“空气有重量吗”实验创新设计与效果

浙江省安吉县第十小学(313300) 姚 平

教科版小学科学“空气有重量吗”一课中有两个证明空气有重量的实验，分别如图1(a)和(b)所示。图1(a)所示的实验中是先做一个小天平，一端先挂没充气的气球，一端挂重物，移动重物让小天平保持平衡。然后给气球充满气，再挂到小天平上，挂气球的这端会向下倾斜，从而证明空气是有重量的。图1(b)所示的实验中采用了天平进行称量，先用天平称出瘪皮球的重量，再把皮球充足气，称其重量。用充足气的皮球重量减去没气时的皮球重量，从而得出空气的重量。

图1 证明空气有重量的实验

1 这两个实验存在的问题

1.1 实验操作难度大，分组实验难以开展

图1(a)中的实验，先要在小天平的右端挂重物，移动重物让小天平保持平衡，然后再把气球拿下来充气再挂上去。学生在操作中很容易使重物和气球的悬挂位置发生改变，从而影响实验效果。将瘪气球取下来，充满气后再把气球扎紧挂上去，对3年级的学生来说是一个高难度的技术活。图1(b)中的实验，就天平的正确使用对3年级学生来说有很大的难度。这两个实验，教师进行演示是可行的，但要开展分组实验存在一定的难度和问题。

1.2 探究活动流于形式，思维发展空间不大

这两个实验从表面上看，学生经历了提出问题、设计实验、实验验证、得出结论这样一个较为完整的探究活动过程，并且得出了有效的科学结论。但在探究活动过程中，学生的前后认知并没有产生激烈的矛盾冲突，通过实验学生仅仅获得了“空气是有重量的”这个科学概念而已。学生的思维能力、观察能力都没有得到有效的发展和提升，整个探究活动流于形式，效果不佳，意义不大。

2 实验创新设计

为了让学生充分参与到实验过程中来，在探究过程中产生认知矛盾冲突，使他们的思维、能力得到更好的发展与提升，笔者对该实验进行了重新设计与改进。提供的器材有：天平、没气的篮球、打气筒、两个塑料烧杯(为了防止篮球打足气后碰到分度盘，影响天平的灵敏度，篮球放在塑料杯上进行称量)、若干小铁片，如图2所示。

图2 实验器材

让学生先猜测空气有没有重量，然后再让他们运用这些材料自己去做实验。教师只提供一些建议：①先把没气的篮球放到天平上，把天平调整到平衡；②给篮球打气，每打10下就称量一次重量；③仔细观察天平是否倾斜；④把篮球放到天平上时要轻拿轻放。

3 创新实验，提升效果

3.1 人人动手操作和观察，充分经历探究过程

重新设计后的实验，大大降低了实验操作的难度，学生有了充分参与实验的机会。在实验过程中，学生可以轮流给篮球打气，观察篮球打入空气后放在天平上的状态，及时记录状态变化来推测空气是否有重量。随着不断地向篮球中打入空气，天平逐渐向有篮球的一边倾斜。随着给篮球打气越来越难，天平向篮球这边倾斜的角度也越来越大。通过实验操作和观察，让学生充分体会到空气虽然很轻，但也是有重量的。这一实验不但让学生获得了“空气是有重量的”实实在在的证据，更让学生经历了操作、观察、记录、思考与发现的探究过程。

3.2 前后认知矛盾，思维得到提升和发散

在学生的认知中，有的学生会认为空气是有重量的，也有的学生会认为空气是没有重量的。创新设计后的实验中，先让学生猜测空气是否有重量，然后让学生给篮球打气，每打10次气就放在天平上称量一次，对空气有没有重量进行推测，并做好实验记录，见表1。

表1 “空气有重量吗”实验记录

通过实验，我发现：空气________(有或没有)重量。

由于空气很轻，前3～4次的称量，天平并不会发生明显倾斜。这时，认为空气没有重量的学生会很开心，因为实验现象支持他的猜测。而认为空气有重量的学生，会思考“打了这么多空气，天平为什么没有倾斜呢？”，有的学生会产生疑惑，甚至会怀疑自己的猜测。学生的认知产生了第一次矛盾，他们根据实验现象进行反思、推断与修正。随着继续向篮球中打入空气，天平开始向篮球这边倾斜，而且倾斜的角度越来越大。这时，学生的认知会发生第二次矛盾。坚持认为空气有重量的学生终于松了口气，而原来认为空气没有重量的学生发愣思考“为什么会这样呢？”。问题出来后，质疑开始了，有争议、联想、讨论，这正是科学探究需要达到的效果。学生在实验探究过程中经历了一个猜想、实证、修正、新的实证、再修正的过程。