2024-2025春鲁教版（五四学制）（2024）化学初中八年级全一册第四单元我们周围的空气《跨学科实践活动2 基于特定需求设计和制作简易供氧器》教学设计

2024-2025春鲁教版(五四学制)(2024)化学初中八一、教材分析本跨学科实践活动选自鲁教版(五四学制)(2024)初中八年级全一册第四单元“我们周围的空气”。氧气作为维持生命的重要物质，在日常生活、医疗急救等领域应用广泛。教材以“设计和制作简易供氧器”为主题，引导学生综合运用化学、物理、生物等多学科知识，通过设计、制作、测试等实践环节，深入理解氧气的制取、性质及应用，培养学生的跨学科思维和实践能力。从化学学科角度，学生已学习氧气的实验室制法，了解过氧化氢、高锰酸钾等制取氧气的原理和装置。本次活动将在此基础上，进一步拓展到生活中常见物质制取氧气的方法探究，深化对化学反应原理的理解。物理学科方面，涉及气体压强、流速等知识，用于理解供氧器中气体的流动和控制。生物学知识则帮助学生认识人体对氧气的需求及不同场景下的吸氧要求。本活动在教材中具有承上启下的作用。它既是对氧气相关化学知识的综合运用与拓展，又为后续学习其他气体的制取和性质以及跨学科知识的融合奠定基础，对培养学生的科学素养和综合能力具有重要意义。二、学情分析八年级学生正处于好奇心旺盛、求知欲强的阶段，对生活中的化学现象充满兴趣，且已具备一定的化学基础知识和实验操作技能。通过之前的学习，他们掌握了氧气的基本性质和实验室制取方法，能够进行简单的实验操作和观察记录。在跨学科知识方面，学生在物理课中学习了压强、流速等概念，在生物课上了解了人体呼吸系统和氧气在体内的作用，这些知识为本次实践活动提供了一定的知识储备。然而，学生在将多学科知识进行整合运用，以及从实际需求出发进行创新设计和问题解决方面，能力还有待提高。部分学生可能在小组合作中存在沟通不畅、分工不合理的情况，需要教师在活动过程中加以引导和指导。同时，由于活动涉及到设计、制作、测试等多个环节，对学生的时间管理和动手能力要求较高，可能会有一些学生感到困难，需要教师给予更多关注和支持。学生能够综合运用化学知识，设计并选择合适的制取氧气的反应原理和方法，理解不同反应的优缺点及适用场景。利用物理知识，设计简易供氧器的气体输送和控制装置，理解气体压强、流速等因素对供氧效果的影响。结合生物学知识，了解人体对氧气的需求特点，根据不同的吸氧需求(如医疗急救、高原反应等),设计合理的供氧方案。学会正确使用实验仪器和工具，制作出能够满足特定需求的简易供氧器，并能对其性能进行测试和评估。2.过程与方法目标通过小组合作，经历从需求分析、方案设计、制作实施到测试优化的全过程，培养学生的问题解决能力、创新思维能力和团队协作能力。在实践活动中，学会运用观察、实验、查阅资料等多种方法获取信息，并能对信息进行分析、归纳和总结，提高学生的信息处理能力。通过对简易供氧器设计和制作过程中的问题进行反思和改进，培养学生的批判性思维和实践反思能力。激发学生对跨学科学习和科学实践的兴趣，培养学生勇于探索、敢于创新的科学增强学生将所学知识应用于实际生活的意识，体会化学、物理、生物等学科知识在解决实际问题中的重要作用，提高学生的学科认同感和学习积极性。培养学生的社会责任感，关注医疗健康、应急救援等社会问题，通过自己的实践为解决这些问题贡献力量。四、教学重难点设计合理的制取氧气的方案，选择合适的反应物和反应装置，确保氧气的稳定产结合物理原理，设计简易供氧器的气体输送和流量控制部分，实现氧气的有效供根据不同的特定需求(如医疗急救、保健吸氧等),确定合理的吸氧浓度、流量和时长，并将其融入供氧器的设计中。如何引导学生将化学、物理、生物等多学科知识有机整合，解决简易供氧器设计和制作过程中的实际问题，实现跨学科知识的融会贯通。在制作过程中，如何帮助学生克服技术难题，确保制作的简易供氧器能够达到预期的性能要求，如稳定的氧气输出、合适的流量控制等。培养学生在实践活动中的创新思维和批判性思维，鼓励学生对设计方案和制作过程进行反思和改进，提高实践活动的质量和效果。五、教学法1.项目式教学法：以“设计和制作简易供氧器”这一项目为驱动，引导学生在完成项目的过程中主动学习和应用多学科知识，培养学生的问题解决能力和团队协作能力。2.小组合作学习法：将学生分成小组，共同完成需求分析、方案设计、制作测试等任务。通过小组讨论、分工协作，促进学生之间的交流与合作，培养学生的团队意识和沟通能力。3.启发式教学法：在教学过程中，教师通过提问、引导、启发等方式，帮助学生思考问题、解决问题，激发学生的学习兴趣和创新思维，引导学生自主探究和学习。4.实验探究法：安排学生进行实验探究，如不同物质制取氧气的实验、供氧器性能测试实验等，让学生通过亲身体验和观察，获取知识和技能，培养学生的实验操作能力和科学探究精神。收集与氧气制取、供氧器相关的资料，包括图片、视频、文献等，制作成教学课准备实验仪器和药品，如过氧化氢溶液、二氧化锰、高锰酸钾、大试管、锥形瓶、分液漏斗、导管、集气瓶、水槽、橡皮塞、棉花、注射器等，用于课堂演示和学生实准备制作简易供氧器的材料，如塑料瓶、吸管、气球、输液管、胶带、剪刀等，为学生提供丰富的制作选择。设计学生活动手册，包括项目任务书、需求分析表、设计方案记录表、实验报告表、反思评价表等，用于引导学生的实践活动和记录学习过程。复习化学课上氧气的制取方法和性质，物理课上气体压强、流速等知识，生物课上人体呼吸系统和氧气需求的相关内容。以小组为单位，提前了解生活中不同场景下对氧气的需求情况，如医院吸氧、高原旅游吸氧等，并收集相关资料，为课堂上的需求分析做准备。七、教学过程(一)情境导入(5分钟)1.展示图片和视频：教师通过多媒体展示医院中病人吸氧的场景、高原地区人们使用氧气瓶的画面以及一些紧急救援中吸氧设备的应用，引导学生观察并思考氧气在这些场景中的重要性。2.提问引发思考：教师提问：“在这些情况下，人们为什么需要吸氧?不同场景对吸氧的要求有什么不同?”鼓励学生结合已有的生活经验和生物学知识进行回答。3.引出课题：教师总结学生的回答，指出在不同的特定需求下，需要有合适的供氧设备来满足人们对氧气的需求。今天我们就来尝试设计和制作一个简易供氧器，以满足某一种特定的吸氧需求。设计意图：通过展示真实的生活场景，引发学生的兴趣和共鸣，让学生感受到氧气在生活中的重要作用，从而激发学生对设计和制作简易供氧器的探究欲望。同时，通过提问引导学生思考不同场景下的吸氧需求，为后续的需求分析环节奠定基础。(二)需求分析(10分钟)1.小组讨论：学生以小组为单位，根据课前收集的资料，讨论不同场景下对氧气的需求特点，如吸氧浓度、流量、时长等。教师巡视各小组，参与讨论并给予适当的2.小组汇报：各小组选派代表进行汇报，分享小组讨论的结果。例如，医疗急救中可能需要高浓度、大流量的氧气供应，以迅速缓解患者的缺氧症状；而高原旅游时，一般需要持续低流量吸氧，以适应高原环境。3.教师总结：教师对各小组的汇报进行总结和归纳，梳理出不同场景下吸氧需求的关键要素，并引导学生思考如何根据这些需求来设计简易供氧器。设计意图：通过小组讨论和汇报，培养学生的团队协作能力和信息收集与整理能力。让学生深入了解不同场景下的吸氧需求，明确设计简易供氧器的目标和方向，为后续的方案设计提供依据。同时，教师的总结和引导有助于学生将零散的信息系统化，为跨学科知识的应用做好铺垫。(三)知识回顾与拓展(10分钟)1.化学知识回顾：教师引导学生回顾化学课上学习的氧气制取方法，如过氧化氢在二氧化锰催化下分解、高锰酸钾受热分解等，让学生写出相应的化学方程式，并分析各反应的优缺点。2.物理知识拓展：教师讲解物理知识在供氧器设计中的应用，如气体压强原理决定了氧气如何从发生装置输送到使用端，流速与管径的关系影响氧气的流量控制等。通过简单的示意图和实例，帮助学生理解这些物理原理。3.生物知识关联：教师结合生物学知识，进一步强调不同吸氧需求与人体生理特征的关系，如人体在不同状态下对氧气的摄取和利用情况，以及吸氧浓度和时长对人体的影响等。设计意图：复习化学知识，强化学生对氧气制取原理的理解，为选择合适的制取方法提供理论支持。拓展物理知识，让学生明白物理原理在供氧器设计中的重要作用，促进跨学科知识的融合。关联生物知识，使学生从人体生理需求的角度出发，更科学地设计供氧器，体现学科知识的综合性和实用性。(四)方案设计(20分钟)1.小组设计：学生以小组为单位，根据确定的特定需求，综合运用化学、物理、生物知识，设计简易供氧器的方案。方案应包括制取氧气的方法选择、反应装置设计、气体输送和流量控制装置设计等内容。学生在活动手册上绘制设计草图，并简要说明设计思路和原理。2.组内交流：小组成员之间对设计方案进行交流和讨论，互相提出意见和建议，对方案进行完善和优化。教师巡视各小组，观察学生的设计过程，适时给予启发和指导，引导学生解决设计中遇到的问题。3.小组展示：各小组展示设计方案，通过投影展示设计草图，并由小组代表讲解设计思路、采用的原理以及预期达到的效果。其他小组的学生认真倾听，并提出疑问4.教师点评：教师对各小组的设计方案进行点评，肯定优点，指出不足，并提出改进的方向和建议。重点引导学生从科学性、合理性、创新性和可行性等方面对方案进行评估，鼓励学生大胆创新，同时要确保设计方案能够满足特定的吸氧需求。设计意图：通过小组合作设计方案，培养学生的创新思维和实践能力，让学生在实践中体验跨学科知识的应用。组内交流和小组展示环节，促进学生之间的思想碰撞和经验分享，培养学生的沟通能力和批判性思维。教师的点评和指导有助于学生进一步完善设计方案，提高方案的质量和可行性。(五)制作实施(30分钟)1.材料分发：教师根据学生的设计方案，为各小组分发制作简易供氧器所需的材料和工具，如塑料瓶、吸管、气球、输液管、胶带、剪刀等。同时，再次强调实验安全注意事项，如使用剪刀时要小心、避免材料误食等。2.小组制作：学生按照设计方案，分工协作，开始制作简易供氧器。在制作过程中，学生可能会遇到各种实际问题，如材料不匹配、装置漏气等。教师密切关注各小组的制作进展，及时给予技术支持和帮助，引导学生通过调整设计或更换材料等方法3.过程指导：教师在巡视过程中，针对学生制作过程中出现的共性问题，进行集中指导和讲解。例如，如何确保装置的气密性、如何合理连接各个部件等。同时，鼓励学生在保证基本功能的前提下，对制作过程进行创新和改进，提高供氧器的性能和设计意图：让学生通过实际动手制作，将设计方案转化为实物，培养学生的动手能力和解决实际问题的能力。在制作过程中，学生面临各种挑战，通过不断尝试和调整，能够加深对知识的理解和应用，同时培养学生的耐心和毅力。教师的及时指导和帮助，确保学生能够顺利完成制作任务，提高学生的实践成功率和学习积极性。(六)测试优化(20分钟)1.测试计划制定：教师引导学生制定简易供氧器的测试计划，明确测试的目的、方法和指标。例如，测试氧气的产生量是否满足需求、流量是否稳定、装置是否漏气等。学生在活动手册上记录测试计划。2.性能测试：各小组按照测试计划，对制作的简易供氧器进行性能测试。学生可以使用简单的工具和方法进行测试，如用排水法收集氧气并测量体积来判断氧气产生量，通过观察气泡冒出的速度来估计流量等。在测试过程中，学生认真记录测试数据3.结果分析：小组根据测试结果进行分析，判断简易供氧器是否达到设计要求。如果存在问题，分析问题产生的原因，如反应速率过快或过慢、气体输送不畅等。教师引导学生运用所学知识，对测试结果进行深入分析，找出问题的关键所在。4.优化改进：针对测试中发现的问题，学生对简易供氧器进行优化改进。例如，调整反应物的用量或浓度来控制反应速率，改进气体输送管道的连接方式以确保气密设计意图：通过测试环节，让学生学会运用科学的方法对自己的作品进行评估，培养学生的科学探究精神和实践反思能力。对测试结果的分析和优化改进过程，能够让学生深入理解影响供氧器性能的因素，进一步巩固和应用多学科知识，提高学生解(七)总结与评价(15分钟)1.小组总结：各小组对本次实践活动进行总结，回顾从需求分析到设计制作再到测试优化的全过程，分享活动中的收获和体会，反思存在的问题和不足之处。小组代2.教师总结：教师对本次实践活动进行全面总结，强调跨学科知识在解决实际问题中的重要性，肯定学生在活动中的积极表现和创新思维，对学生在设计、制作、测试等环节中的优秀成果给予表扬。同时，针对学生普遍存在的问题进行再次讲解和指3.多元评价：采用学生自评、小组互评和教师评价相结合的多元评价方式。学生根据活动手册中的评价标准，对自己在活动中的参与度、团队协作能力、知识应用能力、创新能力等方面进行自我评价。小组之间相互评价对方的设计方案、制作工艺、测试结果等，提出优点和建议。教师根据学生在整个活动过程中的表现，包括课堂参与、小组合作、作品质量等，进行综合评价，给出客观公正的评价意见和成绩。评价设计意图：通过总结环节，帮助学生梳理活动过程，强化知识和技能的掌握，培养学生的总结归纳能力和反思意识。多元评价方式能够从多个角度全面评价学生的学习成果和综合素质，激发学生的学习动力和积极性，促进学生的全面发展。同时，评八、板书设计保健吸氧：低浓度、适当流量和时长化学：氧气制取方法物理：气体压强、流速生物：人体氧气需求制取装置输送装置流量控制装置制作要点测试指标与结果分析针对问题的改进措施设计意图：板书设计简洁明了，突出了本次实践活动的重点内容，包括需求分析、知识应用、设计方案、制作测试和优化改进等关键环节。通过板书，学生能够清晰地回顾整个活动过程，强化对跨学科知识的理解和记忆，同时也为学生的总结和反思提供了直观的参考。本次跨学科实践活动，以设计和制作简易供氧器为载体，引导学生综合运用化学、物理、生物等多学科知识解决实际问题，取得了