一、原實驗的教學(xué)痛點與改進(jìn)必要性分析演講人1.原實驗的教學(xué)痛點與改進(jìn)必要性分析2.實驗改進(jìn)的理論依據(jù)與設(shè)計邏輯3.實驗改進(jìn)的具體方法與操作示例4.改進(jìn)實驗的課堂實施策略5.總結(jié)：讓“看不見”的科學(xué)真正“被看見”目錄2025小學(xué)四年級科學(xué)下冊空氣占據(jù)空間實驗改進(jìn)方法課件引言：從“看不見”到“可感知”的科學(xué)啟蒙作為一名深耕小學(xué)科學(xué)教育12年的一線教師，我始終記得第一次帶四年級學(xué)生做“空氣占據(jù)空間”實驗時的場景：孩子們盯著倒扣入水槽卻未浸濕的紙巾，眼睛瞪得溜圓，嘴里不住地喊“神奇”，但當(dāng)我問“為什么紙巾沒濕”時，他們的回答大多停留在“空氣擋住了水”的直覺層面。這個現(xiàn)象讓我意識到：經(jīng)典實驗雖能激發(fā)興趣，卻未必能讓學(xué)生真正理解“占據(jù)空間”的科學(xué)本質(zhì)——空氣作為一種看不見的物質(zhì)，如何用實驗設(shè)計幫助學(xué)生從“觀察現(xiàn)象”進(jìn)階到“建構(gòu)概念”，是我們需要持續(xù)探索的課題。2025年新版小學(xué)科學(xué)教材中，“空氣占據(jù)空間”被列為四年級下冊“空氣”單元的核心實驗，要求學(xué)生通過探究活動理解“空氣有質(zhì)量、占據(jù)空間”的科學(xué)概念?；诙嗄杲虒W(xué)實踐與對學(xué)生認(rèn)知特點的研究，我將從“原實驗分析—改進(jìn)邏輯—具體方法—教學(xué)實施”四個維度，系統(tǒng)闡述實驗改進(jìn)的思路與實踐路徑。01原實驗的教學(xué)痛點與改進(jìn)必要性分析1教材原實驗的典型設(shè)計現(xiàn)行教材（以人教版為例）中，“空氣占據(jù)空間”的經(jīng)典實驗主要有兩類：01實驗一（基礎(chǔ)驗證型）：將紙巾塞在塑料杯底部，杯口朝下豎直壓入水槽，取出后觀察紙巾是否濕潤；02實驗二（拓展探究型）：用針筒抽取一定量空氣，堵住前端，推動活塞感受阻力，松開后活塞復(fù)位。032原實驗的教學(xué)局限性通過課堂觀察與學(xué)生反饋，我發(fā)現(xiàn)原實驗在實際教學(xué)中存在以下痛點：2原實驗的教學(xué)局限性2.1現(xiàn)象解釋的“模糊區(qū)”實驗一中，學(xué)生雖能觀察到“紙巾未濕”，但容易將現(xiàn)象歸因于“杯子擋住了水”，而非“空氣占據(jù)了杯子內(nèi)的空間”。若教師直接解釋“空氣占據(jù)空間”，學(xué)生因缺乏對“空間”的具象認(rèn)知，難以建立“物質(zhì)—空間—體積”的邏輯關(guān)聯(lián)。2原實驗的教學(xué)局限性2.2操作誤差的“干擾項”實驗一要求杯子“豎直壓入”，但學(xué)生操作時易傾斜，導(dǎo)致部分空氣溢出，紙巾被浸濕，實驗失敗率高達(dá)30%；實驗二中，針筒活塞的阻力感較抽象，部分學(xué)生（尤其是手部力量較弱的女生）難以準(zhǔn)確感知“空氣被壓縮”的過程。2原實驗的教學(xué)局限性2.3探究深度的“天花板”原實驗更多是“驗證性”操作，學(xué)生按步驟完成即可，缺乏“預(yù)測—設(shè)計—驗證—反思”的完整探究鏈。例如，實驗一未引導(dǎo)學(xué)生思考“如果杯子有小孔會怎樣”“空氣和水如何交換空間”等問題，限制了思維的開放性。3改進(jìn)的核心目標(biāo)①可視化：讓“空氣占據(jù)空間”的過程可觀察、可測量；02②可操作性：降低操作難度，提高實驗成功率；03針對上述痛點，實驗改進(jìn)需達(dá)成三個目標(biāo)：01③探究性：設(shè)計問題鏈，引導(dǎo)學(xué)生從“看現(xiàn)象”到“想本質(zhì)”。0402實驗改進(jìn)的理論依據(jù)與設(shè)計邏輯1認(rèn)知發(fā)展理論的支撐四年級學(xué)生（9-10歲）處于具體運(yùn)算階段，思維以形象思維為主，需借助直觀的“物質(zhì)變化”理解抽象概念（如“空間”）。因此，實驗改進(jìn)需將“空氣占據(jù)空間”轉(zhuǎn)化為“空氣與水的空間爭奪”“空氣體積變化”等可觀察的現(xiàn)象。2科學(xué)探究的進(jìn)階邏輯根據(jù)《義務(wù)教育科學(xué)課程標(biāo)準(zhǔn)（2022年版）》要求，小學(xué)階段需培養(yǎng)“提出問題—作出假設(shè)—設(shè)計實驗—收集證據(jù)—得出結(jié)論”的探究能力。改進(jìn)實驗應(yīng)圍繞這一邏輯，設(shè)計分層任務(wù)，讓學(xué)生在“試錯—調(diào)整—驗證”中建構(gòu)概念。3材料選擇的安全性與易得性小學(xué)實驗需遵循“安全第一”原則，改進(jìn)材料應(yīng)選擇無毒、輕便、易獲取的日常物品（如塑料瓶、吸管、氣球等），避免玻璃器皿（易破損）、尖銳工具（如針筒活塞可能夾手）。03實驗改進(jìn)的具體方法與操作示例實驗改進(jìn)的具體方法與操作示例3.1基礎(chǔ)實驗改進(jìn)：“空氣與水的空間爭奪戰(zhàn)”（替代原實驗一）1.1實驗材料透明塑料瓶（500ml，帶蓋）、紅色食用色素（或藍(lán)墨水）、水槽、紙巾、剪刀、記號筆。1.2實驗步驟與現(xiàn)象觀察標(biāo)記“空氣區(qū)”將空塑料瓶豎直放入水槽，觀察瓶內(nèi)無水位（因空氣占據(jù)空間），用記號筆在瓶身外壁標(biāo)記“初始水位線”（即水面高度）。步驟2：壓瓶入水，觀察“空間爭奪”保持瓶身豎直，緩慢下壓塑料瓶至水槽底部（瓶口接觸槽底），此時瓶內(nèi)水面上升，但未完全填滿瓶子（約1/3高度）。引導(dǎo)學(xué)生觀察：“水進(jìn)入瓶子了嗎？為什么沒裝滿？”（空氣仍占據(jù)部分空間）。步驟3：開孔釋放空氣，觀察“空間交換”用剪刀在瓶底扎一個小孔（直徑約2mm），再次下壓瓶子，可觀察到氣泡從孔中冒出（空氣逸出），同時瓶內(nèi)水位持續(xù)上升直至填滿。取出瓶子，松開小孔，水因空氣進(jìn)入而流出（空氣重新占據(jù)空間）。1.2實驗步驟與現(xiàn)象觀察標(biāo)記“空氣區(qū)”步驟4：對比實驗，強(qiáng)化概念將另一無孔塑料瓶傾斜壓入水槽，觀察空氣從瓶口溢出（氣泡），瓶內(nèi)迅速填滿水。對比“豎直無孔”“豎直有孔”“傾斜無孔”三種操作的現(xiàn)象差異，引導(dǎo)學(xué)生總結(jié)：“空氣占據(jù)空間，阻止水進(jìn)入；當(dāng)空氣有出口時，水才能占據(jù)原本被空氣占據(jù)的空間?！?.3改進(jìn)優(yōu)勢可視化：通過水位線變化，直觀呈現(xiàn)“空氣占據(jù)空間”的過程；探究性：通過“開孔”“傾斜”等變量控制，引導(dǎo)學(xué)生自主發(fā)現(xiàn)“空氣與水的空間關(guān)系”。3.2拓展實驗改進(jìn)：“空氣體積變化的可測量性”（替代原實驗二）可操作性：塑料瓶比玻璃杯更輕便，豎直下壓不易傾斜，實驗成功率提升至95%；2.1實驗材料透明注射器（20ml，不帶針頭）、橡皮泥（密封用）、刻度尺、記錄表格。2.2實驗步驟與數(shù)據(jù)記錄密封空氣柱將注射器活塞拉至10ml刻度處，用橡皮泥密封前端小孔，確?？諝獗环忾]在注射器內(nèi)（標(biāo)記為“初始體積V?=10ml”）。步驟2：感受壓縮與擴(kuò)張用手緩慢推動活塞至5ml刻度（壓縮空氣），記錄“推力變化”（從輕松到費力）；松開手，觀察活塞自動復(fù)位（空氣恢復(fù)體積）；反向拉活塞至15ml刻度（擴(kuò)張空氣），記錄“拉力變化”（從輕松到費力），松開手后活塞復(fù)位。2.2實驗步驟與數(shù)據(jù)記錄密封空氣柱步驟3：定量測量“體積與壓力的關(guān)系”（此步驟可作為選做，適合能力較強(qiáng)的學(xué)生）用彈簧測力計分別測量“壓縮至5ml”“擴(kuò)張至15ml”時的拉力/推力，記錄數(shù)據(jù)并繪制圖表，發(fā)現(xiàn)“空氣體積越小，反抗力越大；體積越大，反抗力越大”，從而理解“空氣占據(jù)空間且具有可壓縮性”。2.3改進(jìn)優(yōu)勢量化思維：通過刻度值與測力計數(shù)據(jù)，將“阻力感”轉(zhuǎn)化為可測量的物理量，符合科學(xué)“實證”要求；01安全性：去除針頭，避免刺傷風(fēng)險，橡皮泥密封比手指按壓更穩(wěn)定；02思維進(jìn)階：從“感受現(xiàn)象”到“測量數(shù)據(jù)”，引導(dǎo)學(xué)生從定性描述（“推不動”）到定量分析（“體積變化與力的關(guān)系”）。032.3改進(jìn)優(yōu)勢3趣味延伸實驗：“空氣火箭”（跨學(xué)科整合）為進(jìn)一步激發(fā)興趣，可設(shè)計“空氣火箭”實驗，將“空氣占據(jù)空間”與“反沖力”結(jié)合：3.1實驗材料塑料瓶（2L）、橡膠塞（帶細(xì)管）、打氣筒、彩紙（裝飾用）。3.2實驗原理與操作在瓶內(nèi)裝入1/3體積的水，塞緊橡膠塞（細(xì)管連接打氣筒）；打氣筒向瓶內(nèi)充氣，瓶內(nèi)空氣被壓縮（占據(jù)空間減?。?dāng)氣壓超過橡膠塞摩擦力時，塞子彈出，水在空氣壓力下噴出，推動瓶子“火箭”升空。3.3教學(xué)價值跨學(xué)科融合：聯(lián)系“力與運(yùn)動”單元，深化“空氣壓力”的應(yīng)用；工程思維：學(xué)生可調(diào)整水量、充氣量，探索“火箭”飛得更高的方法，培養(yǎng)“設(shè)計—優(yōu)化”能力；情感激勵：直觀的“升空”現(xiàn)象能極大激發(fā)學(xué)生的科學(xué)熱情，增強(qiáng)“科學(xué)有用”的認(rèn)同感。04改進(jìn)實驗的課堂實施策略1教學(xué)目標(biāo)分層設(shè)計基礎(chǔ)目標(biāo)：通過觀察改進(jìn)實驗，能說出“空氣占據(jù)空間”的現(xiàn)象；進(jìn)階目標(biāo)：能解釋“空氣與水/其他物質(zhì)的空間交換”原理；拓展目標(biāo)：能設(shè)計簡單實驗驗證“空氣占據(jù)空間”的其他表現(xiàn)（如“吹氣球”“吸管喝飲料”）。2探究活動的“四步引導(dǎo)法”2.1問題驅(qū)動（5分鐘）展示生活現(xiàn)象：“為什么用吸管喝飲料時，瓶子會變癟？”“為什么吹氣球時氣球會鼓起來？”引導(dǎo)學(xué)生提出問題：“是不是空氣在里面占據(jù)了空間？”2探究活動的“四步引導(dǎo)法”2.2假設(shè)與設(shè)計（10分鐘）分組討論：“如果空氣占據(jù)空間，當(dāng)它和水在一起時會怎樣？”“如何用實驗證明？”教師提供材料清單（塑料瓶、水槽、紙巾等），學(xué)生自主設(shè)計實驗步驟（教師適當(dāng)指導(dǎo)，避免偏離核心）。2探究活動的“四步引導(dǎo)法”3.3實驗驗證（15分鐘）學(xué)生分組操作改進(jìn)實驗（“空氣與水的空間爭奪戰(zhàn)”為主），記錄現(xiàn)象（水位線變化、氣泡冒出情況），教師巡回指導(dǎo)，重點關(guān)注：是否豎直壓瓶（影響實驗準(zhǔn)確性）；是否觀察到“開孔后水位上升”的關(guān)鍵現(xiàn)象；是否記錄“對比實驗”的差異（如傾斜vs豎直）。2探究活動的“四步引導(dǎo)法”2.4結(jié)論與反思（10分鐘）各組匯報實驗現(xiàn)象，教師用板書梳理邏輯：“水進(jìn)入瓶子→遇到空氣→空氣占據(jù)空間阻止水進(jìn)入→開孔后空氣流出→水占據(jù)原本空氣的空間”。引導(dǎo)學(xué)生反思：“如果沒有空氣，水會怎樣？”“生活中還有哪些現(xiàn)象說明空氣占據(jù)空間？”（如打氣筒、輪胎、吸塵器）3評價與反饋過程性評價：觀察學(xué)生的實驗操作規(guī)范性（如是否控制變量）、小組合作表現(xiàn)；結(jié)果性評價：通過“概念圖繪制”（用箭頭表示空氣、水、空間的關(guān)系）、“生活現(xiàn)象解釋”（如“為什么杯子倒扣裝水，倒過來水不會流出來？”）檢驗理解程度；激勵性評價：表揚(yáng)“實驗設(shè)計有創(chuàng)意”“觀察細(xì)致”的小組，張貼優(yōu)秀實驗記錄單。05總結(jié)：讓“看不見”的科學(xué)真正“被看見”總結(jié)：讓“看不見”的科學(xué)真正“被看見”回顧整個改進(jìn)過程，我們始終圍繞一個核心——將“空氣占據(jù)空間”這一抽象概念轉(zhuǎn)化為學(xué)生可觀察、可操作、可思考的具體現(xiàn)象。通過“空氣與水的空間爭奪戰(zhàn)”“空氣體積變化測量”“空氣火箭”等改進(jìn)實驗，學(xué)生不僅能“看到”空氣的存在，更能“理解”空氣與其他物質(zhì)的空間關(guān)系，進(jìn)而建構(gòu)起“物質(zhì)占據(jù)空間”的科學(xué)概念。作為科學(xué)教師，我們的使命不僅是傳授知識，更要培養(yǎng)學(xué)生“用科學(xué)眼光觀察世界”的能力。當(dāng)學(xué)生能把