九年级化学人教版基于特定需求设计和制作简易供氧器（教学设计）

跨学科实践活动4基于特定需求设计和制作简易供氧器教学设计活动：基于特定需求设计和制作简易供氧器课时1授课年级初三活动分析《跨学科实践活动4基于特定需求设计和制作简易供氧器》主要涵盖人教版教材九年级《化学（上册）》第2单元和第5单元的内容，纵向结合了新课标课程内容中主题15的相关内容，综合体现“物质的化学变化”“物质的性质与应用”等主题的大概念与核心知识，同时也承载了“氧气的制取与性质”这一学生必做实验，对“化学与社会·跨学科实践”主题中的化学与健康、材料等相关内容也有所涉及，不仅有助于学生建构变化观、元素观等化学观念，发展建构思维模型等，也有利于培养学生的科学态度与社会责任，促进“比例和定量”等跨学科大概念的发展和完善，促进核心素养发展的育人价值。学情分析本课的授课对象是9年级的学生，经过一段时间的化学学习，学生们已经初步理解了化学变化的定义和本质，掌握了实验室制取氧气的基本知识，能够进行简单的实验操作，书写化学方程式，并理解质量守恒定律，能够利用这一定律进行简单的计算。然而，他们还不熟悉什么是项目式学习，缺乏项目规划的能力；只具备简单的实验操作技能，实验设计、反思和改进等探究能力较为薄弱；难以将具体的知识与实际问题建立联系，缺乏运用知识解决实际问题的能力；知识比较零散单薄，缺乏系统化和结构化的知识经验。活动目标1.通过讨论供氧器的应用范围和场景，明确项目需要解决的问题和研究的价值，体会化学物质及其变化在保障人体健康等方面的重要性。2.通过复习氧气制取实验，将知识经验结构化，初步形成从原理到装置，再到实验室制取气体的一般思路。3.通过对项目任务的拆解和规划，初步结合工程技术方法，建立基于特定需求设计供氧器的一般流程和方法，形成模型。4.通过选择原理、绘制草图、动手制作等小组合作活动，综合应用化学与工程技术等跨学科知识，初步制作项目作品，并进行反思和改进。活动重、难点重点：通过对项目任务进行拆解和规划，初步融合工程技术方法，建立基于特定需求设计供氧器的一般程序和方法，形成模型。难点：综合应用化学与工程技术方法等跨学科知识初步制作项目作品，并作反思和改进。核心素养化学观念：涵盖“物质的化学变化”“物质的性质与应用”等大概念和核心知识，学生能够建构变化观、元素观等化学观念，理解化学物质的本质及其变化规律。科学思维：活动中要求学生进行实验设计、绘制草图、动手制作和反思改进，这些步骤发展了学生的建构思维模型能力，培养了他们的科学思维方式和解决问题的能力。科学探究与实践：学生需要进行“氧气的制取与性质”这一必做实验，综合应用化学与工程技术等跨学科知识，亲自动手制作供氧器。这一过程强化了他们的实验操作能力和探究能力，促进了科学探究与实践素养的发展。科学态度与责任：通过对项目任务的拆解和规划，学生不仅学习了科学方法，还培养了严谨的科学态度和社会责任感，理解化学在保障健康、改善生活方面的实际应用，推动了学生科学态度与责任感的培养。教学过程活动引入氧气与人体健康关系密切，在特定环境下，人们需要携带方便、操作简单、安全可靠，且成本较低的供氧器。我们能不能利用生活中的材料和相关试剂，设计和制作一个简易供氧器呢？引入新课。活动设计与实施任务一：了解需求1.讨论：哪些人群在哪些场景或地域会用到供氧器？供氧器的使用范围或场景有：家用保健型供氧，在高原、火灾、矿难等危险环境中的救治型供氧，老人保健吸氧、孕期保健吸氧，大型化工生产或水下作业的供氧，医疗急救供氧，航空航天以及水产养殖、粮食或食品贮存对供氧和耗氧的双向需求等……需求的场景不同，制氧的原理也不同，优质的供氧设备能够有效地提升人们的生活水平。讨论：相应的供氧器应具有怎样的特点？优点：便利，在家可以吸氧，制氧成本低。不足：需要通电，出门无法使用。优点：氧气纯度高；有医生的指导，更专业。不足：受地方限制，不能即时吸氧；费用较高。优点：随身可携带，氧气纯度高。不足：成本较高；一次性使用，丢弃的瓶子造成资源浪费。优点：提高溶氧量，减少水温不一致，净化水质。不足：寿命短，耗电能力强，噪音比较大。2.交流：选择其中一种情况，通过讨论确定简易供氧器的设计和制作目标。任务二：获取信息1.查阅资料：目前商业化的供氧器有哪些类型呢？2.结合本组的目标，阅读有参考价值的供氧器的说明书，尝试进行实物演示与拆解，了解其组成、结构、工作原理和操作方法。氧立得是一款化学药剂家用制氧机，如下是其拆解后的结构。氧立得的使用说明（1）性状：A剂：固体氧释放剂(白色颗粒)，采用先进工艺生产，颗粒均匀，保质期长。B剂：催化剂(黑色粉末或颗粒)，采用特殊工艺生产，保证出氧量稳定。（2）规格：A剂：100g/包B剂：3g/包急救包(3包A剂，3包B剂)A剂：100g/包B剂：9g/包（3）成分：A剂：过碳酸钠B剂：二氧化锰（4）氧含量：99.5%（5）作用与用途：用于各种缺氧症状的补充供氧（6）储藏方法：干燥阴凉处保存氧立得的工作原理(1)操作方法：在反应仓中首先加入粉末状过碳酸钠(2Na2CO3·3H2O2)、水，然后加入粉末状二氧化锰(MnO2)，即产生氧气。(2)工作原理：第一步：2Na2CO3·3H2O2=2Na2CO3+3H2O2；第二步：。氧立得的操作方法(1)反应仓内应加入自来水(凉水)，严禁使用热水。(2)反应仓加水后，先投入A剂，再投入B剂。每次供氧停止后，将反应残液倒洗清空。供水困难时，可在残液冷却时，补充A剂(不加B剂)连续供氧。3.比较其与实验室制取氧气在制氧原理、收集方法、仪器装置等方面的异同，综合运用多学科知识分析原因，总结供氧器的工作原理和组成特点。总结供氧器的工作原理和组成特点任务三：设计制作如何设计一款简易的制氧机呢？类比实验室制取氧气的思路，小组讨论制作简易制氧机的思路？你会选择哪一种原理制作制氧机呢？小组讨论选择制氧原理时需考虑哪些因素呢？除了上述因素外，还需考虑哪些什么呢？学生回答：实际供氧量氧立得说明书使用建议：通过计算确定制氧剂的用量标准状况下，氧气的密度为1.43g/L，如果要供给正常健康人连续吸氧10分钟，制氧的气流量约为350mL/min，产生的氧气纯度约为99.5%，大约需要过氧化氢多少克?1.根据使用要求和已有条件，选择合适的制氧原理，设计供氧器的组成和结构，绘制设计图，通过计算确定相关试剂的用量，制作简易供氧器。初版草图示例(仅供参考)2.对产品进行试验，了解其供氧效果，并对试验结果进行分析，从工程技术角度进一步优化产品，编写自制供氧器的使用说明书。制氧机说明书

(1)反应仓内应加入自来水(凉水),严禁使用热水。

(2)反应仓加水后,先投入A剂，再投入B剂。每次供氧停止后,将反应残液倒空清洗。供水困难时,可在残液冷却时,补充A剂(不加B剂)连续供氧。(答案合理即可)展示与交流展示自制供氧器，介绍产品的工作原理、制作方法和供氧效果等。与同学交流和相互评价，分享活动收获和体会。练习与应用1.实验室用高锰酸钾制取氧气的过程中，不需要使用的仪器是()【答案】A2.项目学习小组在学习了实验室制取氧气之后，查阅了相关资料，利用塑料瓶、注射器、吸管、输液管等设计并制作简易供氧器，如图。其中药品A是过碳酸钠，遇水会分解出H2O2，药品B是一种黑色粉末状催化剂，回答下面的问题。（1）氧气能供给呼吸，保持氧气化学性质的最小粒子是氧分子。下列物质中含有氧分子的是()A.二氧化碳 B.过氧化氢 C.液态空气 D.高锰酸钾（2）生活用品可以代替一些化学仪器。本实验利用了塑料瓶、注射器、吸管、输液管等进行实验，在该实验中相关说法错误的是()A.B是二氧化锰 B.塑料瓶相当于锥形瓶C.吸管相当于玻璃棒 D.输液管相当于导管【答案】CC活动总结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任务一：了解需求任务二：获取信息制氧剂的选择（分析制氧机的原理）任务三：设计制作制氧机教学反思亮点：通过“氧气与人体健康”的真实情境引入，激发了学生的学习兴趣和动机。在任务驱动下，学生通过解决实际问题深化了对化学知识的理解。教学融合了化学、生物、工程技术等多学科，培养了学生的综合应用能力和创新思维。实物演示、拆解和动手制作等实践活动增强了学生的动手能力和科学探究能力，同时锻炼了团队合作和项目管理能力。不足：时间安排紧凑，可能限制了学生对每个环节的深度探讨和学习效果。实验过程中对化学药剂使用和反应的安全性考虑不够，需要加强安全指导。在小组活动中，部分学生未能充分参与，教师对每组的指导和个别化帮助不足，影响了学习效果。教学建议：跨学科项目式学习有助于发展学生理性面对未来陌生问