跨学科实践活动一、简易制氧器的制作教学设计--2026-2027学年九年级化学仁爱科普版上册

跨学科实践活动：简易制氧器的制作 教学设计 仁爱科普版 初中化学 九年级上册 一、教材分析 本活动是仁爱科普版九年级上册的跨学科实践内容，承接氧气制取与性质的核心知识，引导学生把实验室制氧思路迁移到真实情境。教材以“自制简易制氧器”为载体，融合化学原理、物理装置设计与工程动手实践，让学生在选材、设计、组装、检验、改进中体会知识的应用价值，是培养学生实践能力与创新意识的重要综合课。 二、四维核心素养 通过本活动，学生形成“物质可以通过一定方法制取、变化伴随条件控制”的化学观念；在方案比较与结构改进中发展基于证据推理的科学思维；经历完整的设计、制作、检验与优化过程，提升科学探究与实践能力；在安全操作、节约药品与保护环境中养成严谨求实、勇于创新的科学态度与社会责任。 三、教学重难点 教学重点：依据制氧原理选择反应与材料，设计并组装结构合理、气密性良好的简易制氧器。教学难点：在保证安全的前提下控制反应速率，使氧气能够平稳、持续地导出，并通过现象检验和结构分析对作品进行有效改进。 四、新课导入 教师先投影高原旅客吸氧、医院氧气瓶与潜水员背负氧气瓶的图片，提问：这些地方为什么离不开氧气？氧气在实验室里我们已经会制取，那能不能用身边常见材料，自己动手做一台能“随时出氧”的简易制氧器？由此引出本节课总任务——小组合作，设计并制作一台安全、可控、可检验的简易制氧器。 五、上课过程设计意图 本活动以真实问题为驱动，按“明确任务—回顾原理—选材论证—绘制草图—动手制作—检验改进—展示交流”的任务链推进。设计意图在于：把零散的知识还原为解决问题的工具，让学生在做中学、用中学、创中学；通过小组分工与方案互评，培养协作与表达；通过安全提示与反复检验，渗透工程设计的迭代思想和严谨的科学态度，使化学观念、科学思维、实践能力与社会责任在同一任务中同步落地。 六、教学过程 任务一 情境激趣，明确制作任务 教师活动：教师出示高原、医院、潜水三组图片，组织学生说一说图片中的人们为什么都需要补充氧气。接着把话题引向实验室：我们已经学过，氧气可以用化学方法从含氧物质中制取。今天不走进正规实验室，而是要像小工程师一样，用生活中容易找到的材料，做一台能持续、稳定产出氧气的简易制氧器。教师在黑板一侧写下总任务，并和学生一起把它拆解成几条具体要求：制出的气体确实是氧气；装置不漏气、能安全操作；产气快慢可以控制；材料易得、结构简单、节能环保。 学生活动：学生观察图片，结合生活经验发言，谈对氧气用途的认识。随后围绕总任务进行小组讨论，把老师提出的要求逐条复述并补充自己想到的条件，如“不能有危险”“材料家里就能找到”“做完还能拆下来重复用”，最终形成本小组共同认可的制作目标。 设计意图：用真实情境唤醒已有经验，把抽象的“制取氧气”转化为学生看得见、做得出的工程任务；共同拆解要求的过程，使后续每一步操作都有明确的评价依据，避免制作活动变成盲目拼装。 追问与明确：教师进一步追问：医院里的氧气瓶压力大、体积重，不适合我们自己做，那我们做的“简易”二字体现在哪里？学生纷纷说出“材料便宜”“不用通电”“拆开就能洗干净”“做坏了不心疼”。教师顺势小结：所谓简易，不是偷工减料，而是在保证安全和效果的前提下，用最简单的结构解决问题。教师请每个小组用一句话写出本组对“好制氧器”的定义，贴在桌角，作为本课自始至终的对照标准。学生在反复对照中逐渐明白，工程设计从一开始就要有清晰、可检验的目标，而不是走一步看一步。 任务二 回顾原理，论证选材思路 教师活动：教师引导学生回忆实验室制取氧气的常用方法，重点讨论“用过氧化氢溶液，在二氧化锰作催化剂的条件下，分解产生氧气和水”这一思路（只用语言描述反应，不写化学符号等式）。教师追问：这套反应为什么适合搬到家里做？学生说出它常温就能发生、不需要加热、装置简单、产物还环保。教师顺势抛出选材问题：发生反应的容器用什么？加入二氧化锰的方式怎么控制？气体从哪里导出来？请各组从桌上提供的和自己带来的材料中挑选，说出理由。 学生活动：小组围绕材料清单展开讨论，比较并选择：用塑料瓶或矿泉水瓶作为反应容器，用带针头的注射器或小药瓶盛装二氧化锰以便分次加入，用软管或吸管把气体引出，用气球或小集气瓶暂时收集气体。学生在记录单上写下本组选用的材料清单，并逐项说明“为什么选它、它能完成哪一步任务”。组间互相质疑：有的组选了密封过紧的瓶盖，其他组指出这样可能不安全；有的组用气球作收集，大家讨论它的优点是直观、缺点是容易漏气。 设计意图：选材不是随意拼装，而是原理的物化。通过“为什么选它”的追问，让学生把化学原理与物理结构一一对应，初步建立“反应—装置—控制”的整体认识；组间质疑则培养基于证据的科学思维与安全意识。 对比与权衡：教师把讨论引向深入：为什么不直接用家里的瓷杯或玻璃杯作反应容器？学生想到玻璃易碎、打孔难、不好密封。又问：二氧化锰能不能一次性全部倒进去？学生立刻摇头，回忆起那样反应会又快又猛，不好控制。教师顺势引导学生理解“催化剂”的作用——它本身不被消耗，只改变化学反应的快慢，因此用量要少、加入要匀、可以分次。学生据此在记录单上画出“少量、多次、可控”三个关键词，并讨论：怎样才能做到少量多次？有人提出用吸管蘸着加，有人提出用纸槽分几次送进去，还有人提出直接用带针头的注射器把二氧化锰粉末吸入再缓缓推入瓶中。教师把这些办法都写在黑板上，让各组在设计时自选一种。学生在比较中体会到，同一个原理可以有多种实现方案，关键是哪一种在自己手里更顺手、更可控。 任务三 绘制设计草图，论证结构方案 教师活动：教师分发设计记录单，请各组把刚才选定的材料画成一台完整的制氧器草图，并在图上用文字标注每一部分的名称和作用：哪一部分是发生反应的地方，二氧化锰从哪里加入，液体从哪里装，气体从哪条管道流出，怎样判断和控制反应快慢。教师提示学生在图上标出“加料口”“出气口”“观察反应快慢的位置”。画完后组织小组轮流上台，用一两句话讲清自己的设计思路。 学生活动：小组分工：一人执笔绘图，一人负责补充标注，其余两人检查是否漏掉了密封和出气。画完后上台展示。有的组设计成“瓶内装过氧化氢溶液，注射器插入瓶盖注入二氧化锰，软管导出氧气”；有的组设计成“上下两层瓶，中间用带孔隔板隔开，固体在上、液体在下，通过倾斜瓶子控制接触”。台下同学根据黑板上的几条要求提问：你这台装置怎么保证不漏气？反应太快时怎么办？二氧化锰加进去以后还能不能取出来？展示小组当场解释，教师适时点评，引导各组在草图上修改一到两处不够合理的地方。 设计意图：草图是工程设计的“思维外化”。先想清楚再动手，能避免制作阶段反复拆装；上台讲解与互相提问，把个人思路变成集体资源，学生在辩论中理解气密性、可控性和安全性这些关键设计约束。 方案互评修改：教师引导学生把黑板上的四条要求当作“体检表”，对照自己的草图逐条打勾。有一组草图里没有设计出气口，教师请全班帮忙找漏洞：气体总得有个地方出去，否则瓶子会怎样？学生齐声说会鼓起来、有危险。这一组赶紧在图上补上导管，并思考导管要插多深、是否需要伸到液面下。又有一组把加料口和出气口开在同一个孔里，大家讨论这样加料时气体会不会从加料口跑掉。经过这一轮互评，几乎每个小组的草图都多了一两处修改：有的加深了导管，有的加了一个可以开合的小盖，有的在瓶盖上多绕一圈胶带的位置做了记号。教师提醒学生：设计图不是一次画完就不能改，它要随着思考不断更新，修改本身就是进步。学生在草图旁用箭头标出“这里要密封”“这里先少加点二氧化锰”，把抽象的要求落到具体的笔画上。 任务四 动手制作，组装与调试 教师活动：教师宣布制作开始，并先做安全示范：过氧化氢溶液有腐蚀性，取用时戴手套、不溅到皮肤和衣物；本实验常温进行，绝对不加热；远离明火；二氧化锰粉末要少量、分次加入，避免一次性加入使反应过于剧烈。教师在各组间巡视，重点查看密封是否严实、软管是否插牢、是否有液体进入导管。当某组反应过快、气泡猛增时，教师不直接代劳，而是提问：“气体这么冲，说明加入的量或者接触方式有什么问题？怎样让它慢下来？”引导学生自己停下、调整。 学生活动：各组按草图开始组装：先把反应瓶洗净晾干，在瓶盖上打孔并插入导管或注射器，检查连接处是否密封；把二氧化锰先放在小纸槽或小药瓶中备用，瓶内加入适量过氧化氢溶液；缓缓注入或撒入少量二氧化锰，观察瓶内现象。学生分工协作，一人负责控制加入速度，一人观察导管口是否有连续气泡冒出，一人记录现象。发现漏气时，用橡皮泥、密封胶或多绕几圈胶带重新处理；反应太剧烈时，暂停加入二氧化锰，待气泡平稳后再继续。各组在记录单上写下：我们的装置哪里漏过气、后来是怎么解决的。 设计意图：制作阶段的核心不是“做出成品”，而是在真实操作中暴露问题。漏气、反应过快、导管堵塞等问题都由学生自己发现和修正，教师只在安全底线处介入；这种“出错—排查—改进”的循环，正是工程实践和科学探究最宝贵的学习经历。 问题排查与互助：制作过程中，教室里出现了几种典型情况，教师把它们作为全班共同讨论的资源。第一种：导管口始终没有气泡，学生先想到是不是根本没产生气体，用手摸一摸瓶壁有没有微微发热、看一看液体里有没有小气泡，发现液体里有气泡而导管口不出气，才判断是连接的地方漏气，重新加固后气泡顺利流出。第二种：气泡一开始很猛，很快又变弱，学生分析是二氧化锰加得太多、反应集中在一开始，于是改成少量、分两三次加入，气泡变得均匀。第三种：液体顺着导管往外冒，学生讨论后把导管口抬高，不再插到液面太深处，并调整瓶子的倾斜角度。教师请遇到同类问题的组互相传授解决办法，教室里形成“谁有窍门谁就喊一声”的互助氛围。教师反复强调：今天允许失败，失败的地方就是今天最值得学的地方；关键是把失败的原因写下来，而不是怪自己手笨。学生在记录单上认真记下自己装置的“病历”和“处方”。 任务五 检验氧气，展示交流与改进 教师活动：教师提出检验任务：你怎么知道自己这台装置出来的确实是氧气？引导学生回忆氧气能使带火星的木条复燃这一性质，请各组把导出气体的管口靠近一根带火星的木条，观察现象。随后组织展示：每组推选代表，举着自己的作品，从“产气是否平稳、操作是否安全、结构是否巧妙、是否节约材料”四个方面做简短介绍，并说一说制作中遇到的最大困难和解决办法。教师在黑板上随手记录各组的亮点，如“双层瓶靠倾斜控制接触，很巧妙”“用注射器定量加料，快慢好控制”。 学生活动：各组依次进行检验：把带火星的木条伸到管口，木条重新燃烧起来，学生惊喜地确认自己制出了氧气。检验失败的组不急于否定，大家一起帮忙分析：是气体不纯、还是装置漏气、还是过氧化氢溶液放久了失效？在展示环节，各组互评，给别人的作品提一条优点和一条改进建议。例如有的组建议“在导管上加一个可以捏的止水夹，随时停气”，有的组提出“把二氧化锰装在扎了小孔的小塑料瓶里，提起来就能停止反应”。学生把建议记在记录单“还可以这样改进”一栏，作为课后继续完善的方向。 设计意图：用带火星木条检验，把“是否制出氧气”从教师断言变为学生亲眼可见的证据，落实科学探究的实证意识；四维互评与改进建议，让学生学会欣赏他人、理性提出批评，体会工程设计总是在迭代中趋于完善。 失败组的二次检验：有一个组第一次把带火星的木条伸过去，木条没有复燃，组里有点泄气。教师不替他们找原因，而是引导全班一起像侦探一样排查：先看气泡是不是连续、稳定地冒出来，再看导管口有没有被液体堵住，又怀疑是不是过氧化氢溶液已经放了很久、浓度不够。学生重新换了一份溶液，等装置里的空气被新鲜气体多排一会儿，再做第二次检验，木条终于亮了起来，组里一片欢呼。教师趁热追问：第一次没成功，到底错在哪一步？学生总结出两条经验：一是气体刚出来时混着瓶里的空气，要等一等再检验；二是药品本身要新鲜有效。这个“失败—复盘—成功”的过程，比一次就做对更让全班印象深刻。教师把这组的记录单投影出来，让大家看到真正的探究往往就是这样反反复复、步步逼近真相的。 任务六 梳理收获，迁移延伸 教师活动：教师带领学生回头看今天走过的路：我们从一个真实的需要出发，回顾了制氧原理，挑选了身边的材料，画出了设计图，动手组装，又用实验检验并不断改进。教师追问：今天用到的知识里，哪些来自化学？哪些来自物理？哪些是动手和合作中才学会的？随后布置课后延伸：回家后用今天学到的思路，想一想还能利用身边材料制作哪些“小装置”，把改进后的制氧器再试做一次，记录新的发现。 学生活动：学生回顾并发言：化学告诉我们用什么物质、在什么条件下能得到氧气；物理帮助我们想怎样密封、怎样导气、怎样控制快慢；而真正把东西做出来，靠的是小组分工、互相提醒和不怕失败。学生把本课的体会写在活动记录单上，提出自己下一步想尝试的一个小改进。 设计意图：总结不停留在知识点复述，而是帮助学生看见跨学科的联系和“做中学”的方法；课后延伸把课堂经验迁移到更广阔的生活实践，巩固化学观念与实践意识的同步生长。 价值观提升：教师最后做一段简短而有温度的小结：今天每个小组做的装置都不完美，有的漏气，有的产气慢，有的样子甚至有点简陋，但它是你们自己一步步想出来、做出来、检验出来的。化学家当年研究氧气，也是在一次次失败和改进中接近真相的；你们今天走的路，和他们当年是一样的。教师特别提醒：实验结束后，剩余的药品要按老师指定的地方回收，不要随便倒进下水道；用过的塑料瓶清洗干净可以再利用，玻璃垃圾要单独放好。学生在收拾桌面时，互相检查有没有把二氧化锰粉末散落、有没有把溶液瓶盖拧紧，课堂的严谨与环保意识在收尾处自然延续。 七、板书设计 【板书设计】简易制氧器的制作 总任务：用身边材料，做一台安全、可控、能检验的简易制氧器 一、原理：过氧化氢溶液 ＋ 二氧化锰（催化）→ 产生氧气和水（常温、不加热、产物环保） 二、装置四部分： 发生容器（塑料瓶／矿泉水瓶） 加料控制（注射器／小药瓶，少量分次加入） 导气出口（软管／吸管，连接处密封） 检验方法（带火星木条复燃，证明是氧气） 三、四条要求：产气稳、不漏气、可控制、节材料 四、改进思路：可夹止水夹随时停气；二氧化锰放在可提起的小瓶中停止接触 学科网（北京）股份有限公司 $