第2章跨学科实践活动1制作简易供氧器导学案--2026-2027学年九年级化学沪教版上册

该初中化学导学案围绕“制作简易供氧器”跨学科实践活动，核心知识点为过氧化氢分解制氧原理及催化剂作用。课堂通过高原旅行、居家吸氧等生活情境导入，课前预习回顾教材制氧知识并衔接物理压强、工程设计，搭建“原理-装置-功能”认知支架。 资料以项目式探究为主线，整合化学观念、科学思维与科学探究，引导学生设计制作优化供氧器，培养跨学科实践能力。强调安全与绿色理念，小组合作与分层指导提升动手创新能力，助力核心素养落地。

初中化学“导·学·练”课堂导学案 年级 九年级 科目 化学 周次 设计者 序号 班级 主题与课时 跨学科实践活动1 制作简易供氧器 课型 新授 审核人 学校审核 姓名 课标要求 依据义务教育化学课程标准，本次跨学科实践活动要求学生结合氧气制取的核心原理，整合化学、物理、工程技术等跨学科知识，掌握简易供氧器的设计、制作与调试方法。能基于真实生活场景需求选择制氧试剂与装置结构，规范完成实践操作，学会分析装置优缺点并优化改进，培养工程思维与实践创新能力，树立安全、绿色的实验与应用理念。 学习目标 化学观念：认识过氧化氢分解制氧的变化本质，理解催化剂的作用，建立物质变化与实际应用的关联。 科学思维：通过对比不同制氧方案，推理装置结构、反应条件对产氧效果的影响，构建制氧装置设计模型。 科学探究与实践：自主完成供氧器设计、制作、测试与优化，提升动手与探究能力。 科学态度与责任：严守实验安全规范，践行绿色化学理念，体会化学技术服务生活的价值。 重难点 重点：掌握过氧化氢常温分解制氧的核心原理，明晰简易供氧器的结构组成、工作流程，熟练完成装置组装、气密性检查、产氧测试等核心操作，能结合场景分析供氧装置的设计逻辑。 难点：整合物理压强、流速控制等跨学科知识，平衡装置的产氧效率、安全性与便携性，根据实验现象精准优化装置结构和反应条件，解决实践中的突发问题。 资源与 建议 教学资源：试剂（过氧化氢溶液、二氧化锰）、实验器材（塑料瓶、导管、止水夹、分液装置、橡胶塞等）、便携式制氧机实物、制氧原理科普视频、装置设计草图模板、实验安全手册。跨学科资源涵盖物理气体压强、流体流速知识，工程简易装置设计常识。教学建议：采用项目式探究模式，以“生活供氧需求”为驱动，分组开展设计、制作、迭代优化。课前引导学生预习制氧基础原理，课中侧重实操与问题探究，课后开展作品展示评价。注重分层指导，兼顾基础操作与创新优化，强化小组合作，严格落实安全操作要求，渗透绿色化学思想。 学习过程 （一）课前预习案 本次课前预习旨在帮助学生夯实理论基础，搭建实践认知框架，提前梳理氧气制取核心知识、跨学科关联知识与实践活动任务，为课中动手制作、深度探究做好充分铺垫，所有预习题目均结合沪教版新教材第二章核心内容设计。 预习任务一：基础知识回顾（教材核心知识点梳理） 1. 氧气的用途回顾：结合教材内容，列举生活、医疗、户外场景中氧气的重要用途，思考为什么高原出行、密闭空间、轻微缺氧场景需要便携式供氧设备。 2. 实验室制氧原理梳理：沪教版教材重点讲解了过氧化氢分解制氧气的方法，请写出该反应的文字表达式和符号表达式，标注反应条件，说明二氧化锰在反应中的作用。 3. 催化剂核心概念辨析：根据教材定义，简述催化剂的特点，思考二氧化锰能否改变过氧化氢分解的生成物质量，反应前后二氧化锰的质量和化学性质是否发生改变。 4. 气体制备基础操作回忆：简述固液常温型气体发生装置的组装要点、气密性检查方法，以及气体导出的基本原理。 预习任务二：跨学科知识衔接 1. 物理知识关联：密闭容器内发生化学反应产生气体时，容器内压强会发生怎样的变化？气体在导管中的流速与装置气密性、导管粗细有什么关系？ 2. 工程设计常识：简易实用装置的设计需要兼顾哪些要素？（提示：安全性、便携性、操作简便性、成本、环保性） 预习任务三：实践认知预习 1. 观察生活中的便携式制氧设备，初步猜想其核心组成结构，思考制氧设备需要解决哪三个核心问题：持续产氧、可控供氧、安全稳定。 2. 结合教材跨学科实践主题，初步构思简易供氧器可选用的材料，对比玻璃器材与塑料生活用品作为实验装置的优缺点。 3. 预判实践操作中的安全隐患，写出至少两条制作和使用简易供氧器的安全注意事项。 预习思考题（进阶） 1. 为什么过氧化氢制氧适合制作简易便携式供氧器，而高锰酸钾、氯酸钾制氧不适合？ 2. 若供氧器产氧速率过快，会带来哪些问题？可以通过哪些方式调控反应速率？ 3. 结合绿色化学理念，分析过氧化氢制氧的优势，思考实验后废液、废渣如何处理。 预习小结：通过课前预习，学生可系统回顾氧气制备的核心化学知识，衔接物理压强、工程设计等跨学科内容，初步建立“原理—装置—功能”的认知逻辑，明确本次实践活动的核心任务与重难点，有效降低课中实操难度，为深度探究奠定基础。 （二）课中探究案 课中探究以项目式学习为核心，围绕“设计、制作、测试、优化简易供氧器”完整流程展开，层层递进落实知识探究、实操训练、思维提升、能力培养，全程贴合沪教版新教材跨学科实践要求，融合知识应用、动手实践、合作探究、创新优化多个学习环节。 探究环节一：情境导入，明确项目任务 【情境问题探究】生活中高原旅行、密闭房间、运动缺氧、老人居家吸氧等场景，都需要便捷、安全的供氧设备。工业制氧机体积大、不便携带，医用氧气瓶高压存储、操作复杂且存在安全隐患。结合所学化学知识，思考：我们能否利用常见材料和基础制氧原理，制作一款简易、便携、安全的家用/户外供氧器？ 【项目核心任务】小组合作，基于过氧化氢制氧原理，设计并制作简易供氧器，完成气密性检测、产氧测试、速率调控，最终优化装置，实现稳定、可控、安全供氧。 【小组讨论问题】1. 制作简易供氧器的核心化学原理是什么？2. 一款合格的简易供氧器需要满足哪些基本标准？3. 制作过程中需要突破哪些技术难点？ 探究环节二：原理深度探究，确定制氧方案 结合教材知识点，开展小组探究，深度剖析制氧原理，对比不同方案的可行性，确定最优制作方案。 1. 原理深挖：过氧化氢在二氧化锰催化下常温分解产生氧气和水，该反应无需加热、操作安全、产物无污染，符合简易装置制作要求。小组合作书写反应表达式，并讨论反应的优势：反应条件温和、原料易得、绿色环保、操作简便。 2. 方案对比探究：对比初中三种制氧方法的适配性，完成探究表格思考。高锰酸钾制氧需要加热，装置复杂、存在高温风险，不适合便携装置；氯酸钾制氧需要加热且催化剂要求高，安全性差；过氧化氢常温制氧无需加热，装置简单，是简易供氧器的最优选择。 3. 催化剂作用探究：小组实验对比，取两份等浓度、等体积的过氧化氢溶液，一份加入二氧化锰，一份不加，观察产氧速率。记录实验现象，总结催化剂对反应速率的影响，明确二氧化锰的催化作用不可替代，同时理解催化剂不改变反应终点，只改变反应速率。 4. 反应影响因素探究：结合跨学科知识，小组探究浓度、催化剂用量、温度对产氧速率的影响。思考：过氧化氢溶液浓度过高会导致什么问题？催化剂过多会造成什么现象？如何通过调控变量实现匀速供氧？ 探究环节三：装置设计探究，搭建结构模型 基于制氧原理，结合工程设计思维，探究简易供氧器的核心结构组成，完成装置设计构思与草图绘制。 1. 核心结构探究：小组讨论确定简易供氧器必须包含的四大核心结构：反应容器、催化剂投放结构、气体导出结构、控速与安全结构。反应容器选用密闭性良好的塑料瓶，轻便安全、不易炸裂；催化剂投放结构可设计分液式、分隔式结构，实现随时启动、停止反应；气体导出结构搭配导管、止水夹，控制气体通断；安全结构预留泄压空间，防止压强过大。 2. 跨学科结构优化探究：结合物理气体压强知识，探究装置气密性的重要性。若装置漏气，会出现什么问题？如何检查装置气密性？导管过细、过粗分别会对供氧效果产生什么影响？小组结合物理流体流速知识，确定最佳导管规格与安装方式。 3. 个性化设计探究：各小组结合使用场景，开展创新设计。户外便携款侧重轻量化、小型化；家用款侧重供氧稳定、操作简单。小组绘制专属装置设计草图，标注各部分结构名称、材料、功能，阐述设计思路与优势。 探究环节四：动手制作实操，规范实验操作 以小组为单位，依据设计草图，开展简易供氧器制作实操，严格遵循实验规范，落实安全操作要求，全程记录操作步骤与遇到的问题。 1. 器材组装：选取塑料瓶、橡胶塞、导管、分液小管、止水夹等材料，进行装置组装。组装过程中重点探究：橡胶塞密封的注意事项，导管插入深度的要求，如何避免装置松动、漏气。 2. 气密性检测：自主操作完成气密性检查，将导管末端放入水中，挤压反应容器，观察导管口是否有气泡冒出，松手后是否形成稳定水柱。小组总结气密性良好的判断标准，分析漏气的常见原因及整改方法。 3. 试剂装填与反应启动：向容器中加入适量过氧化氢溶液，通过预留结构加入二氧化锰催化剂，迅速密封装置，观察产氧现象。全程观察反应状态，记录初始产氧速率、气泡均匀度。 4. 基础供氧测试：打开止水夹，将导出的气体靠近带火星的木条，观察木条是否复燃，验证产生的气体为氧气。小组完成氧气检验实验，巩固气体检验的教材核心知识点。 探究环节五：问题诊断与装置优化（核心重难点突破） 结合实操过程中出现的各类问题，开展深度探究，突破教学重难点，培养问题解决与创新优化能力，落实跨学科素养。 1. 常见问题探究一：产氧速率过快，气流急促，无法平稳供氧。小组分析原因：过氧化氢浓度过高、催化剂用量过多、反应温度偏高。探究解决方案：稀释过氧化氢溶液、减少催化剂用量、分批投放催化剂、控制反应体系温度。 2. 常见问题探究二：产氧速率过慢，供氧效果差。原因分析：过氧化氢浓度过低、催化剂变质、装置轻微漏气、反应温度过低。优化方案：调整试剂浓度、更换催化剂、重新密封装置、温水水浴升温（控制温度，避免过快反应）。 3. 常见问题探究三：装置压强过大，存在泄压风险。结合物理压强知识探究：密闭容器持续产气，压强不断升高，易导致装置漏气、冲开瓶塞。优化设计：增设泄压小孔、采用可调节密封结构、分批加入试剂，实现压强动态平衡。 4. 跨学科优化探究：结合工程设计理念，优化装置便携性与实用性。将固定式反应装置改为可拆分结构，方便携带与清洗；增加简易加湿结构，让输出的氧气更温润，贴合人体使用需求；增设控速开关，实现供氧速率精准调节。 探究环节六：成果测试、对比评价与反思总结 1. 成果标准化测试：各小组对优化后的供氧器进行全面测试，测试指标包含气密性、产氧稳定性、供氧速率可控性、安全性、便携性，记录测试数据，对比装置优化前后的效果差异。 2. 小组互评交流：各小组展示自制供氧器，阐述设计思路、制作过程、优化方案，其他小组进行点评，分析装置的优势与不足，提出改进建议，相互学习、共同提升。 3. 知识复盘总结：结合整个探究过程，梳理核心知识点：过氧化氢制氧原理、催化剂的作用、气体装置气密性检查、反应条件对化学反应的影响。总结跨学科应用方法：化学原理+物理压强+工程设计的融合应用思路。 4. 实践反思：小组撰写实践反思，思考制作过程中遇到的最大难题、解决方法、自身操作不足，以及如何进一步改进装置，实现更稳定、安全、便捷的供氧效果。同时结合绿色化学理念，总结实验废液、废渣的规范处理方式，树立环保意识。 课中学习总结：本节课通过完整的项目式探究流程，学生从原理探究、方案设计、动手制作、问题优化到成果评价，全方位落实知识应用与实践创新。既巩固了氧气制备、催化剂等教材核心化学知识，又整合了物理、工程设计等跨学科内容，有效突破重难点，提升科学探究、动手实践与创新思维能力，深刻体会化学技术服务生活的学科价值。 板书设计 参考答案 （二）课中探究案答案 1. 项目核心标准：产氧稳定、速率可控、装置密封安全、操作简便、便携环保。 2. 制氧方案优势对比：过氧化氢制氧条件温和、安全无隐患、原料易得、绿色环保，适配简易便携装置。 3. 催化剂实验现象：加二氧化锰的过氧化氢溶液快速产生大量气泡，带火星木条复燃；不加催化剂的溶液几乎无气泡，木条不复燃。 4. 气密性良好标准：挤压容器导管口有均匀气泡冒出，松手后导管内形成稳定水柱，不回落。 5. 氧气检验方法：将带火星的木条靠近导出气体，木条复燃，证明为氧气。 6. 速率异常问题解决方案：速率过快——稀释过氧化氢、减少催化剂用量、降温；速率过慢——提高试剂浓度、更换催化剂、修复气密性、适当升温。 7. 压强隐患解决：增设泄压结构、分批投料、控制反应速率，平衡装置内外压强。 8. 跨学科优化核心：利用压强原理控气流通断，通过结构设计提升便携性、稳定性，实现化学原理的工程化应用。 ( 1 / 3 ) 目标领航 任务驱动 评价镶嵌 赢在课堂 学科网（北京）股份有限公司 学科网（北京）股份有限公司 $