《空气能占据空间吗》教学设计
【教材分析】
《空气能占据空间吗》是教科版小学科学三年级上册第二单元第二课,在单元中起承上启下的作用。教材设置的活动主要让孩子通过一个倒置于水槽中透明塑料杯和打气筒纸巾等物体来观察空气所占据的空间,认识到看不见摸不着的空气也能占据空间,可以通过间接的方法来观察空气占据空间的大小。解决了上一节课留下来的关于“空气还有那些特征?”的部分问题,起到承上的作用。同时,通过拓展活动中的对如何用空气将水瓶中的水挤压出去这一问题的思考,激发学生对“空间”这一概念的“排他性”认识,为下节课做铺垫,起到启下的作用。
【学情分析】
在学习习惯方面,三年级学生的有效学习注意力保持时间不超过5分钟,在实验和研讨环节的设计上要坚持“小步快走”的原则,可以选择串联小环节形成大研讨的方式进行。而且,三年级学生仍处于直观认识为主的阶段,所以教学方式要直观、明确,可创设明确的疑难情境,激发学生的学习兴趣。在知识建构方面,我在课前做过一个小调查(71名学生)(图1):基于第一节课《感受空气》的学习后,大部分学生知道空杯子中有空气,但是对于空气能否占据空间,且当杯子倒置入水时,水是否会进入杯子的认识,学生是模糊的,甚至是错误的。
【教学目标】
科学概念:
学生通过探究活动,知道空气能占据一定的空间。
科学探究:
1.学生通过教师指导,用遇水会变红的标签、(不同部位戳洞)塑料杯等材料和方法分步操作,进行观察,研究空气占据空间。
2.能运用空气占据空间这一知识,解释空气压水机的工作原理。
科学态度:
1.能对空气能否占据空间表现出研究的兴趣。
2.能在教师指导下对空气是否占据空间进行合作探究,如实记录和描述。
科学、技术、社会与环境:
初步了解“空气能占据空间”知识在生活中的应用。
【教学重难点】
重点:通过实验探究认识到空气能占据空间。
难点:能对空气占据空间这一事实作出科学的解释。
【教学准备】
遇水变色的圆形标签、黑色卡纸、水槽、塑料杯4个(其中1个底部戳洞,一个杯子侧面戳洞)、毛巾、打气筒、空气压水机玩具、活动学习单。
【教学流程】
本着基于儿童立场的科学课堂,本人设计了如下的教学流程(图2):
【关键问题与活动设计】
关键问题:空气占据空间吗?
关键活动:1、杯子倒置入水,标签不湿,提出空气占据空间。
2、研究四种情况下的杯子,水位的高低与杯内空气多少的关系,证明空气占据空间。
【学习过程】
一、聚焦:创设情境,引发猜测
课前谈话:老师这里有个装满水的杯子,什么占据了杯子的空间?
如果把水倒掉,把杯子擦干,杯子里有什么?
过渡:既然同学们认为空杯子里有空气,那空气也会像水那样占据杯子的空间吗?今天我们就一起来研究。
设计意图:通过简单的课前谈话,让学生对于空间有一个最初的认识,对于水能占据杯子的空间达成共识,同时聚焦本课的问题——空气也能像水那样,占据杯子的空间吗?
出示:一张黄色卡纸,上面贴了几个遇水变红色的圆形标签(图3)。问:把这张纸放入水中会怎么样?
现象:纸变湿了,圆形标签从白色变成红色(图4)。

介绍:这种圆形标签是有特殊的材料制作的,遇水会变红色。所以,我们可以用这种材料来检测是否接触到水。
那现在把贴有标签的黄色卡纸贴到杯子里面(图5),然后杯子倒置压入水槽中,直到水漫过杯子的顶部,预测:标签会怎么样?你的理由是什么?
设计意图:遇水会变红的标签,对三年级的学生而言,会感觉到很神奇,而且作为接下来进行空气占据空间实验的重要材料,事先铺垫给学生,可以为后续的实验探究打好学生的思维基础。同时,让学生猜一猜杯子倒置入水后,标签会变色吗?并说明理由。这既是对课前谈话的深入,同时也可以了解学生的前概念,引发学生的认知冲突,推动接下来空气真的能占据空间的探究。
二、探索:实验观察,初建概念
说一说:怎样验证猜测?
播放实验操作视频(图6),学生列举注意事项:杯子要完全倒置,不能倾斜;杯子缓慢压入水槽,直到水漫过杯子顶部,放置10秒;杯子缓慢拿出水面,倒置放在毛巾上;整个实验过程,杯子都要处于倒置状态。
设计意图:借助微课视频来指导学生的实验操作,会更加直观,利于学生接受。同时考虑到三年级的学生注意力还不是特别集中,所以又安排学生来列举实验注意事项,保证每个学生都能完成实验并观察到现象。
要求:如果观察到圆形标签变红(图7),则在记录单对应的圆圈上涂成红色。完成后,以小组为单位将纸条粘贴到黑板上(图8)。
学生实验。
汇报:杯口跟水接触,杯口的标签变红色,上面没有接触水,标签不变色。
思考:杯子倒置在水中,而且水也漫过了杯子的顶部,为什么杯口以上没有接触到水?
解释:杯子的杯口直接接触到了水,所以标签变红,而杯子里面有空气,空气阻挡了水进入,所以杯口以上水没有进入。
追问:空杯子里的空间被谁占据了?
小结:倒置的杯子除了最下面的杯沿直接接触到了水,其余的空间都被空气占据了。
设计意图:相比于教材中纸巾不湿的实验,用遇水变红的标签来提出空气占据空间的概念,有以下二个亮点:纸巾不湿的实验,学生以前都有玩过或者看过,缺乏新鲜感和兴趣;标签变红的实验现象更加直观和形象,而且不会像纸巾在实验中容易脱落,从而影响学生的判断。而且,在这个活动中,除了汇报小组的实验发现,还对全班的实验现象进行了汇总展示,利用点和面相结合,将现象背后的本质充分暴露在学生面前。另外,为了更好的突破教学难点,我在教学中借助有引导性的问题,为学生的思维搭建支架,逐步推进,从而帮助学生建立空气占据空间的概念。
问:空气真的会占据空间吗?你看见了吗?那假设空气真的占据空间,你有什么方法,让空气出去,让水进到杯子里?
小组讨论,总结方法:在杯子的底部戳一个洞;在杯子的侧面戳一个洞;将杯子左右晃动;翻转杯子,正着放入水中。(将4个杯子标上序号)
实验要求:根据以上方法,将1-4号杯子放入水中。用图文结合的方式记录观察到的现象(图9),并画出杯子中水的高低。

设计意图:经历上一个活动后,学生已经有了初步的概念,认为空气会占据空间。那怎样能让空气出去,让水进入到杯子,这其实是从反面来证明我们的概念。当然,这是有一定的难度,所以安排学生以小组讨论的方式进行,希望能借助集体的智慧,来找到方法。同时,也希望通过这个活动后,让学生对空气占据空间有深刻的认识。
三、研讨:分析现象,证明概念
小组实验,汇报:你观察到了杯子中的水位有什么变化,水面有什么现象?
1号杯子:杯底有很多气泡,杯子里充满了水。
2号杯子:杯子的侧面有很多气泡,杯子里的水位上升到洞口附近。
3号杯子:杯子里水位上升了一小半,左右倾斜时,底部有少量气泡产生。
4号杯子:杯子上面有气泡,杯子里充满了水。
根据学生的回答来板贴杯子中的水位和气泡(图10)(我们用红色小圆圈代表出来的气泡)。
问:观察黑板上的板贴,杯子里出来的空气和杯子中水的高低有什么关系?
小结:杯子里空气出来的越多,水位上升越多:
空气全跑出来→水全进去
空气跑出来一部分→水进去一部分
空气跑出一点点→水进去一点点
设计意图:在汇报中,我让学生边说,边板贴的形式进行研讨,一来可以将学生在实验中观察到的现象很直观的呈现在黑板上,二来这也是本课的难点,学生可以借助这副图来理清杯子里空气占据的空间与水位高低的关系,这对后续的知识回顾,也是有很大的帮助。所以,一个可视化的板书记录,能帮助三年级的学生将抽象的科学概念形象化。
过渡:刚才我们的1号杯子底部有孔,水全部进去了,如果往里面打气(图11),会怎么样?
现场实验,现象:水全部排出去了。
追问:是什么把水排出去?怎么解释往杯子里打气,可以把水压出去这个现象?
解释:杯子里加入了空气,空气能占据空间,所以把水排出杯子。

设计意图:这是对空气占据空间的概念巩固。由于1号杯子底部有孔,所以倒置入水时,空气会从孔中流出,水占据杯子里的空气,但如果往孔里打气,空气再次夺回了杯子里的空间,水被排出了杯子。通过这个活动,让学生对空气占据空间的概念更加深刻。
现在我们回到刚才的问题:你认为空气能占据空间吗?你能结合今天这节课的实验现象来说一说吗?
总结:杯子倒置压入水中,水无法进入杯子,在杯子的顶部戳一个洞,空气被排出,水进入杯子。所以,空气确实能占据空间。
四、拓展:运用概念,设计制作
视频:玩具——空气压水机(图12)。

解释空气压水机的工作原理。
课后活动:利用1根吸管、1个矿泉水瓶,1个针筒,制作一个空气压水机。
设计意图:为了增强童趣性,我自制了一个空气压水机,并进行演示,给了学生很大的吸引力。另外,我要求学生思考工作原理并提供材料让学生课后制作,让学生意识到科学的探究不仅仅局限于课堂内,它更应是一个持续的学习过程,也是对本课的概念:空气能占据空间的一次生活运用,再次完善概念的建构。
【板书设计】
【教学反思】
在深入解读《新课标》、理解教材编写意图后,本着追求儿童立场的科学课堂,我对教学内容进行了适当的处理,取得了良好的教学效果。现将本课教学反思如下:
1、概念建构,螺旋递进
通过解读教材,我确定本课的关键问题为“空气是否占据空间”。这个看似简单的问题,对于三年级的学生而言,是存在一定的难度。学生们可能知道空杯子里充满空气,但是对于空气会占据空间的概念,是不清楚,甚至是持怀疑态度的。这就要求我们在教学中要基于儿童的立场,逐步推进科学概念的建构。
所以,在本课的教学中,我设计了三个螺旋递进的活动:首先,将遇水会变色的标签贴在杯璧上,并将杯子倒置于水中,直至水漫过杯子顶部,发现只有最下面的标签变红色了,通过引导学生分析现象,初步提出空气占据空间;其次,在学生初步获得空气能占据空间的概念思维基础上,探究有什么方法能让水进入到杯子里。通过研讨在杯子底部和侧面戳洞,左右摇晃,正放,这四种情况下,杯子里都进入了水,得出杯子里的空气出来得越多,水位上升越高,再次论证空气确实占据空间。最后,提出问题:如果往底部有洞的杯子里打气,会怎么样?学生活动后,发现杯子中的水被空气再次排出杯外。此时,空气占据空间的概念通过这三个逐步递进的活动,在学生的认知中完全建构,而且活动的开展符合学生思维认知发展的规律。
2、教学实验,优化创新
通过课前调查,发现很多学生都是有看过或者听说过纸巾不湿这个实验,如果在课堂中还是以这个实验做为聚焦问题,三年级的学生的兴趣可能不会太高,课堂上难以聚焦主题。另外,在几次的试教过程中,我也发现,将纸巾黏在杯子底部,操作中容易出现以下三种情况:纸巾突然掉落;不方便在杯子底部戳
洞完成后续实验;实验现象不明显。所以,基于以上真实情况,我对本课的实验进行了优化创新:我采用了一种遇水能快速变色的圆形标签,只要打湿,标签马上就会从白色变成红色,而且现象非常明显。学生在实验过程中,会发现这样一排的圆形标签,只有最下面的跟水直接接触的标签变红色了,其余都是干的(图13)。当面对这样一个真实又直指本课关键问题的实验现象时,学生的学习也会更加的有趣和有效,从而帮助学生初步建立了因为杯子里面的空气占据了空间,所以水无法进入杯子的科学概念。
3、板书记录,直观可视
可视化的板书记录,对于中低段的学生而言,可以帮助他们理清学习思路,再现老师的教学过程。所以,为了凸显和落实空气占据空间这个科学概念,我对本课的板书进行了可视化设计:没有了以往条杠式的记录,而是设计成了图文结合的方式(图14)。我将杯子在不同部位戳洞、摇晃和正放等情况下,杯中的空气占据的空间与水位高低的关系,用贴图的形式呈现出来,学生通过这个图能很直观的发现,原来杯子中的空气确实是占据了空间,而且杯子中的空气出来得越多,杯子内的水位越高,非常的形象,即使是上完这节课,学生依然可以凭借着板书,再现本课的教学重点。
在本课教学中,我始终围绕儿童的立场做为出发点。纵观整节课,学生的兴趣、参与度都很高,思维的卷入也很主动。但教学是门遗憾的艺术,相信在这节课中还有很多不足之处,我会且教且思,继续努力前行。