在大概念背景下设计《空气占据空间吗》教学

闫素利

〔摘    要〕  在大概念背景下进行小学科学教学设计，是落实小学科学学科核心素养的重要途径。本文以湘教版科学三年级上册《空气占据空间吗》一课为例，阐述了如何在大概念背景下进行“教学评”一体化教学设计，包括核心概念的确定、教学活动流程以及教学评价的设计分析，利用实验记录单外化思维，从而促进学生科学核心素养的发展。

〔关键词〕  小学科学；教学设计；大概念

〔中图分类号〕  G424               〔文献标识码〕  A        〔文章编号〕  1674-6317  （2023）  15-0031-03

本文从2022年版课程标准目标中的培养学生核心素养（包括科学观念、科学思维、探究实践、态度责任等方面）入手，基于对课程标准中的核心概念、学习内容、内容要求和课时内容对应关系的理解，进行《空气占据空间吗》一课的“教学评”一体化教学设计。

一、概念引领，解读目标

（一）解读课程标准

本课是在“空气是重要的物质”这一大概念背景下展开的。这一大概念又分为三个核心概念：空气占据空间、空气有质量、空气流动形成风。本课的核心概念是：空气占据空间。教师要在引导学生掌握核心概念的过程中，培养其核心素养。

（二）分析教材内容

1.单元主题内容分析

本单元以三个问题设置“空气占据空间吗”“空气有质量吗”“空气怎样流动”三课，聚焦问题，以观察、实验为主要方式，引导学生运用工具，观察发现空气占据空间和具有质量等特征，观察空气怎样流动，类比推断风是怎样形成的。

2.课时内容分析

教材按“已有经验—观察认识水和石头占据空间—实验探索空气占据空间—拓展应用”的认知顺序，布设本课。先以石头、水为观察对象，设计导入活动，帮助学生认识水和石头占据空间，引发学生产生“空气也可能占据空间”的联想。然后安排“灌水入瓶”的活动，引发思维冲突后，引导学生发现解决问题的方法。通过分析，帮助学生意识到空气也占据空间。最后安排一个拓展活动“‘听话的乒乓球”，要求学生对已获得的认知进行迁移运用，用更多的证据说明空气占据空间，也为第3课分析空气怎样流动打下认知基础。

（三）把握学生情况

在一年级下册“空气”单元中，学生围绕空气，通过感知、观察、比较等活动，对空气无色、透明、可流动、无固定形状等基本性质有了初步的认识，知道可以利用工具观察某些物体特征的科学研究方法。同时三年级学生对周围世界具有强烈的好奇心和求知欲，教师要充分利用学生的好奇心来进行探究实践。

基于以上分析和综合把握，我们把本课的课时目标确定为以下方面。

科学观念：空气占据一定的空间。

科学思维：培养学生类比推理的思维，经历思维冲突—发现问题—提出猜想—验证猜想—解决问题的思维过程。

探究实践：在提出问题之后，进行假设，设计实验进行验證，并能根据实验现象得出实验结论。经历实验探究的一般过程和方法，并且在实验过程中提高学生的动手操作能力，在实践过程中获得新知。

态度责任：培养学生分析解决问题的能力；尝试运用不同思路和方法完成探究和实践。

二、素养导向，实施目标

（一）创设情境，提出核心问题

教师魔术表演：在杯子底部放入纸团，倒扣在水槽中，倒扣的杯子完全浸在液面以下，纸团没有湿。为什么呢？通过今天的学习，希望你们可以找到答案。

展示乌鸦喝水的故事，提出问题：为什么乌鸦可以喝到水？大部分学生回答：因为乌鸦把石子加入水中，所以水面上升了。

预习过第一课的学生会回答：因为石子占据了空间，所以水面上升了。

讲解“空间”“占据空间”的概念。用粉笔占据粉笔盒的空间、学生占据教室的空间等具体形象的例子，帮助学生建构“占据空间”这一科学概念。

提出问题：石头和水都占据空间，那空气占据空间吗？

大部分学生认为，空气不占据空间。原因有三个：人可以在有空气的地方自由移动；空气是看不见摸不着的；空气没有固定的形状，空气是流动的，所以不占据空间。

这些学生能结合自己一年级学过的关于空气的知识，利用头脑中已有的生活经验，进行解释和寻找证据，说明学生已具有初步的证据推理意识。

【设计意图】由魔术表演引入今天的问题：空气占据空间吗？激发学生的学习兴趣。

（二）活动推进，自主探究

活动一：灌水入瓶

既然大部分学生认为空气不占据空间，那我们就提出假设：空气不占据空间。请学生根据实验记录单的提示，分组进行实验验证，并完成实验记录单的填写。

教师提供锥形瓶、漏斗、打好孔的橡胶塞，学生分组进行实验。

学生在实验过程中，有的小组慢慢地向漏斗中倒入水，可以倒入一部分水，有的小组快速地倒入水，几乎没有水进入锥形瓶中。学生惊呆了，直呼“不可想象”。

引发认知冲突，教师提问：为什么水灌不进去？是什么占据了锥形瓶内的空间？我们的假设是否成立？假设不成立，所以真正的实验结论是什么？从而帮助学生建构“空气占据空间”这一科学概念。

【设计意图】教师提供——实验记录单，学生根据实验记录单，进行实验验证。这里体现了教师的“帮”，让学生经历发现问题—提出假设—设计实验—否定假设的思维过程，培养科学思维。

深度探究：用什么方法可以让空气跑出来？这时看到了什么现象？

结合实验记录单，分组讨论，设计实验方案，进行实验，分析，得出结论。

有的小组采用的方法是，把橡胶塞松一松，让空气出来；有的小组是在橡皮塞上扎一个小孔，让空气出来。

教师提出新的问题，如何证明空气出来了？有学生回答：水进去了，就可以证明空气出来了。教师继续追问：那如何设计实验，用看得见的现象证明空气出来了呢？这里教师提供引导：我们向水中吹气会出现什么现象？学生回答：出现气泡。学生想到可以通过气泡来证明空气被挤出来了。这时有小组进一步设计实验，将导管插入水中就可以看到气泡，证明空气被水挤出来了。

教师的过渡问题具有思维启发性，能激活学生的思维，有利于科学概念的建构。通过过渡问题的导引，学生不仅设计出将导管插入水中的实验，还理解了导管中有气泡产生的原因，从而强化了“空气占据空间”这一科学观念。通过教师的有效追问，引导学生设计实验，体现教师的“扶”。

【设计意图】运用所学知识解释实际现象。符合2022年版新课程标准总目标中的要求：掌握与认知水平相适应的科学知识，初步形成基本的科学观念，并能用于解释有关的自然现象、解决简单的实际问题。

活动二：设计更多的实验方案来验证空气占据空间

请学生寻找更多的证据来证明“空气占据空间”这一核心命题，并完成实验记录单。

教师引导：如果我们把空气吹进去，有看得见的物体出来，是不是也可以证明空气占据空间呢？这里给大家提供矿泉水瓶、橡皮泥、若干吸管等材料。学生分组讨论，有的小组想到用两根或者多根吸管插入矿泉水瓶，进气管在液面以上，出气管在液面以下，用橡皮泥封口，从进气管向矿泉水瓶中吹气。

学生在实验的过程中，既兴奋又奇怪：为什么向瓶中吹气，水就可以出来了？结合刚刚空气占据空间的结论，学生忽而又恍然大悟：是因为空气占据了矿泉水瓶内的空间，把水挤压出去了。

生活应用：有的学生说，我有一个非常简便的方法，可以证明空气占据空间。我吹气球的时候，吹到一定程度，就吹不进去了。这位学生联系自己的生活经验，给出了很简单的方法。

受这位学生的启发，学生纷纷想到许多生活中的其他证据：充气堡、自行车车胎打气、篮球足球很难压瘪、气垫船。

深度学习：向学生展示专业的集气瓶装置，播放用排水法收集气体的视频，拓宽学生视野。

【设计意图】通过前两次的活动，学生已经具备空气占据空间的科学观念，并具有初步的实验设计能力。这里体现教师放手，让学生去设计实验。学生根据自己已有的知识经验设计实验，发散思维，发展创造性思维，提升核心素养。

（三）延伸拓展，促进高阶思维发展

活动三：“听话”的乒乓球

教师提供实验器材：水槽、去底但瓶盖拧紧的饮料瓶、乒乓球。

提出问题：不动乒乓球，谁可以让它随意出入水中呢？

小组讨论，设计实验，完成实验记录单。

实验验证：乒乓球被压入水底。

如何让乒乓球回到水面？学生想到了各种各样的方案：打开瓶盖；在瓶盖上打个洞；倾斜瓶身，让空气跑出去。

【设计意图】高階思维以一条无形的主线贯穿于科学核心素养之中，学生必须通过科学学习、经历高阶认知过程，才能形成社会认可的科学核心素养。高阶认知是在探究活动中培养和发展的，既可以安排在学生建立科学概念的过程中，也可以安排在学生建立科学概念之后。本高阶认知活动安排在建立科学概念之后，本活动是应用核心概念“空气占据空间”，提升学生对知识的应用能力。这样的拓展应用活动能使探究活动层层推进，提升学生的自主学习能力、问题解决能力、高阶思维能力。

（四）利用实验记录单，外化思维

实验记录单是实验探究的脚手架。实验记录单既有实验记录表格，又有适当的问题加以辅助，可以帮助学生自主获得实验结论。利用实验记录单，经过适当的问题辅助，学生可提出问题，做出假设，实验验证，观察实验现象，分析实验，得出结论，体验科学探究的过程，外化思维过程，体现了以学生为主体、自主学习的思想，实现了学习意义的建构。

三、评价支持，检测目标

2022年版课程标准指出，以评价促进学生核心素养发展，要从科学观念、科学思维、探究实践、态度责任等方面全面评价学生，以促进学生核心素养的发展。在课堂评价中，要关注学生学习过程的评价，又要通过观察学生在学习活动中的表现，了解学生的学习状况，评价教学的成效，并以此为依据调整教学目标、内容和方法，提高教学活动的有效性。

本课的设计，经历了从核心概念的确立到实施，再到目标完成的反思评价的过程。在这一过程中，教师依据核心概念，把课程目标细化为课时目标，以学生探究活动为主体，通过过渡问题的引领，建构科学概念。在建构科学概念的过程中，通过教师的问题引领，培养学生的逻辑思维能力。教学过程以核心素养为导向，通过教师的帮、扶、放，学生由依靠教师设计实验到最后自主设计实验验证空气占据空间，并能自主地通过生活中的现象寻找证据，培养了学生的发散思维，提高了学生的证据推理能力和探究实践能力。学生在实验探究的过程中，经历了提出假设—设计实验—实验验证—否定假设得出结论的思维过程，培养了科学思维。在探究过程中，过程性评价与学生学习活动交融在一起，真正使“教学评”一体化教学设计形成闭环，为学生核心素养的发展提供支持。

参考文献

[1]中华人民共和国教育部.义务教育科学课程标准[M].北京：北京师范大学出版社，2022.

[2]周燕.核心素养导向下大概念引领的小学科学教学设计探索：以青岛版科学教材六年级上册《登上月球》为例[J].教育纵横，2022（7）：33-35