1.4 空气有质量吗（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“空气有质量”核心知识点，通过伽利略挑战亚里士多德的视频导入，结合给篮球打气的生活情境，以“打入空气后皮球质量会变化吗”为驱动问题，衔接前三课“空气占据空间”“可压缩”的知识基础，引导学生完善对空气物质属性的认识。 其特色在于“间接测量”实验设计，用简易天平对比同一皮球充气前后质量差异，通过绿豆等效替代将空气质量转化为可见变化，体现科学思维中的推理论证与控制变量，落实探究实践中的完整实验过程，培养学生实证能力与精确记录的科学态度，为教师提供清晰教学流程与多元评价工具。

《空气有质量吗》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4课。在前三课学习中，学生已经认识到"空气占据空间""空气可以被压缩"，对空气是一种物质形成了初步认识。本课在此基础上进一步探究"空气是否有质量"，引导学生完善对空气物质属性的认识。本课的核心实验方法是使用简易天平进行对比测量——通过比较同一皮球打入空气前后的质量差异，间接证明空气有质量。这一实验设计巧妙地将"不可见"的质量差异转化为"可见"的天平变化，是渗透"间接测量"科学方法的重要载体。 从学情来看，学生在前两课的学习中已经初步建立了"空气是物质"的认识，但对于"空气是否有质量"这一问题，学生的前概念存在明显分歧：大部分学生受"空气看不见、摸不着、很轻"等日常经验的影响，倾向于认为空气没有质量；少数学生从"热气球升空""轮胎打气后变重"等生活现象中隐约感到空气可能有质量，但缺乏实证意识和实证方法。基于此，本课以"打入空气后皮球的质量会变化吗"为驱动问题，引导学生从争论走向实验验证。本课最大的思维挑战在于"如何测量看不见的空气的质量"，学生需要理解"间接测量"的思想——通过比较打入空气前后皮球的质量差异来推断空气的质量，这对四年级学生的抽象思维能力是较大的挑战，需要通过直观的演示和分步引导加以突破。教学中通过"简易天平检测微量质量变化"的精巧设计，让学生直观感受到空气虽然很轻但确实有质量，实现从"空气无质量"到"空气有质量"的概念转变。 二、教学目标 （一）科学观念：认识到空气具有质量，虽然很轻但可以测量；理解"有质量"是物质的重要特征之一。 （二）科学思维：能基于生活经验提出假设，能设计实验方案检验"空气是否有质量"，能运用间接测量的思路解决问题。 （三）探究实践：经历使用简易天平测量空气质量的完整过程，学会用"等效替代"的思想将不可见的空气质量转化为可见的天平倾斜。 （四）态度责任：在实验中养成精确操作、如实记录的科学态度，体验用实验验证猜想的科学精神。 三、教学重难点 教学重点：通过简易天平对比测量同一皮球打入空气前后的质量变化，获取"空气有质量"的实验证据，建构"空气有质量"的科学概念。 教学难点：理解"间接测量"和"控制变量"的实验思想，学会设计并操作对比实验，将不可见的空气质量转化为可见的天平倾斜变化；在此基础上用"等效替代"的方法定量描述空气质量的大小。 四、教学准备 教师准备：多媒体课件、班级记录单、简易天平装置1套（含支架、横梁、细线）、相同小桶2个、相同皮球2个、打气筒1个、绿豆若干、电子秤1台。 学生分组材料（每组）：简易天平装置1套、小桶2个、皮球2个、打气筒1个、绿豆若干（约100粒）、实验记录单1份。 五、教学过程 （一）聚焦环节： 1.伽利略的千年挑战 视频：两千多年前，古希腊哲学家亚里士多德说，空气没有重量，它什么都不是。这个说法被大家相信了将近两千年。直到有一天，一位叫伽利略的科学家站出来说：不，我认为空气有质量。 师：同学们，你赞同谁的想法？如果你是伽利略，你会用什么方法证明自己的想法呢？预设：我要用实验证明空气是有重量的！ 明确主题：今天我们就实验的方法研究空气有没有质量。 2.生活经历回顾 教师出示给篮球打气的图片，问：打入空气后，篮球的质量会变化吗？有什么办法证明吗？ （二）探索环节： 探索一：检验我们的猜测 1.引领思考运用现有材料研究问题： （1）教师出示两个外观相同的皮球，提问：“老师这边有两个皮球，大小相同，一个天平”我们能用这些材料帮我们研究“空气有没有质量？” （2）预设：一个未打气、一个充足气放在天平两端比较重量 （3）引领精细化设计实验 我们拿到皮球，一个打气，一个不打气，就能马上判断空气有没有重量吗？大家觉得这个实验过程具体该怎么开展？ 提示：如果一开始两个气球的重量不一样，放在天平两端，天平无法平衡该怎么办？ （学生汇报方法） 2. 教师整理实验方法 （1）实验方法 ①将两个皮球各放入一个袋子，挂在天平两边。 ②调节简易天平，使天平保持平衡。 ③保持桶的位置不变。往其中一个皮球内分别注入10筒、20筒的空气。 ④观察并记录天平的状态有什么改变。 （2） 记录方法 在表格内用画图的发方法进行记录 （3） 注意事项 仔细观察、真实记录。 3. 分享发现 有什么发现？说明了什么？ 预设：打入的空气越多，倾斜越明显，说明了空气有重量。 探索二：空气的质量特点 1.引领思考空气有多重？ 师：通过实验，我们发现了空气有质量。那么空气有多重呢？接下来让我们用“绿豆”检测空气的质量。 2. 介绍实验方法 在没有打气的一端的桶里，慢慢加入一些绿豆，直到简易天平重新平衡。 注入的空气数量（筒） 使天平平衡的绿豆数量 0筒 0粒 20筒 ____粒 3、汇总实验数据 教师引导全班汇总数据：将各组的实验结果记录在班级记录单上，对比各组数据是否一致。提问："各组的实验结果一致吗？这说明了什么？" 预设学生能认识到：各组的实验结果基本一致，放入了空气的皮球都变重了，说明空气确实有质量。 （三）研讨环节：基于证据的科学论证 研讨问题1：空气有质量吗？你的证据是什么？ 活动组织：教师引导各组汇报实验发现，要求学生用"我们的实验发现……所以我认为……"的句式进行论证。 预设学生能论证：我们的实验发现，皮球打入___筒空气后，天平放皮球的一端明显下沉了，说明皮球变重了，多出来的质量就是打入的空气，所以空气有质量。 教师追问："回到课堂开始时的问题，现在你们怎么看自己最初的猜测？"并在班级记录单上标注哪些猜测被证实、哪些被修正，让学生明确概念转变的过程。 研讨问题2：30筒空气的质量相当于多少粒绿豆？ 教师引导学生思考：我们已经知道了空气有质量，但它的质量到底有多大？能否用我们熟悉的物体来衡量？由此提出"等效替代"的思路：往没有打入空气的那端小桶里加入绿豆，直到天平重新平衡，此时绿豆的质量就等于打入空气的质量。教师组织学生逐粒加入绿豆，直到天平恢复平衡，记录绿豆的数量。 预设学生会发现：大约需要5—10粒绿豆才能使天平重新平衡，说明30筒空气的质量大约相当于这几粒绿豆的质量。 教师追问："这说明空气的质量是大还是小？我们应该怎样描述空气质量的大小？"引导学生认识到：空气有质量，但质量很小，30筒空气才相当于几粒绿豆的质量。 研讨问题3：两个桶的大小可以不同吗？如果不同，实验还能得出正确结论吗？ 教师引导学生分析：如果桶的大小不同，桶本身的质量就不同，天平初始就不平衡。但我们可以通过调节（如加配重）使天平初始平衡。关键不在于桶是否相同，而在于实验前后是否只改变了"是否打入空气"这一个变量。 预设学生能认识到：只要保证实验开始时天平是平衡的，两个桶大小不同也可以完成实验；但使用相同的桶更方便，减少了额外调节的步骤。 六、教学评价 本课采用课堂观察、实验操作、研讨发言、作业检测相结合的多元评价方式，重点关注学生在科学思维、探究实践、论证能力和概念理解四个维度的发展。具体评价标准如下表所示。 评价维度 评价标准 评价方式 科学思维 能提出合理假设，能理解并说明"控制变量"的实验设计思路 课堂观察+记录单 探究实践 能正确操作简易天平，规范分步充气并如实记录数据 实验操作评分表 论证能力 能用实验数据论证"空气有质量"，能用"等效替代"的思路解释测量方法 研讨发言+同伴互评 概念理解 能准确描述空气有质量的特征，能整合空气的多个性质说明空气是物质 作业检测+口头表述 第 页 学科网（北京）股份有限公司 $