《空氣》單元教材分析和教學建議

童海云

單元概述

三年級上冊《空氣》單元是以空氣為研究對象的主題單元，學習內容主要涉及兩個方面——空氣的物質屬性和資源屬性。

本單元教學內容的設計有三個方面的意圖。一是體現課程標準的基本理念——指向主要概念的教學。本單元的學習有助于學生理解“空氣是一種常見而重要的混合物質”和“地球是人類生存的家園”這兩個主要概念。二是體現教科版教材的基本特色——在教學中促進科學概念和科學探究能力的協調發展。本單元通過一系列有聯系的觀察實驗，逐漸發展學生對空氣的認識，建構相關的具體概念。三是強化學生的主體地位。本單元內容的組織與教學統籌考慮知識、社會、學生三者的需求，強化學生的主體地位，在低年段學生對空氣特征有淺顯認知的基礎上，設計了許多和學生生活相聯系的活動，將科學本質、科學思想、科學知識、科學方法等學習內容滲透在學生喜聞樂見的科學主題內容中。

本單元的教學內容主要體現了以下課程標準中的學習內容：

1.1 能夠使用簡單的儀器測量物體長度、質量、體積、溫度等常見特征，并使用恰當的計量單位進行記錄。

1.3 知道固體有確定的形狀、體積和質量;液體有確定的體積和質量，液體的表面在靜止時一般會保持水平;氣體有確定的質量，但沒有確定的形狀和體積。

3.1 知道空氣具有質量并占有一定的空間，空氣總會充滿各處。

3.2 知道空氣中的氧氣和二氧化碳對生命具有重要意義。

3.3 通過觀察，描述熱空氣上升的現象。

知道空氣的流動是風形成的原因。

列舉生活中常見的形成風的一些方法。

本單元確定了如下教學目標：

科學概念目標

空氣具有一定的質量并能占有一定的空間，沒有固定的形狀和體積。空氣總會充滿各處。

空氣中的氧氣和二氧化碳對生命具有重要意義。

空氣受熱后會上升。

空氣的流動是風形成的原因。

科學探究目標

運用多種感官或者簡單的工具觀察對象的特征及現象。

在教師引導下，能基于所學知識制訂簡單的探究計劃。

在教師引導下，能運用感官和選擇恰當的工具、儀器，觀察并描述實驗中所反映出來的空氣特征及現象。

以語言、繪畫、文字等形式進行描述和交流信息，并對觀察結果進行分析。

嘗試以氣泡圖、矩陣圖等圖表的形式整理信息。

在教師的引導下，能回顧和反思探究的過程和方法，做出自我評價與調整。

科學態度目標

能在好奇心的驅使下，對常見物體的特征，以及生活中的科學現象、自然現象表現出探究興趣。

認同以圖表形式組織和交流信息的重要性。

能如實講述事實，不盲從，當發現事實與自己原有的想法不同時，能尊重事實，養成用事實說話的證據意識。

樂于小組合作探究，能主動參與合作學習活動，愿意傾聽他人的意見，積極分享自己的觀點。

具有分析、反思、嘗試運用多種探究方法的創新意識。

科學、技術、社會與環境目標

認識到空氣是重要的資源，需要珍惜和保護，愿意采取行動保護環境。

了解并意識到人類利用空氣的性質改善生活，科學技術在生活中發揮著重要作用。

單元教學內容分析

本單元共8課，這8課內容的內在邏輯關系是：整體感知空氣（第1課，感受空氣）—具體研究空氣的基本屬性（第2～7課）—調查、分析和總結空氣的特征和作用（第8課）。其中研究空氣的基本屬性主要是空氣能占據空間、有質量、會流動，這些內容能幫助學生理解“空氣和水、石頭等一樣，是一種常見的物質”。最后一課，引導學生通過調查分析認識到空氣中的氧氣和二氧化碳對地球生命具有重要意義，空氣是一種重要的自然資源，從而培養學生保護環境、熱愛大自然的環保意識和社會責任感。

第1課《感受空氣》。本課作為單元的起始課，主要有兩個方面的內容。一是了解學生對于空氣認識的前概念，重點是從空氣特征和作用的兩個角度進行了解。二是感知空氣的一般特征，通過一組有結構的活動，讓學生對“空氣是一種物質”有初步而具體的感知。在活動中，教師要引導學生將空氣與一種典型固體（石頭）和一種典型液體（水）進行對比，找出異同。本單元后續課時的研究內容都是基于本節課的認知基礎展開的。

第2課《空氣能占據空間嗎》。本課在學生認識了空氣確實存在的基礎上，讓他們通過三個連貫的實驗，認識到空氣和其他物質一樣，能夠占據空間。本課第一個實驗是水中倒扣的杯子里的紙巾不濕，初步說明空氣占據了杯內的空間，“保護”了紙巾;第二個實驗是在杯底打孔，學生可以觀察到空氣溢出，水占據了原先空氣的空間，因此能將杯子中的紙巾浸濕;第三個實驗是用打氣筒往杯子里打氣，空氣排開水后重新占據了空間。這三個實驗環環相扣，證明了空氣像水、石頭等物質一樣，能占據空間。

第3課《壓縮空氣》。學生通過前一課的學習，認識到空氣能占據空間，但空氣占據空間與其他物質（比如水）有何不同呢？本課通過推拉注射器的對比實驗，證明空氣容易被壓縮和擴張，并讓學生嘗試從物質微粒的角度進行形象化的表征和解釋。

第4課《空氣有質量嗎》。本課研究空氣作為物質的基本屬性——有質量。學生通過簡易天平進行測量，最后證明空氣是有質量的。簡易天平是一個重要的測量工具，教師需要提前制作和調試好，保證天平能靈敏地反映皮球中增加的空氣質量。學生的測量結果與他們的預測之間可能存在反差，會讓學生從質量的維度上重新認識空氣的物質屬性。

第5課《一袋空氣的質量是多少》。本課的目的在于讓學生嘗試解決一個復雜的問題。學生需要運用測量和簡單的數學計算技術，估計出一袋空氣（100筒空氣）的質量。學生把這袋空氣和與其他質量相當的常見物體進行比較，從而深化對空氣的認知——與同質量物質比較，空氣占據空間（體積）較大。這為學生以后學習“密度”概念提供感性經驗。

第6課《我們來做“熱氣球”》。本課通過一個有趣的“熱氣球”模擬實驗，讓學生通過實驗現象感受到冷熱空氣不同的物理性質。

第7課《風的形成》。在認識了冷熱空氣不同的物理性質后，學生對風的形成會更容易理解。本課通過一套簡單的風模擬實驗裝置，讓學生觀察到風的流動，并初步分析空氣流動成風的原因。

第8課《空氣和我們的生活》。本課作為單元的收尾課，通過調查活動，讓學生意識到空氣對人類和動植物生存的重要意義。同時，本課還引導學生對本單元的學習活動進行總結和概括，并把所學的知識用多種形式表達和展示。教師可以借此總結活動來評估學生的認知發展水平。

單元教學建議

1.整體理解單元的結構和概念發展線索

在教學過程中，整體理解單元教學是十分重要的。本單元結構和概念發展線索如圖1，由此圖我們可以看到本單元教學內容與課程標準具體學段內容的對應關系，可以看到教材內容的基本結構為“總—分—總”，還可以看到具體內容間的相互關系，比如空氣占據空間和壓縮空氣、熱氣球和風等緊密相連。

教師整體理解單元教學，在教學實施過程中密切關注學生概念的發展，有助于發展學生的科學思維，同時也能逐步幫助他們真正理解和建構科學大概念。

2.做好實驗的可視化設計和實施

空氣的透明、無色、無味決定了它不易被感知，所以教師需要借助一些標記物來幫助學生觀察。

比如，在空氣占據空間的實驗過程中，杯中的紙團、水面上的漂浮物（如塑料泡沫等）都是標記物，用來標記水位的變化，有助于學生借助水位的變化，觀察杯子中空氣占據空間的變化。風的模擬實驗中，用煙霧或紙條作為標記物，可以幫助學生觀察空氣的流動。

雖然教材中有這樣的設計，但是教師還可以在實際教學中增加一些標記物，做好實驗的可視化設計。比如，《空氣有質量嗎》一課中，簡易天平的平衡狀態是不易觀察的，教師可以增加可視化的裝置（比如指針等）來幫助學生觀察。

3.鼓勵學生做好實驗過程的記錄和解釋

本單元的實驗記錄有一個特點是強調過程性記錄。過程性記錄與實驗結果的記錄有所區別，過程性記錄會把實驗現象和產生該現象的實驗條件進行綜合記錄，這對學生有一定的挑戰。為了降低記錄難度，教師在設計活動手冊中的記錄表時，常常采用畫簡圖的方式讓學生做記錄。教師應特別強調學生在實驗過程中要隨時記錄，也可以將實驗分環節進行，每完成一個環節就進行記錄，記錄完成后才能繼續做下一步實驗。

與過程性記錄相配套的是過程性解釋。課程標準關于探究目標的中段要求中強調，在教師的引導下，學生能依據證據運用分析、比較、推理、概括等方法分析實驗現象，得出結論。在學生做過程性解釋時，教師要加以指導，特別要引導學生對實驗過程中相關現象進行前后比較，在比較中分析。由于三年級學生的解釋能力有限，通常我們只要求學生做描述性解釋，而不做因果分析的解釋。比如，在空氣占據空間的實驗中，學生觀察到倒扣在水里的杯子中的紙團未濕，學生要做的解釋是“紙團未濕說明了什么”，而不是解釋“紙團為什么未濕”。前者的解釋只需要學生說明杯中有空氣占據空間，后者的解釋不僅要說明杯子中有空氣，還要說明水沒有上升到紙團的原因，這對學生來說難度太大了。