主题二专题3跨学科实践活动 基于特定需求设计和制作简易供氧器---2024--2025学年八年级化学沪科版（五四学制）全一册

配套中学沪教版(五四学制) 跨学科实践活动 基于特定需求设计和制作简易供氧器 一、教材分析 本跨学科实践活动 “基于特定需求设计和制作简易供氧器” 是在学生学习了空气、氧气、二氧化碳等常见物质的性质和用途之后开展的，旨在将化学知识与实际应用紧密结合，培养学生的综合实践能力和创新思维。 教材通过这一活动，引导学生从实际问题出发，运用所学的化学原理和物理知识，设计并制作能够满足特定供氧需求的简易装置。这不仅有助于学生深化对氧气相关知识的理解，如氧气的制取方法、性质以及在生活中的重要性，还能让学生在实践过程中体会到化学与工程技术、生活实际的紧密联系，提高学生解决实际问题的能力和团队协作精神，同时也为学生提供了一个展示创意和实践操作能力的平台，激发学生对科学探究的兴趣和热情。 二、教学目标 （一）化学观念 进一步理解氧气的制取原理和性质，能从微观角度解释氧气制取过程中的化学反应实质，建立物质变化的微粒观和能量观。 通过设计和制作简易供氧器，认识到化学知识在实际生活中的应用价值，形成 “化学服务于生活” 的观念，培养学生利用化学知识解决实际问题的意识和能力。 （二）科学思维 在设计简易供氧器的过程中，能够运用比较、分类、归纳、概括等方法对氧气制取的方法和供氧装置的原理进行分析和总结，选择合适的方案，并能对设计方案进行优化，培养学生的逻辑思维能力和创新思维能力。 通过对供氧器制作过程中可能出现的问题进行预测和分析，并提出解决问题的方法和措施，培养学生的批判性思维和问题解决能力。 （三）科学探究与实践 经历 “提出问题、查阅资料、设计方案、制作装置、测试改进” 等科学探究过程，提高学生的科学探究能力和实践操作能力。 学会运用控制变量法研究影响供氧效果的因素，如反应物的种类、浓度、反应条件等，培养学生严谨的科学态度和科学探究方法。 （四）科学态度与责任 在小组合作设计和制作简易供氧器的过程中，培养学生的团队协作精神和沟通能力，让学生体会到合作的重要性，增强学生的集体荣誉感。 通过了解供氧器在医疗、急救、高原缺氧等特定环境中的重要作用，认识到化学科学对人类社会发展的贡献，培养学生的社会责任感和使命感，激发学生学习化学的兴趣和动力。 三、教学重难点 （一）教学重点 氧气制取原理和方法的选择及应用，包括过氧化氢分解、氯酸钾或高锰酸钾加热分解等制取氧气的化学反应方程式、实验装置、操作步骤和注意事项。 简易供氧器的设计思路和方案制定，根据给定的特定需求（如氧气的产生速率、纯度、持续时间等），选择合适的制氧方法和材料，并设计出合理的供氧装置结构。 简易供氧器的制作和调试，学生能够按照设计方案正确组装供氧器，并通过实验测试对供氧器的性能进行评估和优化，使其满足特定的供氧需求。 （二）教学难点 如何引导学生根据特定需求综合考虑多种因素，设计出创新、实用且安全的简易供氧器方案，包括对氧气产生速率和纯度的控制、装置的便携性和稳定性等方面的设计，这需要学生具备较强的知识迁移能力和综合应用能力。 在制作和调试供氧器的过程中，如何帮助学生解决遇到的各种实际问题，如装置的气密性问题、氧气输出不稳定问题、反应物的利用率问题等，培养学生分析问题和解决问题的能力，这需要学生具备扎实的化学基础知识和一定的工程实践经验。 四、教学过程 导入： 师：同学们，在生活中，我们会遇到各种各样的情况，比如在高海拔地区，氧气含量相对较低，或者在一些医疗急救场景中，都需要额外的氧气供应。今天，我们就来当一回小工程师，运用我们所学的化学知识，设计并制作简易供氧器，来满足特定的供氧需求。大家有没有信心？ 生：有！ 知识回顾： 师：在开始设计之前，我们先来回顾一下氧气的制取方法。同学们，你们还记得有哪些常见的制取氧气的方法吗？ 生：过氧化氢在二氧化锰的催化作用下分解制取氧气。 师：很好，那这个反应的化学方程式怎么写呢？ 师：非常棒！还有其他方法吗？ 生：加热氯酸钾和二氧化锰的混合物制取氧气，化学方程式是 还有加热高锰酸钾制取氧气，方程式为 师：同学们对知识的掌握很扎实！那这三种制取氧气的方法各有什么特点呢？比如反应条件、反应物的状态、氧气的产生速率等方面。 生：过氧化氢分解不需要加热，操作相对简单，但是产生的氧气可能会含有少量水蒸气；氯酸钾分解需要加热和催化剂，氧气产生速率适中；高锰酸钾分解也需要加热，产生氧气的速率相对较快，但反应后的固体物质较多，需要处理。 设计需求分析： 师：现在假设我们要为一个小型的医疗急救箱设计一个简易供氧器，要求这个供氧器能够持续稳定地提供一定纯度和流量的氧气，而且要便于携带和操作。同学们，你们觉得我们在选择制取氧气的方法和设计供氧装置的时候，需要考虑哪些因素呢？ 生：要考虑氧气的产生速率，不能太快也不能太慢。 师：对，这很关键。还有吗？ 生：装置要小巧轻便，方便携带。 生：制取氧气的原料要容易获取，成本不能太高。 师：大家考虑得很全面！那根据这些需求，我们来讨论一下哪种制取氧气的方法比较合适呢？ （学生们分组讨论，教师巡视各小组并参与讨论） 小组讨论与方案设计： 师：好，哪个小组先来分享一下你们的讨论结果和设计方案？ 小组 1 代表：我们小组觉得过氧化氢制取氧气比较合适，因为它不需要加热，操作简单，而且可以通过控制过氧化氢溶液的浓度和滴加速度来调节氧气的产生速率。我们设计的供氧器是用一个塑料瓶作为反应容器，在瓶盖上插一根长颈漏斗和一根导气管，通过长颈漏斗往瓶里滴加过氧化氢溶液，产生的氧气从导气管导出，经过一个装有浓硫酸的干燥管进行干燥，然后收集到一个气囊中备用。 师：听起来很有道理，其他小组有没有不同的意见或者补充？ 小组 2 代表：我们小组也选择过氧化氢制取氧气，但是我们觉得用分液漏斗更好，可以更精准地控制过氧化氢溶液的滴加速度，从而更稳定地控制氧气的产生速率。而且我们认为干燥管后面还应该加一个气体流量计，这样可以直观地看到氧气的输出流量，以便根据实际需求进行调整。 师：非常好，这个改进很有创意！还有其他小组要发言吗？ （其他小组陆续发言，提出了一些不同的设计细节和改进建议，教师对各小组的方案进行了点评和总结，引导学生进一步完善方案） 制作与实践： 师：经过大家的讨论和完善，现在每个小组都有了自己的设计方案。接下来，就请同学们按照自己小组的方案，利用提供的实验器材和材料，开始制作简易供氧器吧。在制作过程中，要注意安全，正确使用实验仪器，小组内成员要分工合作。 （学生们开始动手制作供氧器，教师在各小组间巡视指导，及时解决学生遇到的问题，如装置的气密性问题、仪器的连接问题等） 测试与改进： 师：好，大部分小组都已经制作完成了。现在，我们来测试一下各个小组制作的供氧器是否满足我们的设计需求。首先，我们来检查一下装置的气密性，大家还记得怎么检查吗？ 生：把导气管的一端浸入水中，用手握住反应容器，如果导气管口有气泡冒出，说明装置气密性良好。 师：非常好，大家开始检查吧。 （学生们检查气密性后，开始进行供氧测试，记录氧气的产生速率、纯度等数据，并与设计要求进行对比） 小组 3 代表：老师，我们发现我们制作的供氧器氧气产生速率有点慢，达不到设计要求，怎么办呢？ 师：大家一起想想，可能是什么原因导致的呢？ 生：是不是过氧化氢溶液的浓度太低了？ 生：也有可能是长颈漏斗的下端没有伸到液面以下，导致氧气泄漏。 师：大家分析得很有道理，那就根据这些原因去改进一下，再测试看看。 （各小组根据测试过程中发现的问题进行改进，再次测试，直到供氧器基本满足设计需求） 成果展示与评价： 师：经过大家的努力，每个小组都制作出了自己的简易供氧器。现在，我们请每个小组派一名代表来展示你们的成果，并介绍一下你们的设计思路和改进过程。 （各小组代表依次上台展示，其他小组的同学认真倾听，并提出问题和建议） 师：好，各小组都展示得非常精彩！下面，我们来进行一个综合评价。评价标准包括设计方案的合理性、制作工艺的精细程度、供氧效果、团队协作以及展示效果等方面。大家根据这些标准，给其他小组打分，并说说你认为他们的优点和不足之处。 （学生们进行小组互评，教师对各小组的表现进行总结评价，肯定了学生们的创新思维和实践能力，同时也指出了存在的一些问题和改进方向） 课堂总结： 师：同学们，通过今天这节课，我们不仅学会了如何根据特定需求设计和制作简易供氧器，还进一步巩固了氧气的制取原理和方法，提高了我们的实践操作能力和团队协作精神。在这个过程中，大家遇到了很多问题，但都通过自己的努力和小组的合作一一解决了。 五、板书设计 学科网（北京）股份有限公司 学科网（北京）股份有限公司 $$