第四单元 跨学科实践活动 2 基于特定需求设计和制作简易供氧器教学设计-2026-2027学年九年级化学鲁教版上册

鲁教版九年级化学上册 跨学科实践活动 2《基于特定需求设计和制作简易供氧器》 教学设计 一、基本信息 教材版本：鲁教版九年级化学上册 实践主题：跨学科实践活动 2 基于特定需求设计和制作简易供氧器 课时：2 课时（第 1 课时：方案设计；第 2 课时：制作、测试、评价与改进） 课型：跨学科项目实践课（融合化学、物理、工程技术、健康常识） 二、教材分析 本实践活动安排在第四单元《我们周围的空气》氧气性质、实验室制取之后，属于跨学科实践内容。不是单纯动手实验，而是项目式任务驱动：根据特定场景需求，自主选择制氧原理、选材、绘图设计、制作、测试、迭代优化简易供氧器。 核心主线：明确供氧需求→选择制氧原理→设计装置（反应仓 + 加湿仓）→选材组装→气密性检查、产氧测试→评价、改进装置。 化学核心知识：过氧化氢在二氧化锰催化下制取氧气；催化剂；气体发生、净化；氧气检验。 跨学科融合：物理（压强、气密性、液体流速）、工程设计（材料选择、装置结构、密封性）、生物学（氧气与呼吸作用、吸氧常识）。 落实工程思维，让学生体会从理论知识走向真实产品设计，培养创新实践能力。 三、学情分析 学生已经掌握：氧气实验室制取原理、固液不加热型装置、氧气检验、催化剂概念；会检查装置气密性。 认知难点： 不会从真实使用需求反推装置设计（便携、安全、可控速率、氧气湿润）； 分不清供氧器两个仓的功能：反应仓（产氧）、加湿仓（湿润氧气、观察气流）； 装置漏气、反应速率过快等问题排查； 跨学科综合思考，兼顾安全性、成本、便携多个条件。 通过小组分工、工程绘图、实物制作、测试迭代，突破难点。 四、核心素养目标 化学观念 ① 巩固过氧化氢制氧气原理，理解催化剂作用；理解供氧器 “反应仓 + 加湿仓” 的功能。 ② 知道氧气用于呼吸，干燥氧气直接吸入不适，需要加湿。 科学思维 能基于使用需求，对比不同制氧方案优劣；根据现象分析装置缺陷，提出改进方案；建立工程设计思路。 科学探究与实践 小组合作完成供氧器方案设计、绘制装置草图；利用生活材料组装简易供氧器；进行气密性检验、产氧测试；评价作品并优化改进。 科学态度与责任 认识供氧设备在高原、急救中的价值；实验中重视安全；体会化学技术服务健康；形成节约、环保选材意识。 五、教学重难点 第 1 课时 重点：分析场景需求；选择制氧原理；绘制供氧器设计图，确定反应仓、加湿仓结构。 难点：结合需求综合考虑产氧速率、安全、便携、氧气加湿。 第 2 课时 重点：组装供氧器；气密性检查；产氧测试；作品评价与装置改进。 难点：排查装置故障（漏气、气流过快），迭代优化方案。 六、教学准备 教师准备：PPT（高原缺氧、急救供氧情境图；市售简易制氧剂介绍）；演示供氧器样品；过氧化氢溶液、二氧化锰；塑料瓶、橡胶管、注射器、导管、打孔器、止水夹、橡胶塞、一次性吸管；安全提示卡片。 学生自备（提前布置）：矿泉水塑料瓶、软管、注射器、瓶盖等废旧安全材料。 ⚠️安全提醒：过氧化氢有腐蚀性，避免接触皮肤、眼睛；禁止品尝；全程规范操作。 第 1 课时 项目任务解读与方案设计（45min） （一）情境导入，发布项目任务（6min） 【教师活动】播放高原登山、野外应急缺氧情境图片。提出任务： 任务：为野外短途应急场景，设计并制作一套简易供氧器。 需求指标：常温产氧、操作简单、便携、能观察气流、氧气湿润、可以控制产氧速率、材料易得安全。 板书课题：跨学科实践：基于特定需求设计和制作简易供氧器。 【学生活动】小组讨论：野外应急供氧需要满足哪些条件。 【设计意图】真实任务驱动，建立工程设计的目标意识。 （二）任务一：制氧原理筛选（12min） 小组讨论：可选制氧方案对比 加热高锰酸钾制氧：需要酒精灯加热，野外不安全，排除； 过氧化氢 + 二氧化锰常温制氧：固液常温，不需要加热，材料易得，适合简易供氧器（主选）。 拓展介绍：过碳酸钠固体制氧（家用制氧包原理，固体药剂，更便于携带）。 引导思考：供氧器不能只 “产生氧气”，人直接吸入干燥氧气不舒服，需要加湿；还要直观看到有没有气体流出，增加加湿观察仓。 供氧器两部分： ① 反应仓：发生化学反应，产生氧气； ② 加湿仓（洗气仓）：水，湿润氧气；观察气泡，判断气流大小；同时防倒吸。 （三）任务二：装置结构与材料选择（16min） 小组研讨，绘制装置草图，标注部件： 反应仓：塑料瓶作容器；注射器 / 分液漏斗控制过氧化氢滴加，控制产氧快慢；导管导出氧气。 加湿仓：另一个塑料瓶装少量水；氧气长管进水下，短管导出。 关键：氧气必须通入水中，才能湿润；同时观察气泡快慢判断供氧速率。 材料选择原则：安全、轻便、低成本、密封性好、易加工。 【学生活动】小组绘制设计草图，标注材料、部件功能。教师巡视指导。 （四）任务三：预判风险，设计评价标准（9min） 安全预判： 装置漏气：氧气不足； 反应速率太快，压强过大，瓶盖弹出； 过氧化氢沾皮肤造成腐蚀。 作品评价维度（板书，下节课用来打分）： ① 安全性；② 气密性；③ 能否控制供氧速率；④ 加湿功能；⑤ 便携；⑥ 成本；⑦ 创新改进。 （五）课堂小结（1min） 简易供氧器由反应仓、加湿仓组成；选用过氧化氢常温制氧；完成设计草图，准备材料，下节课动手制作。 （六）作业布置（1min） 完善小组设计图纸；备齐安全的废旧塑料、软管等材料；预习气密性检查方法。 第 2 课时 组装制作、测试、评价与改进（45min） （一）复习导入（4min） 【教师活动】回顾：供氧器两个仓的作用；氧气通入加湿仓的导管要求。 【学生活动】各小组简述本组设计方案。 （二）任务一：小组组装简易供氧器（14min） 小组合作，按照设计图纸组装装置： 在瓶盖打孔，穿入导管；连接反应仓、加湿仓； 连接软管，检查接口； ⚠️教师巡视，强调：导管连接要紧密，防止漏气；注意打孔安全。 （三）任务二：气密性检查与产氧测试（16min） 气密性检验：将加湿仓导管末端浸入水中，挤压反应仓瓶身，管口出现气泡，松手后导管形成稳定水柱，气密性良好。 产氧测试： 反应仓放入二氧化锰，注射器缓慢滴入过氧化氢溶液； 观察加湿仓水中气泡，观察气流； 氧气检验：加湿仓出气口，带火星木条检验氧气。 记录现象：产氧快慢、气流是否稳定、装置有无漏气。 小组记录测试问题，填写故障清单： 例：接口漏气；气泡太快；没有加湿；导管接反。 （四）任务三：作品展示、互评、装置改进（8min） 各小组上台展示供氧器，介绍设计思路、优缺点； 依据评价量表开展小组互评； 交流改进方案： 产氧太快：降低过氧化氢浓度、减少二氧化锰用量； 漏气：密封接口（硅胶、热熔胶）； 不方便携带：缩小容器体积。 （五）课堂总结（2min） 简易供氧器设计流程：明确需求→选择原理→设计结构→选材制作→测试→优化；化学知识结合工程设计，解决真实生活问题。 （六）作业布置（1min） 整理实践报告，写收获与反思；绘制改进后的供氧器图纸。 七、板书设计 跨学科实践 基于特定需求设计和制作简易供氧器 一、）制氧原理 常温，固液不加热 二、）供氧器结构 反应仓：过氧化氢 + 二氧化锰，产生氧气；注射器控制滴速，调节产氧快慢 加湿仓：水，湿润氧气；观察气泡；长管进、短管出 三、）完整流程 需求分析→原理选择→绘图设计→组装→气密性检查→产氧测试→评价改进 四、）评价要点 安全、气密性、供氧速率可控、加湿效果、便携、创新 八、教学反思（课后填写） 安全是第一重点，课前反复强调过氧化氢腐蚀性，严格规范操作，禁止大量高浓度双氧水。 学生最容易出错：加湿仓导管接反，氧气无法进入水中，失去加湿、观察气流功能，课前图纸阶段就要提前纠错。 小组分工要明确（绘图、组装、测试、记录），避免个别学生旁观不动手。 重点突出跨学科：不只考化学方程式，更看重工程思维，让学生理解设计要权衡多重现实条件。 可拓展：对比过碳酸钠固体制氧方案，讨论固体药剂更适合野外便携场景。 九、实践评价量表 评价项目 星级评价 装置气密性良好 ☆☆☆ 能稳定产生氧气，可控制速率 ☆☆☆ 加湿仓正常工作，能观察气泡 ☆☆☆ 操作安全，选材合理便携 ☆☆☆ 方案有创新、有改进思考 ☆☆☆ 十、备用思考题 加湿仓为什么要长导管插入液面下？ 答：让氧气通入水中，湿润氧气；同时通过气泡观察氧气流出速度。 为什么选用过氧化氢制氧，不用加热高锰酸钾？ 答：不需要加热，野外使用安全，装置简单。 如果供氧器产氧速度过快，如何调整？ 答：降低过氧化氢浓度，减少二氧化锰用量，减慢滴加液体速度。 学科网（北京）股份有限公司 $