跨学科实践活动：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

沪科版（五四学制）八年级全一册 主题二 常见的物质（上）专题 3 空气、氧气、二氧化碳跨学科实践活动：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：沪科版（五四学制）八年级全一册 活动名称：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：项目分析、原理学习、方案设计；第 2 课时：装置制作、测试调试、作品评价与优化） 课型：项目式跨学科实践活动（融合化学、物理、工程设计、数学） 二、教材分析 本跨学科实践安排在《氧气和二氧化碳的制备》之后，是气体制备知识的工程化应用。学生把实验室固液常温制氧原理迁移到真实场景，从 “做实验制取氧气” 升级为根据实际需求设计产品。 主线：明确供氧场景需求→对比制氧原理→绘制装置草图→选用生活材料组装供氧器→气密性检查、产氧测试→评价装置优缺点，迭代优化。 化学核心落点 复习过氧化氢在二氧化锰催化下分解制氧气；固液常温型发生装置；氧气检验； 认识供氧器双仓结构：反应仓（产生氧气）+ 加湿仓（湿润、过滤氧气，观察气流）； 控制变量探究影响产氧速率的因素（过氧化氢浓度、催化剂用量）； 工程设计思路：兼顾安全、便携、可控流速、低成本。 跨学科融合：物理（气压、装置气密性、流体）；工程技术（结构设计、材料选择）；数学（原料用量估算）。 育人价值：建立 “需求→方案→制作→测试→改进” 的工程思维；学会综合评价实验方案；理解化学技术服务生活，培养创新、安全、节约意识。 三、学情分析 八年级五四学制学生，已经掌握实验室用过氧化氢制取氧气、催化剂、气体制备装置选择等知识；会检查装置气密性。但缺少工程设计思维，容易只关注 “能不能产生氧气”，忽略供氧速率、氧气加湿、安全防喷溅、便携等实际使用需求；对装置双仓功能理解不清，缺少作品迭代优化意识。 认知难点： 理解加湿仓的作用；气体 “长进短出” 的管路设计； 通过控制液体滴加速度调节产氧速率； 综合评价供氧器：安全性、稳定性、便携性、成本，多角度优化改进。 教学策略：项目任务驱动，小组合作，先设计图纸，再动手制作，测试后反思改进。 四、核心素养目标 化学观念 巩固过氧化氢分解制氧原理；理解供氧器反应仓、加湿仓功能；知道氧气供给呼吸，医用不能直接吸入高浓度纯氧。 科学思维 能根据使用需求选择制氧方案；能分析装置结构原理；根据测试现象推理装置缺陷，提出改进方案，建立工程设计思维。 科学探究与实践 小组合作绘制供氧器设计图；利用塑料瓶、导管、注射器等生活材料组装简易供氧器；进行气密性检查、产氧测试、氧气检验；记录测试数据。 科学态度与责任 重视实验安全，规范操作；体会化学工程产品设计需要权衡多种因素；小组协作完成项目，客观评价作品，勇于改进。 五、教学重难点 第 1 课时 重点：分析供氧需求；制氧原理回顾；供氧器结构（反应仓 + 加湿仓）；绘制设计方案草图。 难点：理解管路 “长进短出”；从真实使用需求角度思考装置设计要点。 第 2 课时 重点：组装供氧器，气密性检查；产氧测试；作品展示、评价与优化。 难点：控制反应速率；排查漏气、喷溅等故障；多角度评价并改进装置。 六、教学准备 教师：塑料瓶、硅胶导管、注射器、橡胶塞、打孔器、3% 过氧化氢溶液、二氧化锰、水槽、木条；供氧器实物模型、设计任务单、评价量表；PPT（高原、急救、户外供氧场景图片）。 学生：4 人一组，分工：设计师、组装员、测试员、记录员；提前收集矿泉水瓶、吸管等废旧材料。 ⚠️安全提示：只用低浓度 3% 过氧化氢，避免高浓度腐蚀皮肤；控制反应速率，防止液体喷溅；远离明火；装置漏气立刻停止实验，报告教师；本装置仅课堂演示，不可用于人体吸氧。 第 1 课时 项目分析、原理回顾与方案设计（45min） （一）情境导入（5min） 教师活动：展示场景：高原缺氧、户外应急，需要便携供氧设备。提问：实验室制氧气装置能不能直接拿来户外应急供氧？有哪些不足？引出项目任务：基于特定需求，设计简易供氧器。板书课题：基于特定需求设计和制作简易供氧器。 学生活动：讨论，对比实验室装置缺点：笨重、不好控制产气速度、氧气干燥，不适合直接呼吸。 （二）任务一：明确设计需求（8min） 小组讨论，确定简易供氧器设计指标： 安全：常温反应，不需要加热，防止喷溅； 可控：可以调节氧气产生快慢； 功能：氧气要加湿，能观察气流； 便携：材料易得、轻便、成本低。 思考：不选择高锰酸钾制氧的原因？需要加热，不方便、不安全。确定方案：过氧化氢 + 二氧化锰（固液常温）。 （三）任务二：认识供氧器双仓结构（15min） 反应仓：发生化学反应，产生氧气；可使用注射器控制过氧化氢滴入速度，以此控制产氧快慢。 加湿仓（洗气仓）：装入水。氧气长导管进、短导管出。 作用：①湿润氧气；②观察气泡，判断气流快慢；③过滤少量液体飞沫，防止液体被吹出。 问题链： ①加湿仓为什么要长进短出？让氧气充分和水接触，充分加湿。 ②气泡太快代表什么？产氧速率过快，不安全。 （四）任务三：小组绘制供氧器设计草图（14min） 阅读任务单，小组绘制装置图纸，标注：反应仓、加湿仓、导管进出口、加料装置；标注材料名称，写出设计思路、预估优缺点。 教师巡视指导，重点纠正导管进出方向错误。 （五）课堂小结（2min） 设计需求；制氧原理；双仓结构与作用；绘制设计图。 （六）作业布置（1min） 完善小组设计图纸；准备制作材料；预习装置气密性检查方法。 第 2 课时 制作、测试、评价与装置优化（45min） （一）复习导入（4min） 提问：供氧器加湿仓的作用？导管为什么长进短出？如何控制产氧速率？ 过渡：按照设计图纸，动手组装、测试供氧器。 （二）任务一：组装装置，检查气密性（10min） 小组按图纸组装供氧器：塑料瓶做反应仓与加湿仓，打孔、连接导管，装配注射器。 气密性检验：堵住出气口，推动注射器，观察瓶内导管是否产生稳定气泡，松手后水柱是否回升。漏气的小组排查接口、瓶盖缝隙。 教师巡视，指导打孔、导管连接。 （三）任务二：产氧测试与氧气检验（14min） 操作步骤： 反应仓放入少量二氧化锰；加湿仓加入适量水； 注射器抽取 3% 过氧化氢，缓慢推入反应仓； 观察加湿仓气泡产生速度； 在出气口用带火星木条检验产生的氧气。 小组记录现象：气泡快慢、木条是否复燃；记录故障（漏气、喷液、产气过快）。 思考：如果反应过于剧烈，如何调节？减慢过氧化氢滴加速度。 （四）任务三：作品展示，评价与优化（13min） 小组轮流展示供氧器，介绍设计思路、测试现象、遇到的故障。 使用评价量表，从安全性、可控性、便携性、气密性自评、互评。 讨论改进方案： 容易喷溅：减小过氧化氢滴加速率；控制药品用量； 漏气：密封接口，缠绕胶带； 气流不稳定：改用注射器匀速滴加液体。 小结工程迭代思路：发现问题→分析原因→修改结构，不断优化。 （五）课堂小结（2min） 简易供氧器组装与气密性检查；双仓功能；根据测试结果优化装置；化学知识用于工程产品设计。 （六）作业布置（2min） 完善项目实践报告，绘制改进后的供氧器图纸；总结本次实践用到的氧气制备知识。 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 制氧原理：固液常温型，不加热 供氧器双仓结构 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）：长进短出；湿润氧气，观察气流，阻挡液滴 项目流程：明确需求→设计绘图→组装→气密性检查→测试→评价优化 安全要点：低浓度过氧化氢；控制反应速率；禁止直接用于人体吸氧 八、教学反思（课后填写） 学生容易把加湿仓导管接反，课前强调 “长进短出”，用示意图辅助理解。 一定要控制过氧化氢浓度和药品用量，防止反应剧烈喷溅；教师提前准备备用装置。 本项目重在工程设计思维，不只停留在 “制出氧气”，引导学生思考真实场景的限制条件。 区分课堂自制装置和医用供氧设备，强调学生作品仅课堂实验，不能用于人体吸氧，做好安全教育。 小组分工要轮换，让每个学生参与绘图、组装、测试，落实跨学科实践的动手与创新素养。 学科网（北京）股份有限公司 $