第十单元跨学科实践活动8 空间站中“再生生保系统”方案设计教学设计--2025-2026学年九年级化学鲁教版下册

该初中化学教学设计聚焦空间站“再生生保系统”方案设计，核心知识点涵盖水的再生、二氧化碳处理、氧气循环及有机物利用。通过播放中国空间站实景视频导入，引导学生关联第十单元“化学与健康”及水净化、CO₂性质等知识，以任务单和小组合作为支架梳理脉络。 该资料以跨学科实践为特色，融合化学与生物、物理、工程知识，通过模拟工程师设计方案（如电解水制氧、LiOH吸收CO₂）落实科学探究与实践，结合我国航天发展增强科学态度与责任。助力学生提升知识整合应用能力，为教师提供中考对接的情境化教学资源。

跨学科实践活动8 空间站中“再生生保系统”方案设计（教学设计）——鲁教版化学九年级下册 一、基本信息 课时：1课时 学情分析：九年级学生已掌握鲁教版第十单元“化学与健康”核心知识点，包括食物中的有机物（蛋白质、糖类、油脂、维生素）、化学元素与人体健康、远离有毒物质等，同时具备水的净化、碳及其氧化物的性质、质量守恒定律等基础化学知识，初步掌握简单实验设计与探究能力。学生对航天科技兴趣浓厚，具备一定的小组合作和逻辑推理能力，但将分散的化学知识整合应用于实际场景（空间站密闭环境）的能力较弱，跨学科整合（化学与生物、物理、工程）的意识和能力有待提升，需通过分层任务和引导式互动突破认知难点。 核心素养目标： 科学观念：通过分析空间站再生生保系统的核心原理，巩固“物质是不断运动和变化的”“物质循环与转化”的观念，理解化学变化在资源再生中的作用，建立“绿色化学”“可持续发展”理念，关联中考中“化学与社会发展”“资源循环利用”相关考点。 科学思维：能结合化学知识点（水的净化、二氧化碳转化、有机物利用等）分析空间站生保系统的核心需求，通过小组讨论、方案设计，培养逻辑推理、模型认知和系统分析能力，对标中考“实验设计与探究”“情境类化学应用题”的解题思维。 科学探究与创新意识：模拟工程师设计再生生保系统方案，经历“提出问题→分析需求→设计方案→论证优化”的探究过程，结合化学实验原理，尝试优化方案，培养创新思维和实践能力，贴合中考对“科学探究素养”的考查要求。 科学态度与社会责任：了解我国航天事业的发展，认识化学在航天领域的重要应用，体会化学与人类生存、科技发展的密切关系，增强爱国情怀、社会责任感和科学探究的严谨态度，对应中考中“化学与科技、生活”的情感态度类考点。 二、教学重难点 （一）教学重点 细化再生生保系统核心化学知识点：水的再生原理、二氧化碳的处理方法、氧气的循环机制，关联中考水的净化、CO₂性质等核心考点。 结合化学核心素养，完成简单的再生生保系统方案设计，能阐述方案的化学原理，适配中考方案设计类题型。 （二）教学难点 将分散的化学知识点（第十单元有机物、水的净化、CO₂转化等）整合应用于空间站密闭环境，突破知识碎片化难点，培养系统思维。 跨学科整合（化学与生物：光合作用；物理：过滤、蒸馏；工程：系统设计），设计科学、可行、创新的方案，贴合中考跨学科情境题的考查趋势。 规范书写方案中涉及的化学方程式，准确关联中考化学方程式书写的易错点（如条件、配平）。 三、教学准备 教师准备：PPT（包含空间站实景视频、再生生保系统简化示意图、中考相关真题、知识点细化表格）、实物教具（简易过滤装置、活性炭、氢氧化锂固体）、小组任务单（含知识点填空、方案设计模板、中考考点对接提示）、板书提纲、评价量表。 学生准备：复习鲁教版第十单元“化学与健康”核心知识点、水的净化、CO₂的性质等相关内容；分组（4-5人/组），明确组长、记录员、发言人、原理分析师等角色；携带笔记本、笔、草稿纸（用于书写化学方程式和方案草图）。 四、教学过程 （一）情境导入，激发兴趣 播放短视频：中国空间站“天宫”实景，展示航天员在空间站的生活（饮水、呼吸、饮食），提问互动：“同学们，航天员在空间站长期驻留，需要持续获得氧气、水、食物，而空间站是密闭环境，无法持续从地球补给，这些生命必需品从哪里来？” 师生互动1（追问，对标中考情境题设问方式）：“结合我们学过的化学知识，思考：空间站中，航天员呼吸产生的CO₂如何处理？废水（如尿液、洗漱水）能否重复利用？食物残渣可以如何处理？”（引导学生自由发言，教师不急于给出答案，重点关注学生对第十单元知识点和水、CO₂相关知识的回忆）。 导入课题：“这些问题的解决，都依赖于空间站的‘再生生保系统’——它就像空间站的‘生命之肺’和‘循环之心’，而化学知识，就是这个系统的核心支撑。今天，我们就化身航天工程师，完成跨学科实践活动：空间站中‘再生生保系统’方案设计，同时巩固中考核心知识点。” （二）知识点回顾，细化关联 教师引导学生回顾核心知识点，结合中考考点，细化关联，完成小组任务单第一部分（知识点填空），师生共同订正，突破易错点。 师生互动2（知识点梳理，对标中考基础题）： 提问1：“第十单元我们学习了食物中的有机物，其中能为航天员提供能量的有哪些？它们的组成元素有什么共同点？”（学生回答：蛋白质、糖类、油脂；组成都含C、H、O，蛋白质还含N），补充：“这三种有机物在空间站中可通过食物携带，同时食物残渣可通过化学方法转化，实现资源循环，对应中考‘有机物的分类与作用’考点。” 提问2：“我们学过的水的净化方法有哪些？哪些方法可用于空间站废水再生？”（学生回答：过滤、吸附、蒸馏），强调：“空间站中，废水（尿液、冷凝水）需通过蒸馏、吸附等方法深度净化，得到可饮用、电解制氧的再生水，对应中考‘水的净化’核心考点，注意蒸馏的原理和操作注意事项。” 提问3：“航天员呼吸产生CO₂，CO₂有哪些化学性质？我们可以用什么方法处理CO₂，实现循环利用？”（学生回答：CO₂能与碱反应、能参与光合作用），补充：“空间站中常用氢氧化锂（LiOH）吸收CO₂，生成碳酸锂和水，也可通过萨巴蒂尔反应将CO₂与H₂转化为甲烷和水，同时，CO₂可结合生物光合作用生成氧气，对应中考‘CO₂的性质与用途’考点，重点掌握CO₂与LiOH、Ca(OH)₂的反应方程式。” 细化知识点（对接中考，突破易错点）： 关键化学方程式（中考重点，师生共同书写，纠正配平、条件错误）： 2H2O 通电 2H2↑+O2↑ 电解水： ； CO₂与LiOH反应：2LiOH + CO2= Li2CO3 + H2O； 中考对接提示（师生互动3）：“同学们，这些知识点在中考中常以情境题形式考查，比如结合航天、环保场景，考查水的净化方法、CO₂的处理、化学方程式书写，大家要注意知识点的迁移应用，比如看到‘密闭环境中CO₂处理’，就想到碱的吸收反应。” （三）小组合作，方案设计 明确设计要求：结合所学化学知识，参考中国空间站再生生保系统的核心模块（水再生、氧气循环、CO₂处理、有机物利用），设计简易可行的再生生保系统方案，突出化学原理，标注相关化学方程式，体现跨学科整合，完成小组任务单第二部分（方案设计模板），教师巡视指导，重点关注以下几点： 师生互动4（分层指导，突破难点）： 基础层：指导学生梳理方案的核心模块，确保每个模块都有对应的化学原理，书写正确的化学方程式（如电解水制氧、LiOH吸收CO2），纠正知识点应用错误（如混淆水的净化方法）。 提高层：引导学生思考方案的可行性和创新性（如如何提高水的再生效率、如何实现CO₂的循环利用），关联跨学科知识（如物理过滤、生物光合作用），对标中考方案设计题的“可行性、创新性”要求。 拓展层：引导学生思考方案中的注意事项（如LiOH的用量、电解水的能源供应），结合绿色化学理念，优化方案，贴合中考“绿色化学”考点。 教师答疑：针对学生提出的疑问（如“食物残渣如何转化为有用物质”“蒸馏在空间站如何实现”），结合化学知识解答，补充：“食物残渣中的有机物可通过微生物分解，转化为CO₂和水，重新参与循环，关联第十单元‘有机物的分解’知识点；空间站中蒸馏可通过电能加热实现，结合物理知识，体现跨学科整合。” 小组讨论要求：组长组织讨论，记录员记录方案要点和化学方程式，发言人梳理展示思路，原理分析师负责核对化学原理的准确性，确保方案科学、严谨，贴合中考方案设计题的答题规范。 （四）方案展示，点评优化 小组展示：发言人展示小组方案，重点阐述方案的核心模块、化学原理、相关化学方程式，可结合草图辅助说明，体现跨学科整合（如化学+生物+物理）。 师生互动5： 学生点评：其他小组针对展示方案，提出优点和改进建议（如“方案中缺少CO₂处理的化学方程式，应补充2LiOH + CO2 = Li2CO3 + H2O”“水再生模块可增加活性炭吸附步骤，提高净化效果”），培养学生的批判性思维，贴合中考实验探究题的“评价与优化”考点。 教师点评：肯定各小组的优点（如知识点应用准确、方案有创新性），指出存在的问题（如化学方程式书写错误、方案可行性不足），结合中考考点，强调：“方案设计需注意科学性（化学原理正确）、可行性（符合空间站密闭环境）、规范性（化学方程式书写规范），这也是中考方案设计题的评分重点；同时，要注重资源循环，体现绿色化学理念，关联中考‘化学与社会发展’考点。” 方案优化：引导展示小组结合点评建议，快速优化方案，补充完善化学方程式和跨学科整合细节，教师巡视指导，确保知识点应用准确，贴合中考要求。 中考对接总结（师生互动6）：“同学们，今天的方案设计，本质上就是中考情境类方案设计题的模拟训练，我们需要掌握‘需求分析→原理应用→方案优化’的思路，同时注意化学方程式的规范书写、知识点的迁移应用，这也是我们后续复习的重点。” （五）课堂小结，巩固提升 师生共同梳理：本节课我们通过跨学科实践活动，巩固了第十单元化学与健康、水的净化、CO₂的性质等核心知识点，掌握了再生生保系统的核心化学原理，完成了方案设计，提升了知识迁移和应用能力，落实了化学核心素养。 重点强调（对标中考）：① 核心知识点：有机物的作用、水的净化方法、CO₂的处理、关键化学方程式；② 核心能力：方案设计、逻辑论证、知识点迁移，适配中考实验探究题和情境应用题；③ 核心素养：科学观念、科学思维、创新意识、社会责任。 （六）布置作业 基础作业（对接中考基础题）：完善本节课小组设计的再生生保系统方案，规范书写所有相关化学方程式，整理本节课核心知识点，完成1道中考相关真题（PPT下发）。 提升作业（对接中考提升题）：查阅资料，了解中国空间站实际的再生生保系统，对比自己设计的方案，写出改进建议（至少2条），结合化学知识说明理由。 拓展作业（跨学科）：结合生物、物理知识，进一步优化方案，尝试绘制系统流程图，标注各模块的跨学科原理。 五、板书设计 （黑板分为左、中、右三部分，中间核心区，左右辅助区） 中间核心区：跨学科实践活动8 空间站中“再生生保系统”方案设计 一、核心需求（空间站密闭环境） 氧气、水、食物 → 循环再生（化学核心：物质转化与守恒） 二、核心模块及化学原理（对标中考） 水的再生：过滤、吸附、蒸馏（中考重点） 氧气循环：电解水、光合作用（跨学科） CO₂处理：2LiOH + CO₂ = Li₂CO₃ + H₂O（中考高频方程式） 有机物利用：蛋白质、糖类、油脂（供能）→ 残渣分解→CO₂+H₂O（循环） 三、方案设计原则 科学、可行、创新、绿色（对接中考方案设计要求） 左侧辅助区：核心知识点（中考考点） 有机物：蛋白质、糖类、油脂（C、H、O，蛋白质含N） 水的净化：过滤、吸附、蒸馏 CO₂性质：与碱反应、参与光合作用 右侧辅助区：核心素养+中考对接 核心素养：科学观念、思维、探究、责任 中考对接：情境题、方案设计、方程式书写 六、教学评价 过程性评价：关注学生课堂参与度（师生互动、小组讨论）、知识点回顾的准确性、方案设计的科学性和创新性，评价学生的科学思维和探究意识，对标中考探究题的答题思路。 结果性评价：通过课堂作业（方案完善、中考真题），评价学生知识点的掌握程度、化学方程式的书写规范性、知识迁移能力，对接中考基础题和提升题的评分标准。 小组评价：结合小组合作表现（分工、交流、展示），评价学生的合作能力和表达能力，鼓励学生主动参与、大胆创新，培养团队协作精神。 七、教学反思 需关注学生知识点的整合应用能力，部分学生可能存在知识点碎片化，无法快速关联到方案设计中，后续可增加课前预习任务，强化知识点的衔接，贴合中考知识点综合应用的考查趋势。 师生互动可进一步优化，增加个体提问的针对性，关注学困生的知识点掌握情况，确保每个学生都能参与到实践活动中，落实核心素养目标。 方案设计的创新性可进一步引导，结合中考方案设计题的创新要求，鼓励学生结合跨学科知识，提出更具可行性和创新性的方案，提升学生的创新意识。 可增加中考真题的即时练习环节，让学生快速对接中考题型，巩固知识点，提升应试能力。 学科网（北京）股份有限公司 $