第三节 体验化学科学探究（教学设计）化学北京版2024九年级上册

第三节 体验化学科学探究 一、知识目标 1. 初步了解和经历科学探究的一般过程，在老师的指导下能根据一定方案进行实验，并通过观察和分析得出结论，学习填写实验探究报告; 2. 通过“大象牙膏”实验体会化学探究的过程; 3. 认识催化剂和催化作用，知道催化剂对化学反应的重要作用。 二、核心素养目标 1.宏观辨识与微观探析：从宏观化学现象敏锐捕捉问题，再从微观粒子视角对现象成因提出假设，构建宏微结合的思考习惯;依据微观原理剖析实验结果，深化对化学本质的洞察。 2.科学探究与创新意识：完整历经化学科学探究流程，提升提出有价值问题、设计精妙实验方案的能力，强化探究实践技能;敢于突破常规，对既定探究思路创新优化，培育创新精神与开拓意识。 3.变化观念与平衡思想：认识化学探究中物质时刻处于变化状态，理解条件调控影响反应走向，形成动态变化认知;用变化视角解析实验现象差异，预测探究走向。 4.科学态度与社会责任：秉持严谨、客观、实事求是的态度贯穿探究全程，如实记录数据，正视实验误差;洞察化学科学探究对社会发展、生活改善的推动作用，树立正确化学价值观，增强担当。 一、教学重点 1.体验科学探究是研究物质的重要方法。 2.激发化学学习的兴趣。 二、教学难点 通过探究二氧化锰在化学反应中的作用，以及对实验现象的描述和分析解释，培养学生分析问题和解决问题的能力。 本节教学内容源于新课标北京版（2024 年版）初中化学九年级上册第一章《启航化学之旅》第三节《体验化学科学探究》。本节课是引导学生踏入化学探究领域的开篇章节，教材从学生熟悉的生活化学谜题出发，如铁生锈的缘由、水垢形成原因，激起好奇，凸显化学源于生活。它系统介绍科学探究步骤，从提出问题、作出假设，到设计实验、实施操作、得出结论、反思评价，借助丰富实例、实验案例，把抽象探究流程具象化，关联后续元素化合物知识探究，为学生自主钻研化学知识、塑造科学思维模式筑牢根基，彰显化学学科的探索性与实证性。 本节课的授课对象为九年级学生，其认知基础与学习特点对教学设计有重要影响。在知识储备上，学生已在小学科学和物理课程中接触过基础探究活动，对“提出问题、做实验、得结论”有初步经验，但缺乏对科学探究环节的系统梳理，这是本节课可以利用的起点。能力层面，九年级学生好奇心强，对“大象牙膏”等趣味实验兴趣浓厚，动手参与意愿高，具备基本的观察和简单分析能力，但逻辑思维仍显薄弱。教学中应结合学生已有知识和生活经验，通过实验探究、案例分析等方式，引导学生主动思考、积极探究，逐步提升学生的化学学科素养和解决实际问题的能力。 教学环节一 新课导入 【提问】同学们，我们先来看一个成语——“水滴石穿”（展示图片）。大家想想，屋檐下的石头被雨水滴出坑洞，这到底是物理变化还是化学变化呢？（停顿等待学生思考，鼓励学生积极分享自己的认知）那要探究这个问题应该运用什么方法呢？ 【学生回答】观察图片，思考并回答问题。可能会有学生回答是物理变化，也可能回答是化学变化，并提出一些探究方法，例如观察、实验等。 【讲解】看来大家有不同想法。其实，要弄清楚这个问题，就需要用到我们今天要学的核心方法——科学探究。不仅“水滴石穿”，生活中很多化学问题都需要通过探究来解决。 设计意图 1、 从学生熟悉的生活现象入手，降低认知门槛，引发认知冲突； 2、 通过“如何探究”的追问，直接关联“科学探究”的核心方法，为后续内容铺垫； 3、 渗透“生活处处有化学”的理念，培养用化学视角观察生活的习惯。 教学环节二 科学探究的基本过程和方法 【引入】在化学探究前，我们先回顾一下：大家在物理课上做过哪些探究实验？比如“探究某些常见材料的导电性和导热性”、“探究温度对固体溶解快慢的影响”、“证明空气的存在”？（引导学生回忆）这些实验为什么能成功？ 【学生回答】学生将回忆之前的实验过程，大致能总结出科学探究的基本步骤，例如：猜想假设、进行实验、得出结论等。 【总结】没错，因为它们都遵循了科学的探究方法。但化学物质变化更复杂，影响因素更多，如何更有效地开展科学探究呢？这就是本节课要学习的科学探究方法。 【交流讨论】回顾你印象深刻的一个科学探究活动，以此为例，谈谈科学探究主要有哪些环节，应用了哪些方法，如何撰写探究报告。 【学生回答】学生们将分享各自的经验，并尝试总结出科学探究的共同特点和步骤。例如：提出问题、进行实验、分析数据、得出结论等。 【总结】非常好！其实所有科学探究都有相似的环节。我们一起来梳理一下（展示科学探究环节图）：首先要提出问题，比如“水沸腾时温度会变吗？”；然后基于经验或资料形成假设，比如“水沸腾时温度不变”；接着设计并实施实验，像用温度计测量；之后获取证据（记录温度数据）；再分析解释数据是否符合假设；最后形成结论，还要反思评价—— 比如实验中温度计放的位置对不对？ 【讲解】那化学科学探究到底有哪些步骤呢？大家先跟着老师一起来看大屏幕，咱们一块来梳理一下。（展示科学探究的一般环节）从提出问题开始，到形成假设，再到设计实施实验、获取证据、分析解释，最后形成结论、反思交流，这就是一个完整的探究过程。大家觉得哪个环节最关键呀？ 【学生回答】思考后举手回答，说出自己认为关键的环节及理由。 【讲解】同学们说得都有道理！其实每个环节都很重要，它们环环相扣，缺一不可。那咱们在探究中会用到哪些方法呢？（展示化学科学探究用到的方法）实验方法是咱们最常用的主要方法，文献检索法和调查研究法可以作为辅助。比如咱们想了解一种物质的性质，既可以做实验，也可以去查资料、做调查。 【学生回答】结合生活中的例子，说说自己知道的哪些探究用到了这些方法。 【讲解】接下来，咱们看一份化学科学报告的模板（展示报告模板）。这份报告以呈现实验过程为主，里面的环节是可以根据实际情况调整的。大家以后做实验写报告，就可以参考这个模板。 【学生回答】仔细观察模板，说说每个部分可能会填写哪些内容。 【讲解】咱们先来看探究目的，它主要有三大类型（展示探究目的类型）。第一种是探究陌生物质的变化、性质、组成或结构；第二种是验证咱们已经了解或推测的物质性质及变化；第三种是制取新物质或者进行物质的分离提纯。这些探究目的都源于咱们提出的问题哦。 【学生回答】分组讨论，针对“大象牙膏”实验，提出可能的探究目的。 【讲解】有了探究目的，咱们就要进行猜想与假设了。猜想和假设可不是瞎猜，一方面要有依据，另一方面表述要尽量具体（展示猜想与假设的要求）。比如针对“大象牙膏”，大家可以结合生活经验或学过的知识，猜猜它发生了什么变化。 【学生回答】根据 “大象牙膏” 的现象，进行猜想与假设，并说明依据。 【讲解】接下来就是设计实验方案了，实验方案包括实验原理、实验装置和实验步骤（展示实验方案的内容）。实验原理可以来自咱们的猜想或者相关化学知识，实验装置由仪器和药品组成，实验步骤一定要全面、具体，保证可操作。大家想想“大象牙膏”实验可能需要哪些仪器和药品呢？ 【学生回答】思考并列举 “大象牙膏” 实验可能用到的仪器和药品，设计简单的实验步骤。 【讲解】设计好方案后，就要进行实验了。在实验过程中，大家要注重观察和记录实验现象和数据（展示进行实验的要求）。实验现象往往稍纵即逝，还很复杂，所以大家一定要专注、细致，及时记录。化学常见的实验现象有燃烧、有沉淀生成、有气体生成、溶解、变色等（展示常见实验现象）。 【学生回答】按照设计的方案进行模拟实验（或观看实验视频），仔细观察并记录实验现象。 【讲解】观察的时候有几个小技巧要告诉大家（展示观察与记录的方法）。首先要明确观察对象和要点，以物质变化为核心，关注变化前、变化中、变化后的情况以及变化的条件；其次，定性实验可以利用感官，用眼睛看、鼻子闻、耳朵听、肢体触摸来捕捉信息；最后，要及时记录，用准确规范的语言描述，实事求是。 【讲解】实验结束后，咱们要对实验现象和数据进行分析与解释，从而得出结论（展示分析与解释得出结论的过程）。可以通过对比，从相同点归纳规律，从不同点发现特性，分析证据和假设的关系，得出一致或其他的结论。 【讲解】最后，咱们还要进行反思评价及表达交流（展示反思评价及表达交流的内容）。要对探究全过程进行梳理，看看实验方案是否考虑到排除干扰因素，实验现象是否观察到位，证据是否收集完整，结论是否合理。 设计意图 1、结合学生已有物理探究经验，降低抽象概念的难度；通过梳理环节和报告模板，为后续“大象牙膏”实验的探究提供方法框架。 2、系统梳理科学探究的环节和方法，将抽象的“探究”转化为可操作的步骤，突破“科学探究方法”的难点； 3、报告模板和观察方法的具体化，培养学生的规范意识和细节关注能力（如“及时记录现象”“排除干扰因素”）； 4、强调“猜想有依据”“结论需验证”，渗透实证精神和逻辑思维。 教学环节三 探究“大象牙膏”中的化学变化 活动一：探究“大象牙膏”中的化学变化 【讲解】接下来，我们就用刚才学的方法，探究“大象牙膏”实验。大家先看我做实验（演示实验：在锥形瓶底部放一些二氧化锰，两只小烧杯中分别盛有过氧化氢溶液和洗涤灵，将它们同时倒入锥形瓶中。），注意观察实验现象哦！ 【提问】哪位同学能说一说观察到的现象？ 【学生回答】有大量气体产生、出现白色泡沫、瓶子有点热。 【追问】非常棒！大家观察得很仔细。基于这些现象，我们可以提出哪些问题呢？ 【学生回答】发生了怎样的变化？气体是什么？为什么会产生泡沫？黑色粉末起什么作用？。 【讲解】这些问题都很有价值！我们先聚焦两个核心问题：1、产生的气体是什么？2、黑色粉末（二氧化锰）的作用是什么？ 【追问】回答这些问题，我们先看参考资料（展示资料：过氧化氢会分解为水和氧气，洗涤灵易起泡沫，二氧化锰是黑色粉末）。大家可以猜想一下：气体可能是什么？依据是什么？ 【学生回答】氧气，因为资料说过氧化氢分解会产生氧气；发生了化学变化，反应物是过氧化氢，生成物是水和氧气。 【提问】那如何验证我们的猜想呢？我们可以用带火星的木条——如果木条复燃，就是氧气。接下来，我们设计对比实验来验证（展示实验方案表） 【展示表格】我们来看一下实验方案表。 序号 实验操作 现象 1 洗涤灵+水 少量泡沫，木条不复燃 2 洗涤灵+过氧化氢溶液 少量气泡，木条不复燃 3 洗涤灵+二氧化锰 无明显现象，木条不复燃 【提问】大家想想，这三组实验你认为是否合理？还有哪些需要补充吗？ 【学生回答】不合理，不能排除水和洗涤灵的影响。 【追问】那同学们能不能试着补充实验（学生分组，设计实验，该过程有点难，教师可辅助） 【讲解】我们看一下完整的实验。 序号 实验操作 现象 1 洗涤灵+水 少量泡沫，木条不复燃 2 洗涤灵+过氧化氢溶液 少量气泡，木条不复燃 3 洗涤灵+二氧化锰 无明显现象，木条不复燃 4 二氧化锰+水 无明显现象，木条不复燃 5 过氧化氢和二氧化锰 迅速产生大量气泡，带火星木条复燃 【提问】我们增加的两组实验有什么作用吗？ 【学生回答】可以排除水和洗涤灵的影响，看二氧化锰有什么作用。 【讲解】对！这就是控制变量法——通过实验，我们可以确定是二氧化锰加快了过氧化氢的分解。那么二氧化锰到底起到什么作用？它是反应物吗？请继续设计实验进行探究。（分组实验后，学生汇报现象） 【学生活动】学生分组实验，设计实验方案，进行实验。 序号 实验操作 现象 1 5mL过氧化氢溶液+2g二氧化锰 迅速产生大量气泡，带火星木条复燃 2 等实验1的试管中不再产生气泡时，继续向试管中加入5mL过氧化氢溶液 迅速产生大量气泡，带火星木条复燃 3 5mL过氧化氢溶液 少量气泡，木条不复燃 4 2g二氧化锰 无明显现象，木条不复燃 最后将反应完的2、4试管进行过滤，滤渣经过洗涤干燥进行称量。 【讲解】通过实验，我们发现只有加了二氧化锰的组产生了氧气。那二氧化锰是反应物吗？反应物会在反应后变少或变质，我们来验证它的质量和性质（教师演示实验）。 【学生回答】反应前后称量二氧化锰质量，发现质量不变；将反应后的黑色粉末再次加入过氧化氢，仍能产生氧气。 活动二：催化剂 【讲解】这说明，二氧化锰在反应中能改变化学速率，但自身质量和化学性质不变——这就是我们今天要学的“催化剂”，在化学反应中所起的作用叫“催化作用”。催化剂的特点可以总结为“一变两不变”，那么同学们能根据实验和我们所需知识总结是哪些“一变两不变”吗？ 【学生活动】可以加快反应速率；化学反应前后，质量不变。 【讲解】一变：催化剂能改变其他物质的反应速率，这个改变可以是加快，也可以是减慢；两不变：化学反应前后，自身的质量和化学性质不变。 【提问】因此，要判断某种物质是不是反应的催化剂，需要考虑哪些因素来设计实验进行验证呢？ 【学生活动】探究物质是否能改变化学反应速率；探究该物质的质量在化学反应中是否发生改变；探究该物质的化学性质在化学反应中是否发生改变。 【讲解】我们把过氧化氢的实验进行总结，过氧化氢在二氧化锰做催化剂作用下，产生大量氧气，可用于实验室制取氧气。文字表达式可以写为：，二氧化锰作为催化剂，要写在箭头的上面。 设计意图 通过“观察现象→提出问题→猜想假设→设计对比实验→验证结论”的完整流程，让学生亲身体验科学探究；通过验证二氧化锰的质量和性质，突破“催化剂”概念的难点，培养实证精神。 活动三：催化剂的应用与拓展 【讲解】催化剂在生活中很重要哦！比如汽车的三元催化器，能把尾气中的有害气体变成无害物质；工业上90%的反应都需要催化剂（展示图片）。最早提出“催化剂”概念的是瑞典化学家贝采利乌斯，而我国的闵恩泽院士被称为 “中国催化剂之父”，大家课后可以查查他的事迹。 【提问】回到开头的“水滴石穿”，如果从化学角度想，你会不会想到“水滴”会“石穿”的原因？这其中是否会发生化学变化？带着这样的疑问，请同学们参考本节课学习的科学探究过程开展探究。（提示：雨水可能含酸性物质，和石头（碳酸钙）发生反应） 【学生活动】认真听讲，做好笔记。参与讨论，积极思考并回答教师提出的问题。 根据教师的讲解，理解科学探究的一般过程，并尝试设计“大象牙膏”实验的方案。 设计意图 1、用“工业应用”“生活案例”说明催化剂的价值，体现化学的实用性； 2、介绍中外科学家，培养科学史素养和民族自豪感； 3、呼应导入问题，让学生用所学方法解决实际问题，实现“学以致用”。 第三节 体验化学科学探究 一、科学探究的基本过程和方法 提出问题→形成假设→设计并实施实验→获取证据→分析解释→形成结论及建构模型→反思评价及表达交流 2、 探究“大象牙膏”中的化学变化 催化剂的定义、作用、特点、应用 1.我们研究和发展化学学科的最基本的手段是（　　） A．逻辑推理 B．大气探测 C．化学实验 D．精确运算 2.有一次上课时，小丽觉得很闷，呼吸不畅。是不是教室里二氧化碳的含量高呢？小丽分别收集了250mL教室内、外的气体样本，向其中分别加入10mL澄清石灰水，充分振荡后观察现象。在此过程中，没有应用的科学方法是（　　） A．猜想 B．实验 C．控制变量 D．归纳 3.科学探究是获取科学知识、理解科学本质的重要途径。某同学在实验室中把澄清石灰水滴加至盛有人体呼出气体的集气瓶中振荡，这一过程属于科学探究中的哪一重要环节（　　） A．形成假设 B．实施实验 C．获取证据 D．形成结论 4.Vc泡腾片是一种含有大量维生素C的片状物品，用于预防和治疗各种急、慢性传染性疾病或其他疾病。将泡腾片放入水中，有无色气体产生。小红同学建议，可以用石灰水检验一下气体的成分是否为二氧化碳，这个环节属于科学探究中的（　　） A．提出问题 B．形成假设 C．设计实验 D．获取证据 5.下列有关催化剂的说法正确的是（　　） A．没有催化剂反应不能发生 B．二氧化锰是所有反应的催化剂 C．一个化学反应只能有一种催化剂 D．催化剂只能改变化学反应速率，不能改变生成物的质量 本节课围绕科学探究过程与催化剂概念展开，亮点在于：以“水滴石穿”导入引发认知冲突，结合“大象牙膏”趣味实验，让学生直观感受探究过程，有效激发兴趣；通过对比实验和分步验证，清晰突破“催化剂一变两不变”的难点，兼顾方法渗透与知识落实；融入科学家事迹，实现学科素养与情感教育的融合。不足在于：学生自主设计实验的机会较少，方案多由教师引导，限制了探究深度；部分学生对“催化剂可减慢反应”理解片面，缺乏实例支撑；探究报告填写训练仓促，规范性有待加强。后续需优化预习环节，增加学生自主设计方案的时间，补充反例深化概念理解，强化报告书写指导，让探究更具自主性与严谨性。 / 学科网（北京）股份有限公司 $$