以大概念理念教學《空氣占據空間嗎》

王學榮 袁熠

《義務教育小學科學課程標準》（2017版）將小學階段的課程內容分為物質科學、生命科學、地球與宇宙科學和技術與工程四個領域展開，在四個不同的領域中都分別整理了18個大概念，并又將18個大概念分成了若干個下位概念。

大概念的提出就是為了教師將零散的基本整合起來，幫助學生自主構建一個完整的科學概念體系，從而更加系統化地掌握科學知識，并在構建完善概念體系的過程中培養學生的思考、創新和探究能力。在小學階段的科學教學過程中，教師應把教學組織為傾向大概念的、連續相關聯的、有思想的學習過程。

理清概念體系，明確思考問題

在設計教學時，教師首先需要理清本節課所要學習內容的概念宏觀體系。以本節課所涉及的大概念為主線，將基本串起來，形成完整的知識體系。這樣學生可以更加明確地掌握相關概念。我們可以通過分析由“大概念”到“基本”的分級來整理本節課的概念體系，由大到小逐漸深入。

《空氣占據空間嗎》是小學三年級《空氣》單元的內容，其本節課的概念體系如右圖所示。

由圖所示，本課是在“空氣是一種常見而重要的混合物質”的這一大概念背景下展開的。基于此，教師要指向本單元所涉及的核心概念“物質粒子不同時占據同一空間”，這一概念是學生在學習本課以及本單元的一個主旋律。學生通過本單元的學習，要認識到空氣這一物質的特殊性和重要性。本課基本概念是“空氣占據一定空間，并且充滿各處”，通過概念體系的明確，教師能夠更加清晰地掌握本節課的授課方向，也更加明確學生掌握的知識概念應到何種程度。

在理清了本課的概念體系之后，接下來要明確本節課需要解決的基本問題，即確定學生在本節課40分鐘里的學習重心。教師在課前要基于概念體系去理解本節課，確定此堂課的核心概念，根據其與大概念的關系，再找尋以下基本概念，最后將基本以“基本問題”的方式展現，就是為了能以這些問題幫助學生找到思考的重點。

本節課“空氣占據空間”這一基本概念可通過下列“基本問題”呈現：

占據空間的定義是什么？

把裝有紙團的杯子垂直倒扣水中，紙團會濕嗎？

假如在杯子底部扎個小孔，會發生什么變化？

往杯子里打氣，空氣會將水擠出杯子嗎？

空氣會占據水的空間嗎？

利用前概念，引發認知沖突

對于本節課所學的內容，每個學生都會有自己對于空氣的理解——即關于空氣的前概念。在前面的學習中，學生通過傳遞空氣、吹氣球等一系列游戲，對于空氣多多少少都有一定的認識，這對于開展本節課有著至關重要的作用。教師一定要利用好學生的原有概念，創設相關情境，提出引起學生質疑的問題。

在導入新課環節中，教師首先要向學生準確地講清楚占據空間的定義是什么。對于三年級的學生來說，他們對于占據空間這種抽象名詞還不能完全準確理解。教師在導入時，要充分考慮到學生在某些描述性詞語的掌握程度，可以利用實物，更為直觀地創建問題情境。

教師可以先向學生展示一個裝了大半粉筆的粉筆盒，并請他們觀察，粉筆盒里有什么。三年級的學生好奇心強，他們的積極性會立刻調動起來。這時，教師再請一個學生上臺一根一根地往粉筆盒里裝粉筆，直到粉筆盒裝滿了為止。當粉筆盒滿得不能再裝東西時，教師再次詢問同學：“粉筆盒里還可以繼續裝東西嗎？為什么呢？”這將引起學生的第一輪思考。教師引導出答案——因為粉筆占據了粉筆盒的全部空間。通過直觀展示，首先解決了第一個基本問題。學生形成了實物會占據空間的概念。緊接著，教師繼續拋出問題：“粉筆會占據空間，鉛筆會占據空間，那么空氣會占據空間嗎？”

通過前面的學習，學生對于空氣已不再陌生，之前教師展示的粉筆占據粉筆盒的情境，會促使他們形成只有實物才會占據空間的認知，氣體是否會占據空間會使他們陷入矛盾之中，從而激發思考。教師利用原有概念，創建問題情境，引發學生認知沖突，激起他們的探究興趣和思考動力，為學生掌握空氣的相關概念奠定了基礎。

經歷實驗探究，自主構建概念

科學教學以學生的實驗探究為主，通過實驗現象結果的直觀展示來幫助學生對于概念的理解與構建。在探究部分，教師要為學生提供充足的探究條件，準備充足的實驗材料，爭取使每個學生都能投入探究之中，為構建概念提供強有力的支持。

學生根據教師在導入環節所提的問題，從已有經驗出發，先猜測空氣是否占據空間。教師不要急于給出答案，而是提供相關實驗材料——紙杯、紙團、水和水槽。在給出了實驗材料之后，教師鼓勵學生在沒有翻閱課本的情況下，基于所學的知識，通過小組討論制訂相關實驗計劃來驗證自己的猜想。制定實驗計劃，其實就是一個他們互相思想碰撞的過程。教師在聽了學生自己制訂的實驗計劃時，要及時對他們制訂的計劃進行評價，并在學生所制訂的實驗計劃上補充完善。

本節課的探究環節由三個實驗探究活動來展開，分別是：

將放有紙團的杯子放入水中。

將底部打有小孔的杯子放入水中。

用打氣筒從杯底的小孔向杯中打入空氣。

這三個探究實驗都是相互聯系，層層推進的。在每開始一個探究活動時，教師首先要明確，學生在本次實驗探究過程中，應該具體觀察哪些方面，在實驗過程中有哪些注意事項。雖然每個探究活動都有不同的問題，但是這三個探究活動的指向都是一致的——驗證空氣是否占據空間。明確了實驗探究的目的和問題，那么接下來就需要學生間的分工合作了。

操作觀察完實驗探究后，小組內要利用科學的詞匯、繪圖的方式將所觀察的現象記錄下來，再展示各自所觀察記錄的實驗現象。最后，教師將各個小組的實驗現象進行匯總，學生通過比較分析發現：

當將有紙團的杯中垂直放入水槽中時，杯中的水面下降，紙團仍是干燥狀態。

將底部打有小孔的杯子放入水中時，杯中的水面上升，且小孔處有氣泡冒出，紙團處于濕潤狀。

用打氣筒從杯底的小孔向杯中打入空氣時，杯中的水面降低，杯口處有氣泡產生。

根據以上的實驗現象對比展示，教師繼續拋出問題：為什么紙團在第一個實驗中處于干燥狀態，什么占據了水的空間？在第二個實驗中，為什么杯中的水面會上升，所產生的氣泡來自哪里？向杯子里打氣時，杯中的水位為什么下降了？通過一系列的問題，學生更能有目的地解讀實驗現象，并就相關問題進行討論交流，從而自主得出實驗結論——空氣占據了水的空間。

引導反思總結，完善概念體系

在實驗探究活動之后，教師需要將學生的注意力從實驗本身轉移到關于科學概念的感悟上，探究實驗后的反思總結是必不可少的。教師可從之前的實驗過程和現象入手，引導小組內部和小組之間多方面分享學習心得，進而引導學生更加全面深入地掌握相關科學概念，完善自己的概念體系。

在之前的實驗探究中，學生通過討論分析，已經建構了關于“空氣占據空間”這一基本的認知。接著，教師引導學生深入分析“我們是如何證實空氣占據空間的”這一問題，他們自主回憶之前的實驗過程及實驗現象，實際上是在同化新概念。

教師引導學生思考：在學習本節課之前的想法和現在的感受是否一致？哪里不一致？是什么原因？經過反思，學生感悟自己的想法認知的轉變過程，反思概念是如何轉化的。

教師還需要幫助學生將基本進行升華。教師可引導學生與“粉筆占據空間”這一概念進行比較，結合相關實驗現象提問：“為什么空氣進入杯子時，水被排出去了呢？”學生根據這一問題進行思考討論，進而指向本節課的核心概念“物質粒子不同時占據同一空間”。結合前面課的所學，教師提問“空氣除了無色無味之外，還有什么特點”，引發學生對空氣進行更全面的了解，他們對于空氣的認識從觸覺維度跨度到了認知抽象維度，為接下來的學習奠定了基礎。

本單元的學習結束后，教師可以指導學生繪制思維導圖進行小結，幫助他們了解學習科學概念的思維脈絡，使他們對大概念“空氣是一種常見而重要的混合物質”有更加深刻的認識。

理論聯系實際，促進應用遷移

理論知識的學習固然重要，但是實際操作同樣重要。以大概念的理念教學，最主要的目的是幫助學生更好地理解、掌握科學概念，創建大概念體系，將煩瑣的科學知識整合在一起形成概念體系。這一切最有效的方法之一是將知識進行遷移，融會貫通，將理論聯系實際。

課堂上學習的知識離不開課后作業的鞏固加深，學生在掌握了“空氣占據空間”這一概念后，教師要引導學生在生活中利用此概念解決實際生活問題。本節課后，教師可以留下有趣的小游戲作為課后作業，如要求學生回家進行探究：有半瓶水，一塊橡皮泥和兩根吸管，在不傾斜瓶子的情況下，你能利用空氣將水從瓶中擠出來嗎？

教師以大概念為背景，從教材中的基本內容入手，能幫助教師理解和掌握教材的編排方式，能幫助學生發展科學概念的內涵與外延，能促進學生自主探究，幫助他們自主構建概念體系，更好地掌握知識、應用知識，提升他們總結歸納的能力，達到舉一反三的效果。