小学科学三年级上册《空气占据空间吗》核心素养导向教学设计

小学科学三年级上册《空气占据空间吗》核心素养导向教学设计一、教学内容分析（一）教材定位与单元价值本课《空气能占据空间吗》是小学科学（教科版）三年级上册第二单元《空气》的第二课。在物质科学领域，“物质具有一定的特性与功能”是核心概念之一。本单元旨在引领学生通过一系列探究活动，从多个维度认识空气这种无处不在却又难以直接观察的物质。本课在单元中起着承上启下的关键作用：第一课《感受空气》让学生初步感知了空气的存在与基本特征，为本课探索空气的“空间属性”奠定了感性基础；而本课得出的“空气占据空间”这一核心结论，又是后续学习《压缩空气》《空气有质量吗》等课的基础，是学生从定性描述空气特征走向定量研究空气性质的重要转折点。（二）核心概念与跨学科视角【基础】“占据空间”是物质存在的基本属性。从跨学科的视角来看，空间是物理学、数学、几何学乃至哲学的基本概念。在物理学中，物质是空间的占有者，空间是物质运动的场所。本课将“空间”这一宏大概念具象化到杯子、瓶子等容器中，让学生通过实验理解：虽然空气看不见、摸不着，但它和固体（如石头）、液体（如水）一样，真实地存在于我们周围，并且不容其他物质同时同地共存。二、学情分析（一）前概念与认知起点【基础】三年级的学生经过一、二年级的科学学习，已经具备了一定的观察和表达能力。他们在生活中对空气有大量的感性经验：知道气球吹气会变大、风是空气在流动、空杯子里面有空气等。然而，这些经验往往是零散的、未经系统梳理的。对于“空间”和“占据”这两个词汇，学生理解起来有一定难度。尤其是对于空气这种无形物质，学生很难将其与“占据”这一行为联系起来，潜意识里容易认为“空”的就是什么都没有，空气是可以被随意挤压或忽略的。（二）认知冲突点【重点】【难点】本课最大的认知冲突在于：当学生认为杯子里充满了空气时，他们往往不认为这层无形的“空气墙”能阻挡水的进入。因此，当实验一“纸团不湿”成功后，学生会产生巨大的认知冲击——原来看不见的空气竟然能像塞满杯子的棉花一样，把水挡在外面。这个冲突的解决过程，正是科学概念构建的关键。（三）思维发展需求【非常重要】本课的教学不能仅仅停留在“看到现象”，而是要引导学生经历“问题—猜测—实验—观察—解释—结论”的科学探究全过程。学生需要从直观的现象中提炼证据，用证据支持自己的观点，从而完成从感性经验向理性概念的跃迁。三、教学目标（一）科学观念【基础】通过实验探究，认识到空气像其他物质一样，也能占据空间；空气占据空间的性质是理解其后续众多性质（如可压缩性、有质量）的基石。（二）科学思维1.【重要】能运用类比推理，将固体、液体占据空间的现象迁移至对气体的思考中。2.【重要】能够运用分析、比较、概括的方法，对实验现象进行解释，并尝试用画图的方式（模型建构）表征空气的存在与变化。（三）探究实践1.【核心】能在教师指导下，设计并完成“纸团不湿”、“扎孔观察”、“打气观察”三个层层递进的实验，规范操作，仔细观察，如实记录。2.【拓展】能利用本课所学知识，尝试解释生活中的相关现象（如给自行车打气、用吸管喝水等），并挑战“空气取水”或“瓶中吹气球”的进阶任务。（四）态度责任1.培养尊重事实、用证据说话的实证意识。2.激发对看不见的物质的探究兴趣，形成细致观察、乐于合作、敢于质疑的科学态度。3.初步建立物质观，理解科学知识来源于生活并应用于生活。四、教学重难点（一）教学重点【高频考点】通过一系列探究活动，理解空气能占据空间这一科学概念。（二）教学难点【难点】能用准确的语言和示意图，解释空气是如何占据空间并阻止水进入的，即建立起“现象”与“本质”之间的逻辑关联。五、教学准备（一）教师准备1.实验器材：大水槽（透明）、透明塑料杯（杯底无孔和杯底有孔两种，有孔的需用橡皮泥或胶带预先封住）、干纸巾、乒乓球、去底的矿泉水瓶（带瓶盖）、气球、打气筒、水。2.教学媒体：希沃白板5（或PPT课件）、实物展台、微课视频（包含“纸团不湿”规范操作演示）。（二）学生准备1.分组材料（4人一组）：大水槽1个、透明塑料杯（无孔）2个、透明塑料杯（杯底带孔且封口）1个、干纸巾若干、乒乓球1个、去底带盖的矿泉水瓶1个、气球1个、抹布1块。2.记录工具：学生活动手册、彩色笔。六、教学过程（一）唤醒经验，聚焦问题：创设“占座”情境，引入空间概念1.情境导入：上课伊始，教师指着讲台上的一满盒粉笔和一个装满水的烧杯提问：“同学们，这个粉笔盒现在还能再放进一支粉笔吗？这个烧杯还能再倒入一些水吗？为什么？”2.学生交流：学生根据生活经验很容易得出“不能”的结论，并解释为“里面满了”、“没有地方了”。3.概念建模：教师顺势引导：“在科学上，我们把‘没有地方了’这种现象叫做‘占据了空间’。（板书：占据空间）粉笔和粉笔盒都是固体，水和烧杯都是液体，它们占据了空间。那么，我们周围无处不在的空气，它能不能占据空间呢？（板书：空气能？）”4.揭示课题：今天我们就来通过实验，探究这个问题。（板书完整课题：空气能占据空间吗）【设计意图】通过具身的体验（“占座”现象）和类比，将抽象的“空间”、“占据”概念转化为学生可以直观理解的实例，降低概念门槛，激发探究兴趣。（二）探究一：压杯入水——制造认知冲突，初建概念1.【核心探究】提出问题，作出假设：教师出示一个干纸巾团和一个透明的塑料杯（杯底无孔）。“如果我把这个纸团塞在杯底，然后将杯子竖直倒扣入水中，直到水没过杯底，里面的纸团会湿吗？”（板书：猜测：会/不会）2.学生预测：让学生举手并说明理由。可能会有两种观点，教师暂不评判。3.明确方法：播放微课视频，强调关键操作——杯子必须“竖直”压下，“竖直”提起，防止晃动导致水进入。4.分组实验：学生以小组为单位动手操作。教师巡视，提醒动作要领，并引导学生观察杯中水面高度有无变化。5.汇报交流：实验结束后，各组汇报结果——纸团没有湿。6.证据推理：【重要】教师追问：“纸团就在杯底，水明明包围了杯子，为什么水没有进去把它弄湿呢？是什么东西挡在了门口？”引导学生思考：杯子倒扣入水时，杯子里有什么？是空气占据了杯内的空间，水才进不来。（板书：现象1：纸团不湿——原因：杯内有空气占据空间）7.模型建构：请一名学生在黑板上用简笔画画出杯子和水，并用圆圈或阴影表示出“空气”的位置，形象地展示空气是如何“挡”住水的。【设计意图】此环节是本课的核心实验之一。通过直观的现象与预测的巨大反差，引发学生的深度思考，促使他们意识到“空气存在”并“占据了位置”，初步构建概念。（三）探究二：扎孔观察——制造变量，反向证实1.【重点突破】提出问题：“现在我们证明了空气能占据空间，有什么办法可以让水‘打败’空气，进到杯子里去，把纸团弄湿吗？”（板书：挑战：让纸团湿）2.学生设计方案：鼓励学生大胆设想。在引导学生发言后，教师出示一个杯底预先扎了小孔并用橡皮泥或胶带封住的杯子。3.揭秘材料：教师展示这个有孔的杯子，并解释：“这个杯子底部有一个小孔，但被我暂时堵住了。现在它和刚才的杯子一样。如果我在水里松开堵住小孔的手指，会怎样？”4.分组实验：学生领取有孔杯子，重复刚才的操作（倒扣入水），但在杯子完全浸没后，松开堵住小孔的手指。观察现象：杯子内水面上升，纸团变湿，有气泡从孔中冒出。5.证据分析：【高频考点】教师引导学生分析：“松开手指后，你看到了什么？（气泡）气泡是从哪里来的？说明了什么？（说明原本占据杯内空间的空气从小孔‘跑’出去了）空气跑了之后，谁进来了？（水进来了）这又说明了什么？（水占据了原来空气的空间）”6.得出结论：正是因为空气被“请”了出去，水才有机会进来占据空间。这从反面再次强有力地证明了——空气确实能占据空间。（板书：现象2：纸团变湿——原因：空气排出，水占据空间）【设计意图】此环节采用“控制变量”的思想，通过改变“有无孔洞”这一条件，让学生清晰地看到空气的“去”与“留”对结果产生的决定性影响。气泡的产生将看不见的空气流动变得可视化，是逻辑推理的极佳素材。（四）探究三：打气观察——逆向思维，重构空间1.【难点化解】提出挑战：“水很厉害，把空气挤出了杯子。现在老师想请你们当‘空气’的帮手，你能想办法把水赶出去，让空气重新夺回它的地盘吗？”（板书：挑战：赶出水）2.材料介绍：教师出示去底的矿泉水瓶、乒乓球和水槽。演示：将去底的瓶子套住乒乓球，垂直压入水中，乒乓球被压在水底。3.尝试与发现：学生操作，发现无论怎么压，只要瓶子里有空气，乒乓球就沉在水底，水无法充满瓶子。4.关键引导：教师提问：“有什么办法能让水充满瓶子，再把水赶出去？”引导学生想到“换气”。教师示范：在瓶子压入水中后，慢慢拧开瓶盖。5.现象观察：拧开瓶盖的瞬间，学生能看到水迅速进入瓶子（乒乓球浮起），同时瓶口有气泡冒出。此时迅速盖回瓶盖，水被锁在瓶内。6.终极挑战：教师出示打气筒和带有气针的瓶盖（或类似装置）。“现在，我们通过这个小孔向瓶子里打气，你们猜会发生什么？”7.演示实验：教师演示向充满水的瓶中打气，学生观察：瓶内的水被迅速从底部开口处压出，乒乓球随之下沉。8.分析解释：【难点】教师引导学生解释：“为什么打气能把水赶出去？”（因为打进去的空气越来越多，占据了瓶子里的空间，水没有空间了，只能被挤出去）（板书：现象3：打气排水——原因：空气重新占据空间）【设计意图】这个环节通过“赶水”任务，形成了一个完整的逻辑闭环：空气占据空间（纸团不湿）→空气离开，水占据空间（纸团变湿）→空气再次进入，重新占据空间（水被排出）。学生在动手操作中深刻体会到“空间”的归属是可以在物质之间转移的，深化了对概念的理解。（五）总结归纳，形成共识1.回顾与梳理：教师引导学生回顾刚才的三个实验，并板书关键词。2.学生总结：【重要】请学生尝试用一句话概括今天的学习收获。3.教师提炼：是的，虽然空气看不见、摸不着，但通过实验我们证明，它像木块、水一样，能够（生齐答）占据空间。（板书擦掉问号，改为叹号：空气能占据空间！）（六）迁移应用，拓展延伸1.生活链接：【热点】“在我们的生活中，哪些地方用到了‘空气占据空间’的原理？”引导学生举例：充气城堡、汽车轮胎、篮球、救生圈等。2.趣味挑战（根据课堂时间灵活安排）：1.3.挑战一：瓶中吹气球。提供带有气球的空塑料瓶（不漏气），让学生尝试吹大气球。结果吹不大，为什么？（因为瓶内的空气占据了空间，不给气球膨胀的机会）怎么改进才能吹大？（在瓶底扎个孔，让瓶内空气有路可逃）2.4.挑战二：不倾斜，取水。提供半瓶水、两根吸管和一块橡皮泥，要求学生在不倾斜瓶子的情况下，利用空气把水从瓶中挤出来。（用橡皮泥封住瓶口，插入一长一短两根吸管，对着短吸管吹气，空气占据瓶内空间，压迫水从长吸管流出）七、板书设计小学科学三年级上册《空气能占据空间吗》核心素养导向教学设计空气能占据空间吗？→空气能占据空间！【实验一】压杯入水：纸团不湿（空气在，水不进）【实验二】扎孔观察：纸团变湿（空气跑，水进来）【实验三】打气观察：打气排水（空气回，水出去）【核心结论】：空气和其他物质一样，能占据空间。八、作业设计（一）基础性作业向家长讲述今天课堂上的三个实验，并解释为什么纸团有时会湿、有时不会湿。（二）实践性作业【拓展】回家尝试“瓶中吹气球”实验，如果能成功把瓶中的气球吹大，请思考是什么原因；如果吹不大，也请思考为什么。九、教学反思（预设）本课的设计紧扣“思维型探究”理念，通过“制造矛盾—观察现象—分析原因—归纳结论