基于科学探究的氧气制取与分解反应概念建构-九年级化学单元教学第二课时

基于科学探究的氧气制取与分解反应概念建构——九年级化学单元教学第二课时一、教学内容分析  从《义务教育化学课程标准（2022年版）》审视，本课处于“物质的性质与应用”及“物质的化学变化”主题的交汇点。在知识技能图谱上，它上承氧气的性质，下启催化剂概念与化学反应基本类型，是学生构建“物质转化观”的关键节点。具体而言，学生需从过氧化氢分解这一具体反应出发，掌握实验室制取气体的初步方法（包括原理、装置选择与操作），并首次从定性与定量的视角抽象出“分解反应”这一基本反应类型。其认知要求从具体的“应用”水平（完成实验）上升到抽象的“理解”水平（概括特征）。过程方法上，本课是落实“科学探究与实践”核心素养的绝佳载体，通过“问题假设实验结论”的完整探究循环，引导学生体验从现象到本质、从特殊到一般的科学思维路径。素养价值渗透方面，实验探究过程能严谨、求实的科学态度；对催化剂“一变二不变”特性的辩证分析，可初步培育学生的微观探析与模型认知能力；而联系过氧化氢在医疗、工业中的应用与注意事项，则能潜移默化地强化学生的社会责任与安全规范意识。  学情研判需立体化。九年级学生已具备氧气的部分物理化学性质知识，对化学实验充满好奇，但系统性实验设计与规范操作能力尚在萌芽阶段。生活经验中，部分学生知晓双氧水可用于消毒，此为教学有益起点；但可能存在“催化剂是反应物”或“所有能产生气体的反应都是分解反应”等迷思概念。过程评估设计上，将通过导入环节的预测、探究任务中的小组讨论与操作观察、以及变式练习的完成情况，动态诊断学生的概念建构水平。基于此，教学调适策略为：对于基础薄弱学生，提供图文并茂的“实验步骤提示卡”和“核心概念辨析对比表”；对于思维敏捷的学生，则设置“为何不用加热？”、“寻找生活中其他分解反应实例”等挑战性问题，引导其进行深度思考和知识迁移，实现从“扶着走”到“看着走”再到“自己走”的差异化支持。二、教学目标  知识目标：学生能准确陈述过氧化氢在二氧化锰催化下分解制取氧气的反应原理与文字表达式，并能依据反应物状态和条件合理选择发生与收集装置。更重要的是，学生能通过比较过氧化氢分解与加热高锰酸钾制氧气的反应特征，自主归纳出分解反应的概念，并能据此判断给定反应是否属于分解反应。  能力目标：学生能小组协作，相对独立地完成“过氧化氢制取氧气”的探究性实验，规范进行药品取用、装置连接、气体收集与检验等操作。能够基于实验现象（如气泡产生的速率、木条复燃）进行证据推理，得出“二氧化锰加快了反应速率且自身化学性质不变”的结论，初步形成“控制变量”的思想意识。  情感态度与价值观目标：在小组实验探究中，学生能主动承担角色任务，乐于分享观察发现，并对他人的操作提出建设性意见，培养合作与交流的科学品质。通过讨论过氧化氢的用途与安全储存，树立“化学技术服务于生活，但需规范使用”的辩证观念与社会责任感。  科学思维目标：本课重点发展“宏观微观符号”三重表征思维与模型认知能力。引导学生从宏观现象（产生气体、木条复燃）联系微观本质（过氧化氢分子破裂，原子重组为氧分子和水分子），并用文字表达式进行符号表征。通过从两个具体反应中抽提出“一变多”的共性，建立“分解反应”的概念模型，并尝试运用该模型解释或预测新的化学反应。  评价与元认知目标：引导学生依据“实验操作评价量规”进行小组内互评，反思操作是否规范、观察是否细致、记录是否准确。在课堂小结阶段，鼓励学生回顾探究历程，用思维导图梳理“我们从哪些方面认识了一个化学反应？（原理、装置、操作、类型）”，从而提升对学习过程与方法的元认知监控能力。三、教学重点与难点  教学重点：过氧化氢分解制取氧气的反应原理、实验装置与操作，以及分解反应的概念归纳。确立依据：从课标看，此内容是“学习基本的实验技能”和“认识常见化学反应”两大要求的集中体现，是构建化学反应知识体系的基石概念（大概念）。从学业评价看，气体实验室制法的原理、装置选择与基本操作是中考化学实验考查的核心与高频考点，且分解反应的判断是理解后续化合、置换等反应类型的基础，体现能力立意。  教学难点：催化剂概念的理解以及从具体反应中抽象概括分解反应特征。预设依据：学生对催化剂“改变化学反应速率”但不参与反应、质量和化学性质“反应前后不变”的特性难以透彻理解，因其具有抽象性，且需克服“参加反应”的日常前概念干扰。而归纳分解反应的特征，要求学生具备从多个具体实例中寻找共性的抽象思维能力，对九年级学生而言是一次认知跃迁。突破方向在于，通过对比实验（有无二氧化锰）强化感知，并通过“反应物与生成物种类的数量关系”这一直观视角，搭建归纳的脚手架。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“大象牙膏”实验视频、装置选择动画、分层任务清单）、板书设计（预留概念建构区）。  1.2实验器材与药品（分组）：5%过氧化氢溶液、二氧化锰粉末、药匙、试管（若干）、带导管的单孔橡胶塞、铁架台（带铁夹）、水槽、集气瓶、玻璃片、酒精灯、木条、火柴。额外准备一份未加催化剂的过氧化氢溶液用于对比。  1.3学习支持材料：差异化学习任务单（含基础版操作指南与进阶版探究问题）、实验记录表、小组互评量规。2.学生准备  复习氧气的性质与检验方法；预习教材中关于过氧化氢制氧气的部分；按异质分组就座，便于合作学习。五、教学过程第一、导入环节  1.情境创设与认知冲突：同学们，看过这个表演吗？（播放“大象牙膏”实验短片）彩色的泡沫喷涌而出，像不像巨大的牙膏？非常壮观！但老师想问，这泡沫中的气体到底是什么？我听到有同学猜是氧气，很好，那它从何而来呢？其实，这个魔术的核心就是我们今天要研究的一种常见物质——过氧化氢溶液，也就是医院里常用的双氧水。它静静地待在瓶子里，怎么就能变出氧气来呢？  1.1核心问题提出与路径指引：看来，过氧化氢制取氧气，这个反应本身就有很多秘密等待我们揭开。今天，咱们就化身小小化学家，完成三个挑战：第一，亲手用双氧水制取并收集一瓶氧气；第二，研究实验中一种关键物质——二氧化锰所扮演的神秘角色；第三，为我们今天认识的这类化学反应起个“学名”、归纳它的家族特征。咱们先从最动手的实验开始，好不好？第二、新授环节任务一：动手初探——过氧化氢制氧气的实验操作  教师活动：首先，我们来挑战第一个任务。请大家观察实验台上的药品和仪器。不要急着动手，我们先来“纸上谈兵”。（展示几种气体发生装置简图）如果反应物是过氧化氢溶液（液态）和二氧化锰固体，且不需要加热，我们应该选择哪种发生装置？理由是什么？收集氧气可以用什么方法？为什么？（引导学生回顾氧气的密度和溶解性）。好，理论分析通过！现在，请大家以小组为单位，参照任务单上的“操作指南”，尝试连接装置并制取、收集一瓶氧气，并用带火星的木条检验。老师会巡回指导，特别关注大家的装置气密性检查和排水法收集的操作要领。注意，先完成的小组可以思考：实验过程中，你观察到了哪些现象？每一步现象说明了什么？  学生活动：学生小组讨论，选择合适的“固液常温型”发生装置和排水集气法（或向上排空气法）。分工协作，动手连接装置，检查气密性，用药匙向试管中加入少量二氧化锰，再缓慢倒入过氧化氢溶液，迅速塞紧塞子，开始收集气体。收集满后，用玻璃片盖好集气瓶，然后用带火星的木条伸入瓶内检验，观察现象并记录在实验记录表上。  即时评价标准：1.装置选择合理性：能否清晰说出选择“固液常温型”装置和相应收集方法的依据。2.操作规范性：气密性检查、固体药品取用（药匙或纸槽）、液体药品倾倒（标签向手心、瓶塞倒放）等基本操作是否规范。3.观察与记录的细致度：能否准确记录“加入二氧化锰后迅速产生大量气泡”、“带火星木条复燃”等关键现象。  形成知识、思维、方法清单：1.★反应原理：过氧化氢（H₂O₂）在二氧化锰（MnO₂）作用下，分解生成水（H₂O）和氧气（O₂）。这是实验室制取氧气的原理之一。2.★装置选择：依据反应物状态（固+液）和反应条件（常温），选择“固液常温型”发生装置（如试管配单孔塞）。3.★收集方法：氧气不易溶于水，可用排水法；密度比空气略大，可用向上排空气法。排水法纯度更高、更便于观察是否集满。4.▲操作关键：检查装置气密性是实验成功的前提；用带火星的木条伸入集气瓶内检验氧气，若复燃则为氧气。任务二：聚焦关键——探究二氧化锰的“催化”作用  教师活动：大家都成功收集到了氧气！现在，让我们把目光聚焦到这种黑色的粉末——二氧化锰上。它在反应中到底起了什么作用？是一个“旁观者”还是“参与者”？我们来做个对比实验。（演示或指导一组学生演示：向一支只装有少量过氧化氢溶液的试管中伸入带火星的木条，观察现象；再向其中加入少量二氧化锰，再次观察）。大家看到了什么差异？这说明了二氧化锰改变了什么？好，它加快了反应速率。那它自己是“消耗品”吗？我们如何设计实验证明反应前后它的质量、化学性质有没有变化？大家先小组讨论两分钟，说说你们的思路。（听取学生想法，可能提出过滤、称量、再放入过氧化氢中看是否还能加速等）。思路非常棒！科学家们也是通过类似的严谨实验，得出了催化剂的定义。大家看，这个‘一变二不变’的特点，就像给催化剂画了个像。  学生活动：观察对比实验，描述“未加二氧化锰时，木条不复燃或微弱复燃；加入后迅速产生大量气泡，木条猛烈复燃”。通过现象对比，推理出二氧化锰能“加快”过氧化氢的分解速率。小组讨论如何验证二氧化锰的“二不变”，提出初步方案（如：反应后过滤、洗涤、干燥、称量；再将回收的固体加入新的过氧化氢溶液中，看是否还能加速反应）。聆听教师讲解，理解催化剂“改变化学反应速率，而本身质量和化学性质在反应前后不变”的核心内涵。  即时评价标准：1.证据意识：能否根据对比实验的现象差异，得出“改变反应速率”的结论，而非笼统说“有作用”。2.实验设计思维：在讨论验证“二不变”时，提出的方案是否具有逻辑上的可行性，是否体现了“控制变量”的思想。3.概念辨析：能否准确复述“一变二不变”，并理解“改变”包括加快和减慢。  形成知识、思维、方法清单：1.★催化剂概念：在化学反应里能改变其他物质的化学反应速率，而本身的质量和化学性质在反应前后都没有发生变化的物质。口诀：“一变二不变”。2.▲催化作用：催化剂所起的作用。二氧化锰是过氧化氢分解的催化剂。3.★对比实验法：通过设置对照（如加与不加二氧化锰），突出单一变量（催化剂）的影响，是科学探究的重要方法。4.▲概念辨析：催化剂是“参加”了反应（改变了路径），但反应终了时又被“生成”出来，所以质量化学性质不变。它不是“不参与”，而是“巧参与”。任务三：抽象概括——从具体反应到“分解反应”概念建模  教师活动：我们认识了过氧化氢制氧气这个具体的反应。大家还记得我们第一单元学过的用加热高锰酸钾制氧气吗？请大家把这两个反应的反应物和生成物，从“种类”的数量上对比一下，看看有什么共同特征？（引导学生书写两个反应的文字表达式：过氧化氢→水+氧气；高锰酸钾→锰酸钾+二氧化锰+氧气）。大家发现了什么？没错，反应物都只有一种，而生成物都有两种或两种以上。化学上，我们把这种“由一种反应物生成两种或两种以上其他物质”的反应，统称为分解反应。来，我们一起大声说出它的特征：“一变多”。这个概念就是我们今天为这类反应起的“学名”。现在，请大家当一回“概念鉴定师”：判断这几个反应（如：水通电生成氢气和氧气、碳酸钙高温分解等）是不是分解反应？并说出理由。  学生活动：在教师引导下，回顾高锰酸钾制氧气的反应，并与过氧化氢分解反应并列书写文字表达式。观察、比较，从反应物和生成物的物质种类数量关系上寻找共性，归纳出“一种反应物生成多种生成物”的规律。齐读并识记分解反应的定义与特征（“一变多”）。应用新概念判断教师给出的几个化学反应，并阐述判断依据，巩固理解。  即时评价标准：1.归纳能力：能否从两个具体反应的比较中，自主发现反应物与生成物在“种类数量”上的共性模式。2.概念应用准确性：在判断给定反应时，能否严格依据“一种反应物生成多种生成物”的标准进行辨析，避免受无关因素（如是否需要加热、是否有气体生成）干扰。  形成知识、思维、方法清单：1.★分解反应定义：由一种反应物生成两种或两种以上其他物质的反应。特征：“一变多”。2.▲模型建构思维：通过对具体化学反应（过氧化氢分解、高锰酸钾分解）的分析、比较，抽提出共同特征，形成“分解反应”这一概念模型。这是化学学习中重要的思维方式。3.★判断依据：判断一个反应是否为分解反应，唯一标准是看反应前后物质种类的数量关系是否符合“一变多”，与反应条件、物质类别等无关。4.核心提示：分解反应是化学反应的基本类型之一，与后续要学的化合反应（“多变一”）形成对比，共同构成认识化学反应的基本框架。任务四：联系迁移——过氧化氢的应用与安全启示  教师活动：学以致用，化学知识最终要服务生活。过氧化氢（双氧水）在生活中有哪些用途呢？（引导学生发言：医用消毒、工业漂白等）。它为什么能消毒？对，因为它分解产生的氧气具有一定的氧化性。但是，高浓度的过氧化氢溶液腐蚀性很强，不稳定易分解。那么，作为化学品，我们应该如何安全地储存和使用它呢？请大家结合我们今天学的知识想一想。（引导学生从“避免与催化剂接触、避免高温光照、密封阴凉保存”等角度思考）。大家说得很好，这正体现了科学技术的双刃剑特性，用之有道，方能造福。  学生活动：结合生活经验与课堂所学，列举过氧化氢的常见用途，并尝试用化学原理（分解产生氧气）进行简单解释。讨论其储存注意事项，将所学化学知识（催化条件、分解条件）转化为安全使用常识，形成“化学品需规范使用与管理”的观念。  即时评价标准：1.知识迁移能力：能否将课堂所学的反应原理与生活中的实际应用建立有效联系。2.社会责任意识：在讨论安全储存时，能否体现出对化学品使用规范的重视和对安全的关切。  形成知识、思维、方法清单：1.▲过氧化氢的用途：医用消毒（常用3%溶液）、工业漂白剂、实验室制氧气等。其消毒原理与分解产生的活性氧有关。2.★安全储存启示：过氧化氢应密封、避光、阴凉处保存，远离热源、火种及还原性物质、金属粉末（可能作为催化剂）等。这体现了“性质决定用途，性质决定保存方法”的化学思想。3.科学态度与社会责任：认识化学物质在生活中的双重性，树立安全、环保、规范使用化学品的意识，是化学学习的重要价值维度。第三、当堂巩固训练  现在，我们来小试牛刀，检验一下今天的学习成果。任务单上有分层挑战，请大家量力而行，自主选择。  基础层（全体必做）：1.写出实验室用过氧化氢和二氧化锰制取氧气的文字表达式，并指出各物质的颜色、状态。2.判断“氧化汞加热生成汞和氧气”是否属于分解反应，并说明理由。  综合层（鼓励完成）：已知过氧化氢溶液在常温下能缓慢分解生成氧气。某实验室有一瓶久置的医用双氧水，请设计一个简单的实验，检验其是否已经完全失效。写出你的实验方案和预期现象、结论。  挑战层（学有余力选做）：除了二氧化锰，硫酸铜溶液、新鲜动物肝脏等对过氧化氢分解也有催化作用。查阅资料，了解“酶”作为一种生物催化剂的特点，并与二氧化锰这类无机催化剂进行简要比较。  反馈机制：学生完成后，先进行小组内互评，重点讨论综合层题目的设计方案是否合理。教师巡视，选取有代表性的基础层答案（如表达式书写规范与否）和综合层设计方案进行全班展示与点评。对于挑战层问题，可邀请有兴趣的学生课后与教师交流，或将资料分享到班级学习平台。第四、课堂小结  同学们，一节课的探索之旅即将结束，让我们一起来盘点收获。哪位同学愿意尝试用一张图或一个框架，把今天我们学习的主要内容串联起来？（邀请学生上台或在任务单上绘制简易思维导图，核心可能包括：一个反应原理、一套实验装置、一个催化剂概念、一类反应类型）。大家补充得很好！我们不仅学会了制取氧气的一种新方法，更重要的是，我们经历了完整的科学探究过程：从观察现象提出问题，到设计实验获取证据，再到分析归纳形成概念，最后联系实际迁移应用。这就是化学学习的魅力所在。课后，请完成分层作业，并预习下一节内容，思考分解反应与我们将要学习的化合反应有何联系与区别。六、作业设计  基础性作业（必做）：1.完成课本本节后对应练习题。2.整理课堂笔记，清晰列出过氧化氢制氧气的原理、装置图（可手绘）、操作要点、催化剂概念和分解反应定义。3.列举23个生活中或已知的分解反应实例（除课堂所学外）。  拓展性作业（建议大多数学生完成）：以“揭秘‘大象牙膏’”为主题，制作一份简易的科学报告或科普小视频（23分钟）。需解释其原理（涉及过氧化氢分解），说明各成分作用（如催化剂、发泡剂等），并强调实验安全注意事项（此实验浓度高，不宜在家模仿）。  探究性/创造性作业（选做）：1.家庭小探究：寻找家中可能含有过氧化氢的产品（如某些衣物漂白剂、隐形眼镜护理液，注意查看成分表并务必在家长陪同下进行），设计一个安全、简单的实验验证其能产生氧气（注意：只能用极少量，并在通风处操作）。记录过程与现象。2.文献小调研：查阅资料，了解工业上大规模制取氧气的主要方法（如分离液态空气法），与实验室制法进行对比，从原理、规模、成本、用途等方面分析其异同，形成一份简短的对比分析报告。七、本节知识清单及拓展  1.★过氧化氢制氧气原理：过氧化氢（俗称双氧水，化学式H₂O₂，无色液体）在二氧化锰（黑色粉末）催化下，分解生成水和氧气。文字表达式：过氧化氢→（二氧化锰）水+氧气。这是实验室制氧气的三种方法之一。  2.★“固液常温型”发生装置：适用于反应物为块状或颗粒状固体与液体，且反应在常温下进行的制气实验。典型装置为：锥形瓶（或试管）+长颈漏斗（或分液漏斗）+双孔塞+导管。注意长颈漏斗下端需液封。  3.★催化剂与催化作用：催化剂是能改变化学反应速率，而本身质量和化学性质在反应前后都不变的物质。其所起的作用叫催化作用。核心记忆“一变（反应速率）二不变（本身质量与化学性质）”。催化剂具有选择性。  4.★分解反应：由一种反应物生成两种或两种以上其他物质的反应。基本特征可简记为“一变多”。它是化学反应的基本类型之一，判断时仅依据反应前后物质种类的数量关系。  5.★氧气检验方法：将带火星的木条伸入集气瓶中，若木条复燃，则证明是氧气。这是氧气的特性检验法。  6.▲装置气密性检查（针对该装置）：将导管末端浸入水中，用手紧握试管（或锥形瓶）外壁，若导管口有气泡冒出，松手后导管内形成一段稳定水柱，则证明气密性良好。  7.▲排水法收集气体：适用于不易溶于水或难溶于水且不与水反应的气体。优点：纯度较高，便于观察是否集满。集满现象：瓶口有大气泡冒出。  8.▲向上排空气法：适用于密度比空气大且不与空气中成分反应的气体。操作时导管应伸入集气瓶底部，以排尽空气。验满方法因气体而异（氧气用带火星木条放瓶口）。  9.★二氧化锰在该反应中的角色：是催化剂，具体作用是加快过氧化氢的分解速率。反应后可通过过滤、干燥回收。  10.▲对比实验思想：设置对照组（如不加催化剂）与实验组（加催化剂）进行比较，是科学探究中控制变量、得出结论的关键方法。  11.▲过氧化氢的储存：因其不稳定，易分解，应密封、避光、存放于阴凉处。远离热源、火种及可燃物、还原剂。  12.▲工业制氧与实验室制氧的区别：工业上主要采用分离液态空气法（物理变化），规模大、成本低；实验室制法（化学变化）则是为了获得少量纯净气体用于研究，注重原理探究与操作训练。八、教学反思  （一）目标达成度评估本节课预设的核心知识目标（原理、装置、分解反应）通过任务驱动与实验探究，大部分学生能当堂掌握，从巩固训练的基础层答题情况可见一斑。能力目标中，实验操作环节因时间与器材限制，部分小组操作仍显生疏，但探究设计与证据推理的意识已在“催化剂作用”讨论中初步建立。情感与思维目标渗透在各个环节，学生参与热情高，尤其在归纳分解反应特征时，能观察到部分学生经历从具体到抽象的思维跃迁过程。  （二）环节有效性剖析导入环节的“大象牙膏”视频迅速抓住了学生注意力，成功将生活现象与化学核心问题挂钩。新授环节的四个任务环环相扣，逻辑清晰：任务一“做”中感知，任务二“比”中深究，任务三“比”中建模，任务四“联”中升华。其中，任务二（探究催化剂）是学生思维最活跃、讨论最激烈的部分，设计的对比实验和开放性问题（如何验证“二不变”）有效激发了高阶思维。但也发现，任务三从具体反应归纳概念时，部分中等生需要更直观的引导（如用不同颜色圆圈代表不同物质，直观展示“一变多”），后续可加入此可视化工