跨学科实践活动4 基于特定需求设计和制作简易供氧器（教学设计） 化学人教版2024九年级上册

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、知识目标 1.明确不同人群在不同场景或地域对供氧器的需求，了解常见供氧器的特点。 2.巩固氧气性质、实验室制取氧气的原理与装置的知识，并能应用于实际场景。 3.掌握实现物质定量转化的方法，能根据化学方程式计算供氧量，了解不同供氧剂的特点。 4.了解设计和制作简易供氧器的一般思路，包括选择供氧原理、设计装置等。 二、核心素养目标 1.化学观念：从宏观上认识不同场景下对供氧器的需求，从微观角度理解化学反应制取氧气的原理。 2.科学思维：通过对不同供氧方法和供氧剂的分析，建立选择合适供氧原理和装置的思路。 3. 科学探究与实践：通过设计和制作简易供氧器的活动，培养学生的实践能力和创新思维。 4.科学态度与责任：体会物质及其变化在保障人体健康等方面的重要性，增强社会责任感。 一、教学重点 1. 从实验室制取氧气的思路迁移至制取气体的一般思路。 2. 综合应用多学科知识和工程技术手段解决实际问题。 二、教学难点 1. 学会制取气体的一般思路并应用于实际场景解决实际问题。 2. 联系生活实际设计和制作简易供氧器，并对产品进行优化改进。 本节教学内容源自人教版（2024年版）九年级化学上册第五单元《化学反应的定量关系》的跨学科实践活动4“基于特定需求设计和制作简易供氧器”。该内容是对本单元化学反应定量关系知识的实际应用，也是对氧气性质、实验室制取氧气原理与装置等知识的综合巩固与拓展，具有很强的实践性和综合性，体现了化学学科与生活实际、工程技术的紧密联系。 教材围绕设计和制作简易供氧器这一项目，按照了解需求、获取信息、设计制作的流程展开。先引导学生讨论供氧器的应用场景和特点，明确项目问题和研究价值；接着介绍商品化供氧器类型，回顾实验室制取氧气的思路，为设计简易供氧器提供理论基础；最后通过选择供氧原理、计算供氧量、设计供氧装置、制作供氧器等活动，让学生综合应用多学科知识和工程技术手段解决实际问题，体会物质及其变化在保障人体健康等方面的重要性。这一编排符合学生的认知规律，有助于培养学生的实践能力和创新思维。 九年级学生已经掌握了氧气的性质、实验室制取氧气的原理与装置等基础知识，具备了一定的化学实验操作技能和科学探究能力。但在将化学知识应用于实际场景解决问题方面，还需要进一步的锻炼和提高。 在思维方面，九年级学生正处于从形象思维向抽象思维过渡的阶段，他们对直观、生动的实验现象和实际应用案例比较感兴趣，但对于复杂的理论和抽象的概念理解起来可能存在一定困难。因此，在教学过程中，需要结合具体的实例和实验，引导学生逐步深入思考，将所学知识与实际需求相结合。 在知识储备上，学生虽然对氧气的制取有了一定了解，但对于不同供氧原理的优缺点、供氧量的计算以及如何设计和制作简易供氧器等内容，还需要进一步学习和探索。同时，学生在综合应用多学科知识和工程技术手段解决实际问题方面的经验相对不足，需要教师给予适当的指导和启发。 此外，学生对于跨学科实践活动往往充满好奇心和积极性，但在团队协作、自主探究等方面可能还存在一些问题。教师应充分利用学生的学习热情，组织学生开展小组合作学习，培养学生的团队协作精神和自主探究能力。 教学环节一 新课导入 【引入】在前面的课题中，我们学习了氧气的实验室制法和工业制法，并学习的氧气的性质和用途，氧气是人类在生产、生活中非常重要的一种气体。 【图片展示】空间站、核潜艇。 【讲解】第一张是我国空间站里宇航员们在太空中的工作和生活场景；第二张是核潜艇在深海中航行的画面。无论是在遥远的空间站，还是在深海的核潜艇中，氧气的供应都十分重要。宇航员和潜艇工作人员在这些特殊环境下，必须依靠稳定的氧气供应才能生存和工作。 【引出课题】那大家想一想，在这些场景中，氧气是如何供应的呢？在我们的日常生活里，又有哪些地方会用到供氧设备呢？带着这些疑问，让我们一起进入今天的学习——基于特定需求设计和制作简易供氧器。 设计意图 1.激发学生兴趣：通过展示空间站和核潜艇的图片，展示了神秘而先进的科技场景，能够迅速吸引学生的注意力，激发他们的好奇心和探索欲望，提高学生的课堂参与度。 2.联系实际应用：将氧气供应与空间站和核潜艇等实际场景相结合，让学生深刻体会到氧气在特殊环境下的重要性，使抽象的化学知识变得具体而有趣，让学生明白化学知识在实际生活和高科技领域中的广泛应用。 3.引发思考，导入新课：提出关于氧气供应方式和生活中供氧设备应用的问题，引导学生思考，自然地过渡到本节课的主题——设计和制作简易供氧器，让学生明确学习目标，带着问题去探索新知识，增强学习的主动性和积极性。 教学环节二 了解需求 活动一：供氧器需求场景 【师生活动】 1.教师提出问题：“哪些人群在哪些场景或地域会用到供氧器？” 2.学生分组讨论，教师巡视各小组，参与部分小组的讨论，给予适当的引导和启发。 3.各小组代表发言，分享讨论结果，如高原地区游客会使用便携式吸氧瓶；家中老人进行保健时会用到家庭制氧机；医院里病人需要医用供氧器；鱼缸养鱼需要充氧增氧泵等。 4.教师对各小组的发言进行总结和补充，完善学生的答案，并在黑板上记录不同场景和对应的供氧器类型。 活动二：分析不同场景供氧器特点 【引入】我们已经了解了不同场景和地域会用到的供氧器类型，那这些场景中用到的供氧器又具有什么特点呢？接下来我们继续探讨。 【设计意图】引导学生深入思考不同场景对供氧器的具体要求，培养学生分析问题和归纳总结的能力，为后续设计简易供氧器奠定基础。 【师生活动】 1.教师提出问题：“这些场景或地域中用到的供氧器具有什么特点？” 2.学生再次分组讨论，结合之前提到的不同供氧器类型，分析其特点。 3.各小组代表发言，如便携式吸氧瓶需要安全、便携；家庭制氧机要求操作简单、制氧率高；医用供氧器要绿色环保、安全可靠；充氧增氧泵要美观等。 4.教师对学生的发言进行点评和总结，强调不同场景下供氧器特点的重要性，并在黑板上整理出主要特点。 教学环节三 获取信息 活动一：了解商品化供氧器类型 【引入】在市场上，有各种各样的供氧器，它们的工作原理各不相同。接下来我们就来了解一下商品化的供氧器都有哪些类型。 【设计意图】让学生对市面上现有的供氧器有一个全面的认识，拓宽学生的知识面，为后续选择合适的供氧原理提供参考。 【讲解】课件展示，介绍商品化的供氧器类型，如化学试剂制氧机、分子筛制氧机、富氧膜制氧机、电解水制氧机等。简单讲解每种类型供氧器的工作原理，学生认真听讲，做好笔记。 化学试剂制氧机 分子筛制氧机 富氧膜制氧机 电解水制氧机 通过化学反应产生氧气的设备，如过碳酸钠分解制氧气 通过物理吸附分离空气中氮气，从而获取高浓度氧气的设备，需要电力环境 利用特殊高分子膜对不同气体的渗透速率差异，从空气中分离出富氧气体，需要高压环境 通过 电解水（H₂O） 直接分解出氧气（O₂）和氢气（H₂）的设备，需要电力环境 【提问】“大家想一想，这些不同类型的供氧器在实际应用中可能会有哪些优缺点？”引导学生思考。 【学生活动】举手发言，分享自己的想法，教师对学生的回答进行点评和补充。 活动二：回顾实验室制取氧气思路 【引入】我们在之前的学习中已经了解了实验室制取氧气的方法，现在我们一起来回顾一下实验室制取氧气的一般思路，这对我们设计简易供氧器会有很大的帮助。 【设计意图】通过回顾实验室制取氧气的思路，帮助学生巩固已学知识，为后续设计简易供氧器的思路提供知识基础和方法借鉴。 【师生活动】 教师提出问题：“实验室制取氧气的一般思路是什么？” 学生思考后回答，教师引导学生逐步完善答案，明确实验室制取氧气需要先明确反应原理，如分解过氧化氢制氧气、加热分解高锰酸钾制氧气等，反应原理的确定需要依据质量守恒定律、反应的快慢、气体的纯度等选择。然后根据反应物状态和反应条件选择发生装置，再根据反应物的性质，如氧气的密度、溶解性等选择收集装置。 教师在黑板上画出实验室制取氧气的思路框架图，进一步强化学生的理解。 【提问】那么请根据实验室制取气体的一般思路进行思考：制作简易供氧器的一般思路。 【学生活动】小组讨论，并进行汇报讲解。 教学环节四 设计制作 活动一：选择供氧原理 【引入】我们已经了解了不同的供氧方式和设计思路，那在设计简易供氧器时，我们应该如何哪种供氧原理呢？接下来我们就对各种获取氧气的方法进行分析比较。 【设计意图】培养学生分析问题和筛选合适方案的能力，让学生根据特定需求选择最适合的供氧原理，提高学生解决实际问题的能力。 【师生活动】 1.教师展示课件，列出各种获取氧气的方法，如分离液态空气法、光合作用、过氧化氢分解、高锰酸钾分解、电解水等。 2.教师提问“如果要为户外人群设计简易供氧器，应该选择哪种供氧原理比较合适？为什么？” 3.学生分组讨论，教师巡视各小组，倾听学生的讨论内容，适时给予指导。 4.各小组代表发言，阐述小组选择的供氧原理及理由，教师对各小组的发言进行点评和总结，确定较为合适的供氧原理。 【总结】通过上述活动可以分析得出，分解过氧化氢制氧气是最理想的制氧原理。 活动二：计算供氧量 【引入】当我们确定了供氧原理后，还需要知道在实际应用中需要多少供氧剂才能满足需求。接下来我们就以供给正常健康人连续吸氧10分钟为例，计算需要的过氧化氢的质量。 【设计意图】让学生掌握根据化学方程式进行计算的方法，学会运用化学知识解决实际问题，同时让学生了解在设计供氧器时进行定量计算的重要性。 【师生活动】 1.教师提出问题：“标准状况下，供给正常健康人连续吸氧10分钟，大约需要氧气的质量为5 g，计算需要过氧化氢多少克？” 2.教师引导学生写出过氧化氢分解的化学方程式，并分析各物质之间的质量关系。 3.学生在练习本上进行计算，教师巡视指导，帮助有困难的学生。 4.教师对计算过程进行总结和强调，规范解题步骤。 【展示】市面上过氧化氢溶液的图片。 【介绍】过氧化氢溶液是H2O2和水的混合物， 3%的过氧化氢溶液表示100 g过氧化氢溶液中只含3 g H2O2 ，其余成分为水。 【提出疑惑】过氧化氢质量是纯净物的质量，而市面上常见的是 3%的过氧化氢，这个 3%是什么意思？ 尝试计算，多少克 3%过氧化氢溶液中含有 10.6g 过氧化氢？ 【计算】10.6 g÷3% ≈ 353.3g。 【引导】还有其他物质可以用作供氧剂吗？ 【展示】手提式氧气发生器——氧立得。 （1）试剂：A剂：过碳酸钠（2Na2CO3·3H2O2）——固体氧释放剂(白色颗粒) B剂：二氧化锰——催化剂(黑色粉末或颗粒) （2）用法：将A剂、B剂先后放入装好水的氧立得制氧器反应仓中，通过导管和鼻塞吸氧。 （3）原理：①2Na2CO3·3H2O2 === 2 Na2CO3+3 H2O2；②2H2O2 2H2O+O2↑ [总反应式：2（2Na2CO3·3H2O2）4Na2CO3+6H2O+3 O2↑] 【师生活动】通过计算比较制取同样质量的氧气所需过碳酸钠的质量。 1.教师提出问题：“如果使用过碳酸钠（2Na2CO3·3H2O2）作为供氧剂，供给正常健康人连续吸氧10分钟，大约需要氧气的质量为5 g，计算需要过碳酸钠多少克？” 2.学生按照之前的方法进行计算，教师巡视指导。 3.教师对计算过程进行总结和强调，规范解题步骤。 【总结】制取5g氧气所需过碳酸钠的质量比所需3%过氧化氢溶液的质量要小很多。 【师生活动】对比过碳酸钠和过氧化氢溶液两种供氧剂，并选择制氧原理。 1.教师引导学生总结两种供氧剂的特点。 供氧剂 过碳酸钠（2Na2CO3·3H2O2） 过氧化氢（H2O2） 特点 固体，方便运输储存 产氧量更多 性质稳定，易保存 液体 产氧量少 不稳定，易分解 2.让学生分析上述总结的内容，选择合适的值制氧剂——过碳酸钠。 【展示】制作简易供氧器的一般思路。 【提示】根据生活常识和供氧器的工作原理，介绍简易供氧器不需要收集装置。 活动三：设计供氧装置 【引入】我们已经选择了合适的供氧原理并计算了供氧量，接下来就要设计一个合理的供氧装置。在设计过程中，我们要考虑到实际使用的需求和安全性等因素。 【设计意图】培养学生的创新思维和实践能力，让学生将所学知识应用到实际设计中，提高学生的工程设计素养。 【展示】固液常温型发生装置。 【学生活动】介绍实验室制氧气的发生装置，根据反应原理：2（2Na2CO3·3H2O2）4Na2CO3+6H2O+3 O2↑，选择合适日常生活材料设计合适的发生装置。 【展示】学生设计简图。 【教师补充说明】人体不能吸入纯氧，若吸入纯氧可能导致视网膜脱落、呼吸急促等症状。那我们在设计供氧装置时，应该如何解决这个问题？ 【展示】 制氧器内部结构图。 【讲解】制氧器的内部分为两部分，制氧剂在反应仓产生氧气，然后将产生的氧气疏松到过滤仓，经过滤仓的水过滤掉氧气中的杂质，并时氧气保持湿润状态，由于氧气不易溶于水，最终会从水中移出，此时的氧气更适合人体吸收。 【学生活动】分组讨论，结合生活中的材料，设计加湿过滤装置。 【提示】多功能瓶的应用。 【展示】两组设计方案。 活动四：制作供氧器 【师生活动】 1.各小组设计并让小组代表展示小组的设计方案，包括装置的结构、使用的材料等，其他小组的学生可以提出疑问和建议。 2.教师对各小组的设计方案进行评价和总结，选择较为合理的方案进行进一步的完善。 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、了解需求 1.使用环境 2.适用对象 二、获取信息 基于特定需求→选择供氧原理→设计并制作供氧装置 三、设计制作 户外供氧→过碳酸钠制氧→发生装置（反应仓+过滤仓） 1．小明利用塑料瓶、注射器、吸管、输液管等设计制作了下图的简易制氧器。有关说法中不恰当的是（ D ） A.甲瓶是气体发生装置 B.试剂 B 可以是二氧化锰 C.注射器可以控制滴加液体的速率 D.乙瓶的作用只能使氧气湿润 2. 小华基于过氧化氢制氧的原理设计了三种简易制氧器，如图所示，其中明显不合理的是__乙__(填“甲”“乙”或"丙”)。 3. 某同学参考左图利用家庭中的常见材料，设计并制作了简易家用供氧器(如右图)，其中C瓶的作用相当于左图中的__过滤__仓，当观察到C瓶中__气泡连续均匀冒出__时开始吸氧。 在本次教学中，通过跨学科实践活动引导学生基于特定需求设计和制作简易供氧器，取得了一定的成效。学生积极参与讨论和设计，对氧气制取原理和装置有了更深入的理解，同时提高了综合运用知识和解决实际问题的能力。但也存在一些不足之处，例如部分学生在计算供氧量时出现困难，对化学方程式的应用不够熟练。在今后的教学中，应加强对化学计算的训练，多提供实际案例让学生练习。此外，在学生制作供氧器的过程中，时间把控不够精准，导致部分环节有些仓促。后续教学要更加合理地安排时间，确保每个教学环节都能充分展开。 1 / 1 学科网（北京）股份有限公司 $$