关于《空气能占据空间吗》教学设计的一些思考

作者：林维超 福建省教研室小学科学教研员（退休）

在参与指导本课过程和看到其他教师执教，产生一些想法，分享以资参考并供批评。

教学准备从教学设计开始。教学设计主要依据课标学习要求和教材内容（还有学生学习能力）。

【课标学习内容和学习目标】

3.1空气具有质量并占有一定的空间，形状随容器而变，没有固定的体积。

•知道空气具有质量并占有一定的空间，空气总会充满各处。

【活动建议】

在教学中，教师可以指导学生开展以下活动。

（1）取一个塑料杯，在杯底紧塞一团纸，将其垂直倒扣在盛有水的水槽中，观察纸是否会被浸湿，通过该实验可以证明空气占有空间。（学习内容3.1）

【课文（教参）】

(一)背景和教学目标

空气是否也和其他物质一样，占据空间呢？这个问题对于3年级的学生来说，会存在一些争议。通过上节课的感性观察，学生已经感受到空气的存在，特别是大塑料袋的活动，使学生明白通过一定的方法，我们也能感受到看不见摸不着的空气。本课将通过一系列活动，在学生认识了空气确实存在的基础上，让学生认同空气和其他物质一样，能够占据空间。

【案例剖析】

1.固体和液体占据空间学生比较容易理解，对于“空气是否也和其他物质一样，占据空间呢？”，本课应在上节课认识“空气总会充满各处”基础上，然后再让学生通过具体事例研究发现空气占据空间，但上一节只是感受空气的存在，认识空气的特征，不仅重复低学段学习内容，实际并没有认识“空气总会充满各处”，影响本课学习。

2.固体和液体通常情况下占据空间时会排开相同体积的空气，但这最常见的现象并没有引起学生注意，在研究过程还要认识到，在密闭环境空气占据了空间，如果不能被排开，固体或液体也就很难再占据空间。

3.“大塑料袋的活动”直接感受到的是装空气的袋子，是本单元上一节活动，忽略了袋子之外充满各处的空气。

【课文（教参）】

科学概念目标

●空气占有一定的空间，并且充满各处。

【案例剖析】

第1点：前半句是本课教学目标，后半句应是上一课教学目标，如是本课教学目标，则应要安排相应活动，但本课没有安排相应的内容，同时导致上一课没有课标依据，也就没有意义。

【课文（教参）】

科学探究目标

●用简单的材料和方法分步操作，研究空气占据空间。

●运用相关知识，使用材料设计小实验。

【案例剖析】

第1点：缺少行为动词“能”。

第2点：缺少行为动词“能”。设计实验应在第1点前。不具体，各课通用。“使用”不通顺，应是“根据”。

【课文（教参）】

科学态度目标

●培养对于空气进行研究的兴趣。

●能按照要求进行合作探究，乐于交流表达。

●能用实验现象作论据支持自己的观点，能基于事实进行推理。

【案例剖析】

第1点：语句不通顺，目标应从学习主体角度描述，培养是教师教育结果。有兴趣研究空气占据空间的现象。

第2点：不具体，各课通用。

第3点：属科学能力（科学思维）目标。

【课文（教参）】

科学、技术、社会与环境目标

●空气占据空间的性质可以方便我们生活，比如包装使用的泡沫空气垫。

【案例剖析】

第1点：属知识目标，缺少“利用”。描述目标不必列举具体事例。性质应具有方便和不方便两面性。

基于课标学习要求、教材内容和学情，重新制定包括知识（科学观念）、能力（科学思维和探究实践）和态度（责任）维度教学目标。

【教学目标】

1.知道空气占据空间。

2.知道利用空气占据空间的性质可以方便我们生活。

3.能分析空气占据空间的现象。

4.能用多种实验方法证实空气占据空间。

5.勤于思考，乐于探究空气占据空间。

教学重点：空气占据空间。

教学难点：在密闭空间，空气会阻碍其他物体占据。

【课文（教参）】

 

单元概述：

第2课“空气能占据空间吗”，本课将在学生已经认识了空气确实存在的基础上，让学生通过三个连贯的实验，认同空气和其他物质一样，能够占据空间。在本课第一个实验中，水中倒扣的杯子底部的纸团不湿，初步证明空气占据了杯内空间，“保护”了纸团；在第二个实验中，杯底打孔，水占据了原先空气的空间，将杯子中的纸团浸湿；在第三个实验中，用打气筒往杯子里打气，空气排开水后重新占据了空间。这三个实验，环环相扣，证明了空气和水及其他普通物质一样，会占据空间

【案例剖析】

本课主要活动：

围绕“杯底的纸不湿”展开活动。

1.倒扣杯底有纸团的杯子到水中。

2.杯底打孔，再倒扣杯子到水中。

3. 装球针，用打气筒往倒扣水中的杯子里打气。

本课主要问题：

1.整课根据课标“活动建议”，围绕“杯底的纸不湿”展开活动，内容比较简单。纸团粘在杯子底部倒扣水中做实验（包括杯底扎孔、往放入水里的杯中注空气）实证空气占据空间，证据太少，教学容量显得有点不足，需要基于课标要求和本课教学目标，补充活动内容。

2.虽然课文在拓展板块中有一个不同的实验，但与生活实际联系并不明显，缺乏一些联系生活实际的实例。

3.三个实验安排脱离生活实际，也比较复杂。实验2杯底打孔后，实验三就装球针用打气筒压入空气的方法排出水，但打孔后装球针容易泄气，难保实验成功，需要密闭气孔周边，实验材料较复杂准备有困难。

【课文（教参）】

聚焦

【我们都知道，纸遇到水会变湿。假如把纸团粘在杯子底部，然后将杯子倒扣到水里。里面的纸团会湿吗？】

教参教科书解读：“我们都知道，纸遇到水会变湿。假如把纸团粘在杯子底部，然后将杯子倒扣到水里。里面的纸团会湿吗？”这是一个空气占据空间的典型实验。教师要首先请学生预测杯底的纸团会不会被水打湿，并说出理由。这是一个十分重要的研讨环节，学生对这个问题的答案或意见可能会大相径庭，但无论学生持何种观点，教师一定要让他们有理有据地表达自己的意见，从中了解到学生是否真正认同空气会占据空间。

【课文剖析】

（1）课文这段话实际上是探索活动的要求，不是学生发现并聚焦“空气占据空间”的问题。

（2）这是一个空气占据空间的典型实验。教师要首先请学生预测杯底的纸团会不会被水打湿，并说出理由。这是一个十分重要思维活动的环节，学生对这个问题的答案或意见可能会大相径庭，但无论学生持何种观点，教师一定要让他们有理有据地表达自己的意见，从中了解到学生是否原有认知真正认同空气会占据空间。

（3）“我们都知道，纸遇水会湿。”是学生已建构的牢固的概念，没必要出现这句提示回忆的废话。

（4）“假如”是没有确定要不要做实验，而这个实验是必须做的，也就没必要用“假如”一词。提出的问题中“里面的纸团会湿吗？”就已经明确要求学生需要经历预测的过程。预测属探索环节，不属聚焦问题环节。

（5）“把纸团粘在杯子底部”当纸团足够大挤放在杯底，杯倒置时纸团就不会掉下，不需要用粘的材料把纸团“粘”在杯子底部，再说“粘”还会影响实验二在杯底打孔。

（6）课页图与探索3的配图图意是相同的，课文忌讳重复。

【课文（教参）】

探索

【1.在塑料杯底粘一个纸团。】

【2.在水槽的水面上撒一些漂浮物（如泡沫塑料），可方便观察水位变化。】

【3.把杯子慢慢地竖直倒扣在水里。你观察到了什么？纸团湿了吗？】

教参教科书解读：

本节课的实验主要包括3个主要环节。

第1个环节，压杯入水，包含教科书中所列的1、2、3个步骤。为防止纸团落水，需要学生先将纸团粘在杯底。为了方便学生观察，可在水面上撒一些漂浮物。这一环节，杯底的纸团没湿，是因为空气占据了杯子内的空间，导致水无法进杯内。学生完成操作后，教师应要求学生停下仔细观察、思考和记录。教师可以要求学生完成记录后，才能领取下一种材料（扎孔针）进入下一环节。

【课文剖析】

课文围绕“放在杯底的纸会不会湿”设计六个活动步骤并作标志：第1－3步骤是一个活动，第4步骤又是一个活动，第5步骤是再一个活动，第6步骤实际上是实验记录要求。

六个活动步骤并作标志有问题。虽然这六个步骤在教学方面是有连续的意义，但属性不一样，应分为三个活动（教参是环节）并作标志。

活动1：杯底放入纸团后再倒扣水里，纸团会不会湿？1-3步骤概括起来就是课文的聚焦内容，属重复。三个步骤构成第一个教学环节，实际上是一个实验，这些具体的活动步骤课文呈现不适宜，这样会明显降低探究性，应在教参中说明。

活动2：杯底扎孔后再倒扣水里，纸团还会不会湿？

活动3：往杯里打气，空气能将水挤出杯子吗？

【课文（教参）】

【4.在杯底扎一个小孔，再把杯子压入水中。仔细观察，有什么变化？】

教参教科书解读：

第2个环节，扎孔观察。教师可以示范如何扎孔，并提醒学生注意安全。扎孔后再次压杯入水，观察变化。教师可以提醒学生观察杯中水位的变化（借助漂浮物），用手放在小孔上感受。教师仍然可以要求学生停下来观察、思考和记录后，才能领取下一工具（打气筒）进入下一环节。在本环节中，杯底的纸团被完全浸湿了，这是因为空气从杯底的小孔漏出去，水填补了原本被空气占据的空间。本环节中的纸团湿后可以取出不再使用。

【课文剖析】

杯底扎孔后再倒扣水里，让纸团变湿是一种方法，但这个方法很麻烦，也破坏了杯子导致不可重复使用。其次，原粘在杯底的纸团在上一个环节学生活动中可能变湿，更换纸团并不方便，也影响扎孔。

教学还需要让学生预测，尽量多点思维活动。

其实还有更简单的方法，只要提出“有什么办法让让杯底纸团变湿？”问题，让学生自己想办法解决，如倾斜杯子（气泡冒出水进杯），然后尝试解释纸团变湿的原因。这说明教材将实验方法限制太死，也就限制了学生自主学习和发挥创造性思维。

【课文（教参）】

【5.用打气筒连着球针，从杯底的向杯中打入一些空气，空气能将水挤出杯子吗？】

第3个环节，打气观察。由教师提供连有球针的打气筒给学生，学生将球针从打孔处插入杯子，然后打气观察变化。打气筒这个工具在本单元中会多次使用。在本环节中，打气筒把空气重新打入杯子，刚才被水占据的空间，又重新被空气占据。

学生完成了三个环节的实验后，需要对实验过程进行说明，即对观察到的现象进行描述和解释。

教科书上的实验步骤写得比较详细，但还有很多细节，需要教师提醒学生注意。教师也可以引导学生在文字中圈出关键细节，否则实验效果就会大打折扣。

【课文剖析】

（1）课文“用带软管球针通过打气筒往杯中打气。”的实验，是很麻烦的实验。球针要配气阀，要硬质塑料杯才能装气阀，软塑料杯装不了气阀，直接插球针往往会漏气影响实验效果。

（2）问题要改为“还有没有其他办法让水进入倒扣在水里的空杯中使纸团变湿？”可以用抽气筒带的软管，从水下杯口伸入往杯里（管口在高于杯中纸团）抽气，这样水就能进入杯子。还可以通过弯管从水下杯口往杯内吹气排水也能达到实验目的。仍然是教材将实验方法限制太死，也就限制了学生自主学习和发挥创造性思维。

实际上，证明空气占据空间的小实验很多，有的也很经典，如往套置在塑料瓶内（有或没有小孔）的气球吹气，漏斗放入瓶内后，用橡皮泥封闭漏斗与瓶之间的缝隙，变换实验更有利于激发学生学习兴趣。

【6.画一画实验过程，试着用文字简要说明。】

课文编写将教学语言作为教材语言不合适，并且具体到要求学生怎样做记录，这样要求适合在教参呈现。

教学组织三个活动之后，要明确要求梳理三个活动之间的内在关系，发现了什么，能说明什么。

【课文（教参）】

研讨

【1.在上面的实验中，杯中的水和空气发生了怎样的变化？】

【2.空气能占据空间吗？说说你的看法和理由。】

教参教科书解读：

实验过程中出现了多个现象，水的变化、空气的变化以及纸巾的变化，这些现象观察起来容易，记录下来也不难，难点和关键在于，学生能否将这些现象与空气占据空间的事实之间建立起一个逻辑联系，也就是基于事实的科学的解释。因为学生在1年级曾经用占据空间这个解释去理解形状，他们体验过在一个固定的盒子里放入不同的螺母、木块、乒乓球 等，理解这些看得见、摸得着的物体会占据空间是容易的，但对于空气也会占据空间，与他们对于物体占据空间的原有认知是不太符合的。对学生来说，占据空间意味着可以排挤原来的物质，这其实就是对“物质粒子不能同时占据同一空间”的初步理解，指向科学大概念的教学。因此，要解决以上难点，需要在研讨环节，带领学生进行深入的、充分的论证和交流，进而在空气能否占据空间这个问题上达成共识。

【课文剖析】

（1）“杯中的水和空气发生了怎样的变化”，严格说只是水和空气在密闭空间中体积发生变化，其他没有变化，要明确水和空气在密闭空间中“体积”变化，这是认识“占据空间”的关键。

（2）“空气能占据空间吗？”这个问题指向十分明确，与课题相呼应。如果前一个问题明确“发现什么和说明什么”，那这个“空气能占据空间吗？”问题在学生有所发现之后出现就没问题，否则会感到不顺。如果这个问题改为“根据前面的实验观察，有什么发现？说说我们的看法和理由。”这样，对教师教学有比较明确的让学生建构概念的指引。

（3）教参：“物质粒子不能同时占据同一空间”。

①小学生主要基于实验现象找证据从而有所发现，并利于新获得的知识解释现象，能认识到“空气占据空间”就达标了，进而认识“空气占据空间会阻碍物体从新占据空间，物体占据空间要排开空气”已是更为深入的认识，但实验需要强调“在密闭空间”，才会产生阻碍效果。

②“物质粒子不能同时占据同一空间”的科学大概念，“物质粒子”是属于微观的内容，那么，什么是“物质粒子”？要不要解释？对小学生甚至七八年级初中生都还没有认识，到九年级才认识原子、分子，课标也没有这样的要求。教参这样要求是让教师难教，所以，三年级小学生不宜用“物质粒子”解释现象（包括下一课 “压缩空气”）。

【课文（教参）】

拓展【有半瓶水，一块橡皮泥和两根吸管，在不倾斜瓶子的情况下，你能利用空气将水从瓶中挤出来吗？】

教参教科书解读：

拓展活动可视情况而定，可以考虑在课堂开展或者作为家庭小实验任务，也可以作为让学生对概念加深理解的演示实验。此活动主要是让学生利用空气把瓶中的水挤出来，这有助于帮助学生进一步认识和理解空气与其他物质一样，也会占据空间。

学生在喝盒装饮料的过程中，有一些生活经验，将空气通过吸管吹入盒中，就会将盒中的液体挤出来。本活动让学生用透明的瓶子来做这个实验，就是为了让这一过程可视化。这里要引导学生积极思考橡皮泥的作用，可以让学生将橡皮泥从瓶口取出或不密封，然后向瓶中吹气，观察水还能不能被挤出。通过上述实验，学生会明白，由于空气被密封在一个空间里，不能跑出瓶子，所以才能将水挤出。在实验结束后，要让学生解释水会被挤出的原因。

【课文剖析】

事例“利用空气把瓶中的水挤出来”，教参说明“本活动让学生用透明的瓶子来做这个实验，就是为了让这一过程可视化。这里要引导学生积极思考橡皮泥的作用，可以让学生将橡皮泥从瓶口取出或不密封，然后向瓶中吹气，观察水还能不能被挤出。通过上述实验，学生会明白，由于空气被密封在一个空间里，不能跑出瓶子，所以才能将水挤出。在实验结束后，要让学生解释水会被挤出的原因。”教参只是以占据空间作为解释理由，实际上与压强压力有关。事例涉及科学原理是：通过一根吸管往封闭的瓶子里吹气，使瓶内空气增多压强增大，充气足够多时压强增大到对水产生足够大的压力时，才压水通过另一根插在水里的吸管排出瓶。再一个是卫生问题，难防学生吸水入口，难阻学生多人使用同一吸管吹气。

教材安排的这个活动，要求不明确，两根吸管插在哪里？橡皮泥用在哪里？瓶盖要不要旋紧？这些影响实验结果的因素应该通过图片提示。最为关键的问题是与生活联系不紧密。2.可增加（或更换）生活中的事例：

（1）往瓶里灌水，观察空瓶灌水时有什么现象发生。

（2）生活中常用漏斗往瓶子里灌水或油，用漏斗有什么好处（漏斗的喇叭口比瓶口大，方便灌水），怎样做才能灌得更快（竞赛，漏斗管外壁与瓶口内壁间隙要尽量大，如方形管漏斗，以利排气）。

【课文（教参）】

（三）学生活动手册分析

 

 

我的课堂活动记录

【画出三个杯子内水的变化。】

教参教科书解读：

图形化的记录方式适合3年级的学生记录水平。关于记录的方法，教师可以提前做一个示范案例，比如用一条横线来代表水面，如果水面前后出现了变化，可以用不同颜色的笔画线表示前后不同的水位。如果要将预测和实测进行对比，可以单独为学生再准备一组和活动手册一样的图。实验前画一次，实验后根据实际现象再画一次。

图形化的记录，除了用教师演示的方法，也可以让学生用自己喜欢的方式画出来，只要能让他人看明白或解释得通就行。

 

【课文剖析】

（1）杯子内“水的变化”应是“水位的变化”。

（2）活动手册呈现的三个实验，最好都要设计有学生分别对产生现象的预测、记录现象和解释的位置。

（3）图中杯子要压到水槽底，图并没有画准确。画的图示是非规范侧视图，既影响学生理解图意，也不方便学生正确表达杯中水位的改变。

附教学设计：

环节一：创设情境，发现探究问题

1.猜想：“纸团会湿吗”。

2.游戏“纸团会湿吗”比赛，教师演示游戏方法。

3.分组活动。

4.分析现象：纸团不会湿与空气有关系吗？

5．揭示课题：“空气能占据空间吗”。

环节二：探究空气是否占据空间

（一）怎样改变杯中的水量

1.有什么办法让杯底纸团变湿？

 2.分组活动并交流。（倾斜杯子，让空气跑出，水就进入杯子内。）

3.有什么办法让杯中的水量变少？

4.分组活动并交流。（通过弯管从水下杯口往杯内吹气实现排水。） 发现：空气能占据空间。

（二）比较木块和空气袋压入水里

1.将木块和空气袋（空或充气后）分别压入水里，观察水面发生的变化。

2.分组活动。

3.比较有什么相同之处，分析原因。

我的发现：将木块和充满空气的袋子压入水里，水面都会上升，说明空气像木块那样，能占据空间。 

（三）游戏“谁吹的气球大”  

1.比赛要求：①往套置在瓶内的气球吹气。   ②观察瓶内气球出现的现象。有什么不同。  

2.分组活动。  

3.比较不同瓶内气球吹大的情况，分析原因。  

4.发现：空气占据瓶内的空间，需要将瓶内的空气排出才能吹大气球。

（四）用漏斗往瓶里灌水

1.器材:  漏斗、锥形瓶、橡皮泥。

2.要求：用橡皮泥密封2号瓶漏斗管外壁与瓶口间隙处，分别往两个瓶内灌水，观察实验现象和结果。3.分组活动。

4.交流观察结果：水能流入1号瓶子，水不能流入2号瓶子。

5.分析原因。

环节三：找出相同，得出结论

 

讨论交流

 

我的发现：往密闭的瓶内灌水时，需要排出空气，水才能灌入瓶内。

结论：空气能占据空间。

新的教学设计寓教于乐，思维与探究紧密结合，多证据多视角实证，努力提高教学实效，达成教学目标，落实课标学习要求。

不怕教材有问题，任何教材或多或少都存在问题，就怕没有深入分析教材与课标的学习要求按教材教。发现教材问题是为了想办法解决问题，提高教学质量，是为了让学生更好发展，这就是教师创造性教学的出发点，也是教教材与用教材教的分水岭。

读后感言：这篇文章看出了一个老教员对科学学科的一种高度的热爱和付出，一种科学教学精神的体现。在已经离开一线岗位之后，他仍然这样的一种热情投身于科学教学中间我感到非常钦佩，这一点也是我们年轻人要所学的地方。在我面前出现了路老师、张老师等科学前辈的身影。