《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

《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、教学目标1、知识与技能目标-学生能够理解化学反应中的定量关系，包括氧气产生的量与反应物的量之间的关系。-掌握简易供氧器的工作原理，能准确说出其涉及的化学反应。-学会根据给定的需求，设计并制作简易供氧器的基本模型。2、过程与方法目标-通过小组讨论和实验探究，提高学生分析问题、解决问题的能力。-在设计和制作简易供氧器的过程中，培养学生的创新思维和实践操作能力。-经历从理论知识到实际应用的转化过程，提升学生的知识迁移能力。3、情感态度与价值观目标-激发学生对化学学科的兴趣，增强学生学习化学的自信心。-培养学生的团队合作精神和环保意识，使学生认识到化学在生活中的重要性。二、学情分析八年级的学生已经对化学学科有了一定的了解，掌握了一些基本的化学概念和化学反应。他们具有较强的好奇心和求知欲，喜欢通过动手实践来探索新知识。然而，学生在将化学知识应用于实际问题解决方面可能存在一定的困难，对于化学反应中的定量关系的理解可能还不够深入。此外，学生的动手能力和创新思维也存在差异，在小组合作过程中需要教师进行适当的引导和协调。三、教学重难点1、教学重点-化学反应定量关系在简易供氧器设计中的应用。-简易供氧器的制作流程和要点。2、教学难点-根据特定需求准确设计简易供氧器，包括反应物的选择和用量计算。-解决制作过程中可能出现的技术问题，如氧气产生速率的控制。四、教学方法讲授法、讨论法、实验法、探究法五、教学过程（一）导入新课同学们，我给你们讲个我自己的经历。有一次我去爬山，那山可高了。爬到一半的时候，我就感觉呼吸困难，气喘吁吁的。我就想啊，这要是在山上能有个随时提供氧气的东西就好了。你们有没有过类似的经历呀？比如说在空气不太好的地方，或者做剧烈运动的时候，感觉氧气不够用。今天呢，咱们就来当一回小发明家，一起设计和制作一个简易的供氧器。（二）讲授新课1、化学反应定量关系回顾-咱们先回顾一下之前学过的化学反应定量关系。就拿过氧化氢分解这个反应来说吧，过氧化氢在二氧化锰的催化作用下分解生成水和氧气，这个反应的化学方程式是：2H₂O₂MnO₂2H₂O+O₂↑。从这个方程式里咱们能看出，2个过氧化氢分子分解能产生1个氧分子。这就是一种定量关系。那如果我们想要得到一定量的氧气，就可以根据这个关系来计算需要多少过氧化氢。我来举个例子啊，如果我们想要制取32克氧气，根据氧气的相对分子质量是32，过氧化氢的相对分子质量是34，根据化学方程式的计算，我们就可以算出需要68克过氧化氢。同学们，这个计算是不是很神奇呀？大家可以自己试着算一算，如果要制取16克氧气，需要多少过氧化氢呢？-然后我们再看看高锰酸钾受热分解制取氧气这个反应，反应方程式是：2KMnO₄△K₂MnO₄+MnO₂+O₂↑。这里面2个高锰酸钾分子分解可以得到1个氧分子。通过这些反应，我们要明白，化学反应中的反应物和生成物之间是有固定的量的关系的。2、简易供氧器的工作原理-那简易供氧器是怎么工作的呢？其实就是利用化学反应产生氧气。比如说刚才提到的过氧化氢分解反应就可以用在供氧器里。过氧化氢在装置里分解产生氧气，然后通过合适的管道或者出口把氧气提供给需要的人或者地方。那除了过氧化氢分解，还有没有其他的反应可以用来制取氧气呢？同学们可以讨论一下。-小组讨论后，有的同学可能会提到氯酸钾受热分解制取氧气，反应方程式是：2KClO₃MnO₂△2KCl+3O₂↑。这也是一个可以产生氧气的反应。那我们在设计供氧器的时候，就可以根据这些反应的特点来选择合适的反应。3、根据需求设计简易供氧器-现在咱们假设一个需求，比如说要给一个在高海拔地区轻度缺氧的人提供氧气，而且要持续供应2个小时，每分钟提供1升氧气。那我们该怎么设计这个简易供氧器呢？-首先，我们要计算需要产生多少氧气。2个小时就是120分钟，每分钟1升，那一共就需要120升氧气。在标准状况下，氧气的密度约为1.429克/升，那120升氧气的质量就是120×1.429=171.48克。-然后我们根据化学反应方程式来计算需要多少反应物。如果我们选择过氧化氢分解反应，根据前面提到的定量关系，就可以算出需要多少过氧化氢。同学们可以和小组成员一起算一算。-在设计的时候，我们还要考虑反应的速率。如果反应太快，氧气一下子就产生完了，那可不行；如果反应太慢，又不能满足需求。所以我们要想办法控制反应速率。比如说可以通过控制过氧化氢的浓度，或者调整催化剂二氧化锰的用量来控制反应速率。-除了这些，我们还要设计氧气的输出装置。怎么能让氧气顺利地到达使用者那里呢？可以用一些简单的管道，或者像医院里吸氧的那种鼻吸管之类的东西。4、简易供氧器的制作-材料准备-我们要准备一个合适的容器，比如说一个塑料瓶或者玻璃瓶。这个容器要能承受一定的压力，因为氧气产生的时候可能会有一定的压力。-过氧化氢溶液，要根据我们前面计算的量来准备。-二氧化锰粉末，作为催化剂。-还有一些连接装置，比如小导管、橡胶塞等，用来连接容器和氧气输出装置。-制作步骤-首先，在容器上打孔，把导管插进去，然后用橡胶塞密封好。这个导管就是氧气的出口。-然后把适量的二氧化锰粉末放入容器底部。要注意，二氧化锰的量要合适，太多或者太少都会影响反应速率。-接着把计算好量的过氧化氢溶液小心地倒入容器中。这时候就要注意安全了，过氧化氢溶液可能会对皮肤有刺激，不要洒到手上。-最后，把氧气输出装置连接好，比如把导管和一个简单的鼻吸管连接起来。这样，一个简易的供氧器就初步制作好了。（三）课堂巩固1、让学生根据不同的需求重新设计简易供氧器。比如说要给一个运动场馆的小区域提供氧气，或者给一个小的密封空间里的植物提供氧气等。每个小组选择一个需求进行设计，然后把设计思路和计算过程写下来。2、对制作好的简易供氧器进行测试。看看氧气产生的速率是否符合预期，氧气的输出是否顺畅等。如果有问题，让学生自己分析是哪里出了问题，是反应速率的问题，还是装置连接的问题，然后进行调整。（四）课堂总结1、让学生回顾一下今天学到的内容。从化学反应的定量关系，到简易供氧器的工作原理、设计要点和制作步骤。2、强调在设计和制作过程中，化学知识的重要性，以及如何把理论知识应用到实际的发明创造中。（五）作业布置1、让学生回家后思考，如果要设计一个可以长时间持续供氧并且便于携带的供氧器，需要考虑哪些因素，并且画出设计草图。2、查找资料，看看还有哪些化学反应可以用于供氧，这些反应有什么优缺点，写一篇小短文介绍一下。六、教学资源1、化学实验器材，包括塑料瓶、玻璃瓶、导管、橡胶塞、过氧化氢溶液、二氧化锰粉末等。2、多媒体设备，用于展示化学反应方程式、制作简易供氧器的示例图片和视频等。七、教学评价1、形成性评价-在课堂讨论环节，观察学生的参与度和表现，对积极参与讨论、提出有价值观点的学生给予表扬和鼓励。-在制作简易供氧器的过程中，巡视各小组的制作情况，对学生的操作技能、团队协作能力进行评价。对于遇到问题能够积极思考、尝试解决的小组和学生给予肯定。2、终结性评价-通过学生的课堂作业，包括根据不同需求设计简易供氧器的方案和对其他供氧反应的介绍短文，来评价学生对本节课知识的掌握程度和应用能力。-在单元测试或者期末考试中，设置相关的题目，考查学生对化学反应定量关系在简易供氧器设计中的理解和应用。八、教学反思在这堂课的教学过程中，导入部分通过讲述自己爬山缺氧的经历，引起了学生的兴趣，让他们更容易进入到课程内容中。在讲授化学反应定量关系时，通过具体的例子计算，大部分学生能够理解，但还是有少数学生在计算过程中出现错误，以后教学中可以增加更多的练习机会。在设计和制作简易供氧器的环节，学生们的表现非常积极，但是也暴露出一些问题，比如有的小组在控制反应速率方面考虑不够周全，有的小组在装置连接上不够紧密。这说明在教学过程中，对于一些细节问题还需要进