基于分层进阶的初中化学核心素养教学实践-以“制取氧气”为例

基于分层进阶的初中化学核心素养教学实践——以“制取氧气”为例一、教学内容分析  本节课属于《义务教育化学课程标准（2022年版）》“物质的性质与应用”学习主题，是学生系统学习气体制备的起始课，在初中化学知识体系中具有承上启下的枢纽作用。从知识技能图谱看，它要求学生在前序氧气性质学习的基础上，掌握实验室制取氧气的反应原理（高锰酸钾加热分解、过氧化氢催化分解）、实验装置（发生与收集装置的选择依据与组装）、操作步骤及验证方法，并初步形成基于反应物状态和条件选择发生装置、基于气体性质选择收集方法的认知模型，这为后续学习二氧化碳等气体的制取奠定了方法论基础。从过程方法路径看，课标强调“科学探究与实践”，本节课是践行这一核心素养的绝佳载体。教学需引导学生完整经历“原理选择→装置设计→操作实施→气体检验”的探究过程，在动手实践中体认控制变量、对比实验等科学方法，培养严谨求实的科学态度。从素养价值渗透看，通过对工业制氧（分离液态空气）的简要介绍，能将实验室“制取”与工业化“生产”建立联系，引导学生感悟化学技术对社会发展（如医疗供氧、航天科技）的支撑作用，培育科学态度与社会责任。  从学情研判，学生在物理学科中已接触过气压知识，生活中对氧气用途有感性认识，这是教学的起点。但学生的认知障碍可能集中在：第一，对“催化剂”概念的理解易停留在“加快反应”的片面认识，难以把握其“一变两不变”的本质；第二，从具体实验操作上升到“装置选择模型”的抽象概括存在思维跨度；第三，实验操作细节多，动手能力差异大。因此，教学过程需嵌入多重形成性评价：在“催化剂”学习环节，通过设置对比实验和追问“反应后二氧化锰还是二氧化锰吗？”，诊断学生概念理解深度；在装置设计环节，通过“任务单”上的装置选配练习，评估学生模型应用水平；在实验操作环节，通过巡回观察与即时指导，把握学生动手实践的难点。针对不同层次学生，教学策略应有区分：为基础薄弱学生提供“操作步骤卡片”和关键环节的“小视频慢放”支持；为学有余力学生设置“装置”或“不同催化剂的探究”等挑战性任务，实现差异化进阶。二、教学目标  知识目标：学生能准确书写高锰酸钾、过氧化氢制取氧气的文字表达式与符号表达式；能基于反应物状态、反应条件及生成气体的性质，有理有据地选择并组装实验室制取氧气的发生与收集装置，并能规范描述操作步骤及注意事项，形成初步的气体制备知识体系。  能力目标：学生能独立或在小组协作下，安全、规范地完成实验室制取氧气的模拟或实际操作；能通过观察对比实验现象，分析并归纳催化剂的特点与作用；能基于给定信息，设计简单的实验方案来验证氧气的性质或探究影响反应速率的因素，发展科学探究与实践能力。  情感态度与价值观目标：在实验探究中，学生能体会到化学变化的奇妙与可控，增强对化学实验的兴趣；通过小组合作完成实验任务，培养团队协作精神和严谨细致的科学态度；通过了解氧气制取技术的应用，初步认识化学在保障生命健康、促进科技发展中的价值。  科学思维目标：通过从具体制氧实例中抽提发生装置、收集装置的选取原则，初步建立“性质决定用途、条件决定装置”的认知模型；通过分析催化剂的作用，发展“变量控制”与“证据推理”的思维习惯，能依据实验现象对催化剂的“一变两不变”特性进行合理解释。  评价与元认知目标：学生能运用教师提供的“实验操作评价量表”，对自身或同伴的实验操作进行客观评价与反思；能在课堂小结环节，自主梳理本节课的知识脉络图，并识别自己学习过程中的优势与待改进之处，逐步形成规划与监控学习过程的能力。三、教学重点与难点  教学重点为实验室制取氧气的反应原理、实验装置（发生与收集）的选择与操作流程。其确立依据源于课程标准的学业要求：掌握常见气体制备的基本方法是“科学探究与实践”素养的核心表现之一，也是初中化学学业水平考试中的高频考点与能力落点。理解并掌握本课重点，意味着学生初步构建了气体制备的认知模型，为后续学习奠定了关键的方法论基础。  教学难点主要有二：一是对催化剂概念中“一变两不变”本质的深度理解；二是根据具体情境灵活选择并组装气体收集装置（特别是多功能瓶的使用）。难点成因在于：催化剂概念抽象，学生易受“催化剂就是加快反应”的前概念干扰；气体收集装置的选择需综合考量气体密度、溶解性及后续实验目的，逻辑链条较长，对学生的综合分析能力要求较高。突破方向在于设计层次分明的探究活动与变式训练，通过直观实验和问题链引导，促进概念建构与模型迁移。四、教学准备清单1.教师准备1.1媒体与教具：交互式课件（含制氧原理动画、工业制氧短片）、高锰酸钾制氧气与过氧化氢制氧气两套实验装置的实物模型或高清图片。1.2实验器材与药品：分组实验用品（根据条件可选择真实实验或虚拟实验软件包）：铁架台、试管、单孔橡胶塞、导管、集气瓶、水槽、酒精灯、高锰酸钾、过氧化氢溶液、二氧化锰、火柴、木条等。教师演示用对比实验装置一套。1.3学习材料：分层学习任务单（含前置诊断题、课堂探究记录表、分层巩固练习）、实验操作评价量规卡片。2.学生准备  复习氧气的物理与化学性质；预习课本中制取氧气的两种方法；以异质分组原则，46人组成合作学习小组。3.环境布置  教室桌椅按小组合作形式摆放，便于讨论与实验；黑板划分区域，预留板书核心概念与模型图的空间。五、教学过程第一、导入环节  1.情境创设与问题驱动：同学们，请看屏幕上的两幅图片——医院里病人吸氧和火箭发射时巨大的供氧系统。氧气如此重要，我们怎样才能“制造”出它呢？实验室可不是工厂，我们如何利用有限的仪器和药品，安全、高效地获得一瓶纯净的氧气？这个问题就是我们今天探险的目标。  1.1建立联系与路径预览：要解决“如何制取”，我们得一步步来思考：首先，用什么药品、通过什么反应能产生氧气？（原理）其次，如何把这些药品组装起来，并安全地发生反应？（装置）然后，产生的气体如何收集并确认它就是氧气？（收集与验证）最后，整个操作要注意什么？（步骤与安全）。大家不妨带着这条思路，开始我们的探究之旅。第二、新授环节任务一：探寻制氧原理——哪种方法更适用？  教师活动：首先，引导回顾已知的能产生氧气的反应，如电解水，但指出其在实验室的局限性。接着，呈现两种实验室常用方法：加热高锰酸钾和过氧化氢加入二氧化锰。通过演示或播放视频，让学生直观观察两种方法产生氧气的现象。“大家注意看，加热高锰酸钾时，导管口刚冒出的气泡能立即收集吗？为什么？”引导学生思考操作细节。然后聚焦过氧化氢溶液，设置悬念：“向一支试管中加入过氧化氢溶液，气泡产生缓慢；向另一支先加入少量二氧化锰粉末，再加入过氧化氢，请大家对比观察，描述你看到的现象有什么‘反常’之处？”  学生活动：观察实验现象，描述并记录。对比两种制氧方法在反应条件、速率上的差异。针对教师提问，讨论并尝试解释“导管口开始放出的气泡不宜收集”的原因（排出装置内空气）。对二氧化锰的“神奇”作用产生好奇，提出初步猜想。  即时评价标准：1.观察是否细致，能否准确描述两种方法的现象差异。2.讨论时能否联系已学的氧气性质（助燃性）解释操作要点（如验满方法）。3.对二氧化锰的作用能否提出基于现象的合理假设。  形成知识、思维、方法清单：★实验室制取氧气的两种原理：①加热高锰酸钾：高锰酸钾→锰酸钾+二氧化锰+氧气（化学方程式略）；②过氧化氢在二氧化锰催化下分解：过氧化氢→水+氧气（化学方程式略）。★方法对比思维：从反应条件（是否需要加热）、反应速率、操作简便性等角度比较不同方法的优缺点，初步建立“根据实际情况选择方法”的意识。▲催化剂初探：二氧化锰在过氧化氢分解中作用显著，但它本身是反应物吗？引发深度思考，为后续概念建构埋下伏笔。任务二：揭秘“催化剂”——它是反应中的“旁观者”吗？  教师活动：承接任务一的悬念，提出核心探究问题：“二氧化锰在反应中究竟扮演什么角色？它是被消耗了吗？”组织学生分组进行或观看对比实验：①称量少量二氧化锰质量；②将其加入过氧化氢溶液反应；③反应结束后，过滤、洗涤、干燥，再次称量二氧化锰质量。“前后质量真的不变吗？这说明了什么？”进一步追问：“除了质量，还有什么可能不变？我们能否设计实验，证明反应后的二氧化锰化学性质也未改变？”引导学生设计“用反应后的二氧化锰再次加入新的过氧化氢溶液中”的实验。  学生活动：在教师引导下设计并（或模拟）进行对比实验。记录数据，分析得出二氧化锰在反应前后质量和化学性质可能不变的结论。通过小组讨论，尝试用自己的语言概括催化剂的特点。  即时评价标准：1.能否理解对比实验的设计意图，并关注“变量控制”。2.能否基于实验数据（或现象）进行合理推理，得出结论。3.小组讨论时，能否倾听他人意见，并修正自己的观点。  形成知识、思维、方法清单：★催化剂的概念核心：“一变两不变”——改变化学反应速率，而本身的质量和化学性质在反应前后均未发生变化。★科学探究方法：学习利用对比实验和控制变量法研究物质的性质与作用。易错点提醒：催化剂是“改变”速率，包括加快和减慢，并非都是“加快”；其“化学性质”不变，但物理形态可能改变。教学提示：此处是概念建构关键期，需通过追问“如果不用二氧化锰，加热过氧化氢溶液也能产生氧气吗？”来破除“不加催化剂就不反应”的误区。任务三：构建发生装置——反应如何进行？  教师活动：提出问题：“确定了反应原理，我们如何搭建一个‘反应小屋’，让化学反应安全、顺利地进行？”展示加热高锰酸钾和过氧化氢制氧气两套不同的发生装置实物或图片。“请大家以小组为单位，化身‘装置工程师’，对比分析这两套装置：1.核心反应容器是什么？2.为什么一个需要酒精灯，另一个不需要？3.仪器的连接顺序和注意事项有哪些？”组织小组讨论并派代表上台指认装置各部分并讲解。随后提炼模型：“如果我们把这两种装置抽象一下，它们分别代表了哪类反应的发生装置？（固体加热型、固液常温型）”  学生活动：小组合作观察、讨论两套发生装置的异同。动手触摸（或虚拟组装）装置组件，理解其功能。代表上台展示讲解，其他小组补充或质疑。在教师引导下，从具体装置中抽象出两类发生装置模型，并理解其选择依据（反应物状态和反应条件）。  即时评价标准：1.观察是否全面，能否找出装置间的关键差异。2.讲解时表达是否清晰，能否使用规范的仪器名称。3.能否从具体实例中归纳出一般性规律（模型）。  形成知识、思维、方法清单：★两类发生装置模型：①固体加热型（如加热高锰酸钾）：典型仪器组合：铁架台、酒精灯、试管、导管等。②固液常温型（如过氧化氢制氧气）：典型仪器组合：锥形瓶/试管、长颈漏斗/分液漏斗、导管等。★模型建构思维：学习从具体、多样的实物装置中，抽提共性与本质，形成分类依据清晰的认知模型。核心原理：发生装置的选择取决于反应物的状态和反应发生的条件。这是化学实验设计的核心逻辑之一。任务四：设计收集方案——氧气如何“捕获”？  教师活动：引导迁移：“反应小屋建好了，氧气宝宝跑出来了，我们怎么把它‘请’进集气瓶里？”回顾氧气的物理性质（密度、溶解性）。“根据这些性质，有哪些收集方法？各有什么优缺点？”组织学生讨论排水法与向上排空气法的原理、操作及适用情形。设置进阶问题：“如果我想收集一瓶干燥的氧气，该用什么方法？如果我想测量产生氧气的体积，又该如何改装装置？”引入多功能瓶（洗气、储气、量气等）的简单介绍，展示相关装置图。  学生活动：根据氧气密度比空气略大、不易溶于水的性质，推导出向上排空气法和排水法。讨论比较两种方法的优缺点（纯度、干燥度、操作简便性）。思考教师提出的进阶问题，尝试运用多功能瓶的原理进行解释或设计。  即时评价标准：1.能否将气体的物理性质与收集方法建立准确关联。2.在讨论优缺点时，理由是否充分、辩证。3.面对新情境（干燥、量体积），能否调用已有知识进行迁移应用。  形成知识、思维、方法清单：★两种收集方法：排水法（适用于不易溶于水的气体，收集的气体较纯但不干燥）、向上排空气法（适用于密度比空气大且不与空气反应的气体，收集的气体干燥但可能不纯）。★性质决定用途：深刻体会气体性质（物理性质）对其收集方法的决定性作用。▲多功能瓶的初步认识：了解广口瓶配合长短导管可以实现洗气、收集、测量等多种功能，体会装置设计的灵活性。易错点提醒：排水法收集时，导管口刚有气泡冒出不宜收集（是空气）；用排空气法收集时，导管应伸到集气瓶底部。任务五：整合与模拟——组装你的制氧系统  教师活动：发布整合任务：“现在，请各小组任选一种制氧原理，设计并‘组装’一套完整的实验室制取氧气的装置模型（可用实物组件或画图），并说明操作步骤和验证方法。”提供“实验操作评价量规卡片”，引导学生关注“查、装、定、点、收、离、熄”（高锰酸钾法）或检查气密性、添加药品、收集气体等关键步骤与安全事项。巡回指导，参与小组讨论。  学生活动：小组合作，综合运用前四个任务所学，选择原理、搭配发生与收集装置、讨论操作步骤序列。动手组装模型或绘制装置图。准备向全班展示并讲解自己的“制氧系统”设计思路与操作要点。对照评价量规进行自评与互评。  即时评价标准：1.装置选择与原理是否匹配，连接是否科学合理。2.操作步骤描述是否完整、规范、有序。3.小组分工协作是否高效，能否共同解决问题。  形成知识、思维、方法清单：★完整实验流程整合：将原理、装置、操作、验证融为一体，形成系统化的实验方案。★科学探究实践：体验从设计到“实施”（模拟）的完整探究过程。★安全意识与规范操作：强化“气密性检查”、“先移导管后熄灯”等关键操作的必要性理解，培养严谨的实验习惯。方法提炼：解决气体制备类问题的通用思维路径：原理→装置（发生、收集）→操作→验证。第三、当堂巩固训练  设计分层巩固练习，学生根据自身情况选择完成，教师巡视并提供个性化指导。  基础层（巩固双基）：1.判断：催化剂一定能加快化学反应速率。（）2.选择题：实验室用高锰酸钾制氧气，不需要的仪器是（）A.酒精灯B.铁架台C.长颈漏斗D.导管。3.填空题：收集氧气可用____法，因为氧气____；也可用____法，因为氧气____。  综合层（应用迁移）：1.根据提供的反应原理（氯酸钾与二氧化锰混合加热）和气体性质，选择合适的发生和收集装置，并说明理由。2.指出某同学绘制的过氧化氢制氧气装置图中的错误之处（如长颈漏斗未液封等）并改正。  挑战层（创新思维）：设计一个简易实验，证明土豆块、红砖粉末等日常物质是否对过氧化氢分解有催化作用，并简述实验思路。或思考：如何改进装置，使过氧化氢制氧气能随时控制反应的发生与停止？  反馈机制：基础层题目采用全班快速口答或手势判断，及时澄清概念。综合层题目由小组讨论后派代表展示讲解，教师点评并强调模型应用。挑战层题目鼓励学有余力的学生分享创意，教师给予肯定并引导其思考方案的可行性，将优秀思路投屏展示，激发全班思考。第四、课堂小结  引导学生进行自主结构化总结与元认知反思。“同学们，今天我们共同搭建了制取氧气的‘知识大厦’。谁能用一幅简单的思维导图或几个关键词，来概括这座大厦的几根核心‘支柱’？”邀请不同层次学生分享，教师补充完善板书，形成清晰的知识网络图（原理、装置模型、操作、验证）。然后引导方法反思：“回顾今天的探究过程，我们是如何一步步揭开实验室制氧气的奥秘的？其中运用了哪些重要的科学方法？”最后布置分层作业，并预告下节课内容：“今天我们是氧气的‘制造者’，下节课我们将化身氧气的‘检验官’，深入探究其化学性质，看看这位‘老朋友’还有哪些新本领。”六、作业设计  基础性作业（必做）：1.整理课堂笔记，清晰列出两种实验室制取氧气的原理（文字及符号表达式）、装置图（发生与收集）、操作步骤要点及注意事项。2.完成课本本节后基础练习题。  拓展性作业（建议大多数学生完成）：1.情境应用题：某登山队需要在营地制取少量氧气供应急使用，他们携带了高锰酸钾和简易加热装置，也找到了可作为催化剂的矿物粉末。请你为他们设计一个简易可行的制取、收集方案，并说明操作要点和安全隐患。2.制作一个“实验室制取氧气”的思维导图或知识卡片。  探究性/创造性作业（选做）：1.家庭小探究：查阅资料，了解除了二氧化锰，还有哪些物质可以作为过氧化氢分解的催化剂？尝试利用家庭中易得的材料（如土豆、动物肝脏、锈铁钉等），设计并实施一个简单的对比实验，验证其催化效果（注意安全，仅使用少量过氧化氢，在家长协助下进行）。2.微型项目设计：设计一个“便携式制氧机”的概念模型（画图），说明其工作原理、所需材料和预期使用场景。七、本节知识清单及拓展  1.★两种核心制氧原理：加热高锰酸钾（固体加热型反应代表）；过氧化氢在二氧化锰催化下分解（固液常温型反应代表）。必须熟练掌握其文字与符号表达式，这是理解后续装置选择的基础。  2.★催化剂概念（“一变两不变”）：能改变化学反应速率，本身的质量和化学性质在反应前后不变。理解其“改变”包含加快和减慢，且催化剂不参与反应，不改变生成物质量。  3.★两类发生装置模型：①固体加热型：核心仪器为试管、酒精灯，适用于反应物为固体且需加热的反应。②固液常温型：核心仪器为锥形瓶/试管、长颈漏斗/分液漏斗，适用于固体与液体在常温下反应。  4.★两种气体收集方法选择依据：①排水法：气体不易溶于水且不与水反应，此法收集气体较纯。②排空气法：向上（密度大于空气）、向下（密度小于空气），要求气体不与空气中成分反应。氧气常用排水法或向上排空气法。  5.★高锰酸钾制氧操作步骤口诀：“查装定点收离熄”。每个字对应关键操作，特别是“查”（气密性检查）、“点”（预热后集中加热）、“离熄”（先移导管后熄灯，防倒吸）是安全与成功的关键。  6.★氧气验满与检验方法：验满（向上排空气法）：将带火星木条放在集气瓶口，复燃则满。检验：将带火星木条伸入集气瓶内，复燃则为氧气。注意“瓶口”与“瓶内”的区分。  7.多功能瓶（储气瓶）的简单应用：了解其通过长管进短管出（排水法）、短管进长管出（排空气法，密度不同方向不同）等基本用法，体会装置设计的通用性与灵活性。  8.工业制氧——分离液态空气法：原理是利用液态氮和液态氧的沸点不同进行分离，属于物理变化。与实验室化学制氧形成对比，认识不同规模、不同目的下技术路径的差异。  9.▲装置气密性检查方法：掌握常用方法（如手握升温法、注水法等），理解其原理是制造压强差观察液面或气泡变化，这是所有涉及气体参与或生成实验的前提。  10.▲分液漏斗与长颈漏斗的优劣：分液漏斗可控制液体滴加速度从而控制反应速率，便于随时停止反应；长颈漏斗需下端液封防止气体逸出。了解仪器选择对实验控制的影响。  11.易错点：加热高锰酸钾时试管口要塞一团棉花，防止加热时粉末进入导管。  12.易错点：催化剂与反应物：过氧化氢制氧中，二氧化锰是催化剂，不是反应物。反应前后其质量不变，但可能聚集状态改变（如粉末结成块）。  13.科学方法：控制变量法：在探究催化剂作用的实验中，深刻体会除催化剂种类或有无外，其他条件（过氧化氢浓度、体积、温度等）需保持相同。  14.科学思维：模型建构与迁移：从具体制氧装置中抽提的发生、收集装置模型，可迁移应用于后续二氧化碳、氢气等气体的制备学习，是重要的化学学习方法。  15.STSE联系：了解氧气在医疗急救、金属切割、航天燃料等方面的广泛应用，理解通过化学手段制取氧气对社会生产生活的重要意义。八、教学反思  （一）教学目标达成度分析：本节课预设的多维目标基本达成。通过课堂观察、学生问答及任务单反馈，绝大多数学生能准确说出两种制氧原理并区分装置，表明知识目标有效落实。“催化剂”探究环节中，学生能依据对比实验现象推理出“两不变”的结论，体现了能力与思维目标的发展。小组合作组装装置时展现的协作与规范意识，以及课堂尾声学生对氧气应用价值的自发讨论，反映出情感态度目标的初步浸润。然而，在“灵活选择收集装置”的综合应用层面，部分学生仍显生疏，需在后续课程中通过变式训练持续强化。  （二）教学环节有效性评估：导入环节的生活化情境能迅速聚焦学生注意力，驱动性问题明确。新授环节的五个任务链条清晰，从原理到装置再到整合，符合认知建构规律。任务二（催化剂探究）作为概念突破点，通过“猜想实验推理”的设计，有效促进了深度理解。任务五（整合模拟）是本课高潮，它促使学生将零散知识系统化、实践化，是检验学习效果的关键环节。当堂巩固的分层设计照顾了差异，但挑战层任务的课堂分享时间略显仓促，未能让更多创新思维得到充分