚焦环节——制造悬念，引发猜想 今天，老师要化身“魔术师”，给大家表演一个神奇的魔术——把瓶子压进水里，水却进不去！这究竟是怎么回事呢？让我们一起走进这场“魔术揭秘”之旅。 教学步骤 1. 教师出示一个普通的透明塑料瓶（带盖、瓶盖拧紧），提问：这个瓶子里面有什么？预设学生能基于上节课的学习经验回答“里面有空气”。教师追问：如果我们把这个瓶子竖直压入水中，瓶口朝下，水能进入瓶子吗？ 2. 教师引导学生先进行预测，并说明理由。预设会出现两种观点： （1）“水能进去”——理由是“瓶子是空的，水可以进去”或“瓶子下面没有底，水可以从瓶口进入”。 （2）“水进不去”——理由是“里面有空气挡着”或“空气占着地方”。 3. 教师将两种观点记录在黑板上，不急于给出答案。教师引导：到底谁对呢？我们用实验来寻找证据。 4. 教师过渡：为了看得更清楚，老师做了准备——把这个瓶子的底部剪掉了，里面放一个小球。现在让我们通过观察小球的位置来判断水有没有进入瓶子。 设计意图 从聚焦问题入手制造认知悬念，是“思维型课堂”的典型策略。通过让学生对实验结果进行预测并说明理由，激活学生的已有认识和思维参与。当学生出现不同观点时，教师不做评判而是留待实验验证，这既保护了学生的思维积极性，也为后续的“认知冲突”埋下伏笔。剪掉瓶底并加入小球的巧妙设计，将“不可见”的瓶内现象变成了“可见”的小球位置变化，为学生观察和推理提供了直观的可视化证据。 （二）探索环节——实验验证，发现证据 魔术的秘密藏在哪里呢？接下来请同学们化身“魔术揭秘师”，通过三个递进实验，一步步揭开“水进不去”背后的真相。 1. 实验一：拧紧瓶盖，将瓶子压入水中 （1）教师明确实验要求：确保瓶盖拧紧，将去底瓶竖直（瓶口朝下）缓慢压入水中，观察小球停在什么位置，瓶内的水有没有上升。 （2）教师先进行演示，引导学生仔细观察：小球在哪里？水有没有进入瓶中？预设学生能观察到：小球浮在瓶子的上部（靠近瓶口一侧），水几乎没有进入瓶内。 （3）教师组织学生分组实验，每人操作一次，记录观察结果。教师巡视指导，确保学生正确操作（竖直压入、缓慢操作）。 （4）汇报交流：教师追问——为什么水进不去？小球为什么浮在上面不动？引导学生思考：瓶口朝下浸在水中，水本来应该进去，是什么挡住了水？预设学生能讨论后逐渐意识到“是瓶子里的空气挡住了水”。 2. 实验二：拧开瓶盖，再次将瓶子压入水中 （1）教师引导对比思考：如果把瓶盖拧开，再把瓶子压入水中，会发生什么变化？请学生先预测。预设学生能推测“水会进去了”或“小球会沉下去”。 （2）教师组织学生分组实验：拧开瓶盖，将瓶子竖直压入水中，观察小球的位置和瓶内水位的变化。 （3）学生汇报交流。预设学生能观察到：拧开瓶盖后，水迅速进入瓶内，小球随着水面上升而被推到瓶子底部（或随水流动）。教师追问：和实验一相比，有什么不同？为什么拧开瓶盖后水就能进去了？预设学生能认识到：拧开瓶盖后，空气从瓶口跑出去了，水才有位置进入瓶子。 （4）教师引导对比分析：组织学生将实验一和实验二的现象进行对比，完成对比记录表。重点对比：拧紧瓶盖时水进不去（空气跑不掉，占着空间）与拧开瓶盖时水进去了（空气跑掉了，让出了空间）。 3. 实验三：对着瓶口吹气 （1）教师提出新问题：空气跑掉了水就能进来。那如果我们把空气再“吹回去”，会发生什么？ （2）教师组织实验：在实验二的基础上（瓶中有水），用吸管对着瓶口吹气，观察水位的变化。 （3）预设学生能观察到：吹气时水面下降，水被“挤”出了瓶子。教师追问：吹进去的是什么？水位为什么下降了？预设学生能认识到“吹进去的空气把水挤走了，因为空气也占据了空间”。 4. 整理三个实验的证据——班级记录单 （1）教师出示班级记录单，引导学生整理三个实验的关键信息：每个实验中空气“做了什么”、水“发生了什么变化”。 （2）教师引导全班归纳：三个实验共同说明了什么？预设学生能总结认识到“空气能占据空间，空气在的时候水就进不来，空气走了水就进来，空气再回来水就被挤走”。教师板书核心结论：空气能占据空间。 设计意图 三个实验的设计体现了“层层递进、逐步论证”的教学逻辑。实验一通过“水进不去”让学生初步感受空气“占据空间”的事实；实验二通过“拧开瓶盖后水进去了”的反向对比，让学生认识到是空气的“去留”决定了水能否进入，从而建立因果关系；实验三通过“吹气将水挤出”再次反向验证，巩固了“空气占据空间”的认识。这种“正面—反面—再正面”的实验序列，让学生从多角度获得证据，避免了单一实验可能导致的偶然性认识，体现了科学论证中“多重证据”的思想。对比记录表的运用帮助学生将三个实验的现象进行结构化整理，从“看到了什么”走向“说明了什么”，发展了归纳推理的思维。 （三）研讨环节——论证建构，形成概念 魔术的真相即将揭晓！请各位“揭秘师”汇总所有实验证据，在“魔术揭秘发布会”上公开你们的发现——“水进不去”的秘密到底是什么？ 教学步骤 1. 教师回到课初的预测：上课前我们预测“水能不能进入瓶中”，现在有了实验证据，谁来说说到底能不能？为什么？ 2. 教师组织班级论证：请学生用完整的语言解释自己的理解。 （1）预设学生能说：“拧紧瓶盖时，空气跑不出去，它占着瓶子里的空间，水就进不来；拧开瓶盖时，空气从瓶口跑出去了，让出了空间，水就进来了。” （2）教师追问：你怎么知道是空气“占着空间”而不是别的什么原因？引导学生回到实验证据——实验三中吹入空气后水被挤走，说明空气确实“占据”了那个位置。 3. 教师引导理解“占据空间”的含义。教师用一个生活化的比喻帮助理解：就像教室里每个座位只能坐一个人，空气“坐”在了瓶子里的“座位”上，水就“坐不进去了”。教师追问：那空气“坐”满了整个瓶子吗？预设学生能认识到“空气充满了整个瓶子内部的空间”。 4. 教师提出深层问题：如果空气能占据空间，那生活中有没有其他例子能说明？预设学生能举例：吹气球时气球变大（空气占据了气球内部的空间）、给轮胎打气（空气占据了轮胎内部的空间）、倒扣杯子纸巾不湿（杯子里的空气挡住了水）。教师对这些例子给予肯定，并帮助学生建立与本课概念的联系。 5. 教师小结核心概念：空气能占据空间。空气占据的空间不能被水同时占据。当空气离开一个地方时，水或其他物质就可以填补进来。这就是为什么说空气虽然看不见，但它和固体、液体一样，是一种占据空间的物质。 设计意图 研讨环节的核心任务是帮助学生从具体实验现象中提炼出一般性概念。通过回到初始预测让学生体验“预测—验证—结论”的科学探究完整过程。生活化比喻的使用将抽象的“占据空间”概念具象化，帮助学生跨越从现象到概念的认知鸿沟。鼓励学生列举生活中的例子，既是概念理解的检验，也是知识迁移的训练，体现了“从生活走向科学、从科学走向社会”的课程理念。 第 页 学科网（北京）股份有限公司 $