专题3基于特定需求设计和制作简易供氧器教学设计--2026-2027学年八年级化学沪科版（五四学制）全一册

基于特定需求设计和制作简易供氧器 沪科版（五四学制）初中化学八年级全一册 专题3 跨学科实践活动 教学设计 一、教材分析 本活动选自沪科版（五四学制）八年级全一册专题3“空气、氧气、二氧化碳”中的跨学科实践活动。教材在学生已学习氧气性质与制取方法的基础上，设置“基于特定需求设计和制作简易供氧器”实践任务，引导学生将化学知识与工程技术、生命科学、物理学等学科相融合。活动强调真实情境下的问题解决，要求学生从需求分析出发，完成供氧装置的设计、制作与测试，体现课程标准对跨学科实践与核心素养落地的要求。 二、四维核心素养 化学观念：认识氧气的性质与用途，理解物质的制取与应用之间的联系。科学思维：通过方案设计与对比评价，发展分析、推理与创新思维。科学探究：经历“需求分析—方案设计—制作测试—评价改进”完整探究过程。科学态度与责任：体会化学对改善人类生活的价值，树立安全意识与社会责任感。 三、教学重难点 重点：根据特定需求设计并制作简易供氧器，理解供氧装置的工作原理与关键环节。难点：将化学知识转化为工程设计方案，在有限条件下平衡制氧效率、安全性与便携性，并通过测试与迭代优化装置性能。 四、设计意图 本设计以“高原旅行吸氧需求”为真实情境，驱动学生从生活问题出发，将已学的氧气制取知识转化为可操作的工程方案。采用任务式活动设计，将整个实践过程分解为需求调研、方案设计、装置制作、测试改进和展示评价五个递进任务，每个任务都有明确的学生产出和评价标准。设计中注重跨学科融合：化学层面聚焦制氧原理与气体检验，物理层面关注气体收集与压强变化，生物层面联系人体呼吸与氧气需求，工程层面强调设计—制作—测试—迭代的思维方式。同时，通过小组合作与成果展示，培养学生的沟通表达能力和团队协作精神，让学生在“做中学”中落实核心素养。 五、教学过程 任务一：情境导入与需求分析 【任务情境】 教师播放一段高原旅行的视频片段，画面中旅行者因高原反应出现头晕、胸闷等不适症状，急需补充氧气。教师提问：“在高原或特殊环境下，人们为什么需要吸氧？如果身边没有现成的氧气瓶，我们能否利用学过的知识，自己动手制作一个简易的供氧装置？”由此引出本节课的核心任务——基于特定需求设计和制作简易供氧器。 【学生活动】 学生以小组为单位，围绕以下问题展开讨论：第一，什么情况下人们需要补充氧气？高原地区、医疗急救、密闭空间等场景各有什么特点？第二，不同场景对供氧器的要求有什么不同？例如高原旅行要求轻便便携，医疗急救要求稳定持续，密闭空间作业要求安全可靠。第三，如果让你选择一种特定需求来设计供氧器，你会选择哪一种？为什么？ 各小组经过讨论后，确定本组的设计目标场景，并填写“需求分析单”，包括：使用场景、目标人群、预计使用时长、需要满足的关键指标（如出气速度、便携程度、安全性要求等）。教师巡视各组，引导学生将模糊的需求转化为具体的、可量化的设计指标。例如，学生最初可能只说“要方便携带”，教师追问“方便携带具体意味着重量不超过多少？体积大概多大？”帮助学生建立工程设计中“需求具体化”的意识。 【设计意图】 通过真实情境激发学生的学习兴趣，让学生意识到化学知识不是书本上的孤立知识点，而是解决实际问题的有力工具。需求分析环节培养学生从用户角度出发思考问题的能力，将模糊的生活需求转化为清晰的设计指标，这是工程设计的第一步，也是跨学科实践的关键起点。 任务二：方案设计与论证 【任务情境】 教师引导学生回顾已学知识：在专题3的学习中，我们已经认识了氧气的性质，也学习了在实验室中如何制取氧气。现在，请各组根据自己确定的使用场景，思考可以选用哪些物质来产生氧气，如何收集和导出气体，整个装置应该由哪些部分组成。 【学生活动】 第一环节：原料选择讨论。各小组结合课本中介绍的制氧方法，讨论在家庭或野外条件下，哪些材料既容易获得又相对安全。教师引导学生从以下角度比较：制氧速度快慢如何控制？反应过程是否需要加热？材料是否容易获取？反应剩余物如何处理？各组在讨论后形成本组的原料选择方案，并简要说明选择理由。 第二环节：装置结构设计。学生以小组为单位，在“供氧器设计草图”上画出装置的示意图。教师提示学生思考以下关键问题：气体从哪里产生？产生的气体如何导出？导出过程中是否需要净化或干燥？如何控制出气速度？整个装置如何保证密封不漏气？装置的大小和形状如何满足便携需求？各组在草图上标注各部分的名称和作用，并用箭头标明气体流向。 第三环节：方案论证与互评。各小组依次展示本组的设计草图，其他小组提出疑问和改进建议。例如，有的小组可能设计了过于复杂的装置，其他同学会质疑“这个零件你能找到吗？”有的小组可能忽略了安全问题，其他同学会提醒“反应太剧烈会不会有危险？”教师在此过程中扮演引导者角色，不直接评判方案的优劣，而是通过追问促使学生自我反思和完善。每个小组根据互评意见，对设计方案进行修改和优化，形成最终的制作方案。 【设计意图】 方案设计是连接理论知识与动手实践的桥梁。学生需要将课本上的知识进行提取、重组和应用，这个过程本身就是深度学习的发生。互评环节让学生学会从多个角度审视自己的设计，接受他人的建设性批评，并在此基础上迭代改进，培养工程思维中的“设计—评价—优化”循环意识。 任务三：装置制作与组装 【任务情境】 教师为各小组提供制作材料和工具，包括反应容器、导管、密封件、控制部件等。教师强调安全操作注意事项：严格按照设计方案进行制作，注意连接部位的密封，使用工具时听从指导，发现异常情况立即报告。 【学生活动】 各小组按照确定的制作方案，开始组装简易供氧器。制作过程分为以下几个步骤：第一步，准备反应容器。选择合适大小的容器作为反应发生装置，确保容器口能够密封连接导管。第二步，连接导气管。将导管的一端连接到反应容器的出口处，确保连接处密封不漏气。第三步，安装出气控制部件。在导管的另一端安装可以调节出气量的装置，如带小孔的塞子或可调节的阀门，以便控制氧气流出的速度。第四步，检查整体密封性。将装置连接好后，先进行初步的气密性检查，确保气体不会从缝隙中泄漏。 在制作过程中，教师巡回指导，重点关注：各组是否按照设计方案进行制作，遇到与设计不符的问题时如何调整；装置的密封是否到位；各小组的分工是否合理，是否每位同学都有参与。教师鼓励学生在遇到问题时先小组内讨论解决，再向教师求助。例如，有的小组导管连接不紧，教师引导学生思考“怎样才能让连接处更密封？有没有其他材料可以替代？”引导学生利用手头的材料灵活解决问题。 制作完成后，各组对装置进行外观和结构的检查，确认各部分连接牢固、气体通道畅通、没有明显的泄漏点。教师提醒学生，这只是初步组装完成，装置是否真的能用，还需要通过实际测试来验证。 【设计意图】 动手制作是跨学科实践活动的核心环节。学生在将设计图纸转化为实物的过程中，会遇到各种预想不到的问题——密封不好、连接不牢、材料不合适等。这些“意外”恰恰是学习发生的最佳契机。通过解决实际制作中遇到的问题，学生能够更深刻地理解工程设计的现实约束，培养动手能力和问题解决能力。 任务四：测试改进与优化 【任务情境】 教师宣布：“现在每组的供氧器都已经制作完成，接下来我们要进行实战测试。请各组验证自己的装置是否能够稳定地产生并输出氧气。测试中发现的问题不要灰心，发现问题正是改进的机会。” 【学生活动】 第一环节：功能测试。各组按照操作说明，将反应物加入反应容器，观察是否有气体产生。用带火星的木条在出气口检验气体是否为氧气。学生记录：是否有氧气产生？出气速度是快还是慢？气体输出是否稳定？装置有没有漏气或其他异常？ 第二环节：问题诊断。根据测试结果，各组分析存在的问题。常见问题包括：出气速度过快或过慢；气体输出不稳定，时断时续；装置某处漏气；反应结束后残留物不好处理等。各小组在“测试记录单”上列出发现的问题，并分析可能的原因。 第三环节：改进优化。针对发现的问题，各组讨论改进方案并实施。例如：如果出气太快，可以通过减少反应物用量或增加出气阻力来调节；如果漏气，可以更换密封材料或改进连接方式；如果反应不够持续，可以调整反应物的配比或补充方式。改进完成后再次测试，验证改进效果。教师引导学生体会“测试—分析—改进—再测试”的迭代过程，强调好的设计不是一次完成的，而是在不断测试和改进中完善的。 【设计意图】 测试与改进是工程实践中不可或缺的环节。通过让学生经历“失败—分析—改进—成功”的完整过程，培养学生面对失败的韧性和持续改进的工程素养。同时，用带火星的木条检验氧气的活动，将化学实验技能融入实践情境，让学生在真实的应用场景中运用和巩固所学知识。 任务五：成果展示与评价 【任务情境】 教师组织“简易供氧器成果展示会”，每组推选代表上台展示本组的作品，介绍设计思路和制作过程，现场演示供氧效果。其他小组作为“评审团”进行提问和评分。 【学生活动】 各小组依次进行展示汇报，内容包括：本组选择的使用场景是什么；设计方案的核心思路是什么；制作过程中遇到了哪些困难，是如何解决的；测试结果如何；装置有哪些优点和不足。展示过程中，其他小组的同学可以随时提问，例如：“你们为什么选择这种制氧原料？”“这个装置最多能用多长时间？”“如果在实际高原环境中使用，你们觉得还需要做哪些改进？” 展示结束后，进行多元评价。学生自评：回顾本组从需求分析到最终成品的全过程，总结自己最大的收获和仍然存在的困惑。小组互评：根据“设计创意”“制作质量”“功能效果”“展示表达”四个维度，对其他小组的作品进行评分和点评。教师总结：肯定各小组的努力和创意，梳理本次活动中涉及的化学知识和跨学科方法，强调工程实践中“需求导向、迭代优化、团队协作”的重要理念。最后，教师引导学生思考：我们今天制作的简易供氧器与工业或医用的供氧设备相比还有哪些差距？如果让你继续改进，你最想改进哪个方面？ 【设计意图】 成果展示与评价环节为学生提供了公开展示学习成果的平台，锻炼表达能力和自信心。多元评价机制不仅关注最终成果的优劣，更重视过程中的学习和成长。通过回顾与反思，帮助学生将实践经验上升为方法论认识，实现从“做了什么”到“学到了什么”的升华。 六、板书设计 任务环节 核心活动 关键产出 任务一 需求分析 情境讨论 确定使用场景 填写需求分析单 明确的设计指标 任务二 方案设计 原料选择讨论 绘制装置草图 方案论证互评 优化后的设计方案 任务三 装置制作 组装反应容器 连接导气管 安装控制部件 检查气密性 组装完成的供氧器 任务四 测试改进 功能测试 问题诊断 改进优化 性能达标的装置 任务五 展示评价 成果展示 多元评价 反思总结 学习成果与反思 板书主板书： 课题：基于特定需求设计和制作简易供氧器 核心线索：需求分析 → 方案设计 → 制作组装 → 测试改进 → 展示评价 关键问题：选什么原料？怎么组装？怎么检验？怎么改进？ 学科网（北京）股份有限公司 $