第五单元跨学科实践活动4 基于特定需求设计和制作简易供氧器---2024-2025学年九年级化学人教版（2024）上册

配套中学人教版（2024） 第五单元 跨学科实践活动4基于特定需求设计和制作简易供氧器 一、教材分析 “基于特定需求设计和制作简易供氧器” 这一跨学科实践活动，在人教版（2024）九年级上册第五单元 “化学反应的定量关系” 中占据独特且关键的位置。它并非孤立存在，而是紧密依托本单元核心知识，将化学反应原理、定量关系等内容进行深度融合与拓展。从教材编排角度看，是对学生所学化学知识的综合检验与实际运用，旨在打破学科界限，引导学生运用化学、物理、工程等多学科知识解决实际问题 。通过该活动，学生能够真切体会到化学知识在生活中的具体应用，理解化学反应定量关系在实际产品设计中的重要性，帮助学生构建起完整的知识体系，提升学生的综合素养和实践能力。 二、教学目标 化学观念：在设计和制作简易供氧器过程中，学生需自主探究不同化学反应产生氧气的原理和效率，过氧化氢分解、高锰酸钾分解等，尝试不同的设计方案和材料选择，不断改进和优化供氧器，从而激发创新思维，培养科学探究精神。 科学思维：学生需要运用化学知识对化学反应进行分析，从定量角度思考何控制反应物用量以达到合适的产氧速率，同时结合物理知识考虑气体的收集、储存和输送等问题，学会从多学科角度分析和解决问题，形成科学的思维方式。 实践与应用能力：通过实际动手制作简易供氧器，学生将理论知识转化为实际操作，提高动手能力和实践技能，并且能够将所学知识应用到解决实际生活中的问题，医疗急救、潜水等场景下的供氧需求，增强知识的应用能力。 合作与交流能力：活动通常以小组形式开展，学生在小组中分工合作，共同完成设计、制作、测试等任务，在此过程中学会与他人沟通交流、分享观点，培养团队合作精神和沟通协作能力。 三、教学重难点 重点 化学反应原理的理解与应用：深入理解能够产生氧气的化学反应，过氧化氢在二氧化锰催化下分解、高锰酸钾受热分解等反应的原理，明确各物质在反应中的定量关系，并能根据实际需求选择合适的化学反应作为供氧器的制氧原理。 简易供氧器的设计与制作：依据化学反应原理和实际使用需求，设计出合理的供氧器结构，包括气体发生装置、气体收集装置和气体储存装置等，掌握制作过程中的关键技术和操作方法，确保能够制作出可正常工作的简易供氧器。 难点 多学科知识的融合运用：该实践活动涉及化学、物理、工程等多学科知识，学生需要在不同学科知识之间灵活切换和融合，将化学知识中关于化学反应的原理与物理知识中的气体性质、压强原理以及工程设计中的结构合理性等知识有机结合，这对学生的知识整合能力提出了较高要求。 实验条件的控制与优化：在制作过程中，要精准控制反应条件，反应温度、反应物浓度、催化剂用量等，以实现稳定、高效的氧气产生，同时还要对制作出的供氧器进行性能测试和优化，解决可能出现的各种问题，氧气泄漏、产氧速率不稳定等 ，这需要学生具备较强的问题分析和解决能力。 四、教学过程 课程导入 教师活动：展示一些在高原旅游、医院急救、潜水作业等场景中人们使用供氧器的图片，引发学生对氧气重要性的思考。提问学生：“在这些场景中，为什么人们需要使用供氧器？果让你们设计一个简易供氧器，你们觉得从哪些方面入手？” 引导学生关注不同场景对供氧器的特定需求，从而引入本节课主题 —— 基于特定需求设计和制作简易供氧器。 学生活动：认真观看图片，结合生活经验思考并回答老师提出的问题，积极发表自己对设计简易供氧器的初步想法，考虑制氧原理、使用的材料、便携性等，激发对本节课内容的兴趣和好奇心。 探索新知 教师活动： 组织学生分组讨论供氧器的使用范围和场景，家用保健、医疗急救、工业生产、特殊环境作业等，并鼓励各小组代表分享讨论结果。 引导学生分析不同场景下对供氧器的特点要求，例便携性、安全性、制氧效率、成本等，帮助学生梳理明确简易供氧器的设计和制作目标。 带领学生回顾实验室制取氧气的方法，包括高锰酸钾加热制取氧气、过氧化氢溶液和二氧化锰制取氧气、氯酸钾和二氧化锰加热制取氧气等，分析每种方法的优缺点，反应条件、安全性、产物环保性等。同时，介绍一些常见商业化供氧器的类型，分子筛制氧机、化学药剂制氧机（氧立得）等，并讲解其工作原理、组成结构和操作方法。 学生活动： 小组内热烈讨论，积极交流各自了解到的供氧器使用场景，汇总整理后派代表向全班汇报。 参与对不同场景下供氧器特点要求的分析讨论，理解设计目标的重要性，并记录相关要点。 认真回顾实验室制取氧气的知识，积极参与对各种制氧方法优缺点的讨论分析，对比商业化供氧器与实验室制氧的异同，做好笔记，深入理解制氧原理和相关知识。 小组讨论与设计 教师活动： 将学生分成若干小组，布置任务：根据之前讨论确定的设计目标，结合所学制氧知识，选择合适的制氧原理和材料，设计简易供氧器的组成和结构，绘制设计草图。 在各小组讨论设计过程中，教师巡回指导，观察学生的讨论情况，适时给予启发和引导，提示学生考虑材料的易得性、装置的密封性、操作的便捷性等因素；解答学生提出的问题，鼓励学生大胆创新，但也要遵循科学原理。 引导学生从定量角度思考，根据所需氧气量计算相关试剂的用量，例，果要供给正常健康人连续吸氧一定时间，制氧的气流量为已知值，产生的氧气纯度约为一定比例，让学生尝试计算大约需要的过氧化氢或其他制氧剂的用量，帮助学生理解化学反应的定量关系在实际设计中的应用。 学生活动： 小组内成员分工合作，有的负责查阅资料进一步了解不同制氧原理和材料特性，有的负责绘制草图，有的负责计算试剂用量等。成员之间充分交流讨论，各抒己见，共同完善设计方案。 在讨论过程中，向老师提出疑问，对某种材料的选择不确定、对计算方法有困惑等，认真听取老师的指导意见，并根据建议及时调整设计思路。 依据老师引导的计算方法，结合给定的条件，尝试计算制氧剂的用量，将化学知识应用到实际设计中，体会定量关系的重要性。 动手制作 教师活动： 为各小组提供制作简易供氧器所需的材料和工具，矿泉水瓶、水杯、注射器、吸管、胶皮管、过氧化氢溶液、二氧化锰、过碳酸钠等，并提醒学生注意实验安全，正确使用仪器和试剂。 在学生制作过程中，继续巡视指导，关注学生的操作规范，及时纠正错误操作，防止试剂混合时发生意外、正确连接装置避免气体泄漏等；鼓励学生在遇到问题时积极思考、尝试解决，培养学生的实践能力和解决问题的能力。 学生活动： 根据设计草图，利用提供的材料和工具，小组合作动手制作简易供氧器。在制作过程中，严格按照实验操作规范进行，正确量取试剂、小心组装装置等。 遇到问题时，装置连接不紧密、反应速率过快或过慢等，小组共同分析原因，尝试通过调整材料、改进装置等方法解决问题，不断完善制作过程。 测试与优化 教师活动： 指导学生对制作好的简易供氧器进行测试，检查装置的气密性，观察氧气产生的速率和量是否符合预期，测试氧气的纯度等，并介绍一些简单的测试方法和工具。 组织学生对测试结果进行分析讨论，引导学生思考何从工程技术角度进一步优化产品，改进装置结构提高制氧效率、调整试剂用量使反应更稳定、增加过滤或加湿装置提升氧气质量等；鼓励学生提出创新性的优化建议，并对合理的建议给予肯定和支持。 学生活动： 按照老师的指导，对自制的简易供氧器进行各项测试，认真记录测试数据和现象。 参与对测试结果的分析讨论，根据发现的问题提出优化方案，认为氧气产生速率过慢，考虑增加催化剂用量或更换更高效的催化剂；果装置气密性不好，尝试改进连接方式或更换密封材料等。然后根据优化方案对简易供氧器进行改进，再次测试，直到达到较为满意的效果。 展示与交流 教师活动： 组织各小组进行展示交流，每个小组派代表上台展示自制的简易供氧器，介绍产品的工作原理、制作方法、设计亮点、供氧效果以及在制作和测试过程中遇到的问题和解决方法。 引导其他小组学生认真倾听展示小组的汇报，鼓励他们提出问题和建议，组织学生进行相互评价，从设计合理性、创新性、实用性、制作工艺等方面对各小组的作品进行评价，同时教师也给予客观、全面的评价，肯定优点，指出不足，并提出改进方向。 学生活动： 展示小组的代表自信地向全班介绍自己小组的作品，分享制作过程中的经验和收获，认真回答其他小组同学提出的问题。 其他小组学生认真倾听展示汇报，积极思考，提出自己的疑问和建议，对某个小组的设计提出简化结构的建议，对另一个小组的制作工艺提出改进意见等；参与相互评价过程，学习其他小组的优点，反思自己小组作品的不足之处，进一步完善自己的知识和技能。 总结拓展 教师活动： 对本节课的内容进行总结，回顾设计和制作简易供氧器的整个过程，包括了解需求、选择制氧原理、设计制作、测试优化、展示交流等环节，强调各环节中涉及的化学知识、工程技术方法以及跨学科知识的应用，帮助学生构建完整的知识体系。 拓展延伸，引导学生思考在实际生活中，除了本次制作的简易供氧器，还有哪些更先进、更高效的供氧技术和设备，鼓励学生课后查阅资料，进一步了解供氧领域的发展现状和未来趋势，激发学生对科学技术的探索兴趣。 学生活动： 认真聆听老师的总结，回顾本节课的重点内容，梳理自己在整个活动过程中的收获和体会，将所学知识进行整理归纳。 对老师提出的拓展问题产生浓厚兴趣，课后积极查阅相关资料，了解更多关于供氧技术和设备的信息，拓宽自己的知识面，培养自主学习和探索精神。 学科网（北京）股份有限公司 学科网（北京）股份有限公司 $$