第五单元跨学科实践活动4基于特定需求设计和制作简易供氧器导学案--2026-2027学年八年级化学人教版（五四学制）全一册

该初中化学导学案聚焦“基于特定需求设计和制作简易供氧器”跨学科实践，核心围绕氧气制取原理与装置设计。课前通过预习案梳理三种制氧方法对比、供氧场景需求分析等旧知，课中以“需求分析—方案设计—装置制作—调试优化”为主线，结合生物呼吸知识和工程设计思维，构建学习支架。 特色在于跨学科融合与项目式学习，借助医用供氧器实物图、户外急救供氧视频辅助教学。通过阶梯式探究任务引导小组合作，自主设计制作供氧器，培养科学探究与实践能力，建立需求—原理—装置的科学思维，融入安全绿色理念，提升科学态度与责任，适配新课标核心素养要求。

初中化学“导·学·练”课堂导学案 年级 八年级 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 4 基于特定需求设计和制作简易供氧器 课型 新授 审核人 学校审核 姓名 课标要求 依据2022版义务教育化学课标，本活动要求学生巩固氧气制取原理与装置知识，结合真实场景需求，融合化学、工程、生物知识，运用定量计算、装置优化等方法设计制作简易供氧器。培养学生工程实践思维、跨学科应用能力，树立安全、绿色化学理念，学会用化学知识解决生活、应急等实际问题。 学习目标 化学观念：明晰制氧反应原理，理解物质转化规律。 科学思维：通过对比筛选供氧方案，建立需求—原理—装置的设计逻辑。 科学探究与创新意识：自主设计、组装并优化供氧器，提升动手与创新能力。 科学态度与社会责任：认识化学在急救、户外探险中的价值，树立安全规范、节约环保的实践意识。 重难点 重点：掌握常见制氧反应原理，依据特定需求选择供氧剂与实验装置，完成简易供氧器的制作与调试。 难点：结合场景需求优化装置结构、控制反应速率，融合多学科知识解决实际问题，建立工程设计的系统思维，实现理论知识与实践应用的精准结合。 资源与 建议 教学资源：过氧化氢溶液、二氧化锰、便携式制氧剂、塑料瓶、导管、止水夹、洗气装置、量筒、计时器、医用供氧器实物图、户外急救供氧视频。教学建议：本活动为跨学科实践课，以项目式学习为主，结合生物呼吸知识、工程设计思维开展教学。课前引导学生预习制氧核心知识，搜集供氧器应用场景；课中以小组合作探究为主，放手让学生自主设计、动手实操；课后鼓励学生迭代优化作品。教学中注重分层指导，强调实验安全，落实理论联系实际，培养学生综合实践能力。 学习过程 （一）课前预习案 本预习案立足教材核心知识点，聚焦氧气制取基础、供氧器应用常识，以习题形式引导学生自主梳理旧知、预习新知，为课中实践探究筑牢基础，所有题目均贴合八年级全一册新教材内容，适配五四学制教学要求。 预习思考题 1. 对比高锰酸钾、氯酸钾、过氧化氢三种制氧方法，从操作简便性、安全性、环保性、成本四个角度分析，哪种方法更适合制作简易便携式供氧器？说明理由。 2. 简易供氧器需要满足哪些基本使用要求？结合实际使用场景，思考除制氧反应外，装置还需要具备哪些辅助功能（如气流控制、气体净化等）。 3. 户外登山、家庭应急、医疗轻症吸氧三种场景对供氧器的需求存在差异，分别从便携性、供氧速率、持续供氧时间、安全性四个维度，简要分析不同场景的核心需求。 4. 什么是定量化学反应？结合之前所学的化学方程式简单计算知识，思考如何通过计算判断制氧剂的用量，以此满足特定时长的供氧需求。 预习拓展题 1. 查阅资料了解便携式家用制氧剂的主要成分和制氧原理，对比实验室制氧方法，说说民用简易供氧技术做了哪些优化，适配日常应急使用。 2. 实验安全是实践活动的核心，预习本节课实验操作，梳理过氧化氢制氧实验中需要注意的3条以上安全规范，规避实验风险。 （二）课中探究案 课中探究案以“需求分析—方案设计—装置制作—实验调试—优化反思”为核心主线，以阶梯式习题、探究任务为载体，引导学生小组合作、自主探究，逐步完成简易供氧器的设计与制作，落实跨学科实践核心目标，深度融合教材知识点与工程实践思维。 探究任务一：场景需求精准分析（基础探究） 【探究习题】1. 小组讨论并完成表格，精准区分不同供氧场景的核心需求，明确简易供氧器的设计标准。 场景1：户外高原登山；场景2：家庭老人缺氧应急；场景3：小型密闭空间缺氧补救。请分别填写三个场景对供氧器的便携性、供氧速率、安全性、续航时长、装置成本的要求（高/中/低）。 2. 结合生物学科知识，人体正常呼吸所需氧气浓度范围是多少？供氧器输出氧气速率过快或过慢，会对人体产生哪些影响？ 3. 结合化学实验安全知识，简易供氧器设计过程中，必须规避哪些安全隐患？请列举压强过大、药品泄漏、气流不稳三种问题的危害。 【探究小结】通过场景分析可知，简易供氧器区别于实验室制氧装置，无需追求高纯度氧气，更侧重便携、安全、可控、适配场景，设计的核心是贴合特定需求，实现实用性与安全性的统一，这也是工程设计的核心思维。 探究任务二：供氧原理与药剂筛选（核心探究） 【探究习题】1. 再次梳理三种实验室制氧原理，结合简易供氧器的使用场景，完成优缺点对比分析。 （1）高锰酸钾制氧：是否需要加热？操作复杂度如何？是否适合便携使用？ （2）氯酸钾制氧：需要催化剂与加热，存在哪些安全隐患？是否适合民用简易供氧？ （3）过氧化氢制氧：常温反应、操作简单，结合反应特点，分析其适配简易供氧器的核心优势。 2. 过氧化氢制氧反应中，二氧化锰作为催化剂，若想要控制供氧速率，可通过哪些方式调节反应速率？请写出两种具体调控方法。 3. 定量计算探究：已知过氧化氢分解的文字表达式，若需要持续供氧5分钟，每分钟需产生0.1g氧气，理论上需要消耗多少克过氧化氢？（结合教材定量计算基础，初步估算药品用量） 4. 拓展思考：市面上的便携式制氧包无需额外添加催化剂，遇水即可产氧，推测其制氧药剂的特点，对比实验室制氧体系，说明民用供氧剂的优化思路。 【探究小结】综合安全性、便携性、操作性，常温下过氧化氢催化分解是简易供氧器的最优制氧原理。通过改变反应物浓度、催化剂用量、药品接触面积，可精准调控供氧速率，满足不同场景的供氧需求，实现化学反应的可控应用。 探究任务三：装置方案设计与绘图（创新探究） 【探究习题】1. 结合实验室气体制备装置结构，思考简易供氧器必须包含哪两个核心结构？分别对应制氧、导气的核心功能。 2. 为避免制氧过程中药液飞溅、氧气过于干燥、气流不稳定的问题，需要增设什么辅助装置？该装置的作用是什么？ 3. 小组合作完成供氧器设计：选定一个特定使用场景，绘制简易供氧器装置草图，标注各部件名称、所用材料，标注气流方向，并在草图旁写出设计思路与适配场景的优势。 4. 方案优化思考：对比传统实验室制氧装置，自制简易供氧器需要简化哪些结构？保留哪些核心结构？为什么不能完全照搬实验装置？ 5. 材料选型探究：现有塑料饮料瓶、注射器、橡胶导管、止水夹、分液漏斗、小药瓶等材料，选择适配简易供氧器的材料，说明选材依据（侧重轻便、安全、易得）。 【探究小结】简易供氧器设计遵循“核心功能保留、冗余结构简化、安全结构增设”的原则，核心包含反应发生装置、导气输出装置，可增设洗气缓冲装置，实现气流稳定、气体净化，兼顾实用性与安全性，贴合工程设计的优化思维。 探究任务四：装置组装、实操与数据记录（实践探究） 【探究习题】1. 严格按照装置设计方案，简述简易供氧器的组装步骤，说明组装过程中需要检查的关键部位（如气密性、导管连接）。 2. 气密性检查是实验成功的关键，请写出简易供氧器的气密性检查方法，若装置漏气，会造成哪些影响？ 3. 分组开展实验实操：取一定浓度过氧化氢溶液与二氧化锰，组装装置后启动反应，观察并记录实验现象：是否产生氧气、气流是否稳定、有无药液飞溅、装置是否漏气。 4. 变量探究实验：设置两组对照实验，甲组用5%过氧化氢溶液，乙组用10%过氧化氢溶液，相同催化剂用量下，对比两组的供氧速率、反应持续时间，总结浓度对制氧效果的影响。 5. 实验数据记录：记录本组装置的启动时间、稳定供氧时长、气流平稳度，结合预设的场景需求，判断当前装置是否达标。 探究任务五：问题排查与装置迭代优化（提升探究） 【探究习题】1. 实操过程中，若出现供氧速率过快、气流过猛的问题，可通过哪些方法优化装置或调整药品，解决该问题？ 2. 若实验中出现供氧断断续续、气流不稳定的现象，分析可能的故障原因（至少2点），并写出对应的排查与解决方法。 3. 部分小组装置出现瓶内压强过大、药液从导管溢出的问题，请分析原因，并提出针对性的装置改进方案。 4. 结合本组的实验数据和装置缺陷，对自制供氧器进行二次优化，写出具体的优化措施、优化目的及预期效果。 5. 综合评价：从安全性、便携性、供氧稳定性、成本、环保性五个维度，对本组制作的简易供氧器进行打分评价，说明优势与不足。 探究任务六：跨学科综合反思（素养升华） 【探究习题】1. 结合化学、生物、工程三科知识，说说本次供氧器制作分别用到了哪些学科知识，体现了怎样的跨学科融合思维。 2. 联系生活实际，谈谈化学实验原理转化为生活实用技术的意义，举例说明化学在应急防护、生命保障中的应用价值。 3. 绿色化学理念贯穿实验全程，本次活动中，我们如何做到节约药品、减少污染、安全环保？ 4. 结合本次项目式实践的完整流程，总结“基于需求设计制作产品”的通用流程，可迁移到哪些生活实践中？ 板书设计 跨学科实践4 基于特定需求设计和制作简易供氧器 一、核心原理（优选） 过氧化氢→ 水 + 氧气（常温、安全、便携、可控） 二、设计流程 需求分析→原理筛选→方案设计→组装实操→调试优化 三、装置核心结构 1. 反应装置：药品反应产氧；2. 导气装置：输送氧气、控速 3. 缓冲洗气装置：稳流、净化、防飞溅 四、优化关键 调浓度/催化剂用量→控速率；增缓冲结构→稳气流；查气密性→保效果 五、素养目标 化学赋能生活、工程实践思维、安全绿色探究、跨学科融合应用 参考答案 （一）课前预习案答案 预习思考题 1. 过氧化氢制氧最优。理由：常温反应无需加热，操作简单、安全无明火；药品无毒、环保无污染；装置简易、便于携带，成本低廉，适配简易供氧器需求。高锰酸钾、氯酸钾需加热，操作复杂、存在安全隐患，不适合便携使用。 2. 基本要求：安全稳定、供氧可控、操作简单、便携耐用。辅助功能：气流调节、气体缓冲净化、防药液泄漏、稳压防爆。 3. 高原登山：高便携性、稳定供氧、长续航；家庭应急：中便携、温和供氧、高安全性；医疗轻症：精准控速、稳定供氧、高安全性。 4. 定量化学反应是依据化学方程式，计算反应物、生成物的质量比例关系。可通过化学方程式定量计算，根据所需供氧量精准计算制氧剂用量，保障持续稳定供氧。 预习拓展题 1. 家用制氧剂多为过氧化物固体，遇水常温快速产氧，无需催化剂、无需加热。优化点：固态药剂更便携、无需额外仪器、操作极简，适配普通用户应急使用。 2. 安全规范：严禁明火，防止氧气助燃引发危险；过氧化氢溶液避免接触皮肤；装置组装牢固，防止药液飞溅；控制药品用量，防止反应过于剧烈。 （二）课中探究案答案 探究任务一 1. 高原登山：便携性高、供氧速率中、安全性高、续航长、成本中；家庭应急：便携性中、供氧速率低、安全性高、续航中、成本低；密闭空间：便携性中、供氧速率中、安全性高、续航中、成本中。 2. 人体适宜氧气浓度约21%-25%。供氧过快会导致呼吸急促、头晕不适；供氧过慢无法弥补缺氧状态，无法缓解缺氧症状。 3. 安全隐患危害：装置压强过大易炸裂，造成仪器破损、药液伤人；药品泄漏导致制氧失效、污染环境；气流不稳影响呼吸舒适度，无法正常供氧。 探究任务二 1. （1）需要加热，操作复杂，设备繁琐，不适合便携；（2）需要加热和催化剂，明火加热有安全隐患，不适配民用；（3）常温反应、装置简单、安全环保、药品易得，适配简易供氧器。 2. 调控方法：改变过氧化氢溶液浓度、增减二氧化锰用量、控制药品接触面积。 3. 解：5分钟总需氧气质量=0.1g×5=0.5g。根据化学方程式定量关系，过氧化氢与氧气质量比为17:8，所需过氧化氢质量=0.5g×17÷8≈1.06g。 4. 民用制氧剂为复合型固体过氧化物，自带反应体系，遇水即可触发反应，无需额外催化剂，简化操作，适配无专业知识的普通用户。 探究任务三 1. 核心结构：反应发生装置（存放药品、发生制氧反应）、导气输出装置（导出氧气、控制气流）。 2. 增设洗气缓冲装置；作用：湿润氧气、缓冲气流、防止药液飞溅、稳定供氧速率。 3. 设计核心：选用轻便塑料瓶为反应容器，导管连接止水夹控速，增设小瓶洗气缓冲，整体轻便、安全、操作简单，适配户外应急场景。（草图合理、标注清晰即可） 4. 简化酒精灯、铁架台等固定加热结构；保留反应、导气核心结构。实验室装置侧重精准实验，简易供氧器侧重实用便携，无需精密实验结构。 5. 优选塑料瓶、橡胶导管、止水夹、注射器；选材依据：材质轻便安全、不易破碎、成本低廉、易得易组装，适配便携使用需求。 探究任务四 1. 组装步骤：检查器材→组装反应装置→连接导管与缓冲装置→检查气密性→添加药品→启动反应。关键检查：导管连接紧密、装置气密性良好、止水夹灵活可控。 2. 气密性检查：将导管末端放入水中，手握反应容器，导管口有气泡冒出，松手后形成稳定水柱，气密性良好。漏气会导致供氧不足、反应药品浪费。 3. 正常现象：产生持续气泡，导管输出稳定气流，无药液飞溅，装置无漏气。 4. 对照结论：过氧化氢溶液浓度越高，供氧速率越快，反应持续时间越短；浓度越低，供氧越平缓，续航更久。 探究任务五 1. 优化方法：降低过氧化氢溶液浓度、减少催化剂用量、增设缓冲装置、用止水夹微调气流。 2. 故障原因：装置轻微漏气、药品接触不均匀、催化剂用量过少。解决方法：重新密封接口、摇匀药品、适量补充催化剂。 3. 原因：反应速率过快、装置密闭性过好、无泄压结构。改进：增设泄压小孔、降低药品浓度、增大缓冲空间。 4. 优化示例：针对气流不稳问题，增设双层缓冲装置；针对续航短问题，调整低浓度药品配比，实现平缓长效供氧。 5. 评价示例：优势：装置轻便、操作简单、安全性高；不足：供氧精准度不足，续航时长有限，可进一步优化药品配比。 探究任务六 1. 化学：制氧反应原理、化学反应速率调控；生物：人体呼吸与氧气需求；工程：产品设计、装置优化、故障排查的工程思维。 2. 化学理论可转化为实用生活用品，服务于生命健康、应急防护，体现化学源于生活、服务生活的价值，是保障人体健康、应对突发场景的重要科学支撑。 3. 按需取用药品、回收未反应完全的药剂、实验废液规范处理、重复利用实验器材，践行绿色、节约、环保的实验理念。 4. 通用流程：明确需求→筛选原理→设计方案→实操制作→调试优化→成品应用。可迁移到简易净水装置、应急照明装置等生活小发明制作。 ( 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 $