2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

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、教材简析 本课是教科版小学科学四年级上册"空气"单元第2课。本单元以空气为研究对象，引导学生逐步认识空气的基本特征。在第1课学习中，学生已经感知到空气的存在并初步了解空气是一种无色、无味、透明的气体。本课在此基础上，进一步探究"空气能否占据空间"这一核心问题，帮助学生建立"空气虽然看不见摸不着，但确实占据一定空间"的科学概念。这一认识是后续学习"空气有质量""压缩空气具有弹性"等知识的重要基础，在整个单元中起着承上启下的关键作用。 本课教学设计以"纸团不湿"经典实验为核心导入，通过三个层层递进的探究活动——"纸团实验感知空气占空间""注射器与气球实验验证空气可被挤出与重新注入""漏斗与橡皮泥密封瓶实验证明空气占据空间且可流动"——引导学生从直观感知到定量验证再到综合应用，逐步建构"空气占据空间"的科学概念。同时，教学设计融入"空气空间争夺战"的趣味比喻，让学生在空气与水的"空间争夺"中深刻理解占据的含义，最后联系充气轮胎、充气城堡等生活实例，实现科学知识向生活实践的迁移。 二、学情分析 四年级学生已经具备一定的观察能力和实验操作经验，在日常生活中也积累了关于空气的零散认知，如吹气球时气球会鼓起来、用吸管喝水时需要吸气等。但学生的这些经验多为感性认识，尚未形成"空气占据空间"的系统概念。部分学生可能认为"看不见的东西就不占地方"，对空气占据空间的认识存在前概念障碍。此外，四年级学生的逻辑推理能力正在发展中，对实验现象的分析和归纳能力需要教师搭建支架加以引导。因此，教学中应注重从学生已有经验出发，通过精心设计的实验活动，让学生在"猜测—验证—修正—应用"的思维路径中逐步建构科学概念。 三、教学目标 科学观念：认识空气虽然看不见、摸不着，但和其他物体一样要占据一定的空间；理解空气占据的空间可以被其他物质（如水）"挤占"，空气也可以"挤走"其他物质。 科学思维：能基于"纸团不湿"等实验现象，运用分析与推理的方法得出"空气占据空间"的结论；能通过对比实验中"瓶盖拧紧"与"瓶盖拧开"两种条件的差异，初步建立控制变量的意识。 探究实践：能按照实验步骤完成"纸团实验""注射器与气球实验""漏斗与密封瓶实验"三项探究活动，准确记录并描述实验现象；能用简单的图示或文字记录实验过程与发现。 态度责任：保持对空气特性的探究兴趣，乐于与同伴合作完成实验操作；体会到看不见的空气也真实存在并占据空间，逐步形成尊重证据、实事求是的科学态度。 四、教学重难点 教学重点：通过三项探究实验，认识空气占据一定空间，且空气占据的空间可以被改变（空气可以被挤出或注入）。 教学难点：理解"空气占据空间"的机制——空气虽然看不见，但它确实存在于某个位置并排开了其他物质；能在实验中识别"空气的去路与来路"，即空气从哪里被挤出去、新的空气从哪里补充进来。 五、教学准备 教师准备： • 透明玻璃杯、水槽（装水至约3/4满）、纸巾、毛巾（擦干用） • 20mL 医用注射器（无针头）、小气球、橡皮筋 • 锥形漏斗、矿泉水瓶（瓶口与漏斗匹配）、橡皮泥（用于密封） • 多媒体课件（含实验操作动画、生活中的充气现象图片） • 学生探究记录单（每人一份）、课堂评价单（每人一份） 学生准备： • 透明塑料杯、水槽、纸巾 • 20mL 注射器、小气球、橡皮筋 • 漏斗、矿泉水瓶、橡皮泥 • 毛巾、记录单、铅笔 六、教学过程 环节一：趣味实验导入，感知空气占据空间（约12分钟） 活动1："纸团不湿"挑战：教师演示实验：将一张纸巾揉成团，紧紧塞入透明玻璃杯底部（确保纸团不会掉落）。教师提问："如果把这个杯子竖直倒扣入水槽中，纸团会湿吗？"让学生先进行猜测并记录在记录单上。随后，教师请一名学生上台操作：将杯子竖直倒扣入水中，停留约10秒后竖直取出，用毛巾擦干杯口。取出纸团让学生触摸——纸团是完全干燥的。 活动2：现象分析与讨论：教师引导提问："水为什么没有进入杯子？纸团为什么没有湿？杯子里除了纸团，还有什么？"学生经过讨论后发现：杯子里除了纸团，还有空气。正是空气"堵住"了杯子里的空间，水进不去，所以纸团没有湿。教师板书关键概念：空气占据了杯子内部的空间，水无法进入，说明空气确实占据空间。教师追问："如果我把杯子倾斜一下会怎样？"再次演示倾斜倒扣的杯子，学生观察到有气泡冒出，同时水进入了杯子，纸团变湿了。引导学生理解：倾斜后空气从杯口逸出（看到气泡），水随即进入填补了空气让出的空间。 学生发现：学生发现：空气虽然看不见，但它确实存在于杯子中并占据空间。空气被"赶走"后，水才能进入原来被空气占据的空间。 设计意图：以"纸团不湿"这一与学生直觉相反的实验现象制造认知冲突，激发探究兴趣。通过"猜测—观察—解释"的过程，让学生初步感知空气占据空间的事实，为后续实验建立概念基础。倾斜杯子的对比操作帮助学生进一步理解"空气让出空间→水进入"的动态过程。 环节二：注射器与气球实验，验证空气可以被挤出和重新注入（约15分钟） 活动3：注射器推动空气：教师引导："我们已经知道空气占据空间，那空气能被从一个地方挤走吗？"学生分组操作：将注射器的活塞拉到10mL刻度处（吸入空气），用手指堵住注射器出口，用力推动活塞。学生观察到活塞可以被推动一段距离，但推到一定程度后推不动了。教师提问："活塞为什么推不动了？注射器里的空气去了哪里？"引导学生理解：空气被压缩了，但它仍然占据着空间，只是体积变小了、压强变大了，当内部压力等于推力时就推不动了。 活动4：气球充气实验：教师进一步引导："如果把注射器里的空气挤进气球，会怎样？"学生分组操作：将小气球套在注射器出口处，用橡皮筋扎紧密封。推动注射器活塞，将空气注入气球中，学生观察到气球逐渐膨胀。教师提问："气球为什么鼓起来了？气球里面的空气是从哪里来的？"学生记录并交流：注射器中的空气被推入气球，空气占据了气球内部的空间，气球因此鼓起来。这说明空气可以被从一个地方转移到另一个地方，但无论在哪里，它都要占据空间。 学生发现：学生发现：空气可以被压缩（占据的空间可以变小），也可以被转移到其他容器中；无论空气在哪里，它都会占据一定的空间。注射器中"推不动"的现象说明空气被压缩到一定程度后会产生抵抗。 设计意图：通过注射器压缩空气和气球充气两个子活动，让学生亲身体验"空气可以被挤出和重新注入"。这一环节将"空气占据空间"的静态认知推进到动态理解——空气占据的空间大小可以改变，空气可以从一个位置转移到另一个位置，但空气占据空间的事实不变。同时也为后续理解压缩空气的应用埋下伏笔。 环节三：漏斗与橡皮泥密封瓶实验，证明空气占据空间且可流动（约15分钟） 活动5：密封瓶倒水实验：教师提问："空气占据的空间可以被水'抢走'吗？空气又是怎么'逃跑'的呢？我们来做一个更有挑战性的实验。"学生分组操作：将漏斗插入矿泉水瓶口，用橡皮泥将漏斗与瓶口之间的缝隙完全密封。从漏斗上方倒入水。学生观察到：水无法流入瓶中，漏斗中的水停留在漏斗管中不下降。教师提问："水为什么流不进瓶子？瓶子里有什么挡住了水？" 活动6：打开密封通道：教师引导："瓶子被封住了，空气出不来，水就进不去。有什么办法让水进去？"学生思考后提出方案：把橡皮泥松开一个小口，让空气"逃出来"。学生操作：在橡皮泥密封处松开一个小缝隙，再次从漏斗倒水。学生观察到：松开缝隙后，听到"咕噜咕噜"的声音（空气从缝隙中逸出），同时水开始流入瓶中。教师进一步引导："如果我把漏斗往上提，让空气从瓶口与漏斗之间的缝隙自由进出，再倒水会怎样？"学生预测后操作验证，观察到水顺利流入瓶中。教师总结并板书："空气空间争夺战"——瓶子里原本被空气占据的空间，当空气"逃跑"后，水才能"占领"这个空间。空气和水在"争夺"同一个空间，谁先到达谁就先占。 学生发现：学生发现：密封的瓶子中空气无法逃出，水就无法进入——空气占据空间且"守着"这个空间；当给空气一条出路后，空气流动出去（像水流一样），水随即进入填补。空气是能够流动的，占据的空间可以被"交换"。 设计意图：本环节是本课的核心实验，通过"密封→倒水→水不流""松口→倒水→水流入"的对比实验，让学生直观感知空气占据空间的"排他性"——空气不出去水就进不来。"空气空间争夺战"的比喻帮助学生形象地理解空气与水相互挤占的关系。同时，听到气泡声、看到水下流的多感官体验强化了"空气是流动的"这一认识，为后续学习空气流动与风的关系奠定基础。 环节四：研讨总结与生活拓展（约8分钟） 活动7：梳理与总结：教师引导学生回顾三个实验，提问串联："纸团实验中，空气在哪里？占着哪里？注射器实验中，空气从哪里被挤到了哪里？漏斗实验中，空气是怎么跑出去的？"学生根据记录单逐一回答，教师用简笔画在黑板上呈现三个实验中空气和水的空间变化关系图，帮助学生形成完整概念：空气占据空间，空气占据的空间可以被改变（压缩），空气可以被挤走或转移，空气是流动的。 活动8：解释生活现象：教师出示课件图片：充气轮胎、充气城堡、游泳圈、篮球等。提问："这些物品为什么要充气？充入的空气在里面起什么作用？"学生运用所学知识解释：充气轮胎中的空气占据空间，使轮胎鼓起来并支撑车辆重量；充气城堡中充满空气，空气占据城堡内部空间使其膨胀撑起；游泳圈充气后空气占据空间使游泳圈鼓起来，帮助人浮在水面。教师追问："如果轮胎里的空气漏光了会怎样？为什么？"学生回答：空气跑掉了，轮胎瘪了，因为空气不在了就没有东西占据空间支撑轮胎。 学生发现：学生发现：空气占据空间的原理在生活中有广泛应用。充气物品之所以能鼓起来、有弹性，都是因为空气占据了物品内部的空间。一旦空气泄漏，占据空间的空气消失，物品就会变瘪。 设计意图：通过回顾三个实验并用"空气在哪里→占着什么→怎么走的"这一线索串联，帮助学生系统整理探究过程，形成完整概念。生活现象的解释环节实现了从实验到生活的迁移，让学生认识到科学知识可以解释日常现象，增强学习的意义感和成就感。 七、相关练习 1. 将一团纸紧塞在杯底，然后把杯子竖直倒扣入水中，纸团不会湿。这个实验说明（ ）。 A. 纸团比水轻 B. 空气占据了杯子中的空间，水进不去 C. 水不能流动 D. 杯子会吸水 答案：B 解析：纸团不湿的原因是杯中的空气占据了空间，阻止了水进入杯子。水无法到达纸团所在的位置，因此纸团保持干燥。这直接证明了空气占据空间。 2. 用注射器吸入空气后堵住出口，推动活塞时会发现（ ）。 A. 活塞完全推不动 B. 活塞可以一直推到底 C. 活塞能推动一段距离，但推到一定程度就推不动了 D. 注射器会炸裂 答案：C 解析：注射器中的空气被推动活塞时会被压缩，占据的空间变小，但空气被压缩到一定程度后内部压强增大，会抵抗外力，因此活塞能推动一段距离但不能推到底。这说明空气占据的空间可以被压缩，但压缩后的空气仍然占据空间。 3. 在"漏斗与密封瓶"实验中，用橡皮泥将漏斗与瓶口密封后倒水，水流不进瓶中。松开橡皮泥后水能顺利流入。这说明了（ ）。 A. 漏斗太小了 B. 水需要空气才能流动 C. 空气占据瓶中的空间，空气出不去水就进不来 D. 瓶子的材料会挡水 答案：C 解析：密封的瓶子中空气无法逃出，空气占据着瓶内的空间，水自然无法进入。松开橡皮泥后，空气从缝隙中流出，让出空间给水，水才能顺利进入瓶中。这说明空气占据空间，且空气流出后空间可以被其他物质（如水）占据。 4. 自行车轮胎打足气后骑起来很舒服，轮胎瘪了骑起来很费劲。这是因为（ ）。 A. 轮胎里空气的多少改变了轮胎的重量 B. 打足气时空气占据轮胎内部空间，使轮胎保持形状和弹性 C. 空气给轮胎增加了润滑 D. 打气时轮胎受热膨胀了 答案：B 解析：轮胎打足气时，空气占据轮胎内部的空间，使轮胎鼓起来并保持形状，同时压缩空气具有一定的弹性，使骑行舒适。当空气泄漏后，轮胎内部没有足够的空气占据空间来支撑形状，轮胎就瘪了。 5. 下列哪个现象不能证明"空气占据空间"？（ ） A. 倒扣的杯子入水后纸团不湿 B. 给篮球打气后篮球鼓起来了 C. 风车在有风的时候会转动 D. 密封的空瓶放入水中会浮在水面上 答案：C 解析：A说明空气占据杯内空间水进不去；B说明空气占据篮球内部空间使其鼓起；D说明瓶中空气占据空间使瓶子整体密度变小从而浮起。C中风车转动是因为空气流动（风）产生了力，说明的是空气能够流动，而不是"空气占据空间"。 八、板书设计 实验一：纸团不湿 实验二：注射器+气球 实验三：漏斗+密封瓶 空气占着杯子 水进不去 空气从针筒到气球 空气被压缩仍占空间 密封：空气出不去，水进不来 松开缝：空气逃出，水流入 核心结论 ★ 空气占据空间 ★ ★ 空气可以被压缩、转移 ★ ★ 空气空间争夺战：空气走了，水才能来 ★ 九、相关表单 探究记录单 姓名：__________ 班级：__________ 日期：__________ 实验名称 实验步骤 观察到的现象 我的发现/结论 纸团不湿实验 1.将纸团塞入杯底 2.竖直倒扣入水 3.取出观察纸团 纸团是否湿了： ________ 空气____（能/不能） 占据空间 注射器与气球 1.拉动活塞吸入空气 2.堵住出口推活塞 3.接气球推活塞 活塞推动情况： ________ 气球变化：________ 空气____（能/不能） 被压缩和转移 漏斗与密封瓶 1.密封漏斗与瓶口 2.从漏斗倒水 3.松开缝隙再倒水 密封时水是否流入： ________ 松开后：________ 空气____（能/不能） 流动并让出空间 课堂评价单 评价内容 优秀 良好 合格 自评 能说出空气占据空间的含义 ☆☆☆ ☆☆ ☆ 能正确完成三个实验并记录现象 ☆☆☆ ☆☆ ☆ 能运用所学知识解释生活现象 ☆☆☆ ☆☆ ☆ 能与同伴合作完成实验操作 ☆☆☆ ☆☆ ☆ 能准确描述空气占据空间的特征 ☆☆☆ ☆☆ ☆ 第 页 共 页 学科网（北京）股份有限公司 $