一、實(shí)驗(yàn)背景：為什么選擇針筒抽水實(shí)驗(yàn)？演講人04/實(shí)驗(yàn)實(shí)施：從操作到思維的深度探究03/實(shí)驗(yàn)準(zhǔn)備：細(xì)節(jié)決定探究質(zhì)量02/教學(xué)目標(biāo)：三維目標(biāo)下的素養(yǎng)落地01/實(shí)驗(yàn)背景：為什么選擇針筒抽水實(shí)驗(yàn)？06/拓展應(yīng)用：從課堂到生活的遷移05/現(xiàn)象分析：從觀察到結(jié)論的邏輯建構(gòu)目錄07/總結(jié)提升：科學(xué)概念與探究方法的雙重收獲2025小學(xué)四年級(jí)科學(xué)下冊(cè)針筒抽水空氣占據(jù)空間實(shí)驗(yàn)課件作為一名從事小學(xué)科學(xué)教育十余年的教師，我始終相信：最好的科學(xué)課，是讓孩子用雙手觸摸知識(shí)，用眼睛發(fā)現(xiàn)規(guī)律，用思維建構(gòu)概念。今天要分享的“針筒抽水空氣占據(jù)空間實(shí)驗(yàn)”，正是基于四年級(jí)學(xué)生的認(rèn)知特點(diǎn)設(shè)計(jì)的經(jīng)典探究活動(dòng)。它不僅能幫助學(xué)生從“空氣看不見(jiàn)”的誤區(qū)中走出來(lái)，更能讓他們?cè)趧?dòng)手操作中深刻理解“空氣占據(jù)空間”這一核心概念。接下來(lái)，我將從實(shí)驗(yàn)背景、教學(xué)目標(biāo)、準(zhǔn)備與實(shí)施、現(xiàn)象分析、拓展應(yīng)用、總結(jié)提升六個(gè)維度展開(kāi)，帶大家完整梳理這節(jié)課的設(shè)計(jì)邏輯。01實(shí)驗(yàn)背景：為什么選擇針筒抽水實(shí)驗(yàn)？1基于課標(biāo)與教材的定位《義務(wù)教育科學(xué)課程標(biāo)準(zhǔn)（2022年版）》在“物質(zhì)科學(xué)領(lǐng)域”明確要求，四年級(jí)學(xué)生需“知道空氣具有質(zhì)量并占有一定的空間，空氣的空間可以被壓縮或擴(kuò)張”。教科版四年級(jí)下冊(cè)《空氣》單元中，“空氣占據(jù)空間嗎”是核心課時(shí)，而針筒抽水實(shí)驗(yàn)是教材推薦的關(guān)鍵探究活動(dòng)。選擇這一實(shí)驗(yàn)，既是落實(shí)課標(biāo)的必然要求，也是銜接教材知識(shí)體系的重要環(huán)節(jié)。2基于學(xué)生認(rèn)知的適配性四年級(jí)學(xué)生已通過(guò)“感受空氣流動(dòng)”“觀察風(fēng)的形成”等活動(dòng)，對(duì)空氣的存在有了直觀體驗(yàn)，但普遍存在兩個(gè)認(rèn)知誤區(qū)：一是認(rèn)為“空氣沒(méi)有形狀，所以不占空間”；二是混淆“空氣能流動(dòng)”與“空氣不占空間”的概念。針筒作為常見(jiàn)的實(shí)驗(yàn)工具，透明、易操作，能讓學(xué)生直觀看到“看不見(jiàn)的空氣”如何通過(guò)活塞的移動(dòng)“顯形”，恰好能突破這兩個(gè)認(rèn)知障礙。3基于科學(xué)思維的培養(yǎng)價(jià)值該實(shí)驗(yàn)包含對(duì)比實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)（空氣與水的占據(jù)空間對(duì)比）、變量控制（針筒容量、活塞初始位置）、現(xiàn)象觀察（活塞能否推動(dòng)）、邏輯推理（從“推不動(dòng)”到“空氣占據(jù)空間”的因果關(guān)聯(lián)）等要素，能系統(tǒng)培養(yǎng)學(xué)生“觀察—提問(wèn)—實(shí)驗(yàn)—分析—結(jié)論”的科學(xué)探究能力，符合“用探究學(xué)科學(xué)”的課程理念。02教學(xué)目標(biāo)：三維目標(biāo)下的素養(yǎng)落地1知識(shí)目標(biāo)對(duì)比空氣與水在“占據(jù)空間”特性上的差異（空氣易被壓縮，水不易被壓縮）；能用“空氣占據(jù)空間”解釋生活中“杯子倒扣入水不濕紙”“吸管喝飲料”等現(xiàn)象。明確“空氣占據(jù)空間”的科學(xué)概念，理解“占據(jù)空間”指物質(zhì)對(duì)空間的實(shí)際占有；2能力目標(biāo)掌握針筒實(shí)驗(yàn)的規(guī)范操作（抽拉活塞、密封端口、觀察刻度變化）；學(xué)會(huì)用文字、圖畫(huà)記錄實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象，用“因?yàn)椤浴本涫矫枋霈F(xiàn)象與結(jié)論的關(guān)系；初步具備設(shè)計(jì)簡(jiǎn)單對(duì)比實(shí)驗(yàn)的能力（如“針筒內(nèi)空氣多少對(duì)活塞推動(dòng)難度的影響”）。3情感態(tài)度目標(biāo)01激發(fā)對(duì)“看不見(jiàn)的物質(zhì)”的探究興趣，體會(huì)“現(xiàn)象背后有規(guī)律”的科學(xué)魅力；02培養(yǎng)實(shí)證意識(shí)，形成“用實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)支持觀點(diǎn)”的思維習(xí)慣；03感受科學(xué)與生活的緊密聯(lián)系，主動(dòng)觀察生活中的“空氣占據(jù)空間”現(xiàn)象。03實(shí)驗(yàn)準(zhǔn)備：細(xì)節(jié)決定探究質(zhì)量1材料清單（以4人小組為單位）|物品|規(guī)格/說(shuō)明|數(shù)量|設(shè)計(jì)意圖||-----------------|---------------------------|-------|---------------------------||透明針筒|10ml或20ml，帶清晰刻度|2個(gè)/組|透明材質(zhì)便于觀察活塞移動(dòng)；刻度輔助量化分析||紅色食用色素水|常溫，色素濃度適中|50ml/組|與無(wú)色空氣形成對(duì)比，明確“水-空氣”界面||橡膠塞/手指|橡膠塞（匹配針筒口徑）或干凈手指|1個(gè)/組|密封針筒端口，防止空氣/水泄漏|1材料清單（以4人小組為單位）|實(shí)驗(yàn)記錄單|含“操作步驟”“現(xiàn)象描述”“我的發(fā)現(xiàn)”三欄|1張/組|引導(dǎo)有序記錄，避免觀察碎片化||安全提示卡|標(biāo)注“不指向他人”“輕推活塞”|1張/組|強(qiáng)化實(shí)驗(yàn)安全意識(shí)|2教師預(yù)實(shí)驗(yàn)要點(diǎn)04030102在正式上課前，我會(huì)提前進(jìn)行3次預(yù)實(shí)驗(yàn)，重點(diǎn)關(guān)注：針筒密封性：用手指堵住針筒口，用力推活塞，松開(kāi)后活塞應(yīng)緩慢回彈（若立即彈回，說(shuō)明漏氣，需更換針筒）；染色水濃度：過(guò)淡則水與空氣界面不清晰，過(guò)濃可能遮擋刻度，需調(diào)試至“淺紅但可見(jiàn)刻度”；學(xué)生操作難點(diǎn)預(yù)判：推測(cè)學(xué)生可能出現(xiàn)“抽拉活塞過(guò)猛導(dǎo)致針筒脫落”“密封時(shí)手指未完全堵住”等問(wèn)題，需在操作前強(qiáng)調(diào)規(guī)范。04實(shí)驗(yàn)實(shí)施：從操作到思維的深度探究1情境導(dǎo)入：制造認(rèn)知沖突（5分鐘）“同學(xué)們，老師這里有一個(gè)杯子，里面放了一張紙。如果我把杯子倒扣進(jìn)水里，紙會(huì)濕嗎？”（演示實(shí)驗(yàn)：將紙團(tuán)塞在杯底，倒扣垂直壓入水槽，取出后紙未濕）“為什么水沒(méi)進(jìn)到杯子里？難道杯子里有什么東西擋住了水？”通過(guò)“不濕的紙”現(xiàn)象引發(fā)疑問(wèn)，學(xué)生可能回答“杯子里有空氣”，順勢(shì)提出核心問(wèn)題：“空氣真的會(huì)占據(jù)空間嗎？我們用針筒來(lái)做實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證！”2實(shí)驗(yàn)一：空氣與水的占據(jù)空間對(duì)比（15分鐘）操作步驟：（1）取兩個(gè)針筒，標(biāo)記為A（空氣）、B（水）；（2）A針筒：拉活塞至10ml刻度，用橡膠塞密封端口（確保無(wú)漏氣）；（3）B針筒：將活塞推到底，插入紅色水中，拉活塞至10ml刻度（針筒內(nèi)全是水），用橡膠塞密封；（4）小組合作：一人固定針筒，一人緩慢推活塞，觀察活塞能否推動(dòng)，記錄現(xiàn)象（如表1）。表1空氣與水的占據(jù)空間對(duì)比實(shí)驗(yàn)記錄|針筒類(lèi)型|初始體積（ml）|推動(dòng)活塞時(shí)的感覺(jué)|最終體積（ml）|我的發(fā)現(xiàn)|2實(shí)驗(yàn)一：空氣與水的占據(jù)空間對(duì)比（15分鐘）|----------|----------------|------------------|----------------|----------||A（空氣）|10|有阻力，可推動(dòng)|約5|||B（水）|10|幾乎推不動(dòng)|10（無(wú)變化）||教師引導(dǎo)提問(wèn)：“A針筒的活塞為什么能推動(dòng)？推動(dòng)后體積變小，里面的空氣變少了嗎？”（引導(dǎo)學(xué)生意識(shí)到空氣被壓縮，數(shù)量未變，只是占據(jù)的空間變?。癇針筒的活塞推不動(dòng)，說(shuō)明水占據(jù)的空間能被壓縮嗎？”（對(duì)比得出“水不易被壓縮，空氣易被壓縮，但兩者都占據(jù)空間”）3實(shí)驗(yàn)二：針筒內(nèi)空氣與水混合的現(xiàn)象（10分鐘）操作步驟：（1）取一個(gè)針筒，拉活塞至5ml刻度（吸入空氣），再插入水中拉活塞至10ml刻度（此時(shí)針筒內(nèi)有5ml空氣+5ml水）；（2）用橡膠塞密封端口，緩慢推活塞，觀察活塞移動(dòng)情況及水、空氣的體積變化。現(xiàn)象觀察要點(diǎn)：活塞能推動(dòng)，但阻力比純空氣針筒大；推動(dòng)后，空氣體積減?。ㄈ鐝?ml變?yōu)?ml），水體積基本不變（仍為5ml）；松開(kāi)活塞后，活塞會(huì)部分回彈（空氣恢復(fù)部分體積）。思維進(jìn)階提問(wèn)：3實(shí)驗(yàn)二：針筒內(nèi)空氣與水混合的現(xiàn)象（10分鐘）“為什么混合針筒的活塞能推動(dòng)，但比純空氣針筒難？”（水不易壓縮，空氣易壓縮，兩者共同占據(jù)空間，推動(dòng)時(shí)需壓縮空氣，而水“頂住”了部分壓力）“如果針筒內(nèi)空氣更多（如8ml空氣+2ml水），推動(dòng)活塞會(huì)更輕松還是更困難？”（鼓勵(lì)學(xué)生預(yù)測(cè)并驗(yàn)證，培養(yǎng)變量控制意識(shí)）4實(shí)驗(yàn)三：空氣占據(jù)空間的“顯性”驗(yàn)證（8分鐘）拓展操作：將針筒內(nèi)吸入10ml空氣，密封后，把針筒尖端插入紅色水中，緩慢拉活塞（如圖1）。預(yù)期現(xiàn)象：拉活塞時(shí)，針筒內(nèi)體積變大（如從10ml變?yōu)?5ml），水中出現(xiàn)氣泡（空氣被“拉”大，占據(jù)更多空間，外部空氣無(wú)法進(jìn)入，水被壓入針筒填補(bǔ)空間？不，實(shí)際是：密封針筒拉活塞，內(nèi)部空氣體積變大，壓強(qiáng)減小，外部大氣壓將水壓入針筒。但需簡(jiǎn)化解釋?zhuān)骸袄钊麜r(shí)，空氣占據(jù)的空間變大，需要更多空間，所以水被吸進(jìn)來(lái)了?！保┰O(shè)計(jì)意圖：通過(guò)“拉活塞吸水”的逆向操作，進(jìn)一步驗(yàn)證“空氣占據(jù)的空間可擴(kuò)張”，完善“空氣占據(jù)空間且空間可變化”的認(rèn)知。05現(xiàn)象分析：從觀察到結(jié)論的邏輯建構(gòu)1核心概念的提煉通過(guò)三組實(shí)驗(yàn)，引導(dǎo)學(xué)生用“現(xiàn)象鏈”推導(dǎo)結(jié)論：1現(xiàn)象1：純空氣針筒推活塞時(shí)，活塞能移動(dòng)但有阻力，體積減小→說(shuō)明空氣占據(jù)的空間被壓縮；2現(xiàn)象2：純水針筒推活塞時(shí)，活塞幾乎不動(dòng)→說(shuō)明水占據(jù)的空間不易被壓縮；3現(xiàn)象3：空氣與水混合針筒推活塞時(shí)，空氣體積減小、水體積不變→說(shuō)明空氣和水同時(shí)占據(jù)空間，各自特性不同；4結(jié)論：空氣像水一樣，會(huì)占據(jù)空間；空氣占據(jù)的空間可以被壓縮或擴(kuò)張，水占據(jù)的空間不易被壓縮。52常見(jiàn)誤區(qū)的澄清針對(duì)學(xué)生可能提出的疑問(wèn)：“針筒里的空氣被推動(dòng)后‘消失’了嗎？”→引導(dǎo)觀察松開(kāi)活塞后活塞回彈（空氣恢復(fù)體積），說(shuō)明空氣并未消失，只是被壓縮；“空氣看不見(jiàn)，怎么證明它在針筒里？”→對(duì)比“針筒推到底（無(wú)空氣）時(shí)活塞能輕松推到底”與“針筒有空氣時(shí)推活塞有阻力”，用“阻力”作為空氣存在的證據(jù)；“為什么杯子倒扣入水時(shí)紙不濕？”→聯(lián)系實(shí)驗(yàn)結(jié)論：杯子里的空氣占據(jù)空間，阻止水進(jìn)入，所以紙沒(méi)濕（可現(xiàn)場(chǎng)再次演示，讓學(xué)生用“空氣占據(jù)空間”解釋?zhuān)?6拓展應(yīng)用：從課堂到生活的遷移1生活中的“空氣占據(jù)空間”現(xiàn)象吸管喝飲料：吸走吸管內(nèi)空氣，空氣占據(jù)的空間減小，外部大氣壓將飲料壓入吸管；1打氣筒打氣：向下壓活塞時(shí)，打氣筒內(nèi)空氣被壓縮（占據(jù)的空間減?。?，通過(guò)管子進(jìn)入輪胎，輪胎內(nèi)空氣增多，占據(jù)的空間增大；2真空包裝：抽出包裝袋內(nèi)空氣，空氣占據(jù)的空間減小，包裝袋被壓扁，便于儲(chǔ)存；3吹氣球：向氣球內(nèi)吹氣，空氣進(jìn)入后占據(jù)空間，氣球膨脹。42課后探究任務(wù)家庭實(shí)驗(yàn)：用透明塑料瓶、吸管、橡皮泥設(shè)計(jì)“空氣占據(jù)空間”的小實(shí)驗(yàn)（如“會(huì)噴水的瓶子”：在瓶中裝半瓶水，插入吸管并用橡皮泥密封瓶口，擠壓瓶子，觀察水從吸管?chē)姵觥獢D壓時(shí)瓶?jī)?nèi)空氣被壓縮，占據(jù)的空間減小，將水?dāng)D入吸管）；現(xiàn)象記錄：一周內(nèi)記錄3個(gè)生活中“空氣占據(jù)空間”的現(xiàn)象，用圖文結(jié)合的方式解釋原理（如“給鋼筆吸墨水”“茶壺蓋上的小孔”）。07總結(jié)提升：科學(xué)概念與探究方法的雙重收獲總結(jié)提升：科學(xué)概念與探究方法的雙重收獲本節(jié)課通過(guò)“針筒抽水”這一經(jīng)典實(shí)驗(yàn)，我們共同經(jīng)歷了“觀察現(xiàn)象—提出問(wèn)題—設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)—收集證據(jù)—得出結(jié)論—聯(lián)系生活”的完整探究過(guò)程。核心收獲有兩點(diǎn)：1科學(xué)概念的建構(gòu)我們用實(shí)驗(yàn)證明了“空氣雖然看不見(jiàn)、摸不著，但和水一樣會(huì)占據(jù)空間”，且空氣占據(jù)的空間可以被壓縮或擴(kuò)張。這一發(fā)現(xiàn)打破了“看不見(jiàn)的東西不占空間”的固有認(rèn)知，讓我們對(duì)“物質(zhì)”的理解更全面。2科學(xué)方法的習(xí)得實(shí)驗(yàn)中