空气的特性
在3-5年级，有关原子-分子理论的核心概念更加复杂。在这个年级段，一些需要建立的重要的核心概念包括：
•物体由占据空间并有重量的物质建造的。
•固体，液体和气体是物质的形式，都具有一些共同特性。
•有看不见的物质存在（即：因为太小，裸眼无法看到）。
•即使被分割成看不见的小颗粒，物质仍然存在。
•在各种转化过程中，包括融化、冷冻和溶解，物质和质量是守恒的。
这些简单的陈述虽然虽然概括了科学知识的关键方面，但并不反映了学生表达对原子分子理论的理解的方式。事实上，学生能简单地记忆或复述这些概念并不一定真正理解这些概念背后的科学。为了展示他们的理解，学生要能够用自己的话来描述这些概念，因为教学的目标就是让学生理解这些字面后的核心概念。
3-5年级的学生将继续学习各种科学实践，这些包括：提出问题，做预测，设计并开展研究，展示和解释数据，设计模型，以及开展支持结论的争辩。而且，小学高年级学生的科学实践在几个方面变得更加复杂。他们不再纯粹依靠感官的测量，而是可以进行更复杂的测量以及用图表表达。因此，学生们研究长方体的体积是基于对面积的理解，通过对分数的理解使测量更加精确。他们不再只是显示物体的单个属性，而是建立体积和质量间的关系图。
通过了解一个研究空气属性的三年级课堂，我们可以看到几个上面描述的科学实
老师Mr. Fig 的三年级学生在进行一项称重气体的研究。在之前的几个星期，他们已经学习测量和称重了不同的物体和材料，预测什么类型的物体和材料更重，并将结果作图。现在他们要研究是否能称重空气。有些学生认为空气不能被称重，因为空气什么都不是。有些学生不同意，认为空气是一种东西。
学生Jeremiah提醒大家上次他们把一个装满水的瓶子倒扣在鱼缸中，然后通过管子往里吹气，来测量每个人自己的肺活量，并指着贴在墙上的那个肺活量，身高和静息脉搏率的图表他有最大的肺活量，证明空气是一种东西。Marisa表示同意，她看到她把水吹出了那个瓶子。“空气是一种东西，你能看到气泡从你肺中出来。”Jenna说“冬天当你在外面吹气，你能看到它。”她使劲向她手上吹气。“空气像风一样，你看不到，但能感到。”
为了研究空气的性质，Mr.Fig带来两个排球和大气筒。当他的学生在体育馆上体育课时，他把两个排球放在天平上并进行调整使它们正好平衡，然后拿下来。当学生从体育馆回到教室，他把学生们召集到一起，叫他们围住在地毯上。
他说：“看，这两个球，都是排球，同样大小，一个是黑的，一个是浅色的。当我把他们放在天平两边时，你们认为会发生什么？”
“他们会平衡。”Jocelyn大声叫道，其他也附和道: “平衡”还有学生说: 他们是相同的。
老师Mr.Fig说：为什么你们认为是这样？Gemma 挥着她的手说：“因为它们是同样的东西，同样大小，同样的皮。就像我们上次称我们的积木。如果是同样大小，同样材料，它们就是相同的重量。”
每个人都同意，因此老师把球放在天平上。天平摇晃了一会儿，然后就平衡了。（图4-3）。
“它们平衡了。我说对了。”Gemma 说道。
老师说：“今天我们做个研究。我带来一个打气筒。我会给排球打气。我给浅色排球打15下。” 他把自行车气筒的针头插入排球，开始打气。 学生们数到“1，2，3…. 15” （见图4-4）。
“现在，浅色球有15下更多的气在里面。这会使它更重吗？或更轻？或者还是相同？当我把球放在天平上时，他会向上呢？”老师向左边倾斜了一下。 “或者向下？”老师把身体向右边斜了一下。“或者不动？”
几个学生大声喊出答案。
老师Fig先生说：“不要着急说，好好想一下。”然后，他说：“好了，科学家们，请站起来，展示给我看看。”
每个学生都站起来了，伸出他们的手臂，有的向右倾斜，有的想左，有的伸向两边。老师等所有人都做出动作后，他问: “谁想先说”他耐心地等了一会，越来越多的手举起来。最后他选择了Megan，因为他知道这个学生总能说出些东西，因而引起进一步的讨论。
Megan说：“我想，它会上升，我是说浅色的球，你打气进去的，会上升。”
问:“你为什么觉得会上升。”Megan说：“因为，空气不是会使物体变轻吗？它变轻了，有点像飘起来了.”
几个学生随后一起开始交流起来。老师提醒大家，为了使大家都能听到，每次只能一个人说。“我们用这个球来轮，谁有球谁就先说。”Fig 先生把球递给Maria。Maria说“我比较肯定天平会平衡，因为空气看不见，就像什么也没有。”其他几个同学点头赞同。
Eduardo举起手，Fig 先生让他发言。他出生并居住在波多黎各，移民美国，仍然在学习英语。他用参杂着西班牙文的英文说:“更重，更多，…”
Fig 先生说：“让我看看是否我理解了你的想法。你是说这个球会更重，会下降，因为它有更多的空气。”Eduardo点点头。Fig先生说:你能再多说些吗？”他慢慢地，经常停顿以便找到合适的英文单词。其他同学很有礼貌地耐心听，当他停顿时，会西班牙语的同学还会帮他。
“有一次，我爸爸的汽车轮瘪了，他就往里打气，空气使车子起来了，后来车子就起来了，汽车很重的。”
Fig先生说：“哇，真是很好的观察。有谁能完全理解了Eduardo的话?能用自己的话再重复一遍他的想法吗？”Keisha说：“我懂，因为我碰到同样的事情。他说他爸爸的车没气了，就打气，整个车子就起来了，像吹气球一样。空气在车轮里推，就把车子举起来了。”Fig 先生问：“Eduardo，这是你的意思嘛？”Eduardo点头。
下一个是Bill发言。“我有点同意Eduardo，当你放入更多的东西到球里，它变得更重。就像你放沙子到水里，它肯定会更重。但是我不认为我们能称空气，因为它太小太轻了。所以我认为它仍然会平衡，或者可能变轻。我能不能预测两种不同的结果。”其他同学都笑了。
Fig 先生说:“我们有了很多不同的想法，都很有趣。还有谁同意或不同意任何上面的想法。”一个学生说：“干脆做一下试试。”其他几个同学附和道:“对啊，做一下就知道了。”
“我还是想先听听更多人的想法，”Fig先生说。“让我们再讨论会，让每个人都有机会发表他们的观点。
讨论又进行了10多分钟。直到每个想法都讨论过了。最后Fig先生说：“好了，让我们试试吧。”他走向天平，当他把浅色的球放在天平的左边时，他回过头来看着学生，问:“有人想改变看法吗？科学家们在和其他科学讨论后经常会改变他们的看法。现在站起来，再次表示一下你们的观点，有15下空气的黄色排球会更重，是向左还是向右倾斜，还是保持平衡？”
学生们再次起身，做起动作，这次有更多的学生认为浅色的球更重。当Fig先生把球放回天平时，它像左边倾斜，学生们欢呼起来。
Fig先生问:“我们学到了什么？”Marisa说：“我们可以称空气！”然后，她停顿了一下，说：“这是否意味着如果我去医生那儿看病，如果我吸一大口气，我的重量会增加？”
称重排球可能看起来离学生在以后的学习中将要开展的科学实验有很大差异，但实际上它是一个科学研究的原型。学生根据空气行为相关的理论进行预测，并利用来自观察和经验（气球，轮胎，沙子）的证据来支持他们的观点。他们使用推理能力来推断他们看不到的东西。他们以非常具体有序的方式测试他们的预测，同时也认真地记录产生的证据。然后，他们周密地思考所学以及可能与他们的新的学习相关的其它情况。
排球活动背后是两个重要的概念，最终导致学生理解物质的原子分子结构：一方面，空气是某种物质，即使你看不到它；另一方面，空气有质量可以称重。之后，学生们将会学到，空气是由高速移动的微小空气分子组成的。当考虑被称重的排球中的空气时，这可能会引起混乱，因为分子会不断地向各个方向上运动。然而，运动到一边与到另一边的分子对球体的影响互相抵消，所以球不会向侧面移动。但球中的分子都被重力吸引，因此撞击球底部的分子施加的力大于撞击顶部的分子施加的力。因此，当更多的空气被充进排球时，更多的分子以比以前更大的力撞击球的底部，这个力就在天平上反映了出来。
