基于深度学习理念的“氧气的实验室制取”教学设计（人教版九年级化学上册）

基于深度学习理念的“氧气的实验室制取”教学设计（人教版九年级化学上册）一、教学内容分析  本节课隶属于“身边的化学物质”主题，是学生系统学习化学实验的奠基性内容。从课标维度解构，在知识技能图谱上，它要求学生从具体物质（氧气）的制取切入，掌握“反应原理—装置选择—操作步骤—检验方法”这一普适性的气体制备思维模型，其认知要求从识记（药品、步骤）跃升至理解与应用（原理分析、装置迁移）。该内容上承“空气的组成”，下启后续二氧化碳等气体的制取，是单元知识链中的枢纽。在过程方法路径上，课标强调“科学探究”与“证据推理”。这要求我们将教材知识转化为探究活动，如通过对比高锰酸钾、过氧化氢两种制取路径，引导学生像科学家一样思考：如何依据反应物状态和反应条件选择发生装置？如何依据气体性质选择收集与验满方法？在素养价值渗透上，本课是培育“变化观念”、“证据推理”与“科学探究与实践”素养的绝佳载体。通过动手实验，学生能深刻体悟“化学变化创造新物质”的学科本质，在严谨的操作规程中养成科学态度与社会责任，理解实验室规范对科研安全与效率的重要性。  基于“以学定教”原则进行学情诊断：学生已有“氧气助燃”的生活经验，并对化学实验充满好奇，此为动力源。然而，他们的认知存在典型障碍：一是将“催化剂”神秘化，难以理解其“一变二不变”的实质；二是空间想象薄弱，对“固固加热”与“固液常温”两类装置的选择与连接缺乏系统逻辑；三是易混淆“检验”与“验满”的操作细节。为此，教学过程需嵌入动态评估：例如，在讨论催化剂时设置辨析性问题“二氧化锰用完后质量减少了吗？”；在装置选择环节，利用实物拼装活动观察学生的推理过程。教学调适策略上，对理解较快的学生，引导其进行装置或误差分析；对存在困难的学生，提供“决策流程图”等可视化工具，并通过小组内“小老师”机制进行同伴帮扶，确保所有学生都能在“最近发展区”内获得成长。二、教学目标  知识目标：学生能准确阐述实验室制取氧气的两种主要反应原理（高锰酸钾加热分解、过氧化氢二氧化锰催化分解），并能从反应物状态和条件角度对其进行分类；能系统性描述实验步骤，辨析“检验”与“验满”的不同操作及原理，并初步建构气体制备的通用思维模型。  能力目标：学生能够根据给定的反应原理，独立完成“发生装置—收集装置—验满/检验”的仪器选择和连接；能安全、规范地进行高锰酸钾制取氧气的实验操作；能基于实验现象（如气泡产生的速率、木炭燃烧的剧烈程度）进行简单的证据推理，解释实验成败的关键因素。  情感态度与价值观目标：在小组合作实验过程中，学生能表现出严谨、有序的科学态度，主动遵守安全规范，并能积极倾听同伴意见，共同解决问题。通过了解工业制氧与实验室制氧的区别，体会化学知识从实验室走向生产生活的价值。  科学思维目标：重点发展“模型认知”与“证据推理”思维。通过对比两种制氧方法，引导学生建立“由原理定装置”的决策模型；通过分析“排水法与向上排空气法”的取舍，培养基于气体性质进行最优选择的比较思维。  评价与元认知目标：学生能利用教师提供的“实验操作评价量规”进行小组互评，反思本组在“装置气密性检查”、“实验后仪器整理”等环节的规范性。课后能自主梳理本节课的知识框架，并识别自己在“催化剂概念理解”或“装置图识别”上的掌握情况。三、教学重点与难点  教学重点：实验室制取氧气的反应原理、实验装置的选择与连接、以及操作步骤的规范性。其确立依据在于，从课程标准看，这是“学习基本的实验技能”和“初步学习运用简单的装置和方法制取某些气体”要求的具体体现，是“科学探究”素养落地的关键支点。从学业评价看，气体制备的思维模型是中考化学的经典考点与能力高地，贯穿于对整个化学实验体系的考查。  教学难点：一是催化剂概念的理解，其“改变化学反应速率”而本身“质量和化学性质不变”的抽象特性，与学生“反应物消耗”的直观经验相悖；二是依据反应原理灵活选择并组装发生装置，这需要学生将文字信息（反应物状态、条件）转化为空间图像（仪器组合），并进行逻辑判断。难点预设基于学情：前者是典型的认知冲突点，后者则涉及二维与三维思维的转换。突破方向在于，对催化剂设计探究实验，用数据说话；对装置选择采用实物模型拼装游戏，化抽象为具体。四、教学准备清单1.教师准备1.1媒体与课件：制备包含工业制氧（空分）短片、实验动画微课、互动决策思维导图的PPT。1.2实验器材（分组与演示）：高锰酸钾、过氧化氢溶液、二氧化锰、木炭、铁丝；铁架台、大试管、单孔橡皮塞、导管、集气瓶、水槽、酒精灯、药匙、棉花等；一套可拼插的仪器磁性贴（用于白板演示装置选择）。1.3学习材料：分层学习任务单（含基础导学、探究记录、分层练习）、实验操作评价量规卡片。2.学生准备2.1预习任务：阅读教材，以思维导图形式初步梳理制取氧气的可能方法。2.2物品携带：课本、笔记本、笔。3.环境布置3.1座位安排：实验课采用4人异质小组围坐，便于合作与讨论。3.2板书记划：预留左中右三区，分别用于呈现核心问题、探究过程生成的知识网络、及学生即时的精彩观点或疑问。五、教学过程第一、导入环节  1.情境创设与问题提出：“同学们，请看这段视频（播放潜水员深海作业或医院急救吸氧的画面）。氧气，是生命续航的保障。在实验室里，我们如何‘创造’出这种生命气体呢？桌上这瓶黑色的二氧化锰、紫色的高锰酸钾、无色的‘双氧水’，它们中谁能担当制氧的‘主角’？”（大家先别急着翻书，凭你的第一感觉猜猜看！）  1.1建立联系与明确路径：在学生七嘴八舌的猜测中，引出核心驱动问题：“今天，我们就化身实验室里的‘制氧工程师’，要解决三个核心任务：第一，用什么药品、通过什么反应制取氧气？第二，如何设计和搭建‘生产流水线’（即实验装置）？第三，如何检验我们的‘产品’是否合格？”简要勾勒路线图：我们将通过对比探究、动手实验、模型建构来寻找答案。（回想一下，我们之前如何检验一瓶气体是氧气？对，用带火星的木条。这个知识今天会派上大用场！）第二、新授环节任务一：揭秘原理——两种制氧路径的对比分析教师活动：首先，引导学生从已猜想的药品出发，明确两种实验室常用方法：加热高锰酸钾、用过氧化氢加二氧化锰。（注意，这个‘加’字很关键，二氧化锰在这里扮演什么角色？是反应物吗？）接着，通过板书或动画清晰呈现两个化学方程式，强调“反应物、条件、生成物”三要素。（请大家对比观察，这两个反应在‘反应条件’上有什么显著不同？一个要加热，一个常温即可。这个不同，将直接决定我们后续装置的选择。）然后聚焦催化剂：进行“过氧化氢单独放置”、“加入二氧化锰”的对比演示实验，引导学生观察气泡产生的剧烈程度差异。（看，二氧化锰好像一个‘加速器’，它自身参与反应了吗？反应前后我们能否把它回收？）引导学生阅读教材，归纳催化剂“一变二不变”的核心特质。学生活动：观察教师演示，记录现象对比。小组讨论并尝试用自己语言描述二氧化锰的作用。阅读教材，完成学习任务单上关于反应原理的填空与辨析题（如“判断：二氧化锰是所有反应的催化剂”）。即时评价标准：1.能否准确指出两个化学方程式的反应条件差异。2.讨论时，能否结合实验现象对催化剂的作用提出合理的类比（如“像田径比赛的发令员”）。3.能否辨别关于催化剂的常见错误表述。形成知识、思维、方法清单：  ★反应原理：加热高锰酸钾（紫黑色固体）是“固固加热”型反应；过氧化氢（液体）在二氧化锰催化下分解是“固液常温”型反应。化学方程式是反应的“身份证”，必须牢记条件与配平。  ▲催化剂：核心特征是“一变（速率）二不变（质量与化学性质）”。（教学提示：强调‘化学性质’不变是难点，意味着它还能继续催化同类反应，可通过回收再利用实验来证实。）  ★对比归纳法：学习化学物质时，从状态、条件、产物等多维度进行比较，是抓住本质的高效方法。任务二：设计装置——“由原理定装置”的思维建模教师活动：提出核心问题：“不同的反应原理，需要不同的‘反应容器’。如何为它们量身定制发生装置？”利用磁性仪器贴，首先引导学生回顾给固体加热的通用装置（试管、铁架台、酒精灯等）。（如果反应物是固体和液体，且常温下反应，这套装置还合适吗？想想我们平时如何让两种液体混合反应？）引导学生思考并尝试拼出“固液常温”型装置（如锥形瓶+长颈漏斗/分液漏斗+双孔塞）。通过对比两套装置，板书提炼决策模型：一看反应物状态，二看反应条件。接着过渡到收集装置：“氧气生产出来了，如何‘捕捉’它？”复习氧气密度大于空气、不易溶于水的性质，引导学生自主选择向上排空气法或排水法，并分析各自优缺点。学生活动：小组合作，利用任务单上的仪器简图，尝试绘制并连接两套发生装置。讨论并陈述选择排水法或排空气法的理由。派代表在白板上用磁性贴进行装置组装竞赛。即时评价标准：1.绘制的装置图是否规范（如导管伸入试管内的长度、酒精灯加热部位）。2.小组陈述收集方法理由时，能否准确关联氧气的物理性质。3.装置组装是否快速、准确，体现对仪器功能的了解。形成知识、思维、方法清单：  ★发生装置选择模型：“固固加热型”与“固液常温型”是两大基础模型。（易错点：过氧化氢制氧，若用长颈漏斗，末端必须液封！）  ★收集方法选择依据：取决于气体密度（与空气比较）和溶解性。向上排空气法适用于密度大于空气的气体，排水法适用于不易溶于水的气体。（追问：排水法收集的气体更纯还是更干燥？引导辩证思考。）  ★模型认知思维：将具体问题（如何制氧）抽象成一般模型（气体制备），再将模型应用于新情境（如后续制二氧化碳），这是化学学习的核心思维。任务三：规范操作——高锰酸钾制氧实验实践教师活动：这是动手环节。首先播放规范操作微课，强调“查、装、定、点、收、离、熄”七字步骤口诀。（‘查’是什么？对，检查装置气密性，这是保证实验成功的第一步，就像给气球吹气前要先检查是否漏气。）重点讲解并演示：试管口为什么要略向下倾斜？为什么导管开始有气泡冒出时不能立即收集？排水法收集完毕后，为何要先移导管再熄酒精灯？（顺序颠倒会怎样？请大家逆向推理一下。）巡视指导，重点关注操作规范性，及时纠正错误。学生活动：以小组为单位，分工协作（操作员、记录员、安全员等），严格按照步骤完成高锰酸钾制取和收集12瓶氧气的实验。记录实验现象（如高锰酸钾颜色变化、气泡产生的速率、集气瓶中水被排出的过程）。操作完成后，按“仪器清洗与归位清单”整理实验台。即时评价标准：1.能否按正确顺序进行“查装定点收离熄”操作。2.实验过程中是否体现安全意识（如加热时试管口不对人、处理热仪器用坩埚钳）。3.小组协作是否有序，实验后台面是否整洁。形成知识、思维、方法清单：  ★操作步骤口诀：“查装定点收离熄”是程序性知识的精华，每一步都有其化学原理。（如‘定’：试管固定在铁架台上的高度要合适，确保用酒精灯外焰加热。）  ★关键操作原理：试管口略向下倾斜—防止冷凝水回流炸裂试管；预热后集中加热—使反应平稳持续；气泡均匀冒出再收集—排出装置内空气，保证氧气纯度；先移管后熄灯—防止水槽中的水倒吸。  ★科学探究的实践性：“纸上得来终觉浅”，亲手实践是理解原理、形成技能、培养严谨态度的唯一途径。任务四：产品检验——从“检验”到“验满”的精准辨析教师活动：引导学生利用自制的氧气进行性质验证实验。“我们生产的‘产品’合格吗？如何检验它确实是氧气？”复习用带火星的木条复燃来检验。（那么，如何知道这瓶氧气已经收集满了呢？）引出“验满”概念。组织学生对比“检验”与“验满”的操作差异：检验是将带火星木条伸入瓶内；验满是将其放在瓶口。（为什么验满要放在瓶口？谁能用分子运动的观点解释？）组织学生分别对排水法和排空气法收集的氧气进行验满操作，观察现象差异。学生活动：进行氧气的检验和验满操作。特别是对于向上排空气法收集的氧气，尝试用带火星的木条在瓶口检验，观察并记录木条复燃的情况。小组讨论排水法与排空气法在验满操作上的直观性差异。即时评价标准：1.能否正确区分“伸入瓶内”与“置于瓶口”两种操作并说明其原理。2.操作是否规范，能否观察到清晰的复燃现象。形成知识、思维、方法清单：  ★检验vs.验满：这是极易混淆的操作点。核心区别在于操作目的与位置：检验成分（伸入内），检查是否收集满（放置口）。（口诀记忆：内检成分，口查满。）  ★方法优劣比较：排水法通过观察气泡判断收集满，更直观；向上排空气法则必须依赖验满操作，需更严谨。  ★证据的获取与解读：相同的木条复燃现象，因操作位置不同，所证明的结论截然不同，体现了科学实验中证据与结论的严谨对应关系。任务五：体系整合——绘制气体制备思维导图教师活动：引导全班进行知识整合。“经过一番探索，我们已经掌握了制取氧气的全过程。现在，请大家以小组为单位，在白板或大白纸上，绘制一幅‘实验室制取氧气’的思维导图或流程图，要求体现从原理到检验的完整逻辑链。”提供关键词提示：反应原理、发生装置、收集装置、操作步骤、检验验满。巡回指导，鼓励学生建立个性化的联系。学生活动：小组合作，集体构思，绘制思维导图。选派代表进行展示讲解，阐述本组的构图逻辑。倾听其他小组的展示，进行补充或提问。即时评价标准：1.思维导图是否涵盖了核心要素，逻辑层次是否清晰。2.小组讲解时，语言是否流畅，能否体现对知识间内在联系的理解。3.能否对他组的展示提出有价值的补充或质疑。形成知识、思维、方法清单：  ★气体制备通用模型：本节课的核心产出。其思维路径可概括为：明确反应原理→根据反应物状态和条件选择发生装置→根据气体性质选择收集方法→规范操作实施→依据特性进行检验/验满。  ★知识结构化：将零散的知识点（药品、步骤、装置）整合到一个有逻辑的框架中，是深度学习的关键标志，能有效促进记忆迁移。  ▲工业制氧简介：实验室是“精工细作”，工业上是“规模生产”。简单介绍分离液态空气法，让学生体会原理（物理变化）与应用规模的差异，感受化学技术的不同层级。第三、当堂巩固训练  设计分层训练任务，学生根据自身情况选择完成：  基础层（必做）：1.完成学习任务单上的填空题（如高锰酸钾制氧的化学方程式、实验步骤排序）。2.给定过氧化氢制氧的装置图，指出图中一处错误并改正。  综合层（鼓励完成）：情境应用题：“实验室里氯酸钾（固体）与二氧化锰混合加热也可制氧气。请参照今天所学模型，画出其发生装置示意图，并说明收集方法和验满操作。”  挑战层（选做）：开放探究题：“排水法收集的氧气瓶中会留有少量水，你认为这对后续用该氧气进行铁丝燃烧实验有何影响？请设计一个简单实验证明你的猜想。”  反馈机制：基础层答案通过PPT快速展示，学生自检。综合层和挑战层题目，抽取不同层次的学生上台板演或口述思路，教师进行针对性点评。（这位同学从‘固固加热’这个模型出发进行迁移，思路非常清晰！大家注意看他画的试管口朝向。）展示一份优秀的思维导图范例，并请绘制者简述心得。第四、课堂小结  引导学生进行自主总结与反思。（请用一分钟时间，闭上眼睛回顾一下，今天你最大的收获是什么？是学会了制氧气，还是掌握了某种思考问题的方法？）鼓励学生分享。教师最终以“实验室气体制备通用模型”图进行收束，强调模型迁移的价值。布置分层作业：必做——整理课堂笔记，完成教材课后基础习题；选做A（拓展）——查阅资料，了解家庭或医疗用的便携式制氧机原理，并与实验室方法对比；选做B（探究）——设计一个家庭小实验，利用厨房物品（如酵母、糖水）尝试产生并检验一种气体（非氧气）。（下节课，我们将走进另一种重要的气体——二氧化碳，今天学到的模型会不会依然适用呢？期待大家的发现！）六、作业设计基础性作业：1.默写实验室制取氧气的两个化学方程式（注明条件）。2.简述高锰酸钾制取氧气的实验步骤（七字口诀），并解释“先移导管后熄灯”的原因。3.绘制“固液常温型”发生装置简图，并标注仪器名称。拓展性作业：4.【情境应用】消防员在密闭空间救援时，有时会使用一种“化学氧自救呼吸器”，其产氧原理是超氧化钾（KO₂）与人呼出的二氧化碳和水蒸气反应。请分析，这与我们学习的实验室制氧在原理、装置思路上的根本不同是什么？（提示：从反应物来源和条件思考）5.【微型项目】以“一瓶氧气的诞生记”为题，制作一份图文并茂的科普小报，向小学生介绍实验室制取氧气的故事。探究性/创造性作业：6.【实验设计】已知过氧化氢溶液浓度会影响制氧速率。请设计一个实验方案，探究不同浓度的过氧化氢溶液在相同条件下，与二氧化锰反应产生氧气的快慢。写出你的实验步骤、需要测量的数据以及预期结论。7.【跨学科联系】查阅资料，了解自然界中植物的光合作用如何产生氧气。从反应条件、能量转换、规模等角度，撰写一篇短文，比较“人工制氧”与“自然制氧”的异同。七、本节知识清单及拓展  ★1.两种核心反应原理：(1)加热高锰酸钾：2KMnO₄→(△)K₂MnO₄+MnO₂+O₂↑。（关键：高锰酸钾是紫黑色，生成的锰酸钾是绿色，固体颜色变化是判断反应发生的迹象之一。）(2)过氧化氢在二氧化锰催化下分解：2H₂O₂→(MnO₂)2H₂O+O₂↑。（关键：此为‘固液常温’反应，二氧化锰是催化剂。）  ★2.催化剂概念：能改变化学反应速率，而本身的质量和化学性质在反应前后都不发生变化的物质。催化剂具有专一性和选择性。（教学提示：可通过‘反应后回收二氧化锰并再次用于过氧化氢分解’的实验强化‘化学性质不变’。）  ★3.发生装置选择模型：(1)固固加热型：适用于反应物均为固体且需加热的反应（如高锰酸钾制氧）。核心仪器：铁架台、大试管、酒精灯。（要点：试管口略向下倾斜；导管稍伸出橡胶塞即可。）(2)固液常温型：适用于固体与液体在常温下反应（如过氧化氢制氧）。核心仪器：锥形瓶/广口瓶、长颈漏斗/分液漏斗、双孔塞。（要点：长颈漏斗末端必须液封，防止气体逸出；分液漏斗可控制液体滴加速率。）  ★4.收集装置选择依据：(1)排水法：适用于不易溶于水且不与水反应的气体（如O₂）。优点：收集的气体较纯、直观易满。缺点：气体潮湿。(2)向上排空气法：适用于密度大于空气（相对分子质量>29）且不与空气成分反应的气体（如O₂）。优点：干燥。缺点：纯度不易保证，需验满。  ★5.高锰酸钾制氧操作步骤口诀：“查装定点收离熄”。（深度解析：‘查’指检查装置气密性，常用‘手握法’或‘注水法’；‘点’指先预热后集中加热；‘收’时机为导管口气泡连续均匀冒出时；‘离熄’顺序绝不能颠倒，防倒吸。）  ★6.氧气的检验与验满：检验氧气：将带火星的木条伸入集气瓶内，若复燃，则为氧气。验满氧气：将带火星的木条放在集气瓶口，若复燃，则已收集满。（本质区别：检验是针对气体成分，验满是针对收集程度。）  ▲7.工业制氧——分离液态空气法：利用空气中各组分（主要是氮气和氧气）沸点不同，通过降温加压使空气液化，再升温蒸馏分离。（关键认知：此为物理变化，与实验室化学制氧本质不同。体现技术路径的多样性。）  ▲8.多功能瓶（洗气瓶）的初步认识：本课中用于排空气法收集的集气瓶，若配合双孔塞和长短导管，可衍生出洗气、干燥、安全瓶等多种功能。（拓展提示：此为装置迁移应用的起点，‘长进短出’或‘短进长出’取决于用途。）  ★9.气体制备的思维模型（核心产出）：一个完整的气体制备方案，需系统考虑：反应原理→发生装置→收集装置→操作步骤→检验/验满方法。该模型具有强大的迁移价值。八、教学反思  （一）目标达成度与证据分析本节课预设的知识与能力目标基本达成。从课堂反馈和巩固练习看，绝大多数学生能准确书写方程式、指认装置，小组实验成功率高。（看到学生们小心翼翼地将带火星的木条伸向瓶口，屏息等待复燃的瞬间，那一刻他们眼里的光，就是目标达成的最好证明。）科学思维目标（模型认知）的达成分层明显：约70%的学生能顺利迁移模型解决综合层问题；部分学生在没有具体图形提示时，独立绘制装置图仍有困难，表明二维与三维的转换需持续训练。情感目标在实验环节表现突出，小组协作有序，但实验后的整理效率有待提高。  （二）核心环节的有效性评估任务二“设计装置”采用磁性贴拼装，参与度高，有效化解了抽象难点。（这个‘游戏’环节设计对了，学生们争着上来尝试，错误在争论中被自然纠正。）任务三的动手实验是高潮，但时间略显紧