空气单元

空气单元（通用3篇）

空气单元 篇1

1 引言

高等级生物安全实验室是从事高致病性病原微生物检测和科学研究的重要技术平台,同时也是保护实验室工作人员不被感染、外界环境不受污染的防护屏障。事实上,许多常规的实验操作都会产生危害性生物气溶胶,对276种实验室操作进行测试表明,发现其中239种(86.6%)操作可以产生微生物气溶胶[1]。这些气溶胶粒子可在室内空气中长时间存留,如果实验室内带菌、带病毒的污染空气扩散到大气中,将会感染周围人群及动物,引发流行病,严重威胁人类生命健康,甚至引发重大公共卫生事件。因此,防止传染性生物因子向外界扩散是确保实验室生物安全的关键。

实验室生物安全防护由一级防护屏障和二级防护屏障这2部分硬件及实验室管理规程和标准操作程序等软件构成。一级防护屏障是指安全设备,如生物安全柜、高压灭菌器和离心机安全罩等;二级防护屏障是指实验室设施,即实验室在建筑上的结构特征,如实验室的布局以及送、排风系统等。空气高效过滤器(简称HEPA过滤器)是生物安全实验室的最重要的二级防护屏障,可有效阻止实验室空气中的有害粒子进入环境。一方面,其表面可能存留了致病微生物;另一方面,其完整性须得到保证。因此,GB19489—2008《实验室生物安全通用要求》中6.3.3.8明确要求“应可以在原位对排风HEPA过滤器进行消毒和检漏”[2]。高效过滤器单元是一种预制的箱式高效空气过滤装置,便于HEPA过滤器的原位消毒和检漏,也便于维护。我国目前的生物安全实验室的高效过滤器均存在原位检漏和消毒问题,而国外高等级生物安全实验室广泛使用了高效空气过滤器单元,成功地解决了以上问题[1,3,4,5]。本文介绍在国家课题资助下国产生物安全实验室高效空气过滤器单元的研制概况。

2 高效空气过滤器单元的主要技术要求

2.1 箱体严密性

高效过滤器单元通常安装在实验室防护区外,因而对其密封性有严格要求。GB19489—2008《实验室生物安全通用要求》中6.3.3.9明确规定[2]:高效过滤器单元的整体密封性应达到在关闭所有通路并维持腔室内的温度在设计范围上限的条件下,若使空气压力维持在1 000 Pa时,腔室内每分钟泄漏的空气量应不超过腔室净容积的0.1%。

2.2 HEPA过滤器的原位检漏

扫描检漏或全效率检漏法是目前国际上通用的方法。扫描检漏法通过采样头在靠近过滤器出风面的位置沿过滤器的所有表面及过滤器与装置的连接处以固定速度移动,测试局部过滤效率,判断过滤器是否发生泄漏。全效率检漏法通过测试过滤器的总过滤效率判断过滤器是否发生泄漏。全效率检漏法一般用于无法接近的HEPA过滤器或W型、圆形等异型HEPA过滤器的检漏,精度较扫描检漏法低。如果可行,应尽量采用扫描的方法对HEPA过滤器进行检漏。

无论是全效率检漏还是扫描检漏均应采用人工尘作为试验气溶胶,人工尘浓度比较稳定,也不会对整个实验室造成污染。人工尘可以选用癸二酸二异辛酯(DEHS)、邻苯二甲酸二辛酯(DOP)或聚α烯烃(PAO)等物质,应优先选用对人和环境低毒或无害的物质,应注意的是,DOP有致癌作用[6]。

按照美国标准IEST-RP-CC034.2:2005的要求,应保证上游检测气溶胶的空间和时间一致性,要求在上游紧靠被试过滤器的断面上,在至少9个均匀分布的测点上测量,其中任一点的气溶胶浓度不偏离平均值的10%[7]。全效率检漏法的被测过滤器下游采样口应选择在混合较好的区域,建议依据标准ASHERE52.2—1992对下游采样点气溶胶混合性能进行评价[8],即在过滤器背风面尽量接近过滤器处平均布置的9个测试点分别注入人工发生的检测气溶胶,在下游采样口进行测试,各点发尘所导致的下游采样口气溶胶浓度测试结果与平均值的偏差均应不大于10%。

2.3 HEPA过滤器的原位消毒

国外对HEPA过滤器消毒主要采用气体熏蒸方法。由于气体“无孔不入”,可同时消毒管道,容易进行消毒效果验证,必然是发展趋势。应在高效过滤器单元的过滤器上游及下游合适位置处配备熏蒸消毒接口,以满足对HEPA过滤器及箱体内部进行原位气体熏蒸消毒的要求。

3 高效空气过滤器单元的结构设计

3.1 箱体结构

如图1所示,高效空气过滤器单元由密闭阀门、检测气溶胶发生段、混合段、上游采样段、过滤器安装段、扫描检漏段、密闭门、密闭阀门等部分组成。运行过程中,密闭阀门处于打开状态;消毒过程中,密闭阀门及密闭门处于关闭状态,以避免消毒剂外溢。为了保证箱体的严密性,箱体采用不锈钢整体气密焊接,密闭门采用优质的橡胶条用螺栓压紧密封,电气件采用气密连接件连接。

1.密闭阀门;2.检测气溶胶发生段;3.混合段;4.上游采样段;5.过滤器安装段;6.扫描检漏段;7.密闭门

3.2 过滤器压紧机构

如图2所示,高效空气过滤器压紧机构安装于过滤器箱体内部,由旋转把手、安装调整块、偏心轮、压紧框等构成。通过旋转把手带动偏心轮转动,对压紧框施加作用力,推动压紧框上部高效过滤器运动并施加压紧力,使过滤器与过滤器安装框紧密贴合并压紧。

1.旋转把手;2.安装调整块;3.偏心轮;4.压紧框;5.高效过滤器;6.过滤器安装框

3.3 过滤器扫描检漏机构

扫描探头采样口的形状一般为正方形或矩形,大多采用矩形采样探头,采样口长宽比不高于15∶1[9,10],扫描速度不超过5 cm/s。扫描机构可以采用单个探头,但要进行x-y双向运动,机构较为复杂。另一种方式为增设多个采样探头,探头只在一个方向运动,这种机构较为简单,但需要使用探头循检装置。每一次采样探头扫描与探头宽度相当的部分,扫描完整个过滤器需要探头来回往复运动多次,根据这种采样探头的运行方式,这种扫描方法可以称为“逐行扫描法”。这种方式突出了其精确定位漏点的功能,如果发现漏点,可以由供应方对其局部进行修补从而节约成本。但在生物安全领域,安装现场检测过滤器时,一旦发现泄漏,过滤器将不能进行修补后再次使用,也就无法体现扫描检漏这一定位功能的优势。这种扫描检漏装置也存在工作周期长、机构复杂、配套仪器多的问题。

为了解决上述问题,笔者单位研制了另一种形式的扫描采样探头,该采样探头与过滤器出风面等宽,采样口为狭缝,呈线状,只需由上到下运行一次即可完成对整个过滤器的检漏作业,根据其运行方式可以称为“线扫描法”。“线扫描”装置的结构如图3所示。

为了测试“线扫描”探头识别漏点的性能,进行了“线扫描”探头与常规探头的对比实验。常规探头采样口的尺寸为9 mm×120 mm,在过滤器出风面上制造2个漏点A、B,分别对应线扫描探头采样口不同位置,漏点直径约为0.4 mm,过滤器的效率为≥99.97%@0.3μm。2种探头均在距过滤器出风面25 mm处,在漏点周围进行固定采样,确定漏点可识别范围。测试结果如图4、5所示。由图4、5可见,线扫描探头漏点识别范围为7 mm左右,透过率分布呈抛物线状,最高透过率分别为0.28%、0.22%;矩形采样探头漏点识别范围为11 mm左右,透过率分布呈梯形状,最高透过率分别为0.40%、0.37%。2种探头出现不同结果的主要原因是探头采样口的宽度,漏点可以近似看作小孔射流[11,12],线扫描探头采样口宽度窄,无法完全覆盖射流的扩散区,所测的穿透率就出现了较为明显的波峰,而矩形采样探头采样口宽,在一定范围内可较完全覆盖射流的扩散区,因此峰值周围透过率分布较为平缓。两者的最高透过率的差别并未出现较大的差异,也说明了线扫描探头同样可以精确地识别漏点。在实际运行时,线采样探头的运行速度以及渗漏指认要结合探头的具体技术参数予以确定。

线采样探头定位区域为条形区域,漏点定位精度虽没有常规扫描头高,但同样具有扫描检漏可以准确检测渗漏的优点。该扫描方式工作周期短、配套仪器少,其所需的机械运动机构简单,自动扫描系统的电器元件可全部安装在箱体的外侧,当对过滤器进行消毒时可避免消毒剂对扫描系统性能的影响。

3.4 过滤器的原位消毒

如图6所示,在高效过滤器单元的过滤器上游及下游合适位置处配备熏蒸消毒接口,气体熏蒸消毒时,关闭箱体两端的密闭阀,将气体消毒装置连接于熏蒸消毒接口,打开熏蒸消毒接口,启动气体消毒装置和循环风机,在循环风机的作用下,气体消毒剂穿透HEPA过滤器,在箱体内往复循环,从而实现对过滤器及箱体内部的彻底消毒。

1.密封阀门;2.循环风机;3.消毒剂发生器

4 主要技术指标的检测验证

2009年10月,国家建筑工程质量监督检验中心对高效过滤器单元的主要技术指标进行了检测,结果如下:

(1)气密性:将高效过滤单元(容积为0.626 m3)打压至+2 730 Pa并维持稳定,每分钟实测漏气量为0.04 L/min,为过滤单元容积的0.006%,满足GB19489—2008的小于腔室净容积的0.1%的要求。

(2)过滤器上游气溶胶混匀性能:9个均布测点测试气溶胶浓度与平均值的偏差均满足GB 13554—2008《高效空气过滤器》不大于10%的要求。

(3)漏点识别能力(测试风量1 500 m3/h):在测试过滤器距一侧边框约350 mm处,人为制造一直径为0.4 mm的漏点,扫描检漏装置可准确识别并定位该漏点。

5 结语

国外高等级生物安全实验室自20世纪80年代初就使用了具有原位消毒和检漏功能的高效空气过滤单元,而我国高等级生物安全实验室的建设起步较晚,现采用的实验室排风处置技术仍十分落后,已建的高等级生物安全实验室均存在不能原位对排风HEPA过滤器进行消毒和检漏的问题。针对以上问题,在国家课题的资助下,我国开始了高效空气过滤器单元等实验室生物防护装备的自主研发工作。本文介绍了国产生物安全实验室高效空气过滤器单元的研制概况,检测结果表明,国内自主研发高效空气过滤器单元的气密性、过滤器上游气溶胶混匀性能、漏点识别能力等指标满足相关标准要求,达到国外同类产品水平,可满足我国高等级生物安全实验室建设的需要。

参考文献

[1]张弘,徐百万,林典生,等.兽医实验室生物安全指南[M].北京:中国农业出版社,2006.

[2]全国认证认可标准化技术委员会(SAC/TC261).GB19489—2008实验室:生物安全通用要求[S].北京:中国标准出版社,2009.

[3]Flanders Filters,Inc.,Washington,N C.Filter testing apparatus and method:US,4494403[P].1985-01-22.

[4]Camfil Farr,Inc.Scan testable filter housing assembly for exhaust applications:US,US2006/0042359A1[P].2006-03-02.

[5]Camfil Farr,Inc.Riverdale,NJ(US).Method and apparatus for v-bank filter bed scanning:US,US7334490B2[P].2008-02-26.

[6]刘慧杰,舒为群.邻苯二甲酸酯类化合物的毒理学效应及对人群健康的危害[J].第三军医大学学报,2004,26(19):1778-1781.

[7]Institute of Environmental Science and Technology.IEST-RP-CC0034.2(2005)HEPA and ULPA Filter Leak Tests[S].Arlington Heights Illinois:Institute of Environmental Science and Technology,2005.

[8]American Society of Heating,Refrigerating and Air-Conditioning Engineers.ANSI/ASHRAE52.2:1992.Method of General Ventilation Air-Cleaning Devices for Removal Efficiency by Particle Size[S].

[9]中国制冷空调工业学会.CRAA431.4—2008高效率空气过滤器第4部分:过滤器扫描试验[S].云南:云南科技出版社,2008.

[10]Technical Committee CEN/TC195.EN1822-4:2000High efficiency air filters(HEPA and ULPA):Part4Determining leakage of filter element(Scan method)[S].

[11]邹志胜.高效空气过滤器最易穿透粒径效率测试台的研制[D].天津:天津大学,2005.

[12]周远斌.高效空气过滤器最易穿透粒径效率扫描测试台的研制[D].天津:天津大学,2005.

空气单元 篇2

一、教学目标

1、知识与技能：认识空气的成分，说出各成分的大致含量 了解混合物及纯净物的概念 知道空气各成分的主要用途

2、过程与方法：通过白磷燃烧测定空气中氧气含量的实验，培养学生用实验的方法对科学问题进行探究的能力。

3、情感态度价值观：联系生活实际，激发学生学习化学的兴趣。

二、重点、难点

1、空气的主要成分及其体积分数，混合物与纯净物

2、空气的主要成分确定

三、教学准备：准备教材中“测定空气里氧气含量”实验的有关器材

四、教学安排：一课时

五、教学过程

[引言]人类和一切动植物的生命支柱是什么气体? 空气是一种“看不到摸不着”的天然物质，它跟我们的生活最密切，它是由一种物质组成还是由多种物质组成的呢？今天我们进一步学习有关空气的知识。

[板书]2.1、空气的成分

[提问]1．空气实实在在的存在，你能否举出空气存在的例子呢？ 2．空气就在你周围，你能描述它有哪些物理性质吗？

3、空气是一种单的一物质吗？它主要由哪些成分组成呢？你能用实验来证明 吗？

引导学生设计实验装置，了解实验原理

原理：利用化学变化特点，用一种物质同空气反应，若空气无剩余，则空气的成分单一，反之，成分不唯一。

具体装置：连通器原理，利用气体消耗后的气压缩小，水面上升，测定空气的成分。注意事项：生成物应该为固体、液体，不能为气体（为什么），测量水面高度时，应等到恢复倒室温时。

[演示实验]空气中氧气含量的测定（课本p.26图2-1）。介绍仪器名称，操作顺序，提示学生观察要点：红磷燃烧的主要现象和水面变化的情况。

[分析讨论]启发引导学生分析讨论： 课本中的问题：

1、空集气瓶中装得是什么？

2、瓶内出现了什么现象？

3、红磷燃烧消耗了瓶内什么物质？

4、观察到什么现象，为什么？ 观察现象产生的问题 1．水面为什么会升高？

2、红磷燃烧生成五氧化二磷；说明空气中含有什么样的气体？

3．为什么红磷燃烧时只消耗了钟罩或集气瓶内气体的1/5而不是全部呢？ [解答]

1、瓶中装的是空气

2、红磷在瓶中燃烧，产生大量的白烟，一段时间后熄灭。

3、磷燃烧消耗了瓶内的氧气，氧气消耗完毕，红磷停止燃烧。

4、松开止水夹后，水倒流至集气瓶中，大约占集气瓶的1/5。[板书]空气是无色、无味的气体，它不是单一的物质，是由多种气体组成。空气中主要成分是氧气和氮气。[阅读、讨论]（课本28页）

1、空气中各种成分的体积分数是多少？

2、空气的组成是怎样发现的？

3、氮气和稀有气体有什么特征和用途？

4、空气的各组分的比例是否固定不变？

[小结]

1、空气的成分其积极分数：氮气（78%）、氧气（21%）、稀有气体（0.94%）、二氧化碳（0.03%）、其它气体和杂质（0.03%）。

2、利用实验，仔细观察，不放过任何细节。科学探究的精神。（拉瓦锡、瑞利）

3、氮气：常温下化学性质很稳定，很难发生化学变化。用途：冲氮包装，灯泡中冲氮气（为什么？）；但是，在高温下，可以同某些物质发生化学反应。用途：制取氮肥，合成染料、制造炸药。

稀有气体：一般不同其他物质反应，曾称之为‘惰性气体’。

用途：焊接保护气，通电会发出不同颜色的光，用途：霓虹灯，激光技术

氦气：密度很小，用途：探空气球（为什么不用氢气）

六、板书设计：

空气的成分

1、空气是无色、无味的气体，它不是单一的物质，是由多种气体组成。

2、空气的成分其积极分数：氮气（78%）、氧气（21%）、稀有气体（0.94%）、二氧化碳（0.03%）、其它气体和杂质（0.03%）。

3、氮气：常温下化学性质很稳定，很难发生化学变化。用途：冲氮包装，灯泡中冲氮气（为什么？）；但是，在高温下，可以同某些物质发生化学反应。用途：制取氮肥，合成染料、制造炸药。

4、稀有气体：一般不同其他物质反应，曾称之为‘惰性气体’。

用途：

七、教后反思：

八、练习：

1.按体积计算，空气中含量最多的气体是________，它大约占空气体积的百分比是______；含量居第二位的气体是________，它大约占空气体积的百分比是____________。

2．排放到空气中的有害物质，大致可以分为________和_________两大类。从世界范围看，排放到空气中的气体污染物较多的是_______、_______、___________等。

3．物质的物理性质一般指______、状态、______、熔点、______、密度、_______和溶解性等。

4.下列物质中，属于纯净物的是（）

A．蒸馏水 B．雪碧饮料 C．河水 D．新鲜空气 5.按体积计算，空气中含量最多气体是（）

空气单元 篇3

水和空气

教学内容：教材第66—84页。单元目标：

1.科学概念：

物质分为固态、液态和气态。固体有固定的形状和一定的体积；液体没有固定的形状，但有一定的体积；气体没有固定的形状和体积。

水是地球上一种重要的物质，它有许多的用途；水和其他液体比较，在颜色、气味、黏性、流动性等方面存在差异。

空气确实存在于我们周围，能被我们的感官感知；空气能占据空间，空气有重量。量筒是一种标准工具，可以测量液体的体积多少。

2.过程与方法：

对液体、固体和气体进行系统的比较观察。

识别并通过观察比较认识水、空气和其他液体的特征。

借助其他媒介和通过实验的方法来观察水、空气和其他液体的特征。

利用文字、图表、图画等方式描述观察、实验和测量的结果，并对观察结果进行分析。运用口头、书面的形式，有目的地进行过程与方法的交流。

3.情感、态度、价值观：

发展愿意与他人合作，乐于交流的学习态度。

形成尊重事实、重视证据的科学态度。认识到水和空气是地球上十分重要的物质，形成保护水和空气，珍爱生命的情感、态度与价值观。认识测量需要标准工具。有了标准工具，测量信息的交流才成为可能。教学时间：7课时

第一课 水

教学内容：教科书第66-67页。教学目标：

1.科学概念：

物体可分为固体、液体、气体三类，它们之间的区别在于，固体有固定的形状，液体和气体都没有固定的形状。

2.过程与方法：

用网状图展现对事物的认识；熟练运用各种感官对物质进行观察对比，对观察结果进行分析，根据物质的相同点确立分类标准进行分类。

3.情感、态度、价值观：

积极参与有关水的已有认识的研讨，发表有根据的见解；意识到水是地球上的重要资源；在识别水的活动中，学会小组合作。

教学重点：

用网状图展现对水的认识，熟练地运用各种感观对物质进行观察对比。

教学难点：

对观察结果进行分析，根据物质的相同点确立分类标准进行分类。

教学准备：

给每组准备：7个黑色塑料袋或其他不透明的袋子、4个透明塑料袋（应是可封口的密封袋，用来装四种液体）1块石头、1块木头、1片树叶、分类用图纸。

给每个学生准备：1瓶醋（500 ml，分发给小组）、1瓶牛奶（500 ml，分发给小组）、网状图记录纸1张。

给全班准备的材料：有关水的课件资料、分类用图纸。

教学过程：

一、我们知道的水

1.师：关于水，我们了解哪些？请以小组为单位，讨论交流，将自己知道的关于水的内容进行简单记录。

2.汇报交流，师有目的地进行板书，帮助学生概括、梳理。

3.师生交流总结，把关于水的知识归结为几个方面：水在地球上的存在形态、水的作用、水与生物的关系、水的基本特点等。

4.播放一小段关于水的影像资料，进行拓展，同时渗透保护水资源的意识。

二、水在哪个袋中

1.师：在这几个袋子中分别装有石头、木块、树叶、水、醋、牛奶、空气这些物质。（出示几个不透明的袋子）在不打开袋子的前提下，你们有什么办法猜测里面装的是什么，水又装在哪个袋中吗？并思考这么猜测的根据是什么。

2.生实践，师巡回指导学生运用多种感观进行感知，并了解学生的想法。

3.交流讨论：你们猜测的结果如何？你们猜测的依据是什么？

这些物质中，比较难辨别的是哪些，为什么？

4.讨论交流：把这些较难辨别的袋子单独取出，如果可以打开袋子，但不能直接用眼睛观察，能准确地找到水吗？打算怎么做？为什么? 5.生实践

6.师：对于袋中所装的物质，我们都有了自己的猜测，请大家把袋子都打开，看自己的猜测是否正确。

7.引导学生将袋中所装的物质进行分类，交流汇报自己的理由。

8.根据学生交流汇报的情况，告诉学生固体、液体和气体是正确分类方法中的一种，同时让生生进行交流，人们这样进行分类的理由是什么。并让学生举例，生活中常见的固体、液体和气体还有哪些。

第二课 水和食用油的比较

教学内容：教科书第68-69页。教学目标：

1.科学概念：

水和油相比，在颜色、气味、透明度、黏度、液滴的形状、重量等方面有差异，但它们都会流动、没有固定形状。

2.过程与方法：

运用不同感官仔细观察比较水和油；用图表方式记录比较的结果，并进行分析和交流。

3.情感、态度、价值观：

愿意与他人合作，乐于交流尊重事实、重视证据。

教学重点：

观察、描述水和食用油在颜色、气味、透明度、黏度、液滴的形状、重量等方面具有差异，但它们都会流动，没有固定形状。

教学难点：

运用不同感观比较水和食用油有哪些相同和不同；用图表的方式记录比较的结果，并进行分析和交流。

教学准备：

给每个小组准备：2个塑料杯、1片玻璃、1张蜡光纸、1支筷子、2个试管、2根长木条（可以是长一些的牙签）1个玻璃杯、1个塑料瓶（矿泉水瓶）、1个水槽。

给每个学生准备： 记录纸两张。

教学过程：

一、观察水和食用油

1.导入：水是一种液体，你们知道的生活中还有哪些液体？

这些液体是否都一样呢？今天我们以水和食用油为例，进行研究。

2.学生观察：提供给每组一杯水和一杯食用油，要求学生仔细观察两者的相同和不同之处，并把观察到的结果填写在维恩图中。

（提示：在科学观察中，一般不用尝的方法）

3.交流水和食用油有哪些相同和不同，师板书展示。

二、滴液比较

1.师：水和食用油除了我们刚才所观察到的不同之外，还有不同之处吗？比如，5

我们分别把水滴和油滴滴到蜡纸、玻璃片和报纸上，它们的状态一样吗？

2.生猜测，并讨论：在实验中需要注意什么？

（师适当提示：每一次将液滴滴在不同的物体上时，为了实验的可靠，需同时多滴几滴；每一滴的量要控制，不要太多，简单演示；要注意观察水滴和油滴在不同物体上后形成的形状是否一样）

3.生实践，将观察到的液滴状态画下来，并注明液滴是在什么物体上。

4.展示学生的记录，并交流讨论。

三、比较水和油的轻重

1.师：水和食用油相比，那种物质更重？我们有什么办法比较？

2.生交流方法，并讨论、判断方法的可行性。

3.提供材料，请学生以小组为单位选择一种方法进行实践，判断水重还是食用油重。（这一实验可根据实际情况调整为演示实验）

4.交流实验结果，并尝试根据实验现象进行解释。

5.请学生将观察所得的结果补充到维恩图中，师补充到板书中。

四、借助多种容器，进一步观察水和食用油的相同点

1.师演示，将水和食用油分别倒入一些形状不同的容器中，请学生观察它们有哪些相同的特点。

2.生交流、小结。将两者的相同点补充到思维图中

五、总结提升

1.全班交流：水和食用油有哪些不同之处，又有哪些相同之处？

重点讨论它们的相同之处其他液体也具有吗？这些相同点，固体具有吗？

2.小结：通过本课的学习，对于水是怎样的一种液体，你们又有哪些新的认识？

第三课 谁流得更快一些

教学内容：教科书第70-71页。教学目标：

1.科学概念：

液体都会流动，流动的快慢受到黏度的影响。

2.过程与方法：

进行预测并用对比实验进行验证；理解公平实验，为保证公平，需要保持除变量之外的其他条件相同。

3.情感、态度、价值观：

认识到公开的、民主的讨论有助于辨识实验的准确性；小组内分工合作对开展实验是十分重要的。

教学重点：

简单设计对比实验，描述并简单解释液体流动的快慢受到黏度影响。

教学难点：设计对比实验，理解公平实验对实验结果的影响。

教学准备：

给每组的材料：1小杯水、1小杯油、1小杯洗洁精、1块玻璃、3个滴管（或吸管或塑料勺）、一张实验记录表。

给每个学生的材料：一张思维图。

教学过程：

一、设计流动比赛

1.回顾上节课学习的主要科学概念：水和食用油有哪些相同和不同。

（并展示上节课的维恩图）

水会流动，油会流动，它们流动的快慢一样吗？

2.其他液体也会流动。比如洗洁精，这也是一种液体。

（师出示三种液体）这三种液体流动速度一样吗？ 如果不一样，你们推测，谁会流得更快一些？

3.有什么办法证明？

师引导：如果要证明自己的猜测是否正确，最好进行一场公平的液体流动的比赛。

4.设计“流动比赛”的方案，小组内成员交流：怎样做才能保证流动比赛是公平的？

哪个方法最好，为什么？

讨论后确定一个比赛方法。

5.全班交流比赛方法，围绕“保证比赛的公平、可行”进行讨论，鼓励生生质疑，完善比赛规则。

二、实验、思考

1.请小组成员根据自己选择确定的方案进行流动比赛，并记录。

（师要提示学生重复做几次实验）

2.全班交流，汇报

包括：一共进行了几次实验，实验的结果如何，每次实验的结果都相同吗，大概是什么原因导致实验结果不一致等。

3.思考：液体的流动快慢跟什么有关？

第四课 比较水的多少

教学内容：教科书第72-74页。教学目标：

1.科学概念：

液体具有一定的体积，液体的体积是可以测量的。

非标准单位的测量会导致结果的多样，标准单位的测量使信息交流成为可能。

2.过程与方法：

通过多种方法比较液体多少；使用标准和非标准单位测量液体的体积。

3.情感、态度、价值观：

认识到比较的方法是多种多样的，对比较的方法进行分析和统一，有助于确立科学的标准。

教学重点：

通过多种方法比较液体多少；能较规范地使用量筒测量液体体积。

教学难点：

用多种方法比较液体多少，明确用标准单位测量使信息交流成为可能。

教学准备：

给每组的材料：3个塑料瓶（大小高低不同）、1个玻璃杯、1个量筒、1条纸带、胶水、记录纸若干。

教学过程：

一、比较哪个瓶子水最多

1.出示三个不同的瓶子，里面装有不等量的水。

请学生猜测，哪个瓶子里的水最多，哪个瓶子里的水最少，并说明理由。

2.怎样才能证明自己的观点是正确的？并说明为什么这么想。

（师可适当提示前面所学的关于水的特性，如会流动、有重量、有体积等，鼓励方法的多样性）

3.交流讨论，比较不同的方法，选择操作最简单的方法进行实践操作。

4.生实践操作后汇报结果。

（如出现结果差异较大或不同，引导学生思考其中的原因）

二、比较水的多少

1.师：现在我们已知2号瓶中的水最多，但它比其他瓶中的水多多少，知道吗？有什么办法可以知道？

2.学生讨论测量方法

预设1：生可能会直接说用有刻度的杯子，师需追问：杯子上的刻度有什么用？假如没有有刻度的杯子，该怎么办？

预设2：生可能一时想不出用什么办法，师可直接出示小杯子、瓶盖等材料提示、引导，交流这些材料可怎么用。

预设3（可接预设2）：生知道借助一些更小的容器帮助测量，师可追问：用小杯子量了，还多出半杯怎么办？ 如果想知道得更精确，还有更好的办法吗？

3.自制刻度线测量

（1）如果我们要给一个杯子画刻度线，这些刻度线有什么用？

画的时候应该注意什么呢？（刻度间距要相同）

（2）生实践：自制的刻度条，并贴到一个玻璃杯上，再次比较三个不同瓶子里的水，并将测量结果记录下来。

（3）交流测量结果，发现并讨论问题：

测量的结果相同吗？

你们认为是什么原因导致测量结果不同呢？

我们怎样才能解决这些问题？

三、认识并使用量筒

1.师介绍量筒，并提示“测量要求”，问：量筒刻度上的一格代表多少？ 和我们自制的刻度比较，有哪些区别？

为什么量筒要平放？

为什么视线要与液面保持水平？

2.请学生用量筒测量三瓶水的多少，并汇报测量结果。

（如果学生没有足够的量筒，或上课时间不够，可采用教师演示方式进行）

3.师：你们知道这样一瓶矿泉水、一桶食用油有多少吗？

（出示食物或照片）

这个数值就表示了一瓶矿泉水或一桶食用油的体积了。

4.师：5毫升水大概是多少呢？

第五课 我们周围的空气

教学内容：教科书第75-77页。教学目标：

1.科学概念：

空气是存在于我们周围的一种物质，可以被我们感知；空气和水相比，有许多的相同和不同。

2.过程与方法：

对无法直接进行观察的物质借助其他媒介，感知它们的存在；用多种方式对物质进行比较，观察它们的相同和不同。

3.情感、态度、价值观：

明白科学的结论需要客观事实（证据）来加以证明。

教学重点：了解空气确实存在，知道空气的主要特征。

教学难点：用实验证实空气确实存在，比水轻，也会流动。

教学准备：

给每组准备：2个透明塑料袋、2个玻璃杯、1个水槽、1根香、1个打火机、1个吹泡泡器（或吸管）、1杯洗洁精或肥皂水。

给每个学生准备：气泡图记录纸一张、维恩图记录纸一张、实验记录纸两张。

教学过程：

一、我们知道的空气

1.师：还记得我们上次“猜测水在哪个袋里”的活动中，是怎么知道空气在哪的？

2.关于空气，我们还知道什么？

请把自己知道的内容填写到气泡图中。

3.交流，师帮助整理，形成班级的大气泡图。

并让学生思考，这些想法中，哪些是正确的，哪些是需要进一步证实的？

二、空气的存在 1.空气真的存在吗？

我们都说袋子中有空气，怎样才能证明袋中确实装有空气？

2.师：这里给大家准备了一些材料，或许能帮助大家证明空气确实存在。

请大家分组讨论证实空气存在的方法，并利用材料操作一下，请注意记录实验过程中所观察到的现象，及实验的结果。

3.汇报交流证实空气存在的方法，所观察到的实验现象及结果，说明是什么事实证明袋中空气确实存在。

（渗透“有些东西我们看不见，但并不是不存在”这一科学观念）

三、比较空气和水

1.师：既然空气确实存在，那么空气和水相比较，又有哪些相同和不同呢？

（出示关于水的维恩图，请学生回顾所知道的关于水的一些特征，根据这些特征对水和空气进行有联系的比较，扩大认识视角）

2.有什么办法证明水和空气的不同？

比如：空气和水，谁轻谁重？ 水会流动，空气会流动吗？

3.讨论证实的方法，重点对“空气会流动吗？”进行展开。

4.比较空气和水的相同和不同点，并把比较的结果记录到维恩图中，全班进行交流。

第六课 空气占据空间吗

教学内容：教科书第78-80页。教学目标：

1.科学概念：

空气占据空间；空气占据空间的多少（体积）是可以变化（被压缩或被扩张）的。2.过程与方法：

用实验方法证实空气确实占据空间；用对比实验控制条件的方法，进行观察；在科学事实的基础上进行预测和解释。

3.情感、态度、价值观：

培养与他人合作的良好习惯，形成尊重事实、实事求是的科学态度。

教学重点：

知道空气与其他物质一样，能够占据空间，但空气占据空间的多少是可以改变的，认识到空气是一种物质。

教学难点：

用实验方法证实空气确实占据空间，空气占据空间的多少是可以改变的，并在科学事实的基础上进行预测和解释。

教学准备：

给每个小组准备：1个玻璃瓶、1个玻璃杯、2个注射器、4根吸管、纸巾2张、1块橡皮泥。

给每个学生准备：记录纸一张、维恩图一张。

教学过程：

一、空气占据空间

1.用“乌鸦喝水”的故事引入，师操作演示，并引导学生思考：瓶中的水为什么会上升呢？ 如果不用石子而利用空气，能让水上升吗？

2.出示材料

用这些材料能否让装在瓶子里的水上升并流出来？（保证不倾斜瓶子）

3.联想平时喝盒装饮料时，有什么经验？

这些材料该如何使用？

4.知道学生分组实验，提示学生注意观察并思考：橡皮泥有什么作用？

如果橡皮泥没有完全塞住瓶口，水能上升吗？ 是什么原因让水上升的？

如果停止吹入空气，水还能上升吗？

如果想让瓶中的水不断上升，你们的办法是什么？

5.分组实验完成后，交流。重点解释实验发生的现象。

二、杯中的纸会湿吗？

1.师演示，将纸巾塞入杯底后，把杯子倒扣入水中

请学生预测：把杯子扣入水底，杯中的纸巾会不会被水浸湿，为什么？

2.请各小组实验，请学生思考实验中要注意：杯子要竖直倒扣入水中，纸巾要塞入杯底，防止掉下来。

3.生实验，记录实验时的现象及自己的思考。

交流实验情况：杯中的纸巾有没有被水浸湿，水为什么不能进入杯子里面。

思考讨论：这两个实验都说明了什么？

你们对空气的性质有了什么新的认识？

三、空气占据空间的变化

1.出示注射器，请学生分别用注射器把水和空气抽入一部分，然后用手或橡皮堵住管口，用同样大的力向下压或向上拉注射器的活塞，对比一下，有什么不同。

2.生实验

3.汇报实验中观察到的现象，注射器中的水和空气，在活塞下压或上拉时，有何不同。

并请学生思考，注射器里的空气在活塞向下压和向上拉时，可能会有什么变化，并尝试结合图来进行解释。

4.生交流自己的画和自己的想法。

5.介绍压缩空气在生活中的运用，如皮球、喷水瓶、气枪等

（让学生进一步感受压缩后的空气的特性）

6.把这节课所了解的关于水和空气的知识在维恩图中进行补充。

第七课 空气有重量吗

教学内容：教科书第81-82页。教学目标：

1.科学概念：空气有一定的重量，但是重量很轻。

2.过程与方法：在称量的过程中，了解一些因素会影响称量结果，产生误差，学习准确称量。

3.情感、态度、价值观：培养与他人合作的良好习惯及尊重事实、实事求是的科学态度。教学重点：

知道并能设计实验证明空气有重量，但很轻；通过对石头、水、空气的三者比较，初步建立固体、液体和气体的概念体系。教学难点：

设计多种方法，重复验证空气有重量，但很轻。教学准备：

给每个小组准备：1根长细木条（或竹条）、3根细线、1块橡皮泥、1个气球、1个皮球（视学校实际情况而定）、1个托盘天平（视学校实际情况而定）。

演示实验材料：1个皮球（视学校实际情况而定）、1个托盘天平（视学校实际情况而定）。

给每个学生准备：石头、水、空气的比较表格。教学过程：

一、空气有重量吗

1.师：水有重量，石头有重量，空气有重量吗？ 有什么办法证明？

2.生讨论交流，提出采用自制的小天平来证实空气是否有重量。并讨论自制小天平的方法。3.指导学生自制小天平。

（建议：天平上的图钉教师可在课前帮学生固定好。）4.小天平调平。

（先将气球挂上，另一端挂上重物，想办法使小天平平衡）5.给气球充气，观察并记录小天平的变化。（分组实验）

6.全班交流小天平的变化情况，思考：所有小组的实验结果都一致吗？ 可能是哪些原因引起实验结果不同？

有什么办法改进实验，使效果更明显，结果更精确？

二、改进小天平的测量效果 1.讨论交流改进小天平测量的方法

方法1：同时将两个充足气的气球挂在小天平的两端，并调整天平，使小天平保持平衡，再将其中一个气球的气放掉，观察小天平的变化

方法2：同时将两个充足气的气球挂在小天平的两端，并调整天平，使小天平保持平衡，在天平的一端再挂上一个或几个充足气的气球，观察小天平的变化

2.生选择方法进行实践，并讨论解释所观察到的现象。

三、天平称量皮球的重量

1.师：为了让我们的实验结果更精确，更有说服力，我们可以利用实验室的天平称来进行研究。

2.师演示：将一只充满气但未充足气的皮球放在天平的托盘上，称出重量（让学生来看），然后用气筒给皮球充足气，（需提醒学生注意充足气后，皮球的大小是否发生变化，为什么要保持皮球的大小一致）

3.师演示测量充足气的皮球的重量，请学生帮助观察重量是否增加，增加了多少？思考：说明了什么？

4.请学生观察对比，托盘天平和自制天平有哪些主要区别。（托盘天平不仅可以测出空气是否有重量，而且可以较准确地测出到底增重了多少）

四、单元小结

1.请学生将之前记录的维恩图等记录表取出，再发给学生一张新的石头、水、空气对比表。请学生根据前面的实验情况和记录表完成对比表。

2.根据对比表分析：这三种物质，有哪些特征是相同的，有哪些不同。3.出示更多物质的图片，把这些物质分为液体、气体、固体三类，说明分类的标准是什么。