基于科学思维培养的“氧气”教学设计与实施

一、教学主题内容分析该节教学内容选自人教版九年级《化学》上册第二单元“我们周围的空气”课题2“氧气”的新授课，是《义务教育化学课程标准（2022年版）》中“物质的性质与应用”“科学探究与化学实验”主题的重要内容。二、教学思想与创新点该节课将重点放在2个方面：一是通过引导学生整理反思对氧气的认识，初步抽提出化学学科认识物质的基本角度，并巩固性质与用途、存在等的关系；二是以化学变化概念为依据，将认识物质化学性质具体化为探究物质能发生怎样的化学反应，不仅搭建起性质与变化的关系，同时构建用实验学习物质化学性质的一般思路与方法。三、教学目标1．通过实验，认识氧气的物理性质和化学性质，能描述有关实验现象，写出有关反应的文字表达式。基于氧气的性质理解其应用，初步形成性质决定用途的观念。2．通过对氧气的学习，了解学习化学学科认识物质的一般角度。3．通过对氧气化学性质的探究，初步形成证据意识，构建通过实验学习物质化学性质的一般思路和方法，培养科学思维。4．结合实验的演示等，树立自觉的实验安全意识和环保意识，进一步理解化学对美好生活和社会发展的贡献。四、教学设计流程教学设计流程如图1所示。五、教学过程任务1：初识氧气——学习化学学科认识物质的一般视角【教师】情境导人，展示丹霞山国家森林公园的图片，请同学们根据生活经验和以前所学内容，思考：关于氧气，你知道哪些知识？你能从哪些方面描述它？【学生】思考，讨论后回答。如氧气约占空气体积的1/5，是无色无味的气体，供给呼吸，支持燃烧等。【教师】同学们对氧气的描述，主要是指氧气的存在、性质、用途等，我们以后还要学习氧气的组成决定了氧气为什么跟其他物质的性质不同、我们怎样获取氧气等。【教师】化学学科认识物质的一般视角包含物质的存在、组成、性质、用途、制取等。今天重点学习氧气的性质。任务2：氧气的物理性质【教师】展示一瓶氧气，请同学们结合实物、生活经验描述和推断氧气的物理性质。引导学生在课本上找出氧气的密度、水溶性等信息，通过数据分析，得出氧气的密度、水溶性、熔点、沸点以及氧气的保存等。【学生】通过观察、闻气味等方法，得出标准状况下，氧气是无色、无味的气体。通过分析对比数据，得出氧气的密度比空气略大，不易溶于水。【教师】归纳学习气体的物理性质一般包含的内容，如气体的颜色、状态、气味、密度、水溶性等。任务3：氧气的化学性质环节1：如何学习物质的化学性质【教师】什么是物质的化学性质，我们应该如何学习物质的化学性质？【学生】物质在发生化学变化时所表现出来的性质，叫物质的化学性质。所以我们要通过物质的化学变化学习其化学性质。【教师】怎样知道物质发生的变化是化学变化（化学反应）？依据是什么？【学生】有新物质生成的变化是化学变化。所以判断一个反应是否是化学反应，依据就是有无新物质生成。【教师】我们今天要学习氧气的化学性质，就需要看一看氧气能跟哪些物质发生化学变化，氧气能跟哪些物质发生化学变化呢？怎么知道发生的是化学变化呢？比如，生活中烧烤时我们用到木炭，木炭的燃烧，是与氧气发生化学变化吗？请同学们先猜测，并说出依据。【学生】多数学生直接说出燃烧就是化学变化。【教师】燃烧是一种现象，现象或生活经验不能作为推断是否是化学变化的依据。推断是否是化学变化的依据，是应该通过实验，判断有无新物质生成。环节2：氧气与木炭反应【教师】提出问题：木炭燃烧是与氧气发生化学反应吗？【教师】实验前，先强调实验的注意事项，如注意安全，有序观察，有序表达，根据实验目的分析实验现象得出结论。【教师】演示实验，在空气中点燃木炭。【学生】观察现象，木炭在空气中红热。【教师】木炭在空气中燃烧，发生红热，放出热量。是否可以判断是木炭与氧气发生了化学反应？【学生】不能。因为空气中还有其他气体。而且不能判断有无新物质生成。【教师】演示实验，将燃着的木炭慢慢伸人到盛有氧气的集气瓶中。【学生】观察现象并描述。木炭在氧气中燃烧更加剧烈。【教师】木炭在氧气中燃烧更加剧烈，发出白光，放出大量热量。是否可以判断是木炭与氧气发生的化学反应？【学生】因为木炭是在盛有氧气的集气瓶中发生的反应，可以判断是与氧气发生的反应。但是，还不能判断是否有新物质生成，所以不能判断是不是化学反应，需要进一步实验。【教师】演示实验，迅速往集气瓶中倒人少量澄清石灰水，振荡。【学生】观察现象并描述。澄清石灰水变浑浊，说明有二氧化碳生成，说明是化学反应。写出文字表达式：【学生】解决问题：在点燃条件下，木炭与氧气发生化学反应，生成二氧化碳。【教师】根据实验现象分析得到，木炭可以与氧气发生化学反应。对比木炭在空气中与在氧气中燃烧现象，有什么不同？【学生】木炭在氧气中比在空气中燃烧更剧烈。【教师】木炭在氧气中比在空气中燃烧更剧烈的原因可能是什么？氧气与其他物质反应也是这样吗？请同学们先猜测，并说出依据。【学生】大部分学生回答可能跟氧气的浓度有关，并猜测其他物质跟氧气发生反应，也应该有类似的现象。【教师】那我们就通过氧气跟其他物质（如硫）的反应，来验证同学们的猜测。实验前，先通过回顾氧气与木炭的反应，归纳通过实验学习氧气化学性质的思路和方法。环节3：归纳通过实验学习氧气化学性质的思路和方法【教师】引导学生根据氧气与木炭反应的实验，归纳出如图2所示的用实验探究的方法学习氧气化学性质的思路和方法。环节4：氧气与硫反应【教师】提出问题：点燃条件下，氧气与硫也能发生化学反应吗？氧气含量越高，反应也会越剧烈吗？请根据实验探究的思路，做出猜想，并设计实验进行验证。【学生】根据氧气与木炭的反应推测，氧气应该与硫也能发生化学反应。而且，同样也是氧气含量越高，反应也会越剧烈。【教师】如何验证猜想？【学生】通过实验验证。可以类比氧气与木炭反应的实验，比较硫在空气中与氧气中的反应，通过分析现象，判断是否能燃烧，有无新物质生成，是否在氧气中比在空气中燃烧更剧烈。【教师】演示实验，引导学生比较硫在空气中和在氧气中燃烧的现象，分析现象得出结论。【学生】观察现象并描述。硫在空气中燃烧，发出微弱的淡蓝色火焰，放出热量，生成有刺激性气味的气体。硫在氧气中剧烈燃烧，发出明亮的蓝紫色火焰，放出大量热量，生成有刺激性气味的气体。【教师】上述问题解决了吗？发生化学变化的证据是什么？【学生】解决问题：有刺激性气味气体的生成说明是化学反应。硫在氧气中比在空气中燃烧更剧烈，说明氧气含量越高，反应越剧烈。【教师】生成的有刺激性气味的气体是二氧化硫。【学生】写出文字表达式：【教师】做此实验的集气瓶底部留有少量水，为什么？【学生】防止生成的气体逸出污染空气。【教师】二氧化硫是污染空气的一种气体。生活中，煤里面含有硫，鞭炮里面含有硫，燃烧时都会产生二氧化硫。所以要大力推广脱硫煤，加强利用新能源，遵守烟花爆竹安全管理规定，保护环境，人人有责。【教师】实际问题解决：生活中用炉火，火不旺，怎么办？【学生】往炉火中吹气。【教师】为什么？【学生】增加炉火中空气的含量。【教师】这就是“氧气含量越高，反应越剧烈”的应用。我们现在再看一个应用。现有一瓶氧气，如何简单验证？【学生】用带火星的小木条。把空气中带火星的木条伸人到盛有氧气的集气瓶中。【教师】预测有什么现象？为什么？【学生】小木条复燃。因为盛有氧气的集气瓶中氧气含量大。【教师】演示实验，将带火星的木条伸人到盛有氧气的集气瓶中。【学生】观察现象并描述：带火星的小木条复燃。【教师】一般情况，验证一瓶气体是氧气的方法，就是将带火星的木条伸人到集气瓶中。带火星的木条复燃，可以证明集气瓶中是氧气。环节5：氧气与铁反应【教师】木炭、硫、红磷这类物质能在氧气中燃烧，生活中还常常见到的一类物质是金属，如铁、铜等，它们能否在氧气中燃烧呢？（图片展示电炉丝，主要成分是铁）【教师】提出问题：铁丝在空气中能燃烧吗？铁丝在氧气中能燃烧吗？如果反应会生成什么呢？请根据实验探究的思路，做出猜想，并设计实验进行验证。（组织学生阐述观点、互评）【学生】根据前面木炭、硫跟氧气的反应，可以燃烧，因此猜测铁丝也能跟氧气反应，也能燃烧。可以通过实验，看一看铁丝在空气中、在氧气中是否可以燃烧。【教师】演示实验：把2根打磨光亮的细铁丝分别拧成螺旋状，取1根在酒精灯上加热。将另1根细铁丝下端系1根火柴，点燃火柴，待火柴快燃尽时，插入盛有氧气的集气瓶中。【学生】铁丝在空气中加热，只能红热，不能燃烧。铁丝在氧气中剧烈燃烧，火星四射，放出大量热量，生成黑色固体。【教师】生成的黑色固体叫四氧化三铁。【学生】写文字表达式：【学生】解决问题：铁丝在空气中不能燃烧；点燃条件下，在氧气中剧烈燃烧，生成四氧化三铁。【教师】做此实验的集气瓶底部留有少量水，为什么？【学生】防止生成的高温熔融物溅落使集气瓶底部炸裂。【教师】可以换成细沙吗？【学生】可以换成细沙，因为细沙也可以防止集气瓶底部炸裂。环节6：概括氧气的化学性质【教师】引导学生一起回顾木炭、硫、铁丝、汞、红磷与氧气发生的反应，你能用一句话概括氧气的化学性质吗？【学生】一定条件下，氧气可以跟很多物质发生化学反应，氧气的化学性质比较活泼。【教师】一种物质能与什么物质发生化学反应？在什么条件下发生？生成什么新物质？证据是什么？这是探究物质化学性质的实质和思路。任务4：化合反应与氧化反应【教师】观察木炭、硫、铁、汞、红磷与氧气发牛的反应的文字表达式，请同学们从参加反应的物质、生成的物质等角度分析，有什么共同特点？由此可得什么结论？【学生】讨论后回答。这些反应都是2种或2种以上物质生成1种物质的反应，而且都有氧气参加反应。【教师】归纳：2种或2种以上物质生成1种物质的反应，叫化合反应。物质与氧气发生的反应，属于氧化反应。氧气在氧化反应中提供氧，具有氧化性。同学们刚才用