小学三年级科学《探秘无形之力-空气占据空间》教案

小学三年级科学《探秘无形之力——空气占据空间》教案

一、教学内容分析

（一）【基础】教材定位与作用

本节课选自大象版三年级上册第四单元《流动的空气》中的起始课。本单元属于物质科学领域，核心目标是帮助学生初步建立“空气是一种真实存在的物质”这一科学观念。在前期的学习中，学生已经通过游戏和感知活动认识到我们周围存在着空气。本节课则是在此基础上，引导学生从定性观察转向定量和性质研究，通过实验现象推断空气的物理属性——占据空间。这不仅是学生对空气性质认识的深化，更是后续探究空气的流动、形成风等现象的知识基石，在整个单元中起着承前启后的关键作用。

（二）【核心】课标依据

本教学设计严格遵循《义务教育科学课程标准（2022年版）》的核心要求。课程内容聚焦于核心概念“物质的结构与性质”以及“物质的变化与化学反应”。具体对标以下内容：学生要能举例说明空气具有质量并占有一定的空间，以及空气会充满各处。本课旨在通过探究实践，引导学生形成“空气作为一种物质，尽管看不见、摸不着，但它同固体、液体一样，真实存在并占据空间”的【重要】科学观念。

二、学情分析

（一）【基础】认知起点

三年级的学生正处于由具体形象思维向抽象逻辑思维过渡的时期。他们在一年级《认识空气》单元中，已经知道我们的周围有空气，空杯子、空瓶子里并不是真正的“空”，里面充满了空气。但这些认知多停留在“存在性”层面，对于“空气能否像书本、水一样，阻挡其他物体进入”这一深层性质，缺乏明确的意识和系统的理解。部分学生可能存在“空间是空的就是什么都没有”的迷思概念。

（二）【难点】学习障碍

空气的“无形、无色、无味”特性是学生理解其占据空间这一概念的最大障碍。学生很难直接感知到空气的存在与作用，必须借助其他可见媒介（如水、气球、泡沫）的变化来“看见”空气的行为。因此，如何设计有结构的实验材料，引导学生通过现象推断本质，是突破教学【难点】的关键。此外，三年级学生在实验操作中，对于“控制变量”和“观察细节”的意识和能力尚在萌芽阶段，需要教师的精准引导。

三、教学目标

基于核心素养导向，本课设定以下四大教学目标：

（一）科学观念

通过系列探究活动，认识到空气像其他物体一样，确实占据一定的空间，并且空气会充满各处，初步建立“物质世界是真实存在”的唯物观。

（二）科学思维

能运用比较、分类、归纳等思维方法，分析实验现象背后的共性原因。能够将“粉笔占据盒子空间”“水占据杯子空间”的生活经验迁移至对空气的思考中，发展类比推理能力。在实验中，能对观察到的现象进行批判性思考，尝试解释现象背后的原理。

（三）探究实践

能在教师指导下，经历“提出问题—猜想假设—实验验证—收集证据—得出结论”的科学探究过程。能规范操作“纸团不湿”“瓶内吹气球”“乒乓球沉浮”等【高频考点】实验，并能用语言或图示描述实验现象，得出“空气占据空间”的结论。

（四）态度责任

培养尊重事实、证据为本的科学态度，激发探究无形物质的兴趣。在小组合作中，乐于交流、倾听和协作，形成严谨、细致的实验习惯。

四、教学重难点

（一）【重点】通过实验探究，亲历“空气占据空间”这一概念的建构过程。

（二）【难点】引导学生透过“看不见”的现象，分析、推理出“空气占据空间”这一本质原因，并能用自己的语言进行解释。

五、教学准备

（一）教师准备

1.实验器材：去底并带孔的塑料瓶（配橡皮塞或瓶盖）、气球、透明水槽、烧杯、纸巾、乒乓球、漏斗、玻璃棒、多媒体课件。

2.课件资源：融合【热点】科技，制作交互式课件，内含实验操作视频、思维导航图、虚拟实验模拟动画（展示空气微粒占据空间的效果）。

（二）学生准备（分组材料，4-6人一组）

1.基础包：透明塑料瓶（完整）、气球1个、水槽、抹布。

2.进阶包：去底的塑料瓶（瓶口有盖，瓶身无孔）、带孔的塑料瓶（瓶口有盖，瓶底附近有一小孔）、烧杯、纸巾、乒乓球。

六、教学实施过程（【非常重要】）

本环节以“科学探究”为主线，分为“聚焦问题—探索建构—研讨内化—拓展迁移”四个进阶阶段。

（一）【创设情境，聚焦问题】（预设5分钟）

1.游戏导入，激活思维：

上课伊始，教师举起一个空的透明塑料瓶和一只气球。

师：同学们，今天我们来玩一个“吹气球”比赛。请两位同学上来，一位直接吹气球，另一位尝试将气球塞进这个瓶子里（瓶口向下，气球在瓶外），再吹瓶内的气球。大家猜猜结果会怎样？

学生进行活动，直接吹的气球很快变大，而瓶内的气球只能吹起一点点。强烈的现象对比，瞬间引发了学生的认知冲突。

2.提出问题，聚焦核心：

师：为什么看起来空空的瓶子，里面的气球却吹不大？是什么东西在阻挡它？这个“空”瓶子真的是空的吗？今天我们就一起化身科学小侦探，来探秘这“无形之力”——《探秘无形之力——空气占据空间》。

（二）【类比迁移，初步假设】（预设5分钟）

1.【基础】经验类比：

教师在实物展台上演示：先在一个空粉笔盒里塞满粉笔，问学生还能不能再塞进一支？接着在一个装满水的杯子里，尝试放入一颗玻璃珠，水会溢出。

师：粉笔盒装不进新粉笔，是因为什么被占据了？（空间）水杯放珠子水会溢出，又是因为什么？（水占据了空间，珠子要进去水就得让出空间）

2.形成假设：

引导学生将这两个生活现象与“吹瓶内气球”的实验进行类比。

师：既然粉笔和水都能占据空间，那么瓶子里吹不大气球，会不会也是因为瓶子里有一种我们看不见的东西占据了空间，导致气球没有地方膨胀呢？这种东西可能是什么？

学生基于经验，顺理成章地提出核心假设：是瓶子里原本就有的空气，占据了瓶内的空间。

（三）【探究实践，建构概念】（预设25分钟，本环节为【非常重要】部分）

本环节设置三个层层递进的探究活动，引导学生从不同角度验证假设，最终自主建构概念。

1.活动一：【基础】“纸团不湿”的魔法——验证空气占据空间

（1）明确任务：师：我们虽然看不见空气，但能不能通过水这位“助手”来检验它的存在？如果把一团纸塞入杯底，再将杯子竖直倒扣入水中，纸团会湿吗？

（2）实验操作与【难点】突破：

学生分组实验。教师巡视，强调关键操作要领：“竖直”放入、“竖直”取出。

实验成功后，组织研讨：纸团为什么不湿？是谁保护了它？

学生回答预设：“是杯子里的空气挡住了水，水进不去。”

教师顺势利用课件动画，展示“空气占据杯内空间，水无法进入”的微观示意图，将抽象概念具象化。

（3）变式实验，深化理解：

师：如果我把这个杯子倾斜着放入水中，又会发生什么现象？

学生再次实验。观察到气泡从杯口冒出，水进入杯子，纸团变湿。

引导学生分析原因：倾斜时，空气这个“无形卫士”让出了一条路，水就乘机进入了。这恰恰证明了，原本确实是空气占据了空间，当空气离开，空间就被水取代了。

2.活动二：【重要】“瓶中气球”的困惑——应用概念解决问题

（1）回顾与挑战：师：现在我们已经用纸团实验验证了空气占据空间。那我们能不能想办法，让一开始那个“吹不大”的瓶内气球变大呢？

（2）提供有结构的材料：

每组领取一个“改良版”塑料瓶（去底，瓶口有盖子，瓶身无孔）和一个正常的完整瓶子。

（3）探究与发现：

任务驱动：不取出气球，也不改变瓶子结构（初始），能否吹大气球？（不能）

启发思考：气球之所以不大，是因为瓶子里的空气不让位。那怎么才能让这些“占位”的空气出来呢？

学生通过小组讨论和尝试，发现一个关键操作：在去底的瓶子上，如果用手捂住瓶底洞口，气球依然吹不大；一旦松开捂住洞口的手，气球就瞬间被吹大了！

（4）【高频考点】分析与归纳：

师：松开手的那一刻，你感觉到了什么？（有风吹过）这阵风是什么？（是瓶子里的空气跑出来了）

师生共同总结：松开瓶底，为瓶内的空气提供了“逃跑”的通道，空气被挤出去，空间被释放出来，气球才能膨胀。这从反面再次有力地证明：空气确实占据空间。

3.活动三：【拓展】“听话的乒乓球”——感受空气的动态占据

（1）趣味引入：展示一个去底的塑料瓶，瓶口朝下，放入一个乒乓球，然后往瓶口倒水。提问：乒乓球会浮起来吗？还是沉在水底？你能让乒乓球听你的话，沉下去又浮起来吗？

（2）挑战性探究：

学生分组操作。发现无论怎么倒水，乒乓球都死死地“蹲”在瓶口底部，不上浮。

此时，教师引导学生回忆刚才“瓶内吹气球”的启示。有学生尝试用手堵住或拧上瓶盖（即封闭瓶口）。

现象出现了：当用手堵住瓶口（封闭）时，水迅速充满瓶内，乒乓球也随着水面的上升而神奇地“浮”了上来！

（3）【难点】深层推理：

师：为什么之前一直倒水，乒乓球都不浮？而一堵住瓶口，它就浮了？

引导学生理解：之前瓶口敞开，空气可以从瓶口自由出入，水无法在瓶内积存（因为空气不断被水从瓶口挤出），乒乓球自然浮不起来。当瓶口被堵住，水进入瓶子时，瓶内的空气无处可逃，就被困在瓶子上部，形成了“气柱”。正是这部分被水封住的空气，占据了上部的空间，托起了乒乓球和水。这个实验生动地展示了空气既可以像固体一样“占据空间不让步”，又可以在特定条件下“动态调整占据范围”。

（四）【反思评价，形成共识】（预设5分钟）

1.归纳总结：

师：通过今天三个不同角度（纸团、气球、乒乓球）的实验，我们能得出一个什么共同的结论？

引导学生用自己的语言表达，最后教师总结并板书核心概念：【非常重要】空气占据空间，并且充满各处。

2.评价与反思：

小组内进行互评：哪个同学在实验中观察最仔细？哪个小组配合最默契？

教师利用课件出示思维导图，带领学生回顾本节课的探究历程：发现问题—提出假设—实验验证（多角度）—得出结论。

（五）【联系生活，拓展迁移】（预设5分钟）

1.生活中的应用：

师：空气占据空间的本领在生活中可有大用处！

播放短视频：救生圈充气后鼓起，能让人浮在水面；快递包装中的充气袋，能保护物品免受撞击；医院的血压计，通过充气压迫血管测量血压……

引导学生讨论：这些应用的原理是什么？（都是利用空气被压缩或充满后占据空间，产生支撑或缓冲作用）

2.挑战性任务（课后拓展）：

师：请同学们课后思考或实践，利用空气占据空间的原理，不用手直接接触，设计一个方案，将一个生鸡蛋从一杯水转移到另一杯空杯中。下节课我们来分享你的奇思妙想。

这个开放性问题旨在将课堂探究延伸到课外，培养学生的创新意识和解决问题的能力。

七、板书设计

探秘无形之力——空气占据空间

（一）现象聚焦：瓶内气球吹不大

（二）猜想假设：空气在“作怪”？

（三）实验求证：

1.纸团不湿→空气挡住水

2.瓶内吹气→空气跑出来（气球变大）

3.乒乓沉浮→空气被封住

（四）核心结论：【非常重要】空气占据空间，并且充满各处。

八、教学反思（预设）