手与脑相顾 做与思互融

顾长明

一、教学分析

《空气占据空间》是《我们周围的空气》单元的起始课，属于空气性质的内容，基于“做中学”理念，使学生在观察中发现和提出问题，并对问题做出合理猜测与假设，在合作中设计实验验证假设，在讨论中依据事实做出合乎实际的推论，并应用结论解决生活中的问题。从结构看，属于“问题——探究”式的课堂结构；从能力看，学生根据猜测设计并遴选相应的验证实验，搜集实证资料，归纳概括实验现象，促进已有科学经验的意义建构，发展对比实验能力和归纳概括能力；从过程看，充分运用动手与动脑的心智价值，有效促进动手与动脑的有机融合，正确运用动手与动脑的实施策略，突出探究过程的思维因素。

二、教学目标

通过实验设计与操作活动，使学生认识到空气也像其他物体一样要占据空间；能运用已有知识和经验对所观察到的现象做假设性的解释；学习对猜想进行验证以及运用文字、图表表达自己的观点；能够选择合适的材料，自行设计研究方案开展探究活动；培养尊重证据和按照科学认识程序进行科学探究的科学态度和习惯。

三、教学重点

通过观察与实验活动，认识空气占据空间。

四、教学难点

通过对空气占据空间现象的分析、设计与想象，能够进行归纳、概括与综合。

五、教学过程

（一）创设现实情境，引入问题

师：老师今天准备了泡沫、蜡烛，如果把蜡烛粘在泡沫上，把泡沫放在水面上，并点燃蜡烛，之后把点燃的蜡烛送到水下，它会熄灭吗？为什么？

生：会。因为蜡烛遇到水会熄灭。

师：老师就能让它不熄灭，你们信不信？请注意看老师是怎样送的（教师边演示边讲解）。把这个瓶子罩在蜡烛上，竖直压到水底，请看蜡烛在哪里？蜡烛熄灭了吗？

生：蜡烛在水底下，没有熄灭。

师：这就叫“水底燃烧的蜡烛”。看到这个现象，你想知道些什么呢？

生：我想知道蜡烛在水底为什么能燃烧？蜡烛为什么没有碰到水？

……

（教师初步优化、整合与遴选学生的问题）

师：今天我们就来研究你们想要知道的这些问题，等学完这节课后，你们就会知道其中的原因了。

评析：通过创设现实情境，引发学生的认知冲突，有了这种认知冲突，学生才会产生自身真实的问题，并把问题聚焦到蜡烛在水底为什么能燃烧上。学生的认知发展要经历“平衡——不平衡——新的平衡”，也就是说，认知的不平衡或冲突状态是一种认知发展动力，是学习的内在动机，旨在创设认知冲突，维持学习动力，并为学以致用环节埋下伏笔。

（二）设计实验操作，有序探究

1.观察感知，合情类推

师：老师这儿有3个杯子，请你仔细观察这3个杯子，关于这3个杯子你想告诉大家什么？

生：一个杯子装有沙，一个杯子装有水，还有一个杯子有空气。

师：这个杯子里装有沙，也可以说成沙占据这个杯子的地方（大小或位置）。沙占据这个杯子的地方、大小或位置，我们一般说成“沙占据杯子的空间”。杯中有沙，我们说成沙占据杯子的空间，按这样的说法，另外两个杯子该怎么说呢？

生：水占据杯子的空间；空气占据杯子的空间。

师：（出示敞口瓶）这个瓶子里有空气吗？如果有，应该怎么说呢？

生：空气占据瓶子的空间。

师：这个盒子怎么说呢？这个小桶怎么说呢？

生：空气占据盒子的空间；空气占据小桶的空间。

师：我们知道空气占据杯子的空间，空气占据瓶子的空间，空气占据盒子的空间，空气占据桶的空间。空气可以占据许多物体的空间，谁能用一句话概括一下这些意思呢？

生：空气无处不在，无处不有，空气和其他物体一样也占据一定的空间。

（师板书课题）

评析：观察是获得科学事实的主要途径，类推是获得更多科学表象的载体，语言是思维表达的外壳。三者不仅契合了学生的原认知，也为下面进一步证明与体验空气占据提供了思维与操作的“脚手架”。

2.设计实验，合理猜想

师：刚才我们通过类推得知空气占据空间，那你能不能用桌上的器材（水槽、去掉底有瓶盖的矿泉水瓶、乒乓球、纸团）来设计一个实验，证明空气占据这个瓶子的空间呢？请每组同学讨论一下，你们都打算怎样做？

（学生分组讨论）

评析：教师为学生设计实验提供了有结构的材料，通过操作材料的结构性，既聚焦了学生设计实验的思考方向，又为实验实事的呈现提供了支撑。

师：你设计的是什么实验？

生1：我设计的是做瓶底塞纸的实验。

师：（画出示意图并模拟：把一团纸塞在瓶底）如果把瓶子倒着放入水中，猜测一下，可能会出现什么情况？

评析：板演画图的目的是让学生在接下来的选择实验时有一个支撑，同时也为验证学生的设计与猜想提供平台。

生：可能会有气泡冒出来，纸会变湿。（为什么？）因为水会慢慢地漫到瓶子里，再接触到纸。

生：纸不会湿，因为瓶子里有空气，水根本进不去。

师：大家能大胆提出自己的看法，这很好，猜测不管对和错，都说明我们能像科学家一样认真观察，仔细分析，想通过自己的努力解决问题。

师：你们还设计了什么实验？

生：把瓶子竖直放入水中，再把瓶子歪一下，如果有气泡冒出，就说明空气占据瓶子的空间。

师：（画出示意图并模拟）是这样吗？他说的同学们都听明白了吗？（明白）

师：还设计了什么样的实验？

生：我打算把乒乓球放在水上，把瓶子竖直放在乒乓球上，压下去。

师：（画出示意图并模拟）把瓶子压到水底，猜测一下，可能会出现什么情况？

生：如果乒乓球在水底，就证明空气占据瓶子的空间；如果乒乓球在瓶子的顶部，表明瓶子里没有空气。

师：做这个实验要注意什么？

生：把瓶子竖直压到水底，斜着进去的话，就会像刚才那个实验说的一样，瓶中有空气的话就会跑掉。

师：还有不同的想法吗？

生：还可以把瓶子罩在乒乓球上，竖直压到水底，乒乓球应该在水底，然后拧开瓶盖。

师：（画出示意图）是这个实验吗？乒乓球在水底说明什么？（瓶中有空气）乒乓球不在水底说明什么？（瓶中没有空气）猜测一下，拧开瓶盖会发生什么情况？为什么？

生：拧开瓶盖，空气会从瓶口跑掉，乒乓球就会浮起来，这就说明瓶子里刚才是有空气的。

师：这个实验听明白了吗？（明白）请大家分组做刚才的4个实验。（教师巡视指导）

评析：根据学生已有的认知体验开展猜想活动，该过程包括收集已有的知识和经验信息→将信息与猜想的问题进行比较、分析、归纳、概括→形成对研究问题的假设性结论→按照一定的方式进行表达。猜想活动促进了师生、生生的互动与分享，调动了学生的前概念，诸如“水的流动性”“空气在水中会有气泡”“空气是真实存在的”，等等，加深了对即将进行的实验的理解。

3.验证操作，手脑融通

师：下面来汇报实验过程，你们组做哪个实验，请你来介绍实验过程。（师相机追问：与刚才猜想的一样吗？这说明什么？）

生1：把一团纸塞进瓶底，把瓶子竖直压到水底，拿出瓶子，纸没有湿，说明刚才瓶子里有空气。

生2：把瓶子竖直压到水中，然后歪一下，有气泡冒出，这就说明瓶子里面有空气。

生3：把瓶子放在乒乓球上，压到水底，我看见乒乓球没有浮起来，这就说明瓶子里面有空气。

生4：把瓶子放在乒乓球上，压到水底，乒乓球没有浮起来，把瓶盖拧开一点，乒乓球慢慢浮了起来，这也表明瓶子里面有空气。

师：同一个问题可以用不同的方法来证明，刚才的4个实验从不同的方面证明了空气占据瓶子的空间。当然，我们也可以用同样的方法证明空气占据其他物体的空间。可见，空气的确占据空间。

评析：学生通过汇报将实验设计时的猜想与实验的科学现象进行融通，在动手与动脑中逐步完成对空气占据空间的意义建构。

4.前后照应，活学现用

师：现在请同学们想一想，上课伊始的“水下燃烧的蜡烛”是在水下燃烧的吗？（不是）是在哪儿燃烧的？（空气中）空气在哪里？如果我想让蜡烛在水中升高一些怎么办？

生：把瓶盖拧开一点点，让瓶内的空气出来，水中的空气就出来，泡沫上的蜡烛就会浮起来一些。

师：很好，不仅知道空气占据空间，还能解释生活中的现象。

评析：与开头照应，现学活用，解释现象，教学结构衔接自然，承上而启下。

（三）学用有机融合，学以致用

1.吹不大的气球

师：我们来做一个吹气球实验。老师这儿有两个套在瓶子里的气球，气球已经消过毒了，请一位同学上来吹一吹，看能吹多大？（选一女生上来吹试，只能吹大一点点）

师：谁的力气大，请上来吹。（结果还是没有吹大）

师：这就奇怪了，套在瓶子里的气球就不能吹大，这是为什么呢？

生1：因为瓶子里的空间被空气占据了，所以吹不大。

生2：因为空气占据了瓶子的空间，空气把气球挤住了。

生3：因为气球变大就要多占地方，瓶子里现有的空间都被空气占完了，没有地方了，所以吹不大。

师：大家谈的道理我都明白了，都认为是气球要由小变大，就需要不断地占据越来越大的空间，但是由于瓶子里有限的空间已经被空气占据了，所以气球就吹不起来了。

师：那么你们能想办法让套进瓶子里的气球吹大吗？怎么做？

生：能，去掉瓶底或在瓶子上扎上小孔。

师：好。这个实验同学们课后可以试一试。

评析：课堂的铃声并不是科学课的起点和终点。吹气球的游戏，做与思结合，手与脑并用，既是对上面结论的验证，更是把探究延伸到课外，让学生的兴趣得以持续，思维张弛有度。

2.听话的乒乓球

师：同学们已经发现空气确实占据空间了，不过科学是能够经得起检验的，我们继续用这些材料做实验，大家愿意吗？

生：愿意。

（师出示课件）

师：大家先不做，看看实验的要求：把饮料瓶对着乒乓球竖直压入水底，不移动瓶子，你能让乒乓球听你的话，分别停在瓶子的不同位置吗？看谁能想出更多不同的办法？请分组讨论一下你们组打算怎样做？

（教师巡视指导）

师：你是怎样设计的？为什么这样设计？做的时候要注意什么？

评析：让学生设计方法，说出设计理由，师生完善实验方法，明确注意事项，从做的“技术”层面保证实验的成功率。

生1：我们组采用从瓶口向瓶内吹气的方法。乒乓球在瓶底是因为瓶内有空气，拧开瓶盖，空气跑了，乒乓球浮起来了。从瓶口向瓶内吹气，空气又将乒乓球压到水底。

生2：我们组用管子从瓶子的底部向瓶内吹气，来控制乒乓球在水中的位置。

生3：我们打算在瓶盖上打钻一个小孔，堵住瓶盖的小孔，将乒乓球压下去，它就在瓶底了，然后松一点点，让里面原来的空气出来一点，乒乓球就会停在中间了，将手全部松开，乒乓球就会慢慢浮在水面上了。再向小孔内吹气，乒乓球会慢慢压下去。

师：老师这里有你们需要的器材，需要的话可以来取。请大家选取一个实验来试一试。

评析：动脑是动手的动机和目的，动手是动脑的外显和手段。在这里凸显了动手以前先动脑，“想好了再做”使学生接下来“做”的指向更清晰，目的更明确，设计更科学，操作更便捷，观察更到位，实验更流畅，现象更突出，效率更明显。

师：下面我们来分组汇报实验过程。（学生展示，并解释道理）向瓶子里吹气，是谁赶跑了瓶子里的水？

生：吹进去的空气赶跑了瓶子里的水，所以水就出去了。

生：我们用嘴对着瓶口，吸里面的空气，乒乓球就会跟着水上来，让它到我想要的高度，还可以让乒乓球停在比水槽的水面更高的位置。

师：真厉害！这可是一种独特的办法。这时瓶子里的空气到哪儿去了？它们占据了哪儿的空间了？

生：瓶子里的空气跑到我们嘴里去了，占据了我们嘴的空间。

师：还有哪组来汇报？

生：我们组用管子插到那瓶底，从瓶底向里面吹气，乒乓球也可以停在不同的高度。

师：这时，空气去哪里了呢？乒乓球为什么会有高有低呢？

生：空气在瓶子里有多有少，乒乓球的高度就有高有低。

师：这表明空气和其他物体一样，都要占据空间。

评析：利用同样的材料设计了“用不同的方法让乒乓球停在瓶子里的不同位置”的活动。学生尝试多种不同方法的同时，发现控制瓶中空气占据空间的多少才能决定乒乓球在瓶中的位置。学生在问题解决的过程中，设计能力、操作能力、合作意识、思维能力得以较好的提升。这一活动的精妙之处在于让学生的思维“跳一跳摘桃子”。

（四）回顾总结全课，迁移拓展

1.回顾总结

师：本节课学习了什么内容？你有哪些收获？

（学生畅所欲言，教师适时概括综合）

2.迁移拓展

师：水槽中的水不能浪费了，可以把水灌在可乐瓶中，用于浇花。老师给每组同学准备一个“带漏斗的可乐瓶”，请每组将水槽里的水灌在可乐瓶中，课后用于浇花。

（学生操作时，发现水流不下去，学生解释并解决问题）

评析：课的结尾以回收水来过渡，较为自然，既进行了节约用水的教育，又利用概念解决了问题，学生的思维一步一步发展着。

六、教学反思

（一）突出了“动手”与“动脑”的有效融合

从本质上说，学生的科学学习是“动手——动脑”的过程，操作过程中的动作和材料可以为语言表达提供有效的支撑，让交流变得更加准确和丰盈。“做”与“思”在心理上往往是交互结伴而行，这为手脑并用、做思结合提供了依据。本课的主要环节为：创设情景，鼓励预测→实验验证，形成问题→设计实验，完善方法→分组实验，收集证据→讨论交流，形成共识→拓展问题，激发思维→展示交流，强化概念。整个教学环节突出了学生的“想”和“做”，“想”和“做”是相辅相承的，“做”要靠“想”来指导，“想”要靠“做”来证明，两者互为表里，有效融合。教师尽可能地把学生畅想的创造性和现实构想的操作性有机结（下转第38页）（上接第33页）合，让更多的妙想在指尖流淌，让更多的智慧从指尖诞生，让心灵与手巧同构共生，让科学概念落地生根。

（二）彰显了有结构的操作材料的导向作用

有结构的材料是经过教师有效设计的典型材料的组合，这种材料的组合，既要揭示与教学内容有关的一系列现象，又要符合学生年龄特征和认知规律，贴近学生生活，有能力通过对材料的探索来发现问题和解决问题。有结构材料是学生科学概念形成的“脚手架”。本课教师为学生准备的材料有水槽、烧杯、乒乓球、去底的可乐瓶（瓶盖上有孔的、没孔的）、皮管、塑料袋等。这些材料有着内在的逻辑关系。操作这些材料，学生可以通过多种办法控制小球在水中的位置，从而感知空气占据空间的事实。还可以在这些材料的组合过程中发现与概念密切相关的问题，有效地将问题的提出、解决与应用融为一体。精心设计的有结构材料使学生有效地投身于探究之中，较好地调动了学生参与探究活动的积极性和创造性。

（三）有序思维活动成为科学探究活动的核心

教师始终鼓励学生通过动手与动脑学科学。动手的过程就是学生利用感官，通过观察实验等活动获取信息的过程；动脑的过程就是学生对科学信息进行分析、加工、整理、运用的过程，即思维活动的过程。教学中对问题的猜想和尝试性解释，开启了学生思考的闸门，不同形式的实验想象与设计训练了学生思考的灵活性，宽松和谐的交流研讨活动促进了学生思维的逻辑性，对更难一点问题的成功解决则使学生的思考趋于深刻。在学用结合阶段，随着学生所获得的科学事实的丰富与多元，学生对问题解决的思考越来越全面和具有理性。纵观本课，问题是基于思维提出的，猜想是源于思维形成的，方案是通过思维制定的，实验与操作是在思维的指导下进行的，交流与研讨是围绕思维展开的，结论是经过综合、归纳与概括而成的。（责任编辑：符 洁）