2.1空气的组成（第1课时）教学设计--2026-2027学年九年级化学沪教版上册

《空气的组成》（第一课时）教学设计 沪教版 · 初中化学 · 九年级上册 · 第2章 空气与水资源 · 第1节 一、课标分析 本节课依据《义务教育化学课程标准（2022年版）》中“身边的化学物质”主题下“我们周围的空气”相关要求进行设计。课标要求学生能够说出空气的主要成分，认识空气是一种宝贵的自然资源；通过实验探究空气中氧气的体积分数，初步形成基于证据进行推理的科学思维方式；能结合实例说明氧气、氮气、二氧化碳和水蒸气在生产、生活中的重要用途，体会化学与环境、健康、社会发展的密切关系。课程标准强调以实验为基础，引导学生在真实情境中认识物质、发展探究能力，并在“空气是一种混合物”“性质决定用途”等核心观念的统领下，初步建立宏观辨识与微观探析的联系，为后续学习氧气、水及常见气体打下基础。 二、四维核心素养目标 化学观念：认识空气是由氮气、氧气、二氧化碳、水蒸气等组成的混合物，形成“物质由元素组成、混合物由多种纯净物构成”的基本观念。 科学思维：通过对空气成分体积分数的分析与实验推理，发展基于证据、模型解释与定量描述的思维能力。 科学探究：亲历“测定空气中氧气体积分数”的实验过程，学习提出问题、设计方案、观察记录、分析结论的基本方法。 科学态度与责任：感受化学家探索空气成分的曲折历程，关注空气质量与人类健康，初步形成保护空气、节约资源的意识。 三、教学重难点 教学重点：空气的主要成分及各成分的大致体积分数；空气中氧气体积分数的测定实验原理、现象与结论。 教学难点：测定氧气体积分数实验的设计思路、误差分析，以及从实验现象推理空气中氧气含量所占比例的思维过程。 四、设计思路 本节课以“空气就在我们身边，它究竟由什么组成”为核心问题，遵循“从生活走进化学、从实验认识物质”的思路展开。教学以任务驱动为主线，依次设置四个层层递进的学习任务：任务一从呼吸、燃烧等生活现象出发，引发“空气里有什么”的猜想；任务二重现拉瓦锡研究空气成分的经典实验，引导学生认识定量研究气体组成的基本方法；任务三分组完成“测定空气中氧气体积分数”的探究实验，在观察、记录与讨论中得出氧气约占空气体积五分之一的结论；任务四联系氮气、二氧化碳、水蒸气的性质与用途，以及身边的空气质量问题，让学生体会空气是一种宝贵的自然资源。整个过程突出学生主体地位，以问题链、证据链推动思维进阶，把实验探究、概念建构与社会责任教育有机融合，落实化学学科核心素养。 五、教学过程 任务情境一：身边的空气——你“看见”空气了吗 【任务情境】教师提前准备一个透明塑料袋、一支蜡烛、一个空集气瓶。上课伊始，教师把塑料袋在空中兜一圈后扎紧袋口，请学生用手压一压塑料袋，再把蜡烛点燃放入集气瓶，用玻璃片盖住瓶口，观察蜡烛火焰的变化。学生在亲手操作中感受到“看不见、摸不着的空气确实存在”，也观察到蜡烛在密闭集气瓶中很快熄灭这一现象。教师顺势提出核心问题：我们每时每刻都在呼吸空气，空气究竟是一种单一的物质，还是由多种气体组成的混合物？如果是混合物，其中又含有哪些成分？ 【设计意图】用学生最熟悉的呼吸、燃烧现象作为切入口，让学生在动手做、用眼观、用脑想的过程中，自然产生对空气组成的好奇与疑问。这一环节不急于给出答案，而是把学生的前概念暴露出来，为后续实验探究和概念建构搭建台阶，体现“从生活走进化学”的课程理念。 任务情境二：化学家的探索——拉瓦锡是怎样研究空气的 【任务情境】教师用简洁的语言讲述一段科学史：二百多年前，人们曾经认为空气是一种单一的气体。法国化学家拉瓦锡在前人研究的基础上，设计了一个著名的定量实验——他把少量汞放在密闭容器里连续加热，发现一部分银白色的汞变成了红色粉末，同时容器里空气的体积减少了约五分之一；他又把这部分红色粉末收集起来重新加热，得到了一种气体，这种气体的体积恰好等于原先减少的体积，而且它能使蜡烛燃烧得更旺、小动物呼吸更顺畅。拉瓦锡由此得出结论：空气是由两种气体组成的，一种能够支持燃烧、供给呼吸，他把它叫做氧气；另一种不能支持燃烧，叫做氮气。 【学生活动】学生在教师的引导下，围绕三个递进问题进行小组讨论：①拉瓦锡为什么要把实验放在密闭容器中进行？②容器内空气体积为什么会减少？减少的那部分气体去哪里了？③后来得到的红色粉末重新加热后又释放出气体，这说明了什么？学生在学习单上用自己的话写出“密闭体系—气体被消耗—体积减少—重新分解—气体复原”这条思维链条。教师进一步追问：拉瓦锡的实验给我们今天研究空气组成带来了什么启发？引导学生归纳出“研究气体组成，要在密闭体系中、通过消耗一种气体、再测量体积变化”的基本思路。 【设计意图】借助化学史，让学生体会科学结论不是凭空猜想，而是建立在严谨实验和定量测量之上。这一环节既落实了“科学态度与责任”素养，又为下面学生分组实验的设计思路做了方法论铺垫，使学生在动手之前先想清楚“为什么这样做”。 任务情境三：动手探究——测定空气中氧气的体积分数 【任务情境】教师向学生展示一套改进后的课堂实验装置：集气瓶（预先把水面以上的容积划分为五等份并做好记号）、带导管的橡皮塞、燃烧匙、烧杯、止水夹、酒精灯，以及少量红磷。教师先介绍实验用品，再用问题引导学生设计实验步骤：“我们能不能像拉瓦锡那样，在密闭集气瓶里把氧气消耗掉，再通过进入瓶内的水的体积，来推算原来空气中氧气所占的比例？”由此引出本节课的核心探究任务——测定空气中氧气的体积分数。 【教师演示与学生分组实验】教师先在讲台前规范演示一次：检查装置气密性；夹紧止水夹；点燃燃烧匙内的红磷后迅速伸入集气瓶并塞紧橡皮塞；引导学生观察红磷燃烧时产生的现象——产生大量白烟、放出热量；待装置冷却到室温后，打开止水夹，请学生观察烧杯中的水沿导管流入集气瓶的现象，并记录进入集气瓶的水大约占瓶内原空气体积的多少。随后各小组按同样步骤分组实验，把观察到的现象和水位到达的刻度线记录在学习单上。 【学生活动与交流】各小组汇报实验结果：大部分小组观察到进入集气瓶的水约占瓶内原空气体积的五分之一。教师顺势引导：这个现象说明什么？学生经过讨论得出：红磷燃烧时消耗了瓶内的氧气，瓶内气体减少、压强降低，外界大气压把烧杯中的水压入集气瓶；进入瓶内水的体积，大致等于被消耗的氧气的体积。由此得出结论：氧气约占空气总体积的五分之一。 【误差分析与思维深化】教师继续抛出问题链，引导学生反思实验：①有的小组进入瓶内的水明显少于五分之一，可能是什么原因？学生在讨论中归纳出：红磷的量不足，氧气没有被完全消耗；装置漏气，外界空气进入；未等装置冷却到室温就打开止水夹，瓶内气体压强还偏大。②有没有可能进入瓶内的水多于五分之一？学生进一步思考：如果点燃红磷后伸入集气瓶太慢，瓶内部分受热气体从瓶口逸出，就会导致结果偏大；如果止水夹没有夹紧，也会造成类似误差。教师在学生回答的基础上小结：做气体定量实验，装置气密性、药品用量、操作节奏和冷却程度，都是影响结果的关键因素，科学实验必须严谨、细致、实事求是。 【设计意图】这是本节课的核心环节。学生在“提出问题—设计方案—动手实验—记录现象—分析结论—反思误差”的完整过程中，亲历科学探究的基本方法，发展证据推理与模型认知能力。误差分析环节把实验现象、压强变化和气体组成联系起来，既突破教学难点，又培养学生严谨求实的科学态度。 任务情境四：认识空气“大家庭”——氮气、二氧化碳与水蒸气 【任务情境】教师引导学生思考：既然氧气约占空气体积的五分之一，那么剩下约五分之四的气体主要是什么？教师展示一段短视频素材：氮气被充入食品包装袋作保护气；液态氮气用于医疗冷冻和超导材料；二氧化碳用于制作碳酸饮料、灭火和大棚气体肥料；夏天从冰箱拿出的饮料瓶外壁会“出汗”；清晨草叶上常有晶莹的露珠。学生在熟悉的生活画面中，感受空气各成分的存在与用途。 【性质决定用途讨论】教师组织学生讨论：①食品包装袋里充入氮气，利用了氮气的什么性质？②二氧化碳可以灭火，说明它有什么特点？③夏天从冰箱里拿出的杯子外壁会变湿，这与空气中的哪种成分有关？学生在交流中逐步形成“物质的性质决定它的用途，用途反映它的性质”的基本思路，教师顺势点出：空气是一种由多种气体组成的宝贵自然资源，每一种成分都在自然和生产生活中扮演着不可替代的角色。 【设计意图】从氧气延伸到氮气、二氧化碳和水蒸气，帮助学生建立完整的空气组成图景；通过生活实例把“性质—用途—保护空气”贯通起来，既巩固知识，又自然渗透科学态度与社会责任教育，让学生体会化学就在身边。 任务情境五：关注我们呼吸的空气——空气质量与保护 【任务情境】教师展示本地某日空气质量播报截图（由教师课前准备，画面中只呈现主要污染物名称、指数等级和对应的颜色标识，不出现化学符号与反应表达式），请学生结合生活经验说一说：哪些做法会使空气变得污浊？清新的空气对我们的健康、动植物生长和城市形象有什么意义？ 【学生活动】学生分组列举身边的空气污染源，如工厂烟囱排放、汽车尾气、建筑扬尘、露天焚烧秸秆等；再分组讨论改善空气质量的可行做法，如绿色出行、植树造林、工业废气处理后再排放、推广清洁能源、垃圾分类与秸秆综合利用等。教师引导学生认识到：空气虽然无色无味，却与每个人息息相关；保护空气，既是政府和企业的责任，也是每一位中学生可以从身边小事做起的行动。 【设计意图】把课堂所学与社会生活紧密相连，落实“科学态度与责任”素养，让学生在真实情境中形成珍惜资源、保护环境的自觉，并把化学学习由课堂延伸到家庭和社会。 课堂小结与作业布置 【课堂小结】教师带领学生回顾本节学习路径：由“空气里有什么”的猜想出发，借助化学家的实验思路，通过自己动手测定氧气的体积分数，认识到空气是由氮气、氧气、二氧化碳、水蒸气等组成的混合物，其中氧气约占五分之一、氮气约占五分之四；并由此体会到空气是一种宝贵的自然资源，需要我们共同保护。 【课后任务】①回家观察并记录：家中哪些物品或现象利用了氮气、氧气或二氧化碳的性质，写出两条实例。②查阅本地连续三天的空气质量情况，用几句话写一写你对“清新空气”的认识和一条可以践行的保护空气的小行动。 六、板书设计 （板书以中央课题为主线，左侧呈现空气成分组成，右侧呈现实验探究思路与结论，整体结构如下） 正中：第1节 空气的组成（第一课时） 左栏：空气是一种混合物 一、干燥空气的主要成分（按体积计算） 　　氮气——约占五分之四（约百分之七十八） 　　氧气——约占五分之一（约百分之二十一） 中栏：研究空气组成的基本思路 　　密闭体系 → 消耗氧气 → 气体减少、压强降低 → 水进入瓶内 → 测量进入水的体积 → 推出氧气所占比例 右栏：测定氧气体积分数实验要点 　　药品：红磷（足量） 　　现象：产生大量白烟，放热；冷却后打开止水夹，水进入集气瓶 　　结论：进入水的体积 ≈ 原瓶内空气体积的五分之一 → 氧气约占空气体积的五分之一 　　关键：装置气密性良好、红磷足量、冷却到室温再打开止水夹 下栏：空气是宝贵的自然资源——保护空气，从我做起 学科网（北京）股份有限公司 $