2024-2025春鲁教版（五四学制）（2024）化学初中八年级全一册第五单元定量研究化学反应《跨学科实践活动3 基于绿色化学探究实验室制氧气的原理》

《基于绿色化学探究实验室制氧气的原理》教学设计本课题选自鲁教版(五四学制)(2024)初中八年级化学全一册第五单元定量研究化学反应中的跨学科实践活动。氧气的制取是初中化学实验教学的重要内容，通过对实验室制氧气原理的探究，不仅能帮助学生深入理解化学反应的本质和定量研究的方法，还能培养学生的科学探究能力和创新思维。本活动将绿色化学理念融入其中，强调从资源利用、环境保护等多角度审视化学实验，引导学生树立可持续发展的意识，这与当今社会对化学学科的要求相契合。同时，跨学科实践活动有助于打破学科界限，整合化学与物理、生物等学科知识，培养学生综合运用知识解决实际问题的能力，为学生的未来发展奠定基础。八年级学生正处于对未知充满好奇、具有较强探究欲望的阶段。经过之前化学课程的学习，他们已经掌握了一定的化学基础知识，如常见物质的性质、化学反应的基本类型等，具备了初步的实验操作技能，能够进行简单的实验观察和分析。然而，对于将绿色化学理念应用于实验设计以及跨学科知识的综合运用，学生还较为陌生。在探究过程中，可能会遇到思维局限、知识迁移困难等问题。但这也正是开展此次实践活动的意义所在，通过引导和启发，帮助学生突破这些障碍，提升综合学生能够理解实验室制取氧气的常见原理，包括过氧化氢分解、氯酸钾分解和高锰酸钾分解的化学反应方程式及实质。掌握根据绿色化学理念选择合适制氧原理的方法，了解不同方法在资源利用、环境保护等方面的优劣。学会运用跨学科知识，从物理、生物等角度分析氧气制取过程中的相关问题，如气体的收集方法与气体性质的关系。通过实验探究，培养学生提出问题、作出假设、设计实验、进行实验、收集证据、解释与结论、反思与评价等科学探究能力。引导学生在跨学科实践活动中，学会整合不同学科知识，提高综合运用知识解决实际问题的能力。培养学生的团队合作精神，在小组合作中学会交流与分享，共同完成探究任务。激发学生对化学实验的兴趣，培养学生严谨认真的科学态度。增强学生的环保意识，使学生认识到绿色化学在实际生产生活中的重要性，树立可持续发展的观念。四、教学重难点探究实验室制取氧气的不同原理，对比分析其优缺点。理解绿色化学理念，并运用该理念选择最佳的实验室制氧原理。跨学科知识在氧气制取实验中的应用。从定量的角度分析化学反应，理解绿色化学中原子利用率等概念在选择制氧原理时的应用。如何引导学生打破学科界限，实现化学与物理、生物等学科知识的有效融合，解决实验中的实际问题。五、教学方法1.讲授法：讲解实验室制氧气的基本原理、绿色化学概念及相关跨学科知识，为学生的探究活动奠定理论基础。2.实验探究法：组织学生进行实验，探究不同制氧方法的实验现象和产物，培养学生的动手能力和观察分析能力。3.小组合作法：将学生分成小组，共同完成实验设计、数据记录与分析、问题讨论等任务，促进学生之间的交流与合作。4.情境教学法：创设实际生活中的情境，如医院制氧需求、野外探险氧气供应等，过氧化氢溶液、二氧化锰、氯酸钾、高锰酸钾、酒精灯、试管、铁架台、导管、3.资料卡片准备有关绿色化学、氧气在各领域应用、跨学科知识等方面的资料卡片，供学生七、教学过程(一)课程导入(5分钟)展示一些生活中氧气应用的图片，如医院吸氧、潜水、燃烧助燃等，提问学生：“氧气在我们生活中有着广泛的应用，那么大家知道实验室是如何制取氧气的吗?”2.学生活动通过展示生活中氧气的应用实例，让学生感受到化学与生活的紧密联系，激发学生的学习兴趣。视频的播放能够迅速吸引学生的注意力，为后续教学活动的开展营造(二)知识回顾(5分钟)1.教师活动引导学生回顾之前学过的氧气的性质，提问：“氧气有哪些物理性质和化学性质?”复习化学反应的基本类型，举例说明分解反应的特点，并提问："实验室制取氧气的反应属于什么类型?”2.学生活动知识回顾能够帮助学生巩固已有的知识基础，为后续探究实验室制氧原理做好铺(三)绿色化学理念介绍(8分钟)1.教师活动讲解绿色化学的概念，强调其核心是利用化学原理从源头上减少和消除工业生产介绍绿色化学的十二项原则，重点讲解与本次实验相关的原则，如原子经济性、展示一些绿色化学在工业生产中的应用案例，如绿色化工工艺、可降解材料的研2.学生活动认真听讲，记录绿色化学的关键知识点，观看案例展示，思考绿色化学与实验室让学生了解绿色化学理念，明确本次探究活动的方向和目标，培养学生的环保意识和可持续发展观念。通过实际案例的展示，使抽象的概念更加具体化，便于学生理(四)实验原理介绍(10分钟)1.教师活动介绍实验室制取氧气的三种常见方法：过氧化氢分解(在二氧化锰催化下)、氯酸钾分解(在二氧化锰催化和加热条件下)、高锰酸钾分解(加热)。写出三个化学反应的方程式，并详细讲解每个反应的条件、反应物和生成物。对比三种方法，从反应条件的难易、反应物的稳定性、产物的纯度等方面进行初认真记录化学反应方程式，倾听教师的讲解，对比三种方法的差异，提出自己的4.设计意图让学生系统了解实验室制取氧气的原理，为后续实验探究和方案设计提供理论依据。通过对比分析，培养学生的分析和归纳能力，引导学生从多个角度思考问题。(五)小组讨论与实验方案设计(15分钟)1.教师活动将学生分成小组，每组5-6人，发放实验设计资料卡片，包括实验目的、实验仪器和药品、实验要求等。提出问题引导学生讨论：“从绿色化学的角度考虑，哪种制氧方法更优?如何设计实验来验证?”巡视各小组讨论情况，适时给予指导和启发，鼓励学生积极发表自己的观点。小组内成员围绕教师提出的问题展开讨论，分析三种制氧方法在绿色化学方面的优缺点，如过氧化氢分解无需加热，能耗低；氯酸钾分解需要加热且有副产物氯化钾；高锰酸钾分解产生锰酸钾和二氧化锰等废弃物。根据讨论结果，设计实验方案，确定实验步骤、实验装置、数据记录方法等。推选一名代表，准备在全班汇报小组的实验方案。通过小组讨论和实验方案设计，培养学生的合作学习能力和创新思维。让学生在讨论中相互启发，学会从绿色化学的角度评价实验方案，提高学生的科学素养和实践(六)实验探究与数据收集(20分钟)检查各小组实验方案的可行性，对存在问题的小组进行指导和修正。强调实验安全注意事项，如加热操作、药品使用等。为各小组提供实验仪器和药品，组织学生进行实验。巡视各小组实验情况，及时解决实验中出现的问题，提醒学生认真观察实验现象，准确记录数据。按照设计好的实验方案进行实验操作，如组装实验装置、添加药品、加热(若有需要)等。观察实验现象，如气泡产生的速率、带火星木条的复燃情况等，并及时记录在实小组内成员分工合作，确保实验顺利进行。让学生亲身体验实验探究过程，培养学生的动手能力和实验操作技能。通过观察和记录实验现象，提高学生的观察能力和数据处理能力，培养学生严谨认真的科学态(七)实验结果分析与讨论(15分钟)组织各小组汇报实验结果，包括实验现象、数据记录等。引导学生对实验结果进行分析，提问："根据实验数据和现象，你能得出什么结论?哪种制氧方法更符合绿色化学的要求?”针对学生的汇报和分析，进行点评和总结，强调实验结果的准确性和可靠性。各小组代表汇报实验结果，与其他小组进行交流和分享。根据实验数据和现象，分析三种制氧方法的优缺点，从绿色化学的角度得出最佳的制氧方法。对其他小组的汇报进行提问和评价，共同探讨实验中存在的问题和改进措施。通过实验结果的分析和讨论，培养学生的分析归纳能力和逻辑思维能力。让学生在交流和评价中，学会倾听他人的意见，完善自己的观点，提高学生的科学探究能力和语言表达能力。(八)跨学科知识应用(15分钟)1.教师活动引导学生从物理学科的角度思考氧气的收集方法，提问：“为什么可以用排水法和向上排空气法收集氧气?这与氧气的哪些物理性质有关?”展示一些生物实验中氧气的应用案例，如呼吸作用实验，提问：“在生物实验中，氧气起到了什么作用?这与化学中氧气的性质有什么联系?”组织学生讨论跨学科知识在氧气制取和应用中的相互关系，鼓励学生分享自己的理解和体会。思考教师提出的问题，回顾物理学科中关于气体收集方法的知识，结合氧气的物理性质进行回答。观察生物实验案例，分析氧气在其中的作用，与化学知识进行联系和对比。积极参与小组讨论，分享自己对跨学科知识应用的认识，提出自己的见解和疑问。打破学科界限，引导学生运用跨学科知识解决化学问题，培养学生的综合运用能力和创新思维。通过实际案例的分析和讨论，让学生体会到不同学科知识之间的相互关联，提高学生的学习兴趣和学习效果。(九)课堂总结与拓展(7分钟)对本节课的内容进行总结，强调实验室制取氧气的原理、绿色化学理念的应用以布置课后拓展任务，如查阅资料了解工业上制取氧气的方法，分析其与实验室制2.学生活动帮助学生梳理本节课的知识脉络，强化重点内容，加深学生的记忆和理解。课后拓展任务的布置能够激发学生的学习兴趣，培养学生的自主学习能力和创新精神，让高锰酸钾分解：2KMnO₄\stackrel{\triangle}{=\!=\!=}K₂MnO₄+MnO₂+O₂个在本次教学活动中，通过多种教学方法的综合运用，学生积极参与课堂，对实验室制氧气的原理有了深入的理解，绿色化学理念和跨学科知识也