第四单元跨学科实践活动2基于特定需求设计和制作简易供氧器---2025--2026学年九年级化学鲁教版（2024）上册

综合实践作业设计 主题 基于特定需求设计和制作简易供氧器 跨学科大概念 系统与模型、比例与定量 学科素养点 证据推理与模型认知、实验探究与创新意识、科学精神与社会责任 学科内容 氧气的性质、氧气的实验室制法 学生必做实验：氧气的实实验室制取与性质 评价标准 或 参考实例 一、参考实例 [活动1：界定任务] 课前调研和课上讨论氧气在生活中的应用，体会任务的意义和价值。引导学生思考:基于特定需求设计和制作简易供氧器需要考虑哪些方面的问题?哪些特殊的群体需要供氧?设计思路是什么?小组合作研讨确定供氧器的设计和制作目标及具体任务。 根据讨论结果，教师主要总结出以下四种需要供氧的特殊群体作为此次活动的探究对象:1.特殊人群供氧，如:需要吸氧的病人。2.特殊环境供氧，如:高原吸。3.动物呼吸供氧，如:鱼类的供氧。4.实验室制氧气，如:高锰酸钾制氧气和双氧水制氧气。 经过前期讨论与交流，学生团队共分成四个小组，分别对四种需要供氧的特殊群体进行项目探究。1组，特殊人群——急救病人供氧；2组，特殊环境——高原供氧；3组，动物呼吸——饲养的金鱼供氧；4组，实验室制氧气。 [活动2：建构模型] 明确任务之后，四个组的教师分别带领学生进行项目学习探究，通过网上查阅资料，结合学过的实验室制氧气和二氧化碳的方法，选取适合各个情景所需的制备氧气的原理、药品、实验装置、验证氧气的实验方法等等。学生小组合作设计并完成各种需求下制取氧气的实验,初步建立基于特定需求设计和制作简易供氧器的一般程序和方法，形成模型。 （1）1组：特殊人群——急救病人供氧 MnO2 原理：双氧水制氧气。 2H2O2=======2H2O+O2↑ 药品: 10%的双氧水、二氧化锰、纯净水 实验装置图： （2）2组：特殊环境——高原供氧 原理: 利用过氧化钠和水反应生成氧气，然后人呼出的二氧化碳再与过氧化钠反应生成氧气。 2Na202+2H20=4NaOH+O2 2Na2O2+2C02=2Na2CO3+O2 药品:过氧化钠 实验装置图: （3）3组：动物呼吸——饲养的金鱼供氧 原理: 利用过氧化氢在二氧化锰做催化剂条件下生成氧气。 MnO2 2H2O2=======2H2O+O2↑ 药品:过氧化氢溶液、二氧化锰 实验装置图: （4）4组：实验室制氧气 MnO2 原理：双氧水制氧气。 2H2O2=======2H2O+O2↑ △ 高锰酸钾制氧气 2KMn04=====K2Mn04+Mn02+02↑ 药品:双氧水、二氧化锰、高锰酸钾 实验装置图： [活动3:制作作品] 建立模型之后，应用模型，从实际需求出发，要求学生尽量选择日常生活中常见的一些材料，小组合作动手制作供氧器，通过多轮次的“设计——行动——反思”对供氧器进行实验和优化,最后尝试收集一瓶氧气。分组介绍一下各组在实验过程中的情况。 1组： 给需要急救的病人供氧，学生利用常见的矿泉水瓶和注射器作为发生装置，用打吊瓶用的塑料导管连接面罩，用密封胶密封整个装置。学生在制作作品的过程中原材料非常容易找到，矿泉水瓶中先加入药品二氧化锰，注射器中抽入百分之十的双氧水，通过控制注射器滴入矿泉水瓶中双氧水的速率，来控制反应速率。并且计算出:按一个成人24小时需要960克氧气，那一小时大约需要40克氧气算的话，急救吸氧半个小时的话，大约需要425克10%的双氧水。 这个装置在制氧的过程中，注射器中的双氧水用尽，可以随时在吸入双氧水继续滴加，反应持续发生，学生操作简单。但是在实际操作的过程中，有的小组同学将注射器里的双氧水一下子推入矿泉水瓶中，导致实验失败，然后总结经验，慢慢滴入双氧水才获得成功。 2组： 给高原人群供氧，利用过氧化钠和水反应生成氧气，然后人呼出的二氧化碳再与过氧化钠反应生成氧气。学生利用矿泉水瓶做发生装置，用吸管连接面罩，然后将整个装置用密封胶密封起来，在干燥的矿泉水瓶中提前加入过氧化钠，对着面罩呼吸，就能产生氧气了。在实验操作的过程中，有的小组同学密封不严，也导致了实验失败，然后寻找失败的原因，重新密封，实验获得了成功。 但是，由于矿泉水瓶中只加入了少量的过氧化钠，所以能供给氧气的时间也不长，还需要进一步探究过氧化钠放在矿泉水瓶中多少合适，以及矿泉水瓶中是否放置带孔的隔板放置过氧化钠更合适等问题还需要进一步探究。 3组： 给水里的金鱼供氧，学生就是利用所学过的实验室制氧气的方法，利用过氧化氢在二氧化锰做催化剂条件下生成氧气，然后找一根长的导管引入鱼缸中就可以。学生也对实验室制取氧气的装置进行了改进，选择了生活中常见的矿泉水瓶作为发生装置，并剪了半个矿泉水瓶，倒立代替分液漏斗，然后利用吸管代替导管引入鱼缸的底部，给鱼缸里的金鱼供。还添加了一个矿泉水瓶，作为气体的缓冲装置。 在实验的过程中，发生和收集装置之间的导管连接位置也做了调整，由于氧气密度比空气大，所以导管一端连接发生装置矿泉水瓶的上方，另一端连接缓冲装置矿泉水瓶的下方。学生根据理论知识和老师的指导，也是多次实验，才能找到更准确的位置，收集到氧气。 4组: 实验室制氧气，学生根据课本所学知识学习组装实验仪器，根据实验条件，选择相应的药品和实验装置并利用排水法和排空气法进行实验，学生自行总结每小组实验过程中的得失。 [活动4:作品发布] 小组展示、交流和评价制作的供氧器，反思和总结供氧器的设计和制作的经验,提炼解决作品制作类问题的思路与方法. 向学生展示家用制氧机，和医用制氧机，认识现在社会的科学技术，和科学产品。认识科学技术的发展对人类发展的重要。 开展“基于特定需求设计和制作简易供氧器”项目活动，建议在学生学习完实验室制氧气和实验室制二氧化碳之后完成，紧密结合气的实验室制取与性质的内容及学生必做实验，以及实验室制取二氧化碳的方法，综合利用其药品选择、实验装置、实验装置改进等。主要设计和制作供氧器、进行作品展示和总结交流。建议师生共同制订评价量表，用于学生自我诊断、组间评价，以及教师的评价反馈，体现教学评一致性。 二、评价标准 “基于特定需求设计和制作简易供氧器”项目评价量表 评价维度 评价等级 评价等级 评价等级 合格 良好 优秀 作品 原理 仅从元素守恒角度选择制氧原理，未考虑原理、装置和实际需求之间的关系;未考虑定量问题。 能阐明原理与装置(或实际需求)之间的关系，多角度(物质状态、反应条件、物质变化、能量变化、反应速率)综合考虑并选择合适的制氧原理;考虑定量问题但未进行定量计算。 能阐明原理与装置、实际需求之间的关系，多角度(物质状态、反应条件、物质变化、能量变化、反应速率)综合考虑反应原理，评价不同反应并选择合适的制氧原理;根据质量守恒定律定量计算制氧剂的用量和配比。 装置 模仿实验室制取氧气的装置，有气体发生装置、收集装置和净化装置。 模仿供氧器作品，有气体发生装置、收集装置和净化装置，局部可调控(如即开即用、速率调控等)或局部一体化设计。 自主创意设计供氧器综合考虑原理(试剂用量、压强、物质变化、能量变化等)与实际需求(流速、氧气纯度、温度湿度、安全、环保等)，实现装置的整体可调控及一体化设计。 展示效果 能产生氧气，持续时间短，速率太快或太慢;作品整体不美观。 能产生速率适中的氧气，但产氧持续时间较短;作品整体比较美观。 能产生持续时间长、速率适中的氧气，作品整体美观。 反思与改进 对供氧器的设计进行整体评价，通过师生讨论认识到方案存在的具体问题，并提出改进方法。 从原理、装置、技术、工程、实际需求等部分维度进行评价;反思供氧器存在的主要问题，提出改进方案并尝试解决问题。 主动从原理、装置、技术、工程、实际需求等维度进行系统评价;不断反思供氧器存在的问题，并尝试用不同方法解决问题。 协同合作 体现小组合作，有简单的任务分工成员合作完成部分任务。 分工较为明确，能阐述每个成员的具体贡献;展现较充分的合作，成员合作完成各项任务。 分工明确合理，能阐述每个成员的具体贡献成员积极协同公作完成各项任务，成员之间及时沟通，互相帮助，共同克服困难，根据项目情况调整任务分工。 表达交流 汇报思路不清晰，展示形式单一。 按照一定的思路呈现项目成果;展示形式比较丰富，语言比较流畅。 按照清晰的思路呈现项目过程和成果;展示形式丰富多样，语言流畅。 设计说明 “基于特定需求设计和制作简易供氧器”项目是初中化学作品制作类综合实践活动之一。指根据日常生活材料和实验室器材能设计并制作氧气的装置。“特定需求”指在供氧器设计、制作过程中应考虑特定环境和特定使用人群的实际需求。 该项目综合体现“物质的性质与应用”“物质的化学变化”学习主题的大概念及核心知识，承载学生必做实验“氧气的实验室制取与性质”，涉及“化学与社会.跨学科实践”学习主题中化学与材料化学与健康的相关内容，帮助学生建构元素观、变化观等化学观念，促进“系统与模型”“比例与定量”等跨学科大概念的进一步发展。 该项目要求学生有意识地应用化学核心知识，自主调用物理和数学等多个学科的相关知识，应用技术与工程的方法解决问题，参与多种实践活动，自主反思、不断改进，提升合作解决问题的能力，激发学生的创造力。 氧气是学生非常熟悉的物质，是空气中的一种重要成分，是生物体呼吸不可或缺的物质，也是工业生产必备的原料，供器在生产生活中有着重要的应用，在日常生活中，很多学生也见到过或者接触过医院病人吸氧、高原吸氧和鱼类供氧等事例。该项目以氧气的制取为核心，综合考虑使用环境和使用对象的特定需求，选择具体的技术与工程方法完成简易供氧器的设计和制作。 “基于特定需求设计和制作简易供氧器”项目虽然只是真实供氧器的模拟和简易作品制作，但也是一个综合、复杂、开放的实践活动。学生在完成任务的过程中，不仅需要关注供氧器的特定需求，即需要供氧的特殊群体有哪些，还要遵从作品制作的一般过程和方法，即制作氧气的药品、原理、实验装置，弄清楚这些，然后要在整体设计的基础上进行制作，在多次实验的基础上优化方案并完善作品。 学科网（北京）股份有限公司 $$