以大概念理念教学《空气占据空间吗》

王学荣 袁熠

《义务教育小学科学课程标准》（2017版）将小学阶段的课程内容分为物质科学、生命科学、地球与宇宙科学和技术与工程四个领域展开，在四个不同的领域中都分别整理了18个大概念，并又将18个大概念分成了若干个下位概念。

大概念的提出就是为了教师将零散的基本整合起来，帮助学生自主构建一个完整的科学概念体系，从而更加系统化地掌握科学知识，并在构建完善概念体系的过程中培养学生的思考、创新和探究能力。在小学阶段的科学教学过程中，教师应把教学组织为倾向大概念的、连续相关联的、有思想的学习过程。

理清概念体系，明确思考问题

在设计教学时，教师首先需要理清本节课所要学习内容的概念宏观体系。以本节课所涉及的大概念为主线，将基本串起来，形成完整的知识体系。这样学生可以更加明确地掌握相关概念。我们可以通过分析由“大概念”到“基本”的分级来整理本节课的概念体系，由大到小逐渐深入。

《空气占据空间吗》是小学三年级《空气》单元的内容，其本节课的概念体系如右图所示。

由图所示，本课是在“空气是一种常见而重要的混合物质”的这一大概念背景下展开的。基于此，教师要指向本单元所涉及的核心概念“物质粒子不同时占据同一空间”，这一概念是学生在学习本课以及本单元的一个主旋律。学生通过本单元的学习，要认识到空气这一物质的特殊性和重要性。本课基本概念是“空气占据一定空间，并且充满各处”，通过概念体系的明确，教师能够更加清晰地掌握本节课的授课方向，也更加明确学生掌握的知识概念应到何种程度。

在理清了本课的概念体系之后，接下来要明确本节课需要解决的基本问题，即确定学生在本节课40分钟里的学习重心。教师在课前要基于概念体系去理解本节课，确定此堂课的核心概念，根据其与大概念的关系，再找寻以下基本概念，最后将基本以“基本问题”的方式展现，就是为了能以这些问题帮助学生找到思考的重点。

本节课“空气占据空间”这一基本概念可通过下列“基本问题”呈现：

占据空间的定义是什么？

把装有纸团的杯子垂直倒扣水中，纸团会湿吗？

假如在杯子底部扎个小孔，会发生什么变化？

往杯子里打气，空气会将水挤出杯子吗？

空气会占据水的空间吗？

利用前概念，引发认知冲突

对于本节课所学的内容，每个学生都会有自己对于空气的理解——即关于空气的前概念。在前面的学习中，学生通过传递空气、吹气球等一系列游戏，对于空气多多少少都有一定的认识，这对于开展本节课有着至关重要的作用。教师一定要利用好学生的原有概念，创设相关情境，提出引起学生质疑的问题。

在导入新课环节中，教师首先要向学生准确地讲清楚占据空间的定义是什么。对于三年级的学生来说，他们对于占据空間这种抽象名词还不能完全准确理解。教师在导入时，要充分考虑到学生在某些描述性词语的掌握程度，可以利用实物，更为直观地创建问题情境。

教师可以先向学生展示一个装了大半粉笔的粉笔盒，并请他们观察，粉笔盒里有什么。三年级的学生好奇心强，他们的积极性会立刻调动起来。这时，教师再请一个学生上台一根一根地往粉笔盒里装粉笔，直到粉笔盒装满了为止。当粉笔盒满得不能再装东西时，教师再次询问同学：“粉笔盒里还可以继续装东西吗？为什么呢？”这将引起学生的第一轮思考。教师引导出答案——因为粉笔占据了粉笔盒的全部空间。通过直观展示，首先解决了第一个基本问题。学生形成了实物会占据空间的概念。紧接着，教师继续抛出问题：“粉笔会占据空间，铅笔会占据空间，那么空气会占据空间吗？”

通过前面的学习，学生对于空气已不再陌生，之前教师展示的粉笔占据粉笔盒的情境，会促使他们形成只有实物才会占据空间的认知，气体是否会占据空间会使他们陷入矛盾之中，从而激发思考。教师利用原有概念，创建问题情境，引发学生认知冲突，激起他们的探究兴趣和思考动力，为学生掌握空气的相关概念奠定了基础。

经历实验探究，自主构建概念

科学教学以学生的实验探究为主，通过实验现象结果的直观展示来帮助学生对于概念的理解与构建。在探究部分，教师要为学生提供充足的探究条件，准备充足的实验材料，争取使每个学生都能投入探究之中，为构建概念提供强有力的支持。

学生根据教师在导入环节所提的问题，从已有经验出发，先猜测空气是否占据空间。教师不要急于给出答案，而是提供相关实验材料——纸杯、纸团、水和水槽。在给出了实验材料之后，教师鼓励学生在没有翻阅课本的情况下，基于所学的知识，通过小组讨论制订相关实验计划来验证自己的猜想。制定实验计划，其实就是一个他们互相思想碰撞的过程。教师在听了学生自己制订的实验计划时，要及时对他们制订的计划进行评价，并在学生所制订的实验计划上补充完善。

本节课的探究环节由三个实验探究活动来展开，分别是：

将放有纸团的杯子放入水中。

将底部打有小孔的杯子放入水中。

用打气筒从杯底的小孔向杯中打入空气。

这三个探究实验都是相互联系，层层推进的。在每开始一个探究活动时，教师首先要明确，学生在本次实验探究过程中，应该具体观察哪些方面，在实验过程中有哪些注意事项。虽然每个探究活动都有不同的问题，但是这三个探究活动的指向都是一致的——验证空气是否占据空间。明确了实验探究的目的和问题，那么接下来就需要学生间的分工合作了。

操作观察完实验探究后，小组内要利用科学的词汇、绘图的方式将所观察的现象记录下来，再展示各自所观察记录的实验现象。最后，教师将各个小组的实验现象进行汇总，学生通过比较分析发现：

当将有纸团的杯中垂直放入水槽中时，杯中的水面下降，纸团仍是干燥状态。

将底部打有小孔的杯子放入水中时，杯中的水面上升，且小孔处有气泡冒出，纸团处于湿润状。

用打气筒从杯底的小孔向杯中打入空气时，杯中的水面降低，杯口处有气泡产生。

根据以上的实验现象对比展示，教师继续抛出问题：为什么纸团在第一个实验中处于干燥状态，什么占据了水的空间？在第二个实验中，为什么杯中的水面会上升，所产生的气泡来自哪里？向杯子里打气时，杯中的水位为什么下降了？通过一系列的问题，学生更能有目的地解读实验现象，并就相关问题进行讨论交流，从而自主得出实验结论——空气占据了水的空间。

引导反思总结，完善概念体系

在实验探究活动之后，教师需要将学生的注意力从实验本身转移到关于科学概念的感悟上，探究实验后的反思总结是必不可少的。教师可从之前的实验过程和现象入手，引导小组内部和小组之间多方面分享学习心得，进而引导学生更加全面深入地掌握相关科学概念，完善自己的概念体系。

在之前的实验探究中，学生通过讨论分析，已经建构了关于“空气占据空间”这一基本的认知。接着，教师引导学生深入分析“我们是如何证实空气占据空间的”这一问题，他们自主回忆之前的实验过程及实验现象，实际上是在同化新概念。

教师引导学生思考：在学习本节课之前的想法和现在的感受是否一致？哪里不一致？是什么原因？经过反思，学生感悟自己的想法认知的转变过程，反思概念是如何转化的。

教师还需要帮助学生将基本进行升华。教师可引导学生与“粉笔占据空间”这一概念进行比较，结合相关实验现象提问：“为什么空气进入杯子时，水被排出去了呢？”学生根据这一问题进行思考讨论，进而指向本节课的核心概念“物质粒子不同时占据同一空间”。结合前面课的所学，教师提问“空气除了无色无味之外，还有什么特点”，引发学生对空气进行更全面的了解，他们对于空气的认识从触觉维度跨度到了认知抽象维度，为接下来的学习奠定了基础。

本单元的学习结束后，教师可以指导学生绘制思维导图进行小结，帮助他们了解学习科学概念的思维脉络，使他们对大概念“空气是一种常见而重要的混合物质”有更加深刻的认识。

理论联系实际，促进应用迁移

理论知识的学习固然重要，但是实际操作同样重要。以大概念的理念教学，最主要的目的是帮助学生更好地理解、掌握科学概念，创建大概念体系，将烦琐的科学知识整合在一起形成概念体系。这一切最有效的方法之一是将知识进行迁移，融会贯通，将理论联系实际。

课堂上学习的知识离不开课后作业的巩固加深，学生在掌握了“空气占据空间”这一概念后，教师要引导学生在生活中利用此概念解决实际生活问题。本節课后，教师可以留下有趣的小游戏作为课后作业，如要求学生回家进行探究：有半瓶水，一块橡皮泥和两根吸管，在不倾斜瓶子的情况下，你能利用空气将水从瓶中挤出来吗？

教师以大概念为背景，从教材中的基本内容入手，能帮助教师理解和掌握教材的编排方式，能帮助学生发展科学概念的内涵与外延，能促进学生自主探究，帮助他们自主构建概念体系，更好地掌握知识、应用知识，提升他们总结归纳的能力，达到举一反三的效果。