2.1我们周围的空气第一课时教学设计--2026-2027学年九年级化学人教版上册

《我们周围的空气》第一课时教学设计 人教版九年级化学上册 第二单元 课题1 一、课标分析 本节课依据《义务教育化学课程标准（2022年版）》中“物质的性质与应用”主题的相关要求设计。课标明确提出，学生应能够说出空气的主要成分，认识空气对人类生活的重要作用；通过“科学探究与化学实验”主题的学习，发展学生提出问题、设计实验、分析现象和得出结论的探究能力。课程标准强调从学生已有的生活经验出发，引导学生认识身边常见的物质，体会科学探究的基本过程，初步形成物质组成的基本观念，为后续学习氧气、水等物质以及化学基本概念奠定基础。本节课围绕空气这一学生最熟悉却又最容易忽视的物质展开，将知识学习与实验探究、化学史教育有机结合，落实素养导向的教学要求。 二、四维核心素养目标 化学观念：认识空气是由多种物质组成的混合物，建立物质组成与分类的初步观念。 科学思维：通过对实验现象的分析与推理，发展基于证据得出结论的逻辑思维能力。 科学探究：亲历空气中氧气含量的测定过程，学习实验设计与操作的基本方法。 科学态度与责任：感受科学家探索空气成分的艰辛历程，树立珍惜空气资源、保护环境的意识。 三、教学重难点 教学重点：空气的主要组成成分；空气中氧气含量的测定实验原理与操作。教学难点：测定空气中氧气含量实验的设计思路理解；实验过程中液面上升不足或超过预期的误差分析；从宏观现象推论空气组成的思维转变。 四、设计思路 本节课以“追踪空气的足迹——揭秘我们身边的空气”为项目主题，以“空气看不见摸不着，它真的存在吗？它又是由什么组成的？”为驱动性问题，贯穿整节课的学习活动。教学采用项目式学习方式，将空气成分的发现史、经典实验的重现与学生的自主探究融为一体，设计五个层层递进的任务：感知空气存在、追溯发现历程、重走测定之路、解读实验现象、认识氮气用途。学生在完成真实任务的过程中主动建构空气组成的知识，发展科学探究能力，体会化学家的研究方法与科学精神。 五、项目教学过程设计 项目总览 项目主题：追踪空气的足迹——揭秘我们身边的空气。 驱动性问题：空气无处不在，却看不见、摸不着。它真的是一种物质吗？如果是，它又是由哪些成分组成的？我们如何通过实验来证明和测定？ 项目成果：每组学生完成一份“空气成分探究报告”，包括实验现象记录、结论推导过程和对空气组成的认识。 任务一：感知空气的存在——空气是真实存在的物质吗？ 【活动目标】 通过一系列小实验和生活体验，让学生直观感受空气的真实存在，认识空气是一种物质，占据空间、有质量、能流动，为后续探究空气组成奠定感性基础。 【教师活动】 教师首先展示一个空的集气瓶，向学生提问：这个集气瓶里面真的是空的吗？你有什么办法证明里面有东西？引导学生围绕“空气是否真实存在”展开讨论。教师依次演示以下几个小活动：将空集气瓶倒扣入水中，观察水能否进入瓶内；将一个瘪的塑料袋在空中挥舞后扎紧，观察塑料袋鼓起的形态；将注射器活塞向外拉出一段后用手指堵住前端，用力推活塞，感受阻力的存在。每一个演示之后，教师都停顿下来，请学生描述观察到的现象，并尝试解释这些现象说明了什么。 【学生活动】 学生以四人小组为单位，先独立思考教师提出的问题，然后在组内交流自己的想法。各组分别进行上述小实验的操作体验：将集气瓶倒扣入水槽中，观察水进入瓶内的情况；用手接住迎面吹来的风，感受空气的流动；用手挤压充满空气的气球，体会空气占据空间。学生在实验记录单上写下自己观察到的现象和初步结论。讨论环节，各小组代表分享本组的发现：水不能顺利进入倒扣的瓶中，说明瓶内有东西占据了空间；塑料袋挥舞后鼓起，说明里面装进了某种看不见的物质；推注射器活塞时感到费力，说明被堵住的那端存在压力。教师引导学生归纳：这些现象共同证明了空气是真实存在的物质，它虽然看不见摸不着，但确实占据空间、有质量、能够流动。 【设计意图】 空气是学生日常生活中最熟悉却又最容易“视而不见”的物质。通过一系列简单而直观的小实验，将原本“看不见”的空气转化为可以感知的现象，帮助学生建立“空气是一种物质”的基本认识。这一环节从学生已有的生活经验出发，降低学习门槛，激发探究兴趣，同时为后续追问“空气是由什么组成的”做好认知铺垫。 任务二：追溯空气成分的发现之旅——人类是如何认识空气的？ 【活动目标】 通过化学史的学习，了解人类认识空气组成的漫长历程，体会科学认识是不断发展和深入的，感受科学家严谨求实、勇于探索的科学精神。 【教师活动】 教师讲述人类认识空气的历史故事。在很久很久以前，人们认为空气是一种单一的物质，是构成世界的基本元素之一。直到几百年前，科学家们才开始逐步揭开空气的真面目。教师依次介绍几位关键科学家的贡献：舍勒，瑞典化学家，他通过加热某些物质得到了一种能够支持燃烧的气体，但受当时“燃素说”的束缚，他没有及时发表自己的发现；普利斯特里，英国化学家，他独立地发现了这种能够支持燃烧的气体——氧气，同样因为受燃素说影响，未能正确认识自己的发现；拉瓦锡，法国化学家，他在前人工作的基础上，通过精确的定量实验，第一次得出了空气是由多种气体组成的结论，其中能够支持燃烧的气体约占空气总体积的五分之一，剩余的部分不能支持燃烧。教师重点讲述拉瓦锡实验的设计思路：他把少量汞放在密闭容器中连续加热十二天，发现部分汞变成了红色粉末，同时容器里空气的体积减少了约五分之一；他又把红色粉末收集起来单独加热，得到了这种气体，而且其体积恰好等于之前减少的体积。教师强调，拉瓦锡的伟大之处不仅在于实验本身，更在于他摆脱了燃素说的错误束缚，用实验事实说话，得出了正确的结论。 【学生活动】 学生认真聆听化学史故事，在学习单上填写三位科学家的名字和他们各自的贡献。教师组织学生讨论：为什么舍勒和普利斯特里都发现了氧气，却没有得出空气是混合物的正确结论？通过讨论，学生认识到正确的理论指导和思维方式对于科学发现的重要性。教师进一步引导：拉瓦锡的实验给我们什么启发？我们能不能用更简单、更环保的方法，在实验室里重现拉瓦锡的实验结论？由此自然过渡到下一个探究任务。 【设计意图】 化学史不是简单的知识灌输，而是让学生体会科学认识的曲折发展过程。舍勒和普利斯特里“当真理碰到鼻尖上的时候还是没有得到真理”的故事，能够让学生深刻认识到科学思想和研究方法的重要性。同时，拉瓦锡实验的介绍为下一环节学生自己设计实验做了思路上的铺垫，实现从历史到现实、从经典实验到学生探究的自然过渡。 任务三：重走拉瓦锡之路——测定空气中氧气的含量 【活动目标】 通过分组实验，学生亲自测定空气中氧气的含量，学习实验装置的组装与操作，观察并记录实验现象，初步得出空气中氧气约占五分之一的结论。 【教师活动】 教师首先引导学生思考：拉瓦锡用汞做实验，耗时很长，而且汞有毒。我们能不能选择一种更合适的药品来代替汞？教师展示实验桌上的药品：红磷。教师讲解选择红磷的理由：红磷能够在空气中燃烧，只与空气中的氧气发生反应，反应后的生成物是固体，这样瓶内气体减少的体积就等于氧气的体积。教师展示实验装置：集气瓶，瓶内先加入少量水，并将水面上方的空间划分为五等份；带导管的双孔橡皮塞，导管另一端伸入盛水的烧杯中；燃烧匙内盛放红磷。教师边讲解边演示操作步骤：检查装置气密性；用弹簧夹夹紧胶皮管；点燃燃烧匙内的红磷后，迅速伸入集气瓶中并塞紧橡皮塞；观察红磷燃烧的现象；待装置冷却到室温后，打开弹簧夹，观察烧杯中的水进入集气瓶的情况。教师特别强调操作中的关键注意事项：红磷的量要足够，确保瓶内氧气被完全消耗；点燃红磷后伸入集气瓶的动作要迅速，塞紧橡皮塞，防止瓶内气体受热逸出；必须等到装置完全冷却后再打开弹簧夹，否则瓶内温度偏高、压强偏大，进入的水量会偏少。 【学生活动】 学生以四人小组为单位进行实验。每组按照教师讲解的步骤进行操作：先检查装置的气密性，将导管一端浸入水中，用手握住集气瓶外壁，观察导管口是否有气泡冒出；确认气密性良好后，在集气瓶中加入少量水，并做好水面上方空间的五等分标记；取足量红磷放入燃烧匙，用酒精灯点燃后迅速伸入集气瓶内，塞紧橡皮塞。学生仔细观察红磷燃烧的现象：红磷燃烧，产生大量白烟，放出热量，火焰逐渐熄灭。等待装置冷却的过程中，学生在记录单上描述观察到的现象，小组内讨论可能的原因。待装置冷却至室温后，打开弹簧夹，学生观察到烧杯中的水沿着导管流入集气瓶中，进入集气瓶的水面大约到达第一个刻度线的位置，即原水面上方空间的约五分之一处。各小组记录本组的实验结果，并与其他小组交流数据。教师引导学生根据实验现象推导结论：红磷燃烧消耗了瓶内的氧气，生成固体，瓶内气体减少、压强降低，打开弹簧夹后，在外界大气压的作用下，烧杯中的水进入集气瓶；进入水的体积等于被消耗的氧气体积，由此得出空气中氧气约占空气总体积五分之一的结论。 【设计意图】 本环节是本节课的核心探究活动。学生不是被动地接受“氧气约占五分之一”这个结论，而是通过自己动手实验、观察现象、分析推理来得出结论，真正经历科学探究的完整过程。实验操作中的注意事项不是教师生硬灌输的“条条框框”，而是与实验原理紧密关联的必要条件——理解了原理，自然就能理解为什么要“迅速伸入”“冷却后再打开”。这种基于理解的操作，远比机械记忆实验步骤更有价值。 任务四：解读实验现象——为什么有的组进水多，有的组进水少？ 【活动目标】 通过对不同小组实验结果差异的分析，深入理解实验原理，学习误差分析的方法，培养严谨的科学态度和批判性思维。 【教师活动】 教师收集各小组的实验结果，将不同组的数据列在黑板上。可以发现，有的组进入集气瓶的水约占五分之一，有的组不足五分之一，还有的组超过了五分之一。教师引导学生围绕这些差异展开讨论：为什么不同小组的实验结果会不一样？每一种偏差可能是什么原因造成的？教师不急于给出答案，而是组织学生分组讨论，从药品用量、装置气密性、操作速度、冷却程度等角度逐一排查可能的原因。教师在学生讨论的基础上进行归纳总结：进水体积小于五分之一的可能原因包括——红磷的量不足，没有将瓶内氧气完全消耗；装置气密性不好，在反应过程中外界空气进入瓶内；未等装置冷却至室温就打开弹簧夹，瓶内气体温度偏高、压强偏大。进水体积大于五分之一的可能原因包括——点燃红磷后伸入集气瓶的动作太慢，塞紧橡皮塞之前瓶内部分受热膨胀的气体逸出；弹簧夹没有夹紧胶皮管，红磷燃烧时瓶内气体受热从导管逸出。教师强调，误差分析不是为了“挑毛病”，而是帮助我们更深刻地理解实验原理，学会用严谨的态度对待科学实验。 【学生活动】 各小组对照自己的实验结果，分析本组数据是偏大还是偏小，讨论可能的原因。小组代表在全班分享本组的分析思路。其他小组可以补充不同的看法。通过全班的交流讨论，学生逐步形成完整的误差分析清单。教师引导学生思考：如果让你重新做这个实验，你会特别注意哪些操作细节来减小误差？学生结合误差分析的结果，列出自己认为最关键的几个操作要点。这一环节中，学生不再是按照课本步骤“照方抓药”，而是真正理解了每一步操作为什么要那样做，以及操作不规范会带来什么后果。 【设计意图】 误差分析是实验教学中最能培养学生科学思维和严谨态度的环节。不同小组实验结果的差异本身就是宝贵的教学资源。通过分析“为什么不一样”，学生将对实验原理的理解从表面深入到本质，从“记住结论”上升到“理解结论是如何得出的”。这种批判性思维和反思能力，比实验结果本身更加重要。 任务五：认识氮气——空气中含量最多的气体 【活动目标】 在测定氧气含量的实验基础上，认识剩余气体——氮气的主要性质和用途，完善对空气组成的整体认识。 【教师活动】 教师引导学生回顾实验：集气瓶中剩下的主要气体是什么？红磷燃烧到一定程度就熄灭了，这说明剩余气体能不能支持燃烧？集气瓶中的水进入约五分之一后就不再进入了，这说明剩余气体能不能溶于水？通过这两个问题，引导学生从实验现象中推论氮气的性质：氮气不能支持燃烧，难溶于水，通常条件下是无色无味的气体。教师进一步介绍氮气的其他性质和用途：氮气的化学性质不活泼，常温下很难与其他物质发生反应，因此常用作保护气，比如食品包装中充入氮气以防腐，焊接金属时用氮气作保护气；氮气还是制造硝酸和氮肥的重要原料；液态氮气因温度极低，可用于医疗手术中的冷冻麻醉，也可用于冷藏运输。教师展示生活中常见的充氮包装食品的图片，请学生思考为什么食品包装要充入氮气。 【学生活动】 学生结合实验现象，推论氮气的性质：红磷在剩余气体中熄灭，说明氮气不能支持燃烧；水进入五分之一后不再增加，说明氮气难溶于水。学生联系生活实际，举出氮气在生活和生产中的应用实例：食品包装袋里充的气体、灯泡里填充的气体、液氮用于冷冻治疗等。教师引导学生归纳氮气的用途与性质之间的关系：正是因为氮气化学性质不活泼，所以可以用作保护气；正是因为液氮温度很低，所以可以用于冷冻。学生初步建立“性质决定用途”的化学思维方式。 【设计意图】 氮气的性质不是教师直接告诉学生的，而是引导学生从前面实验的现象中推论出来的。这样设计，既巩固了实验所得，又让学生体会到化学研究中“从现象推性质”的基本方法。联系生活实际介绍氮气的用途，帮助学生认识化学与生活的密切联系，同时渗透“性质决定用途”的学科思想。 任务六：构建空气组成模型——课堂总结与项目成果交流 【活动目标】 通过归纳总结，帮助学生梳理本节课的知识脉络，形成对空气组成的整体认识；通过项目成果的交流展示，锻炼学生的表达与交流能力。 【教师活动】 教师引导学生回顾整节课的学习历程：从最初感知空气的存在，到追溯科学家认识空气的历史，再到亲手测定空气中氧气的含量，分析实验误差，最后认识氮气的性质和用途。教师请各组学生展示本组的“空气成分探究报告”，包括实验记录、结论和误差分析。教师在学生汇报的基础上进行梳理总结：空气是一种混合物，按体积计算，大约五分之一是氧气，五分之四是氮气；氧气能够支持燃烧和供给呼吸；氮气化学性质不活泼，是空气中含量最多的气体。教师布置课后延伸任务：查阅资料，了解我们身边的空气质量状况，思考空气污染可能来自哪些方面，我们可以为保护空气做些什么。 【学生活动】 各小组代表上台展示本组的探究报告，介绍实验过程中的发现和思考。其他小组进行点评和补充。学生在学习单上完成本节课的知识梳理，用自己的话总结空气的主要成分和它们的性质。学生提出仍然存在的疑问，教师和其他同学一起解答。课后任务由学生自主选择感兴趣的方向进行拓展探究。 【设计意图】 项目式学习的最后环节是成果的整理与交流。通过展示探究报告，学生将零散的实验经历和思考系统化、结构化，形成完整的认识。课后延伸任务将课堂学习与社会生活联系起来，为下一节课学习空气的保护埋下伏笔，同时也将科学态度与责任素养的培养落到实处。 六、板书设计 课题1 空气 一、空气是真实存在的物质 占据空间、有质量、能流动 二、空气的组成（混合物） 氧气 —— 约占五分之一 支持燃烧、供给呼吸 氮气 —— 约占五分之四 性质不活泼、难溶于水 用途：保护气、制氮肥、液氮冷冻 三、空气中氧气含量的测定 药品：红磷 现象：白烟、水进入约五分之一 结论：氧气约占空气体积五分之一 四、误差分析 进水偏少：红磷不足 / 漏气 / 未冷却 进水偏多：伸入太慢 / 未夹紧弹簧夹 学科网（北京）股份有限公司 $