第二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 教学设计-2026-2027学年九年级化学人教版上册

人教版九年级化学上册 跨学科实践活动 4 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 课题：跨学科实践活动 4 基于特定需求设计和制作简易供氧器 教材版本：人教版九年级化学上册（2024 新版） 课时：1 课时（45 分钟） 课型：项目式跨学科实践课（融合化学、生物、工程技术、数学定量计算） 二、课标依据（2022 版） 综合运用氧气制备、化学方程式定量计算等化学知识，结合生物呼吸、工程装置设计等跨学科内容，依据真实场景需求，完成简易供氧器的方案设计、制作、测试与优化；经历完整工程设计流程：明确需求→原理选择→定量计算→装置搭建→测试评价→改进优化；落实化学观念、科学思维、科学探究与实践、科学态度与责任四大核心素养。 三、教材分析 本跨学科实践安排在第五单元《化学反应的定量关系》之后，是第二单元氧气制取和第五单元化学方程式定量计算的综合应用。 驱动任务：针对户外短途供氧这一特定需求，设计、制作简易供氧器。 知识融合： 化学：过氧化氢 / 过碳酸钠常温制氧、催化作用、气体除杂加湿、利用方程式定量计算药品用量； 生物：人体呼吸，不能直接吸入高浓度纯氧； 工程技术：装置结构设计、气密性、气流控制； 数学：根据供氧时长，计算制氧剂质量。 学生不再是单纯完成固定实验，而是根据需求自主选择原理、绘制装置草图、动手制作、测试产氧速率、评价并优化作品，培养工程思维。 四、学情分析 知识基础：学生掌握实验室常温制取氧气原理，会书写制氧化学方程式，学会利用方程式进行简单定量计算；熟悉气体发生、净化装置；知道氧气可供呼吸。 认知障碍： 只会做固定实验，缺少 “根据需求设计产品” 的工程思维； 忽略供氧需要加湿，不清楚纯氧直接吸入对人体有害； 装置搭建容易忽略气密性，导管长短接反； 定量计算与实际装置脱节，不会根据供氧时长估算药品用量； 缺少多角度评价作品的思路（安全性、便携性、成本、产氧速率）。 能力特点：动手制作兴趣强，但方案设计、作品评估、问题优化能力不足，小组分工需要教师指导。 五、核心素养教学目标 化学观念：掌握常温制氧原理（过氧化氢在二氧化锰催化下分解；过碳酸钠遇水分解生成过氧化氢，再分解放出氧气）；理解供氧器包含发生装置、加湿净化装置两部分；认识化学反应可以定量控制产物的量。 科学思维：能对比不同制氧原理的优缺点；基于户外供氧需求进行方案取舍；根据测试现象分析装置缺陷，提出改进方案；建立 “需求 — 原理 — 装置 — 评价” 的工程模型。 科学探究与实践：小组合作绘制供氧器设计草图；利用塑料瓶、软管、注射器等生活材料组装装置；气密性检查、测试产氧速率；记录实验现象，完成实践报告，撰写简易使用说明书。 科学态度与责任：认识供氧设备在急救、户外场景中的价值；重视实验安全；体会化学定量计算在真实产品设计中的作用；养成团队协作、反复优化的工程实践习惯。 六、教学重难点 重点：简易供氧器结构（发生装置 + 加湿装置）；常温制氧原理；根据需求设计装置，作品测试与评价。 难点：结合定量计算确定药品用量；装置气密性与气流控制；综合多因素评价并优化供氧器；理解加湿装置的作用。 七、实验用品 教师准备：PPT、医用供氧视频；制氧原理资料、评价量表；演示用供氧器；木条、烧杯。 学生分组材料：塑料瓶、硅胶软管、注射器、导管、橡胶塞；二氧化锰、过氧化氢溶液（或过碳酸钠）；水；剪刀；记号笔；实践活动报告单。 ⚠️安全提示：过氧化氢具有腐蚀性，避免接触皮肤；装置不能密闭加压，防止瓶内压强过大；制作供氧器仅用于课堂实验，不可用于人体实际吸氧。 八、教学过程 （一）真实情境，提出项目任务（5min） 【教师活动】播放短视频：高原、户外登山缺氧场景，便携式供氧产品。 提出驱动任务：户外短途出行，需要一款便携、安全、低成本简易供氧器。我们作为工程师，完成：明确需求→选原理→设计草图→制作→测试→优化。 提问：供氧器只需要产生氧气吗？生物角度思考，直接导出的氧气能不能吸入？（需要加湿，不能吸入纯氧） 板书课题。 【学生活动】了解项目任务，小组讨论户外供氧的需求：便携、操作简单、产氧平稳、安全。 （二）任务 1：选择制氧原理，定量估算药品（12min） 【教师活动】 可供选择的制氧原理对比： ①过氧化氢在二氧化锰催化下分解：常温反应； ②过碳酸钠遇水分解，固体方便携带，适合户外。 对比分析：加热高锰酸钾需要热源，不安全，不适合户外供氧。 定量应用：结合化学方程式，若需要制取一定体积氧气，计算需要过氧化氢质量。体会第五单元定量计算在真实设计中的用途。 装置结构讲解：供氧器分两部分 ①发生装置：制氧反应； ②加湿净化装置：氧气通入水中加湿，同时观察气泡，控制气流速度。 注意导管：长进短出。 【学生活动】小组讨论选择制氧原理；进行简单定量计算；绘制供氧器设计草图，标注结构。 （三）任务 2：小组制作、气密性检查、产氧测试（20min） 【教师活动】 制作要点：塑料瓶搭建发生装置，连接加湿瓶；组装完成，先检查气密性。 实验操作：加入药品，观察气泡产生；用带火星木条检验加湿装置出口气体，证明氧气生成；观察气泡快慢，判断产氧速率。 巡视指导，收集各组问题：漏气、气流过快、导管接反、缺少加湿环节。 引导小组自评：装置是否便携？产氧是否平稳？安全性怎么样？存在哪些不足？ 【学生活动】小组分工：绘图员、组装员、安全员、记录员；组装供氧器，检查气密性，开展产氧测试；记录现象，发现装置问题。 （四）成果展示，跨学科研讨，作品优化（5min） 【教师活动】组织小组展示作品，汇报设计思路、测试现象。 研讨问题： 加湿装置的作用是什么？ 为什么不能把装置完全密封？ 如何调节产氧速率？（控制反应物浓度、药品用量） 简易供氧器有哪些局限，为什么不能直接用于人体吸氧？ 小结工程思路：设计产品要兼顾需求、原理、定量、安全、成本，测试后持续优化。 【学生活动】作品展示互评；讨论装置缺陷，提出改进方案，完善实践报告。 （五）课堂小结 + 当堂练习（1min） 小结：简易供氧器 = 发生装置 + 加湿装置；常温制氧原理；设计流程：需求→原理→定量→制作→测试→优化。 练习：供氧器加湿装置中导管要求（） A. 短进长出 B. 长进短出 C. 随便接 答案：B （六）布置作业（2min） 基础作业：完善实践报告单；绘制供氧器图纸，写出使用说明；整理制氧化学方程式。 拓展作业：查阅家用制氧机原理；从安全性、成本角度，继续优化供氧器设计方案。 九、板书设计 跨学科实践活动 4 基于特定需求设计和制作简易供氧器 项目流程：明确需求→原理选择→定量计算→设计制作→测试→优化 一、）制氧原理（常温） 二、）供氧器结构 发生装置（制氧） → 加湿净化装置（长进短出，湿润氧气，观察气流） 三、）评价维度：便携性、安全性、产氧速率、成本 ⚠️课堂样品仅实验演示，不能用于人体吸氧 十、教学评价 过程评价：小组方案设计草图、装置组装操作、团队协作、实验现象记录。 结果评价：实践报告填写、作品展示汇报、对装置的评价与改进方案。 十一、教学反思（课后填写） 课前提醒过氧化氢腐蚀性，全程做好安全管控，严禁学生把产出气体对着口鼻。 学生最常见错误：加湿瓶导管短进长出，导致水被压出，巡视时重点纠正。 突出跨学科融合，不只讲化学方程式，结合生物呼吸、工程设计思路，落实项目式学习。 定量计算难度降低，重点体会 “定量可以预估氧气产量”，不设置复杂计算题。a 学科网（北京）股份有限公司 $