1.3 空气占据的空间会改变吗（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“空气占据的空间会改变吗”核心知识点，前承“空气占据空间”基础，后启“空气有质量”等性质学习。通过“密封瓶倒扣入水，少量水进入”的认知冲突导入，暴露学生前概念，搭建生活现象到科学探究的学习支架。 特色在于以“问题—实证—解释—应用”为主线，科学思维上通过注射器定量实验培养变量控制与证据意识，探究实践中引导绘制微粒模型图实现宏观现象到微观解释的转化。助力学生建构科学观念，提升探究能力，为教师提供可操作的分层教学方案。

《空气占据的空间会改变吗》教学设计 一、教材和学情分析 本课是教科版四年级上册《空气》单元第3课，属于“认识空气性质”的核心内容。在前两课学生已认识到“空气占据空间”的基础上，本课进一步探究“空气占据的空间能否改变”，为后续学习“空气有质量吗”等性质奠定基础。本课的逻辑主线是：从生活现象（水能进入密封瓶）引出问题→通过对比实验（挤压瓶、注射器实验）获取证据→通过研讨实现概念建构→通过制作空气压缩枪实现迁移应用。 四年级学生在日常生活中已经积累了“空气能占据空间”的经验，知道空气充满瓶子等容器。但对于“空气占据的空间能否改变”这一问题，学生的前概念存在两个层次：部分学生模糊地认为“空气可以被压缩”，但缺乏实证经验；部分学生受“固体占据空间不变”的类比影响，认为空气占据的空间不会改变。本课以“既然空气占满了瓶子的空间，为什么还有少量的水可以进入”这一认知冲突为起点，引发学生的认知失衡，激发探究动机。教学中通过层层递进的探究活动，引导学生从直觉猜测走向实证验证，从宏观现象走向微观解释，最终实现概念的科学建构。 四年级学生已具备基本的实验操作能力（如使用简单器材），但在实验设计的严谨性、数据分析的逻辑性方面尚需引导。因此，本课在探索环节先让学生充分表达想法，再引导他们思考“怎样证明”，逐步发展科学探究能力。 二、教学目标 1. 科学观念 理解空气占据一定的空间，且空气占据的空间可以被压缩；初步建立“空气微粒之间存在间隙”的微观认识。 2. 科学思维 能基于观察现象提出有依据的假设，能设计对比实验验证假设，能通过证据进行推理论证。 3. 探究实践 经历“提出问题—作出假设—设计实验—收集证据—得出结论”的完整探究过程，学会使用注射器进行定量实验。 4. 态度责任 在探究活动中养成尊重证据的科学态度，发展合作意识与交流能力。 三、教学重难点 教学重点：通过挤压瓶子实验和注射器定量实验，认识空气占据的空间可以被压缩，而水占据的空间几乎不能被压缩。 教学难点：从宏观实验现象推导出“空气微粒之间存在间隙”的微观解释，理解压缩后空气微粒间距变小而微粒本身大小不变。 四、教学准备 教师准备：多媒体课件、班级记录单、大注射器（去针头）2支、橙子皮若干、水槽、瘪皮球1个。 学生分组材料（每组）：带盖透明塑料瓶2个（装满空气）、带盖透明塑料瓶2个（装满水）、注射器2支（去针头）、实验记录单1份、橡皮若干。 五、教学过程 （一）聚焦环节 （一）聚焦环节 1.引领发现问题并提出自己的初步想法：两个小朋友一个吹气球，另一个用打气筒给篮球打气，发现篮球没有像气球那样变大，而提问：为什么篮球没有变大呢？ 学生联系生活经验，提出自己的想法。 2. 明确研究主题： 通过上节课的学习，我们已经知道空气能占据空间，为什么篮球打不起来呢？ 3.教师出示一个装满空气的密封塑料瓶，将瓶口倒扣入水槽中，引导学生观察现象：有少量水进入瓶中。 教师追问：“瓶子里装满了空气，为什么还有少量的水能进入瓶中？这些空气去哪里了？”给予学生1分钟独立思考时间。 预设学生可能提出以下想法：①空气被压缩了，所以水能进来一点；②空气从瓶缝里跑掉了；③空气可以变小，让出了空间。教师将学生的不同观点记录在班级记录单的“我们的初始想法”栏目中，不做评价，引导学生意识到：对于这些想法，需要证据来验证。 教师引导：“今天我们就通过实验来研究——空气占据的空间到底能不能改变？” 【设计意图】以真实的生活情境创设认知冲突——“空气占满了瓶子的空间，水还能进入”，直接冲击学生已有的“空气占据空间”概念。通过暴露前概念并记录，为后续的概念转变提供对照基准。这一环节体现了“重视前概念诊断与转化，通过认知冲突促进概念转变”的教学理念，将思维起点可视化。 （二）探索环节 空气占据的空间到底能不能改变？接下来让我们化身小小科学家，依次展开实验探究研究其中的科学奥秘： 活动1：挤压瓶子——初步感知 教师为每组提供两个塑料瓶：一个装满空气（盖紧瓶盖），一个装满水（盖紧瓶盖）。 1. 引领预测 教师组织学生先预测：“用力挤压这两个瓶子，你觉得会有什么不同？”让学生先在记录单上写下预测。预设学生能预测到：装空气的瓶子能被挤瘪一些，装水的瓶子挤不动。 2.实验操作指导 教师组织学生分组实验：分别用手挤压两个瓶子，感受手的触感差异。学生操作后预设能发现：装满空气的瓶子可以被挤压变形，手感觉有弹性；装满水的瓶子几乎无法挤压，手感觉瓶子很硬。 3.引领讨论 教师引导讨论：“挤压装空气的瓶子时，里面的空气发生了什么变化？”预设学生能认识到空气占据的空间变小了，空气被“压缩”了。教师追问：“那水呢？水占据的空间能被压缩吗？”引导学生对比得出：水很难被压缩。 教师小结并板书：空气占据的空间可以改变（能被压缩），水占据的空间几乎不能改变。同时补充说明：“挤压瓶子只是我们的初步感知，瓶子本身也会变形，我们需要更精确的实验来验证。” 【设计意图】通过“空气瓶vs水瓶”的对比实验，让学生获得关于“压缩空气”的直觉经验。这一环节的设计体现了“做中学”的理念，但不停留在动手操作层面——先预测再实验，操作后追问思考，将感性体验引向理性认识。教师最后的补充引发学生对实验精确性的思考，为引入注射器实验做铺垫，体现“层层递进”的教学设计思路。 活动2：注射器实验——定量探究 1.介绍实验操作 教师出示两支注射器，介绍实验任务：“用两支注射器分别抽进同样多的空气和水，研究它们占据的空间能否被压缩。” 2.引领思考实验设计 教师引导学生讨论实验设计的关键问题：①“为什么两支注射器要抽进同样多的空气和水？”——引导学生认识到“控制变量”的重要性，只有保证初始量相同，才能公平比较；②“堵住管口的目的是什么？”——防止空气或水跑出去，确保研究的是它们占据空间的变化；③“怎样记录实验结果？”——教师出示记录单，引导学生明确记录内容：初始刻度、推动后的刻度。 教师组织学生分组进行注射器实验。学生操作步骤为：①用两支注射器分别抽进10mL空气和10mL水；②用手指堵住管口，用力推动活塞，观察并记录刻度变化；③松开手，观察活塞的运动情况；④重复实验3次，确保结果一致。 3.学生实验操作 预设学生能观察到：抽空气的注射器活塞可以被推到较小的刻度（如从10mL推到4mL），抽水的注射器活塞几乎推不动。松手后，空气注射器的活塞回到原位。 4.教师引领学生思考 教师引导学生分析数据。提问：“空气注射器的刻度从10mL变成了多少？说明了什么？”预设学生能认识到：空气占据的空间从10mL被压缩到了约4mL，说明空气占据的空间可以被压缩，而且压缩的程度很大。追问：“水注射器的刻度变化了多少？对比说明了什么？”预设学生能认识到：水的刻度几乎没变化（可能从10mL变成9.8mL），说明水占据的空间几乎不能被压缩。 【设计意图】注射器实验是本课的核心探究活动。设计中强调三个思维发展目标：①通过“为什么要同样多”的讨论发展变量控制意识；②通过重复实验和记录数据发展证据意识；③通过用图示解释现象发展模型思维。这体现了“关注操作背后的思维活动”“重视证据意识和论证能力培养”的理念。从感性体验（挤瓶子）到定量实验（注射器），探究的精确性层层递进。 活动3：微粒模型——微观解释 教师提供空气微粒模型图（用小球表示空气微粒），让学生画出压缩前后空气微粒的排列情况。预设学生能画出：压缩前微粒间距较大，压缩后微粒间距变小，但微粒本身大小不变。 教师将典型学生作品展示在班级记录单上，引导全班讨论修正，帮助学生建立“空气可以被压缩是因为微粒之间有间隙”的微观认识。 【设计意图】通过绘制微粒模型图，学生初步经历从宏观现象到微观解释的模型思维过程。将不可见的微粒间隙可视化，帮助学生理解压缩的本质——微粒间距变小而非微粒本身缩小，为后续研讨环节的概念建构奠定基础。 （三）研讨环节 有了挤压瓶子的直觉经验和注射器实验的定量证据，是时候回到小明的困惑，用证据来回答那些一开始的问题了。 研讨问题1：皮球为什么还能不断充气？教师出示瘪的皮球，提问：“给瘪皮球不断打气，皮球越来越鼓。这说明什么？”预设学生能运用“空气可以被压缩”的知识解释：往皮球里打入更多空气，空气将皮球内部的空间填满后，继续打入的空气会被压缩，所以皮球能越来越鼓。 研讨问题2：倒扣入水为什么有水进入瓶中？教师追问：“瓶口倒扣在水中，没有外力挤压，为什么也有少量水进入？”引导学生思考：水进入瓶子是因为水压的作用，水对瓶内空气产生了微弱的“挤压”，使靠近瓶口处的少量空气被压缩，水得以进入。预设学生能认识到：瓶中的空气虽然被“压缩”了一点，但因为空气可以被压缩，所以只有少量水能进入，大部分空间仍然被空气占据。 教师引导全班共同梳理：空气占据的空间可以被压缩，压缩后空气微粒之间的距离变小，但空气微粒本身的大小不变。教师在班级记录单上完善“我们的结论”栏目，并对照课堂初始想法，标注哪些想法被证据证实、哪些需要修正。 【设计意图】研讨环节设计了三个层层递进的问题，从直接证据到间接解释再到迁移应用，引导学生基于实验数据进行科学论证。通过对照初始想法，让学生明确看到自己概念转变的过程，体现了“重视前概念诊断与转化”的理念。用班级记录单记录论证过程，实现了“思维可视化”，让全班的思维发展轨迹清晰可见。 六、教学评价 （一）作业设计 层次 作业内容 设计意图 基础巩固 1. 回忆注射器实验：抽空气的注射器推动活塞后，刻度从___mL变成了___mL；抽水的注射器刻度___（填“变了”或“几乎没变”）。 2. 用文字或图画解释：空气被压缩后，里面的空气微粒发生了什么变化？ 巩固课堂核心实验结论，检测学生对“空气占据空间可压缩”这一核心概念的理解程度。 拓展探究 1. 利用家中材料（注射器或类似工具）制作一个空气压缩枪，用文字或照片记录制作过程和测试结果。 2. 思考并记录：为什么抽进水的注射器做不出压缩枪？这说明了水的什么特点？ 将课堂所学迁移到家庭场景，通过动手制作加深对“压缩空气有弹性”的理解，培养自主探究能力。 （二）学习评价 评价维度 评价标准 评价方式 科学思维 能基于现象提出合理假设，并能设计简单实验验证假设 课堂观察+记录单 探究实践 能正确使用注射器进行实验，规范记录数据，重复实验验证结果 实验操作评分表 论证能力 能用实验数据支持自己的观点，能倾听他人观点并修正自己想法 班级记录单+同伴互评 概念理解 能准确描述空气占据空间可以被压缩的特征，并能解释生活现象 研讨发言+作业检测 第 页 学科网（北京）股份有限公司 $