资源简介

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14. 称空气
【单元主题】
《空气的性质》
【单元教学目标】
空气是地球上所有生物赖以生存的重要物质。但学生一般会直观地认识空气的基本特征，误以为“看不见的物体不占据空间”“空气没有质量”“风是凭空产生的”“空气静止不动”，不会意识到冷热空气与风的形成之间的关系。本单元的学习将帮助学生突破认知障碍，进一步认识空气的性质。帮助学生初步理解空气性质与空气运动，不仅是科学启蒙的起点，更是培养未来公民应对气候挑战、推动技术创新的基石。
本单元将抽象的空气性质转化为10多个可操作的探究任务支撑观念建构，通过“做中学、学中思、思中用”的闭环设计，培养学生用科学眼光观察世界、用创新思维解决问题的终身能力。通过“瓶中气球吹不大”“倒扣杯子纸巾不会湿”等活动，学生直观感受空气占据空间的性质，学会利用证据说明空气占据空间、充满各处的性质。通过“冷热瓶烟流实验”“模拟自然风装置”
等直观活动形成完整逻辑链，助力学生形成整合性科学观念。
【本课在单元中的任务】
本单元由《吹气球》《称空气》《热气球》《风的形成》四课组成。本单元以日常空气现象或事件为明线，以空气的物理性质为暗线，采用宏微结合的设计策略，将抽象性质转化为若干可感知的探究任务。本课从“轻得像空气”的说法切题，引导学生调动经验用多个证据证明空气有质量，进而感受测量本质和科学精神，引入数学工具比较房间内空气质量与自己体重。两个模块之间为并列关系，分别运用具身探究和科学阅读两种方式来认识空气有质量的性质。
【教学目标】
1.能用证据证明空气有质量，了解不同研究方法。
2.能分析实验现象和测量数据，作出因果推理。
3.会用电子天平测量皮球里空气的质量。
4.体会到研究空气质量有意思，感受科学家所作的贡献。
【教学重点】
用实验和测量的方法证明空气有质量。
突破方法：第一部分，利用细杆和气球做实验，让学生看到现象而推测出空气有质量；第二部分，利用电子天平测量，从数据中分析空气确实有质量。
【教学难点】
分析实验现象和测量数据形成结论。
突破方法：通过对现象的描述和推理以及对数据的对比分析得出结论。
【教学准备】
教师材料：教学课件、相关视频、演示实验材料。
学生材料：用电子天平测量皮球里空气质量的实验材料。
【教学时间】
1课时
【教学过程设计】
一、创设情境，聚焦课题
师：上节课我们开始了对于空气的研究，想一想你收获了什么？
生：空气占据空间，空气没有确定的体积和形状等。
提问：生活中，我们经常说“轻的像空气”，真的是这样吗？说说你的理由。
生：交流并说明理由。
师：对，同学的想法都很好，空气到底有没有质量呢？感觉并不可靠，还得经过验证。这节课我们就一起走进《称空气》。
（板书：称空气）
［设计意图：从复习上节课知识开始，巩固学生对于学过知识的掌握程度，贴近学生认知，让学生认识到所学知识之间的联系，激发学生的探究兴趣，自然引出课题。］
二、证明空气有质量
过渡:要想验证我们的猜想，还得需要验证。
师：天平是测量质量的工具。看来我们要请出天平这种工具啦!
图片展示:这是幼儿园用过的天平，还记得用它怎么比较两个苹果谁轻谁重吗
结合图片说明比较方法:低的重，高的轻。
出示装置并提问:这里有一根呈水平的细杆，两头各挂着一个充气气球。就用这套装置你能比较出充气气球和瘪气球谁轻谁重吗 打算怎么做
生：交流并分享做法。
生：推测实验现象。
师：演示实验。
生：观察实验现象。
提问:根据实验现象你能得出什么结论
结论：左侧气球放气前，细长棍保持水平平衡。左侧气球放气后，右侧低，左侧高，说明左侧变轻了。由此推断，空气有质量。
过渡:如果想要更精确的测量空气的质量，需要用到什么工具呢？
生：电子天平。
提问：怎样做呢？
生：回顾电子天平的使用方法。
1.将电子天平放在水平桌面上，打开电源。
2.按“归零"键，确保在测量前数字显示为“O”。
3.将要测量的物体放在电子天平上，读取显示数字即可。
注意:被测物体的质量要在电子天平的测量范围内。
追问：想一想利用电子天平称空气的实验如何做呢？
生：阅读教材第55页操作步骤和记录。
思考问题:充多少筒气 如何充气 组员如何人人参与 要测量几次
播放实验操作微视频，详细指导实验过程。
师：再次提示操作关键点。充气时，打气筒推杆每次都要拉
到底，再推到底。
生：分组活动，记录数据。
师：引导分析数据，描述本组测量数据变化趋势，得出结论。
讨论:为什么皮球变圆了还能再充入空气
为什么每组的测量结果不完全相同
生：讨论并分析。
小结:这个实验用到了空气的好几个性质:占据空间、容易被压缩、有质量。而影响测量结果的因素确实有很多:如皮球轻重和体积、一筒空气体积、电子天平准确性、工具使用能力、读数与记录能力等等。
［设计意图：体验用两种不同的方法来证明空气有质量。通过细长棍平衡状态的变化，推断气球里的空气有质量;用测量的方法证明空气有质量。］
三、伽利略称空气的科学史
过渡:在过去，人们是怎么知道空气是否有质量的呢
任务：阅读教材第56页《伽利略称空气》。
思考:古人一开始就知道空气有质量吗 伽利略用到了什么装置 空气究竟有多重是伽利略测出来的吗
生：阅读并思考。
播放还原伽利略称空气实验的视频。
说明：伽利略第一次测量的是皮袋、水、玻璃瓶及其中压缩空气的总质量，第二次测量的是皮袋、水、玻璃瓶及其中剩余空气的总质量。组合装置的巧妙之处在于利用皮袋中的水和外力将玻璃瓶中的空气压缩。今天我们可以用气球代替皮袋还原这个实验。本实验原理是减量法。
出示1立方米正方体框架。
讲解:在接近地面处，这么多空气的质量约为1.3千克。
说明：高度越高，空气越稀薄，空气密度越小，同体积情况子下空气质量越小。因此一定要说明在接近地面处。
提问：想一想我们教室里空气的质量是多少呢？
师演示:用皮尺测量教室的长、宽、高，用计算器计算教室里空气的体积，再用计算器计算空气的质量。
［设计意图：介绍17世纪伽利略证明空气有质量的实验方法，帮助学生从科学史中了解科学家的贡献。］
四、课堂小结
（PPT 展示本课核心内容）师：同学们，今天这节课我们一起学习了 “称空气”，谁来说一说，你有哪些收获？
生（预设）：空气是有质量的等。
师：大家的收获都很多！请同学们课后估算你房间里空气的质量，与你的体重作比较。下节课将结果与老师、同伴分享。最后，我们一起熟读本课的核心知识点。
生：熟读知识点。
［设计意图：通过学生自主总结收获，回顾本课核心知识，了解学生的掌握情况；布置课后制作任务，让学生将科学探究延伸到生活中，持续激发学生持续探究的兴趣。］
【板书设计】
称空气
1.空气有质量。
2.在接近地面处，1立方米空气的质量约为1.3千克。
【教学反思】
本节课通过杆秤式气球对比实验、电子天平测皮球空气质量两组探究活动，帮助学生建立 “空气有质量” 的科学概念，结合伽利略称空气的科学史，让学生体会科学探究的过程，基本达成教学目标。
气球平衡演示实验现象直观，学生能够根据杆的倾斜变化推理出空气有质量。但电子天平分组实验环节暴露出不少问题：部分小组没有严格按照规范操作，天平没有调零、打气筒推拉不到位，造成各组测量数据差异较大；不少学生只关注读数，缺少对数据差异背后原因的思考，本课难点 “根据实验现象、数据推理得出结论” 落实不够到位。另外，计算教室空气质量的活动，部分学生对体积换算理解吃力，只能被动跟随教师计算，自主思考不足。科学史部分大多停留在阅读观看层面，学生对伽利略实验原理理解较为浅显。
后续教学改进：课前强化电子天平、打气筒的操作示范，明确小组分工，设计简易数据记录单，引导学生对比分析本组和其他小组的数据，思考误差产生的原因；简化教室空气质量计算难度，可以提供参考数据，降低学生计算负担；把伽利略实验原理做通俗化拆解，结合动画帮助学生理解减量测量的思路；课后布置估算房间空气质量任务时，给出简单提示，鼓励学生把课堂学到的知识迁移到生活当中，进一步培养证据意识与理性推理的科学思维。
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