资源简介

第14课　称空气（教学设计）
课题 称空气 课时安排 1课时
教材分析 本课是第四单元“空气的性质”的第2课，课题为称空气。教材承接上一课空气占据空间的认识，提出空气有质量吗这一可以测量的新问题，安排两类活动：用自制的简易天平比较两只气球充气前后的平衡，用电子秤比较皮球充气前后的读数变化。教材的主线是先把空气装进容器，再比较装空气前后的质量变化，用变化量说明空气有质量，并引导学生体会空气很轻，所以必须借助灵敏的仪器。 本课对应《义务教育科学课程标准（2022年版）》核心概念1“物质的结构与性质”中学习内容1.2“空气与水是重要的物质”的3~4年级内容要求：④说明空气有质量并占有一定的空间，空气会充满各处。本课在前一课落实占据空间的基础上，集中落实说明空气有质量这一点。本课涉及的跨学科概念是物质与能量、稳定与变化：空气作为物质具有质量，天平由平衡到倾斜再回到平衡，正是稳定与变化的直观体现。 与原教材相比，2024年版更强调测量工具的灵敏度和数据的比较，不再满足于看看天平倾斜，而是要求读出具体数值、算出差值、用多组数据共同支撑结论。本课与第7课使用天平的经验相衔接，学生已有基本操作基础；与第13课构成从占据空间到有质量的性质链，同时为第15课热空气变轻、第16课风的形成提供物质观念的支撑，也为四年级定量研究物质的质量打基础。
核心 素养目标 科学观念：知道空气有质量，但很轻；知道充气后的皮球比充气前重，多出来的那部分质量就是充进去的空气的质量；知道空气充满各处，所以一间屋子里的空气质量其实很大。 科学思维：能围绕空气有没有质量设计比较方案，理解称不了空气本身、可以称多出来的那部分空气这一思路，能对读数变化不明显、天平只微微倾斜等现象作出合理分析。 探究实践：会调平简易天平，比较两只相同气球充气前后的平衡变化；会使用读数精确到0.1克的电子秤称量皮球充气前后的质量，能如实记录数据并算出差值。 态度责任：体会科学结论需要数据支持，养成精确读数、如实记录、重复测量的习惯，感受科学家称量看不见的物质时的智慧与坚持，知道电子秤要放在水平桌面上使用，不做与实验无关的摆弄。
重点 和难点 教学重点：通过简易天平比较两只相同气球充气前后的平衡变化，以及用电子秤比较皮球充气前后的质量读数，用两种方法证明空气有质量。 教学难点：理解空气很轻，直接感受不到它的质量，必须借助灵敏的仪器比较差值才能发现。突破策略：同一个问题用两种方法互相印证，用差值记录单把变化写成数字，再用全班多组数据共同支撑结论。
教学过程
教学环节 教学活动 设计意图
导入新课 教师出示一个装了半袋空气的透明密封袋放在桌上，请学生说说袋子重不重。再把袋子放到托盘上，请两名学生用手掂一掂，多数学生会说几乎感觉不到重。教师追问：感觉不到，是不是就没有？随后教师出示一台读数精确到0.1克的电子秤和一副用木棍做成的简易天平，告诉学生今天要用它们来断案。 教师提出本课的挑战任务：谁能想办法称出一团空气的质量？请每组讨论两分钟，把想到的办法写在记录单上。教师巡视时把典型思路圈出来，如用袋子装、用皮球装、用天平比一比，为后面的方案研讨准备素材。 教师板书课题称空气，并把学生的方案贴到黑板上，引导学生发现所有办法都有一个共同点：先要把空气装进一个容器里。教师顺势提出今天的研究路线，也就是先设计装空气的办法，再比较装空气前后的变化，用数据说话。 设计意图：从掂一掂的手感入手，让学生亲身经历感觉不到的体验，再用感觉不到是不是就等于没有这一追问把认知矛盾摆到台面上。电子秤与简易天平的出示，暗示本课要走测量路线，达成态度责任目标中体会结论需要证据支持这一要求。 设计意图：把称空气的困难直接交给学生，让其在真实困难中寻找出路，这本身就是科学家的思考路径。教师只在装在哪里、称什么变化两处点拨，学生从想办法转向写方案，达成科学思维目标中设计比较方案的要求，也为环节二、环节三的实验提供方案依据。
讲授新课 本节课的主线是把一个抓不住、看不见的东西变成可以称量的数据。课堂从空气有没有质量的争论开始，先让学生尝试直接称空气并受挫，再引导学生想到把空气装进皮球，用装空气前后的质量差来说明问题。全课用简易天平和电子秤两条路径互相印证，最后用多组数据共同得出空气有质量但很轻的结论，并把方法提炼为装起来、比变化。设计上把三年级学生最需要体会的两件事放在中心：一是比较要公平，两只气球本身要一样重，只能改变有没有充气这一个条件；二是空气很轻，变化量常常只有一两克，所以仪器要够灵敏、读数要够精确、次数要够多。误差研讨不是走过场，而是本课思维含量最高的环节，学生正是在解释为什么看不出来的过程中理解测量工具的价值。 环节一：情境导入·提出挑战（约6分钟） 教师把一只装了半袋空气的透明密封袋放在讲台托盘上，请两名学生轮流掂一掂并说说感受。接着教师把袋子放到读数精确到0.1克的电子秤上，读数显示袋子的质量。教师再掏空袋子重新称一次，读数几乎一样。教师提问：空气到底有没有质量？如果连袋子一起称都看不出变化，我们还能用什么办法来判断？学生先用手掂，再把整袋空气放到电子秤上，发现读数几乎看不出变化，教室里冒出一个疑问：难道空气真的没有质量？教师暂不下结论，把这个问题写在黑板正中央。 师：我们已经知道空气会占据空间，那空气有质量吗？生（预设）：应该有的，因为空气也是一种东西。师：你说的应该，有证据吗？生（预设）：没有，我只是觉得应该有。师：用手掂一掂这袋空气，能感觉到质量吗？生（预设）：感觉不到，好像一点重量也没有。师：感觉不到就等于没有吗？我们可以用什么办法来判断？生（预设）：用秤称一称，看数字有没有变化。师：如果秤上一点变化都看不出来，就一定说明空气没有质量吗？生（预设）：不一定，也可能是空气太轻了，我们用的秤不够灵敏。 学生四人一组，先完成一次挑战：小组讨论两分钟，写出一种称空气的办法。多数小组会提出把空气装进袋子里再称。教师追问袋子本身有没有质量，引导学生意识到要先知道空袋子或者瘪球的质量，再比较装空气后的质量，两者相减才是空气的质量。教师把各组的思路贴在黑板上形成方案清单，并圈出共同点：都要先装起来，再比变化。教师补充一句，装空气的容器要尽量轻、要密封，袋子漏气或者本身太重，都会让变化看不出来。 【知识归纳】①空气有质量，只是很轻，靠手感常常感觉不到。②判断看不见的东西有没有质量，不能靠感觉，要靠仪器测量和数据比较。③称空气的基本思路是先把空气装进容器，再比较装空气前后的质量差，多出来的那部分就是空气的质量。④这个方法可以推广到很多情况，凡是装得住的东西，都能用装之前和装之后比较的办法研究它的质量。 【评价要点】达成态度责任目标：学生能认识到感觉不能代替证据，达标证据是能说出要用秤来称而不是靠掂一掂。达成科学思维目标：学生能围绕空气有没有质量提出可以检验的方案，达标证据是小组方案里出现了先称容器、再称容器加空气、两者相减这三个必要环节。能提出方案算初步达成，能设计出公平的比较条件才算完全达成。 环节二：探究实践一·简易天平称空气（约12分钟） 材料清单（每组一份）：用细木棍或衣架做成的简易天平一副，两端各系一根等长的细线；两只完全相同的气球；打气筒一个；细绳若干；小螺母两枚作配重；透明胶带；实验记录单。操作提示：两根吊线必须等长，两个挂点到支点的距离必须相等；吹好的气球要用细线扎紧气口，防止缓慢漏气；每次比较前都要先检查天平是否平衡，否则不能开始观察。课前教师要把每副天平的吊线长度和挂点位置逐组检查一遍，把两只气球成对装好并写上同一组的编号。 操作步骤：第一步，把两只没有充气的气球分别挂在简易天平两端，调整位置或者加减小螺母，使天平保持平衡。第二步，取下一只气球，用打气筒把它打足气并扎紧气口。第三步，把充气后的气球挂回原来的位置，观察天平哪一端下沉。第四步，把充气的气球取下放净空气，再挂回去，观察天平是否重新恢复平衡。第五步，重复两次，确认现象一致后再记录。操作提示：给气球打气不要打得太满，防止挂上时突然破裂；每次取下气球前要先扶稳天平，避免支点被碰歪。 记录单样式：四行表格，栏目为两只气球的状态、天平的状态（平衡或哪端下沉）、我的判断。样例记录：两只都瘪，天平平衡；左瘪右足气，右端下沉；放气后两只都瘪，天平重新平衡。追问链：师：气球还是那只气球，挂的位置也没变，为什么一充气天平就往这边沉？生（预设）：因为气球里多了空气，空气有质量，这一边就变重了。师：把气放掉以后天平又恢复了平衡，这说明了什么？生（预设）：说明多出来的质量确实是空气带来的，不是气球本身变了。教师提醒学生，判断一栏要写清楚是哪一端下沉、下沉说明什么，不能只写变了两个字。 师：两只气球为什么必须一样重？生（预设）：如果气球本身就不一样重，天平倾斜就分不清是气球的差别还是空气的差别。师：为什么要把天平调平以后再充气？生（预设）：平衡说明两边本来一样重，充气以后的变化才能说明是空气造成的。师：如果换一个大小完全不同的气球做实验，还能说明问题吗？生（预设）：不能，比较的两个东西本身要先一样，才能比出充气带来的变化。师：如果两个挂点到支点的距离一边长一边短，实验还公平吗？生（预设）：不公平，距离不一样，轻的东西也可能压下去，所以吊线要一样长、挂点要一样远。 【知识归纳】①充气的一侧下沉，说明空气有质量。②放气后重新恢复平衡，说明质量的变化确实是空气带来的。③比较实验要公平：两只气球必须一样重，天平必须先调平，只能改变充气与不充气这一个条件。④天平往哪边沉，就说明哪一边更重，学会读天平的倾斜方向，是使用天平的基本功。 【评价要点】达成探究实践目标：学生会调平简易天平并按步骤完成三次观察，达标证据是记录单上三个阶段的天平状态记录完整、前后一致。达成科学思维目标：学生能理解公平比较的条件，达标证据是能说出为什么两只气球要一样重、天平为什么要先调平。教师用一分钟随机抽两组复述实验步骤，其余学生用有没有漏掉调平这一步来互评。 环节三：探究实践二·电子秤称空气（约12分钟） 材料清单（每组一份）：读数精确到0.1克的电子秤一台；皮球或厚壁塑料瓶一个；打气筒一个；记录单。操作提示：电子秤要放在水平桌面上，称量前先按归零键清零；皮球放在秤盘中央，等读数不再跳动后再记录；打气次数要记下来，各组统一打20下，保证条件一致；搬动电子秤后要重新归零。每次称量前请一名组员检查是否归零，另一名组员负责读数，第三名组员负责记录，读数要连小数点后面的数字一起抄下来。 数据示例（第3组实测）：没有充气的瘪球是87.6克；用打气筒打气20下以后是89.2克；两次相差1.6克。全班交流时把各组数据汇成一张表：第1组87.4克与88.9克，差1.5克；第2组90.3克与91.8克，差1.5克；第4组85.9克与87.6克，差1.7克。教师引导学生发现，每组多出来的质量都在1到2克之间，充气后的皮球确实变重了。教师引导学生算一算平均差值，四组分别是1.5克、1.5克、1.6克和1.7克，数据很接近，说明各组打气次数相同、条件一致，所以这些数据能够互相支持。 师：我们称不出一团空气有多少克，为什么却称得出皮球重了1.6克？生（预设）：因为空气被装进皮球里了，皮球变成了能放在秤上的东西，多出来的1.6克就是充进去的空气的质量。师：1.6克的空气算重吗？生（预设）：很轻，用手根本感觉不到。师：既然空气这么轻，为什么说一屋子空气的质量其实很大？生（预设）：因为空气充满了整个房间，体积非常大，很多很多很轻的加在一起就重了。师：那为什么我们站在教室里一点也感觉不到被压着？生（预设）：因为空气不只是压在头顶，它从四面八方一起压过来，我们早就习惯了，所以感觉不到。 预设问题与应对。预设一：学生认为感觉不到重量就是没有质量。应对：出示电子秤的读数变化，让学生看到数字确实变了，明确感觉不能代替测量。预设二：学生用普通杆秤或台秤称皮球，读数一点没变，就断定空气没有质量。应对：引导学生想，空气只有一两克，如果秤的最小刻度是50克，变化当然看不出来，需要换读数更精确的电子秤，或者多充一些气把变化放大。预设三：学生拿一大一小两只气球比较，得出结论说大的重。应对：重申比较要公平，两只气球必须完全相同，挂的位置和吊线长度也要一致，否则不能说明问题。预设四：学生把充气后变重的原因说成气球被撑大了，不承认是空气。应对：把气球放掉气再挂回天平，让学生看到天平重新平衡，说明变化来自空气，而不是气球被撑大这件事。 变式训练：小明用简易天平做了这样一个实验：左端挂一只装满空气的密封袋，右端挂一把跟袋子同样重的剪刀，天平正好平衡。他把左端袋子里的空气挤掉一半再挂回原处，天平会怎样？为什么？参考思路：左端会上升，因为袋子里的空气质量变少了，左端变轻，天平失去平衡，弯向剪刀那一侧。这个实验再次说明空气质量的变化可以用天平比较出来。追问：如果他把袋子里的空气全部挤掉再挂回去，天平又会怎样？学生会明确左端更轻、上升得更明显，变化越大现象越清楚。也就是说，被挤掉的那半袋空气的质量，正好能被天平读出来。 【知识归纳】①电子秤的读数显示皮球充气后变重了，多出来的1到2克就是充进去的空气的质量。②空气有质量，但很轻，所以要用读数精确的仪器，或者多充一些气，才能看出变化。④把变化放大，是科学测量中常用的办法，多充一些气就是把很小的变化变成看得见的变化。③空气充满各处，装满一间教室的空气质量加起来非常可观。④今天看到的变化虽然只有几克，但正是这些很小的量让天平倾斜、让数字改变，科学结论就是靠这样的证据站住的。 【评价要点】达成科学观念目标：学生能说出空气有质量但很轻，达标证据是能用本组的数据说明充气前后相差多少克。达成态度责任目标：学生能如实记录读数、重复测量，达标证据是记录单上的数据与电子秤显示一致，没有随意凑数。记录单上的数据是否能与电子秤屏幕一一对照，是判断记录真实性的直接证据。 环节四：迁移应用·课堂小结（约5分钟） 生活应用研讨：①同样大小的两个瓶子，一个装满水、一个装满空气，为什么手感差那么多？②篮球打足气以后为什么比没气时重，也更弹？③热气球要带着吊篮飞上天，它需要克服的是什么？教师引导学生注意到，空气每升只有一点点质量，但积少成多。随后补充科学阅读材料：在0摄氏度和标准气压下，1立方米空气的质量大约是1.29千克。教师再留一道估算题：一间教室长约8米、宽约6米、高约3米，里面的空气质量大约是多少千克？学生只需体会到数量级很大即可。【知识归纳】①空气有质量但很轻，可以装进容器里用比较变化的方法测出来。②1立方米空气的质量大约是1.29千克，一屋子空气加起来很重，只是我们感觉不到。【评价要点】达成态度责任目标：学生能把装起来、比变化的思路用到别的测量问题上，达标证据是能举出一个可以用这个办法研究的例子。 【课堂小结】这节课我们把一个看不见、摸不着的问题变成了可以读出数字的结论。空气有质量，1立方米的空气大约是1.29千克，只是因为它太轻，用手感觉不到，要用读数精确到0.1克的电子秤或者灵敏的简易天平才能发现。我们还学到一个好方法：装起来，比变化。凡是抓不住的、很微小的量，都可以用先装后比的办法去测量。教师请学生把装起来、比变化这六个字写在记录单的最上面，作为本课要带走的方法收获。 【板书生成】板书分四步生成：先写课题称空气，左侧写挑战题空气有质量吗，中间画简易天平简图并标出两只相同的气球，右侧画电子秤简图并抄下87.6克、89.2克、相差1.6克三个数字，最后在下方提炼方法装起来、比变化与结论空气有质量但很轻。关键数字请学生上台填写，增强参与感。方法这六个字用红粉笔书写，作为本课要带走的思维工具。 【当堂检测】一、选择题：关于空气的质量，下列说法正确的是（　）。A．空气看不见摸不着，所以没有质量　B．空气有质量，但很轻，需要借助灵敏的仪器比较才能发现　C．称空气时两只气球可以一大一小，不必一样重　D．皮球打足气以后质量会变小。二、简答题：小明把一只瘪皮球放在读数精确到0.1克的电子秤上，读数是87.6克；用打气筒打足气后再称，读数是89.2克。他于是说：空气没有质量，因为称出来的数字只有一点点变化。小明的说法对吗？请你用数据说明理由，并给他提一条改进建议。 参考答案与解析：一、B。空气有质量但很轻，直接掂量感觉不到，必须借助灵敏的仪器比较装空气前后的变化才能发现。两只气球必须一样重才能公平比较，充气后皮球的质量应该变大而不是变小，所以A、C、D都不正确。二、小明的说法不对。两次称量的差是89.2克减87.6克，等于1.6克，说明打进去的空气确实有1.6克的质量。变化小不等于没有变化，空气很轻，1.6克正是很符合实际的结果。改进建议：称量前把电子秤归零并放在水平桌面上，多打一些气把变化放大，或者重复测量几次取比较稳定的结果，也可以换用灵敏度更高的天平来减小误差的影响。 设计意图：本课的思维核心是转换问题，即不去直接称一团抓不住的空气，而是称空气加容器前后的变化。简易天平与电子秤两条路径互为印证，天平胜在现象直观、肉眼可见倾斜，电子秤胜在能读出精确数值、算出差值。两条路径同时使用，既照顾了三年级学生的直观需要，又渗透了定量测量的意识。 设计意图：评价分别落在四个环节。环节一评价学生能否提出可检验的称量方案；环节二评价学生能否守住公平比较的条件；环节三评价学生能否读懂数据并算出差值；环节四评价学生能否把方法迁移到其他情境。当堂检测的第一题检查对空气有质量这一概念的理解，第二题用真实数据考查学生读数据、算差值、分析误差的能力，直指本课难点。
板书设计 称空气 挑战：空气抓不住、称不出，怎么证明它有质量 妙法：装进皮球，比装空气前后的变化 方法一　简易天平：两只相同气球，先调平 　　　　充气一侧下沉，放气后重新平衡 方法二　电子秤：瘪球87.6克，充气后89.2克，差1.6克 公平：气球一样重、位置一样、只改变充气与否 误差：变化太小看不出来，就换更灵敏的秤、多充一些气 结论：空气有质量，但很轻 拓展：1立方米空气约1.29千克，一屋子空气很重
作业布置 基础性作业：完成活动手册中本课的记录页，写清简易天平的三次观察结果和电子秤的两次读数，算出差值，并用一句话写出结论；在记录单上画一副天平简图，用箭头标出充气的一侧下沉。 提升性作业：回家用衣架、细绳和两只气球自制一副简易天平，先调平，再给其中一只气球充气，观察天平往哪边沉，把现象拍成照片并写两句话结论，注意不要把气球吹得过满。 拓展性作业：查一查1立方米空气大约有多重，算一算自己所在教室里的空气质量大约是多少千克，把它和你自己的体重比一比，把想法写成一段一百字左右的小短文。
教学反思 简易天平的现象比预想的明显，充气后一端下沉很清楚，多数小组不需要提示就能说出空气有质量。两只气球必须一样重这条规则由学生自己争论出来，比我直接讲解的印象深得多。 电子秤环节的问题在于读数跳动的干扰。有几组把皮球放到秤上以后读数一直在小范围变化，学生误以为是空气在漏。下次要提醒学生等读数稳定三秒再记录，并在秤旁放一张写有稳定后读数几个字的提示卡。 误差研讨环节时间偏紧，刚要进入为什么看不出来就被下课铃打断。改进办法是把误差讨论提炼成两个问题，即变化太小怎么办、工具不够灵敏怎么办，用两分钟集中突破，其余留在作业里延伸。 有两个小组在比较时用了大小不同的气球，数据无法说明问题，只能重做。下次可以在发材料时就把两只气球用同样的细线系成一对，从材料上保证公平条件，让学生把注意力放在观察和记录上。
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