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1.3 空气占据的空间会改变吗
教科版四年级上册 · 第一单元 · 第3课
课题 1.3 空气占据的空间会改变吗 课型 实验探究型
课时 1课时 教材 教科版四年级上册
年级 四年级 学科 科学
教具 两个相同的注射器、塑料瓶、水、橙子皮、皮球、气筒 教法 情境导入、实验探究、研讨交流
教学重点 通过注射器实验比较空气和水占据空间的变化，得出空气容易被压缩、水不容易被压缩的结论 学情分析 四年级学生已经知道空气占据空间，但对"空气占据的空间可以改变"缺乏认识。学生玩过注射器、打过气，有压缩空气的初步体验，但没有从占据空间变化的角度思考，需要通过对比实验建立概念
二、核心素养目标
素养维度 目标描述
科学观念 知道空气占据的空间可以被压缩，水占据的空间不容易被压缩，能说出压缩前后空气微粒之间距离的变化。
科学思维 能基于注射器实验的刻度变化进行比较和归纳，用图示的方法解释空气和水占据空间的变化，推理解释倒扣瓶进水、皮球充气等现象。
探究实践 会用两个相同的注射器分别抽进同样多的空气和水，会堵住管口慢慢用力压活塞并记录初始刻度和压缩后的刻度，重复实验收集证据。
态度责任 实验前先预测结果并说一说理由，如实记录实验数据，愿意倾听同学的想法，玩空气压缩枪游戏时管口不对着人，有安全意识。
三、教学重难点
教学重点 通过注射器对比实验，得出空气容易被压缩、水不容易被压缩的实验结论，并说出空气占据的空间可以改变。
教学难点 用图示解释注射器内空气和水占据空间的变化——压缩前后空气微粒本身的大小不变，只是微粒之间的距离变小。
四、教学过程
导入聚焦（第3~4页）环节一【聚焦】为什么还有少量的水进入瓶子里（3~5分钟）。导入前言：空塑料瓶瓶口朝下竖直压入水中，没有气泡产生，但还是有少量的水进入瓶子里。说一说我们的想法。探索1挤压塑料瓶（第5页）环节二【探索】挤压装满空气和水的塑料瓶（5~8分钟）。探究：用手分别挤压装满空气和水的塑料瓶，说一说感觉有什么不同。进行实验，收集证据，交流评估。探索2注射器实验（第6~11页）环节三【探索】用注射器研究空气和水占据的空间（8~10分钟）。探究：用两个相同的注射器分别抽进同样多的空气和水，记录初始刻度，堵住管口慢慢用力压活塞，观察并记录此时的刻度，重复上面的实验。进行实验，收集证据，交流评估。环节四【研讨】空气被压缩了吗（8~10分钟）。研讨：挤压塑料瓶时空气被压缩了吗，为什么还有水进入瓶中，鼓起来的皮球为什么还可以继续充入空气。巩固：完成学案练习第1题至第8题。总结：空气占据的空间可以改变。环节五【探索】用图示解释（5~8分钟）。探究：用画图的方法表示压活塞前后注射器内空气和水的变化。进行实验，收集证据，交流评估。环节六【拓展】制作空气压缩枪（3~5分钟）。课后任务：回家后做小游戏。设计方案：用注射器吸入一些空气，将橙子皮堵在注射器管口，用力压活塞，管口处的橙子皮会像子弹一样发射出去。注意事项：管口不能对着人。有的学生可能认为空气被压缩后变成没有了，教师强调空气只是占据的空间变小，并没有消失。追问：空气微粒的大小变了吗？强调微粒之间的距离变小。
环节与教师活动 学生活动 知识点与设计意图
环节一【聚焦】为什么还有少量的水进入瓶子里
把空塑料瓶瓶口朝下竖直压入水中 【关键问题】 既然空气占满了瓶子的空间，为什么还是有少量的水可以进入呢？上一课我们知道空气占据空间，这一课空气占据的空间会改变吗？ 【教师活动】 教师演示：把空塑料瓶瓶口朝下竖直压入水中，请学生观察。教师提问：瓶口朝下竖直压入水中，没有气泡产生，但还是有少量的水进入瓶子里。既然空气占满了瓶子的空间，为什么还是有少量的水可以进入呢？请学生说一说我们的想法。 【学生活动】 生1：水把空气挤出去了，所以水进来了。 生2：可能瓶子里的空气变少了，空气让出来一点地方，水才能进去。 预设回答：有的学生可能认为瓶盖没盖紧水才进去的，教师追问：上一课拧紧瓶盖水进不去，这次同样盖着盖子，为什么还是有少量的水进入呢？ 【知识点】 把空塑料瓶瓶口朝下竖直压入水中，没有气泡产生，但还是有少量的水进入瓶子里。既然空气占满了瓶子的空间，为什么还是有少量的水可以进入呢？这是本节课要研究的核心问题。 【设计意图】 上一课的结论是空气占据空间阻止水进入，这一课的现象却是有水进入，制造认知冲突，引发学生对空气占据的空间是否可以改变的思考。
环节二【探索】挤压装满空气和水的塑料瓶
用手分别挤压装满空气和水的塑料瓶 【关键问题】 用手分别挤压装满空气和水的塑料瓶，说一说感觉有什么不同？瓶中的空气和水占据的空间发生变化了吗？ 【教师活动】 教师发给每组两个塑料瓶，一个装满空气、一个装满水，布置任务：用手分别挤压装满空气和水的塑料瓶，说一说感觉有什么不同。教师巡视，追问：装空气的塑料瓶瘪了，空气被压缩了吗？有同学说我觉得装空气的塑料瓶被挤压后膨胀了，你的想法是什么？瓶中的空气和水占据的空间发生变化了吗？ 【学生活动】 操作：用手分别挤压两个塑料瓶，感受手上的力道和瓶子形状的变化。 生1：装空气的塑料瓶瘪了，轻轻一捏就变形，空气被压缩了吗？ 生2：装水的塑料瓶捏不动，硬硬的，水不容易被压缩。 预设回答：有的学生可能认为挤压后瓶子膨胀了，教师追问：手松开后瓶子恢复原状，刚才瘪下去的部分去哪里了？空气占据的空间是变大还是变小了？ 【知识点】 用手分别挤压装满空气和水的塑料瓶，装空气的塑料瓶瘪了，这是因为空气被压缩了，手松开后瓶子又恢复原状，例如捏海绵一样，空气占据的空间又能变大；装水的塑料瓶捏不动，水占据的空间几乎没有变化。瓶中的空气和水占据的空间发生变化了吗——空气占据的空间变小了，水占据的空间几乎不变。要注意：瓶子里不是空的，空气一直占着空间。 【设计意图】 先用手挤压获得直观感受，学生初步发现空气容易被压缩、水不容易被压缩，为注射器定量实验做铺垫。
环节三【探索】用注射器研究空气和水占据的空间
用注射器研究空气和水占据的空间 注射器对比实验 【关键问题】 怎样比较空气和水占据的空间的变化？压活塞前后，注射器的刻度会发生什么变化？什么原因让刻度变化？ 【教师活动】 教师出示两个相同的注射器，提示：实验前，可以先预测一下结果并说一说理由。教师讲解步骤：第一步，用两个相同的注射器分别抽进同样多的空气和水，记录注射器的初始刻度；第二步，用手堵住注射器管口，慢慢用力压活塞，直到压不动为止，观察并记录此时的刻度；第三步，重复上面的实验。教师巡视指导，提醒堵紧管口，追问：刻度为什么变小了？ 【学生活动】 预测：空气可能压得动，水可能压不动，说一说理由。 操作：抽进同样多的空气和水，记录初始刻度，堵住管口慢慢用力压活塞，记录此时的刻度，重复实验。 生1：空气注射器的刻度从10毫升变成5毫升左右，还能继续压一点点。 生2：水注射器的刻度几乎不变，活塞很难推动，压不下去。 预设回答：有的学生可能认为活塞能一直压到底，教师追问：为什么压到一定程度就压不动了？空气去哪里了？ 【知识点】 注射器内空气和水占据的空间：空气注射器的初始刻度是10毫升，用力压活塞的刻度变成5毫升左右，刻度明显变小；水注射器的用力压活塞的刻度仍是10毫升左右，几乎不变。实验结论：空气容易被压缩，水不容易被压缩。例如压针筒打气就是压缩空气在生活中的应用。 【设计意图】 用刻度把空间变化变成可以比较的数据，先预测再实验，培养用证据说话的意识。重复实验让结论更可靠。
环节四【研讨】空气被压缩了吗
【关键问题】 通过注射器实验，我们可以推测挤压装空气的塑料瓶时，塑料瓶中的空气被压缩了吗？将装满空气的塑料瓶倒扣入水中，为什么还会有水进入？鼓起来的皮球为什么还可以继续充入空气？ 【教师活动】 教师引导学生围绕三个问题展开研讨，结合实验记录说理：挤压塑料瓶时瓶中的空气被压缩了吗？为什么倒扣入水还有水进入？皮球为什么能继续充气？教师逐一讲评学案第1题至第8题，辨析易错点：空气被压缩后，空气微粒本身的大小不变，变的是微粒之间的距离。 第1题、第2题、第3题、第4题、第5题、第6题、第7题、第8题，教师逐一讲评并辨析易错点。 【学生活动】 生1：塑料瓶中的空气被压缩了。挤压时瓶子瘪了，瓶内空气占据的空间变小，和注射器实验的道理一样。 生2：瓶子里的空气占据的空间被压缩了，空出来的空间被水占据，所以还是有少量的水进入瓶中。 生3：因为空气可以被压缩，皮球里的空气被压缩后还能继续充入更多空气，所以鼓起来的皮球还可以继续充入空气。 预设回答：有的学生可能认为空气被压缩后就变没有了，教师强调：空气没有消失，只是占据的空间变小了，空气微粒本身的大小不变。 【知识点】 通过注射器实验，我们可以推测挤压装空气的塑料瓶时，塑料瓶中的空气被压缩了。将装满空气的塑料瓶倒扣入水中，瓶内空气占据的空间被压缩，空出来的空间被水占据，所以还是有少量的水进入。鼓起来的皮球还可以继续充入空气，因为空气容易被压缩。空气占据的空间可以改变。 【设计意图】 用注射器实验的结论解释三个新情境，检验学生能否迁移运用。讲评学案练习，巩固空气容易被压缩、水不容易被压缩的核心结论。
环节五【探索】用图示解释空气和水占据空间的变化
用图示解释 压活塞前后刻度对比 【关键问题】 怎样用画图的方法表示空气和水占据的空间的变化？空气是这样变化的，水是怎样变化的呢？ 【教师活动】 教师引导：用画图的方法表示压活塞前后，注射器内空气和水占据空间的变化。教师在黑板上画示范图：用小圆点表示空气微粒，压活塞前微粒之间距离大，压活塞后距离变小。教师提问：空气是这样变化的，水是怎样变化的呢？强调：空气微粒本身的大小不变，变的是微粒之间的距离。 【学生活动】 画图：在学案上画出压活塞前后空气微粒和水微粒的分布。 生1：空气微粒之间距离变小了，分布变密，空气占据的空间变小。 生2：水微粒之间距离基本不变，水占据的空间几乎不变，所以水不容易被压缩。 预设回答：有的学生可能把空气微粒画小了，教师追问：微粒本身变小了吗？还是微粒之间的距离变小了？ 【知识点】 用图示解释注射器内空气和水占据空间的变化：压活塞前空气微粒之间距离大，压活塞后距离变小，空气占据的空间变小；水微粒之间距离基本不变。空气是这样变化的，水是怎样变化的呢——空气占据的空间可以改变，水占据的空间几乎不变。 【设计意图】 把看不见的压缩过程画成示意图，帮助学生建立微观模型，突破教学难点。
环节六【拓展】小游戏：制作空气压缩枪
拓展——制作空气压缩枪 【教师活动】 教师介绍小游戏：制作空气压缩枪。材料：注射器、橙子皮。做法：第一步，用注射器吸入一些空气；第二步，将橙子皮堵在注射器管口；第三步，用力压活塞，管口处的橙子皮会像子弹一样发射出去。教师提问：生活中有哪些空气被压缩的应用呢？教师出示图片：喷雾器、公交刹车、码钉枪、吹尘枪。教师强调安全提醒：游戏时，注射器管口不能对着人。课后任务：回家后做一做，向家人解释橙子皮为什么会被发射出去。 【学生活动】 生1：压活塞时空气被压缩，被压缩的空气用力往外推，就把橙子皮推出去了。 课后任务：回家后按步骤做——材料：注射器、橙子皮；步骤：吸入空气、橙子皮堵管口、用力压活塞；注意事项：管口不能对着人，不要对着家人和同学发射。 【知识点】 小游戏：制作空气压缩枪。用注射器吸入一些空气，将橙子皮堵在注射器管口，用力压活塞，管口处的橙子皮会像子弹一样发射出去，因为压缩后的空气有弹力，会把橙子皮推出去。例如给篮球打气、用打气筒给气球充气，也是把空气压缩进一个空间里。生活中有哪些空气被压缩的应用呢——喷雾器、公交刹车、码钉枪、吹尘枪都是。游戏时，注射器管口不能对着人。 【设计意图】 用有趣的游戏巩固空气容易被压缩的认识，同时明确安全要求，让学生在玩中继续观察和思考。
五、典例精讲
【典例精讲】例1：把空塑料瓶瓶口朝下竖直压入水中，没有气泡产生，但还是有少量的水进入瓶子里，这是为什么？
分析：瓶子里有空气，空气占据着瓶内的空间。水能进入，说明瓶内空气占据的空间变小了，也就是空气被压缩了，空出来的空间被水占据。用手分别挤压装满空气和水的塑料瓶时，瓶子瘪了也是同样的道理。
答：因为瓶内空气占据的空间被压缩了，空出来的空间被水占据，水被压入瓶子里，所以有少量的水进入瓶中。这说明空气占据的空间可以改变。
【典例精讲】例2：用注射器研究空气和水占据的空间时，抽进同样多的空气和水，堵住管口用力压活塞，刻度变化有什么不同？
分析：空气注射器用力压活塞的刻度明显变小，水注射器的刻度几乎不变。瓶中的空气和水占据的空间发生变化了吗？空气的变小，水的几乎不变。
答：空气容易被压缩，水不容易被压缩。压缩前后空气微粒本身的大小不变，微粒之间的距离变小，所以占据的空间变小。
【典例精讲】例3：鼓起来的皮球为什么还可以继续充入空气？
分析：皮球里已经装了很多空气，还能继续充入，说明空气占据的空间可以变小再变大。生活中有哪些空气被压缩的应用呢？给篮球打气、给轮胎打气、喷雾器、射钉枪都是。空气被压缩后，继续充入的空气就储存在了更小的空间里。
答：因为空气容易被压缩。鼓起来的皮球还可以继续充入空气，被压缩后还能继续充入更多空气，充进去的空气让皮球更硬更有弹性。
六、板书设计
空气占据的空间会改变吗 实验探究 解释现象
空气容易被压缩
水不容易被压缩
空气占据的空间可以改变 注射器：刻度对比
挤压塑料瓶：一瘪一硬
图示：微粒距离变小 倒扣瓶进水：空气被压缩
皮球充气：空气可压缩
压缩枪：压缩空气做功
AIGC标识: 76a46795-69ab-4f3a-95f5-33927d86ec78

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