九年级化学上册《探究高锰酸钾制氧气》教学设计

九年级化学上册《探究高锰酸钾制氧气》教学设计一、教学内容分析  本课选自九年级化学（人教版）上册第二单元“我们周围的空气”之课题3“制取氧气”。作为该课题的第二课时，它在单元知识链中扮演着承上启下的关键角色。从课程标准解构，本课承载的核心任务，是引导学生从第一课时对氧气的性质和用途的宏观感知，转向对其制备原理与方法的微观探析，实现从“知其然”到“知其所以然”的认知跃迁。知识技能图谱上，本节课的核心在于掌握实验室用高锰酸钾制取氧气的反应原理、实验装置（重点是发生装置）和操作步骤，并能初步依据反应物状态和条件选择发生装置，这不仅是本单元的核心实验技能，也为后续学习二氧化碳等气体的制取奠定了方法论基础。过程方法上，课标强调“科学探究”这一核心路径，本课将通过完整的探究活动——从原理分析到装置搭建，再到动手实践与反思——让学生亲历提出问题、设计实验、动手操作、收集证据、得出结论的科学探究全过程，将抽象的学科思想转化为具身的探究体验。在素养价值层面，本课是培养学生“证据推理与模型认知”“科学探究与创新意识”的绝佳载体。通过对实验现象的观察与推理，学生将建立“物质变化是有条件的”这一基本观念；通过动手组装仪器，他们能初步形成基于反应原理选择实验装置的“模型认知”思维，这远超越单纯记忆操作步骤，直指化学学科核心素养的内核。  基于“以学定教”原则进行学情诊断：学生在第一课时已了解氧气的部分性质和用途，对氧气的重要性有初步认知，但尚不清晰其来源与制取方法。他们在科学课上接触过部分实验器材，具备基本的安全意识和观察能力，但系统、规范地完成一个气体制备的完整实验仍是首次。可能的认知障碍在于：对“加热固体”制取气体这一反应类型的装置原理理解困难，容易将实验步骤死记硬背而忽略其内在逻辑（如“为什么先移导管后熄灯？”）。此外，学生动手能力存在差异，部分学生可能对酒精灯加热操作感到畏惧或操作不规范。针对此，教学将采取以下调适策略：利用微视频与实物拆解，可视化装置原理，降低抽象性；设计“任务卡”提供阶梯式引导，对操作能力强的学生鼓励其自主设计装置细节，对能力较弱的学生提供更详细的步骤图示与同伴协助；通过设置“错误操作后果分析”环节，将易错点转化为探究问题，在认知冲突中深化理解。课堂中，将通过追问（如“你认为哪一步最关键？为什么？”）、巡视观察操作、以及小组展示汇报等方式，动态评估学情，及时提供个性化指导。二、教学目标  知识目标：学生能够准确书写高锰酸钾制取氧气的文字表达式和符号表达式，理解该反应属于分解反应；能指认并说明实验室制取氧气（固体加热型）发生装置和收集装置中各仪器的作用，特别是试管口略向下倾斜、导管略伸出胶塞、气泡连续均匀冒出时开始收集等关键操作的科学原理，从而在理解的基础上记忆实验步骤。  能力目标：学生能够根据反应原理，独立或在小组协作下，正确选择并组装一套用高锰酸钾制取氧气的实验装置；能基本规范、安全地完成加热、收集气体等操作，并初步学会用排水法收集气体；能够依据观察到的实验现象（如气泡产生速率、导管口气泡情况）判断实验进程，并进行简单调整。  情感态度与价值观目标：在小组实验探究中，学生能表现出严谨认真的科学态度和相互协作的团队精神，主动遵守实验安全规则，体验科学探究的乐趣与成就感。通过讨论工业制氧与实验室制氧的区别，初步体会化学知识在不同尺度（实验室与工业生产）的应用价值。  科学（学科）思维目标：重点发展“证据推理与模型认知”思维。通过“反应物状态和反应条件决定发生装置”这一核心思维的建构，引导学生从具体实验案例中抽提出气体发生装置选择的一般模型（固体加热型、固液常温型等），并能将此模型初步迁移至判断其他类似气体的制取装置上，实现从具体到一般的思维升华。  评价与元认知目标：引导学生依据“实验操作评价量规”进行小组内互评与自我反思，关注操作细节的规范性；在课堂小结环节，鼓励学生用流程图或思维导图梳理实验步骤间的逻辑关系，并思考“如果让我来教其他同学这个实验，我会重点强调哪几点？”，从而提升其对学习过程的监控与反思能力。三、教学重点与难点  教学重点是实验室用高锰酸钾制取氧气的反应原理、实验装置（发生装置）和操作步骤。其确立依据在于：从课程标准看，该内容是“学习基本的实验技能”“完成基础的学生实验”要求的具体体现，是初中化学实验技能体系中的关键节点。从学科逻辑看，它首次系统地向学生展示“加热固体”制备气体的完整流程，其原理和装置模型是后续学习其他气体制备的认知基础。从学业评价看，该实验的原理、装置选择依据及关键操作要点是中考化学实验考查的高频考点，不仅考查识记，更侧重对原理理解和迁移应用能力的考查。  教学难点是理解发生装置的装配原理及操作步骤的科学依据，并能进行初步的迁移应用。难点成因在于：首先，装置中各仪器的装配要求（如试管口为何要略向下倾斜）涉及到对反应过程中可能产生水、空气热胀冷缩等隐含因素的推理，对学生空间想象和逻辑推理能力要求较高。其次，操作步骤顺序环环相扣，学生容易因不理解其背后是出于安全（如防止水倒吸炸裂试管）或实验成功率（如预热、待气泡均匀再收集）的考量而死记硬背。预设的突破方向是：将装置“拆解”与“复原”相结合，通过问题链（“如果试管口向上会怎样？”“先熄灭酒精灯会有什么后果？”）引导学生逆向思考错误操作的后果，从而正向理解正确操作的必然性；并通过类比（如“给固体药品加热制气体，装置都类似吗？”）为迁移应用埋下伏笔。四、教学准备清单1.教师准备  1.1媒体与教具：多媒体课件（含高锰酸钾制氧原理动画、错误操作后果模拟视频）；高锰酸钾制氧标准装置挂图或可拼接磁性教具。  1.2实验器材（分组）：铁架台（带铁夹）、试管、单孔橡胶塞（带导管）、酒精灯、水槽、集气瓶、玻璃片、棉花、药匙、小木条、火柴。另备一套演示用放大装置。  1.3学习材料：分层学习任务单（含基础任务卡与挑战任务卡）、课堂练习纸、实验操作评价量规。2.学生准备  复习课题3第一课时内容；预习本课教材，初步了解实验步骤；携带化学课本、笔记本。3.环境布置  教室桌椅按46人实验小组分组摆放，确保通道畅通，便于教师巡视指导。黑板划分为原理区、装置图区、步骤要点区。五、教学过程第一、导入环节  1.情境创设与旧知唤醒：“同学们，当我们看到有人晕倒，医护人员第一时间会怎么做？对，吸氧。氧气是生命之源，也是工业生产中的重要助燃剂。上节课我们认识了氧气的‘脾气’（性质），那么，这些宝贵的氧气在实验室里是如何‘诞生’的呢？今天，我们就化身小小化学家，亲手来‘制造’氧气！”（口语化表达，联系生活，激发兴趣）。  1.1提出问题与明确路径：“实验室制取气体，我们通常要考虑三个核心问题：第一，用什么药品、通过什么反应来制取？（原理）第二，需要哪些仪器、怎么把它们组合起来？（装置）第三，具体先做什么、后做什么，要注意什么？（步骤）。本节课，我们就以高锰酸钾这种紫黑色固体为原料，沿着‘原理→装置→步骤’的探究路线，开启我们的制氧之旅。”（勾勒学习路线图，明确探究逻辑）。第二、新授环节  本环节以“支架式教学”理念展开，设计环环相扣的探究任务，引导学生在“做中学”“思中学”。任务一：揭秘制氧原理——从宏观变化到符号表征  教师活动：首先展示高锰酸钾固体，让学生观察颜色状态。“大家看，这是高锰酸钾，一种紫黑色的固体。它有个特点，加热后能产生氧气。”接着进行演示实验（或播放高清实验视频），强调观察重点：“请注意观察加热前后固体颜色有何变化，以及导管口放入水槽后发生了什么。”实验后提问：“你看到了什么现象？这说明了什么？”引导学生描述：紫黑色固体变为黑褐色，导管口有气泡冒出，说明有气体生成。然后板书反应原理，并引导学生书写文字表达式：高锰酸钾→（加热）锰酸钾+二氧化锰+氧气。“这个反应是一种物质生成三种物质，在化学上我们叫它什么反应？对，分解反应。这是我们今天制氧的‘魔法公式’。”（口语化讲解，引导观察与归纳）。  学生活动：认真观察教师演示或视频，记录实验现象（固体颜色变化、气泡产生）。思考并回答教师提问，尝试用语言描述变化。跟随教师引导，在笔记本上书写高锰酸钾制氧的文字表达式，并回忆、确认分解反应的概念。  即时评价标准：1.观察是否全面、描述是否准确（如“紫黑色变黑褐”而非简单说“变黑”）。2.能否将宏观现象（气泡）与“生成气体”这一结论建立联系。3.书写表达式是否规范、完整，包括反应条件和生成物。  形成知识、思维、方法清单：★反应原理：高锰酸钾（KMnO₄）在加热条件下分解生成锰酸钾（K₂MnO₄）、二氧化锰（MnO₂）和氧气（O₂）。这是实验室制氧的经典方法之一。▲反应类型：该反应属于分解反应，其特征是“一变多”。●观察与描述：科学探究始于仔细的观察，描述现象要具体、客观，避免直接下结论（如说“生成氧气”是结论，而“有气泡冒出”是现象）。任务二：搭建制氧“流水线”——发生装置的选择与组装  教师活动：“原理有了，接下来我们需要搭建一套‘生产流水线’。请大家根据我们的‘原料’高锰酸钾是固体，以及反应需要‘加热’这个条件，小组讨论一下：我们需要哪些核心仪器来发生这个反应？”（提出驱动性问题）。提供仪器图片或实物，引导学生选择：加热需酒精灯、盛放固体需试管、固定需铁架台、导出气体需带导管的橡胶塞。接着，利用磁性教具或动画，动态演示组装过程，并抛出关键问题链：“试管口为什么要略向下倾斜？如果向上会怎样？”“导管为什么只需要刚刚伸出橡胶塞一点点？太长有什么不好？”“铁夹夹在试管的哪个部位比较合适？为什么？”引导学生结合反应原理和加热安全进行推理。然后，对比展示排水法和向上排空气法收集装置的差异，简要说明选择排水法收集氧气的原因（氧气不易溶于水且不与水反应，此法更纯、便于观察）。“大家摸一摸试管，有什么感觉？这告诉我们什么？”（通过触觉加深对装置特点的理解）。  学生活动：以小组为单位，根据教师提示讨论并选出发生装置所需的核心仪器。观察教师演示组装，积极思考并回答教师提出的问题链，理解各装置细节的科学依据。对比两种收集装置，理解排水法在本实验中的优势。  即时评价标准：1.小组讨论时，能否紧扣“固体+加热”条件选择合适的仪器。2.回答装置细节问题时，推理是否有据（如“试管口向下是防止冷凝水倒流炸裂试管”）。3.能否清晰说出排水法收集氧气的理由。  形成知识、思维、方法清单：★发生装置：适用于“固体加热制气体”型反应，核心仪器组合为：铁架台（带铁夹）、试管、单孔橡胶塞（带导管）、酒精灯。●关键细节原理：试管口略向下倾斜→防止加热时药品中水分或反应生成的水冷凝倒流，使试管炸裂。导管稍伸出胶塞即可→利于气体导出，过长不利于排尽空气，且浪费材料。铁夹夹在距试管口约1/3处→便于加热，且稳固。▲模型认知：选择气体发生装置的核心依据是反应物的状态和反应条件。此为化学实验设计中的重要思维模型。任务三：动手实践，收集一瓶“劳动成果”  教师活动：分发学习任务单，上面印有清晰的步骤图示和关键提示。强调实验安全（如酒精灯使用、防止烫伤）和操作规范。“现在，请各小组根据任务单的指引，动手组装装置并尝试制取、收集一瓶氧气。老师有两个小提示：第一，加热前先检查装置气密性，怎么检查？回忆一下。第二，用排水法收集时，什么时候开始收集最合适？是导管口一有气泡就收吗？”（巡回指导，重点关注：装置连接是否严密、加热操作是否规范、小组分工协作是否有序）。对操作迅速规范的小组，发放“挑战任务卡”：“试试看，你们小组能连续收集两瓶氧气吗？思考一下，在收集第二瓶时，操作上需要注意什么？”  学生活动：小组合作，按照任务单和教师提示，动手组装实验装置，检查气密性。在教师确认安全后，进行加热、收集操作。观察气泡产生情况，当导管口有连续均匀气泡冒出时，开始用排水法收集氧气。集满后在水下用玻璃片盖好瓶口，正放在桌面。部分小组尝试完成挑战任务。  即时评价标准：1.装置组装是否正确、稳固。2.加热操作是否规范（如预热、用外焰加热）。3.收集时机判断是否准确（待气泡连续均匀冒出时开始收集）。4.小组内分工是否明确，协作是否有效。  形成知识、思维、方法清单：★操作步骤要点：①查（检查装置气密性）→②装（装入药品，试管口塞一团棉花）→③定（固定装置）→④点（点燃酒精灯，预热后对药品部位加热）→⑤收（待气泡连续均匀冒出时，开始收集）→⑥移（收集完毕，将导管移出水面）→⑦熄（熄灭酒精灯）。口诀：“查装定点收移熄”。▲关键步骤解析：塞棉花→防止加热时高锰酸钾粉末进入导管。预热→使试管均匀受热，防止炸裂。待气泡连续均匀再收集→最初逸出的是试管内的空气，此时气体不纯。★安全须知：实验结束时，务必先移导管后熄灯，防止水槽中的水倒吸入热的试管，引起炸裂。这是必须养成的安全操作习惯。任务四：从现象到本质——验证与反思  教师活动：待大部分小组收集好氧气后，提问：“你怎么证明这瓶无色气体就是我们想要的氧气？”引导学生回顾氧气的检验方法（用带火星的木条复燃）。请学生代表上台演示检验。“看，木条复燃了！祝贺大家，你们成功制取了氧气！”接着，播放一段“错误操作后果”的模拟动画（如先熄灭酒精灯导致水倒吸、试管炸裂）。引导学生讨论：“动画中演示了哪些错误？会导致什么后果？这反过来告诉我们，正确的操作是多么重要。”  学生活动：回忆并说出氧气检验方法。观看同学演示或自己动手用带火星木条检验集气瓶中的气体，观察现象并确认。观看错误操作动画，小组讨论其危害，深化对正确操作步骤的理解。  即时评价标准：1.能否准确说出并演示氧气的检验方法。2.讨论错误操作时，能否将后果与操作步骤的科学原理联系起来。  形成知识、思维、方法清单：★氧气验证方法：将带火星的木条伸入集气瓶内，若木条复燃，则该气体是氧气。●反思与深化：理解每一个实验步骤都蕴含着科学原理和安全考量。通过分析错误操作的后果，能逆向巩固正确操作的必要性，培养严谨的科学态度和批判性思维。任务五：总结梳理，形成方法论  教师活动：引导学生一起回顾整个探究过程。“经历了原理分析、装置搭建、动手实验和反思验证，现在请大家以小组为单位，用最简洁的方式（比如流程图、关键词）把我们今天制取氧气的核心过程梳理出来，并思考：如果实验室要用氯酸钾（也是一种固体）加热制氧气，装置会一样吗？为什么？”（引导学生应用“反应物状态和条件决定发生装置”的模型）。最后，教师进行精要总结，强调实验室制取气体的一般思路：明确原理→选择装置（发生、收集）→规范操作→验证产物。  学生活动：小组合作，共同梳理、绘制本课知识脉络图。思考教师提出的迁移性问题，运用刚建立的模型进行判断和解释（氯酸钾制氧同为固体加热，装置相同）。  即时评价标准：1.小组梳理的知识脉络是否逻辑清晰、重点突出。2.能否运用“状态条件”模型解释新的制气情境。  形成知识、思维、方法清单：▲实验室制取气体的一般思路与方法：这是本课形成的上位方法论。首先研究反应原理（用什么药品、什么条件、生成什么），然后根据原理选择发生装置（依据反应物状态和条件）和收集装置（依据气体密度、溶解性等性质），最后制定并严格执行操作步骤。●模型迁移：对“固体加热制气体”这类反应，其发生装置具有通用性。这种模型化思维是解决一类问题而非单个问题的钥匙。第三、当堂巩固训练  设计核心：构建分层、变式训练体系，提供及时反馈。  基础层（全体必做）：  1.填空题：实验室用高锰酸钾制氧气，文字表达式为______，该反应属于______反应。实验结束时，应先将______，再______，目的是防止______。  2.选择题：下列图示中，实验室用高锰酸钾制氧气的发生装置正确的是（给出几个有常见错误的装置选项）。  综合层（大多数学生完成）：  3.情境应用题：某同学在实验室制取氧气时，发现试管破裂了。请你帮他分析可能的原因有哪些？（至少写出两点，并从操作上说明）。  4.装置改进题：如果用排水法收集氧气，如何判断氧气已经集满？如果改用向上排空气法，又该如何验满？  挑战层（学有余力选做）：  5.微型探究设计：已知过氧化氢（液体）在二氧化锰（固体）催化下常温即可分解制氧气。请你根据该反应原理，尝试画出你认为适合的发生装置简图，并与高锰酸钾制氧装置进行比较，说明为什么不同。  反馈机制：学生完成后，采用小组内交换批改基础题、教师投影讲解综合题典型答案、请完成挑战题的学生分享思路并教师点评的方式进行。重点关注学生对原理的理解程度和模型应用能力，而非仅仅答案对错。对普遍存在的疑惑点（如验满方法区别）进行集中澄清。第四、课堂小结  设计核心：引导学生自主进行结构化总结与元认知反思。  知识整合：“同学们，请闭上眼睛回想一下，这节课你印象最深的三个画面或知识点是什么？”请几位学生分享，教师将其关键词板书，并引导学生将这些点串联成线（原理装置步骤验证思路）。“看，这就是我们今天共同构建的‘制氧知识树’。”  方法提炼：“在探究过程中，我们反复用到的一个重要思维方法是什么？对，是根据‘反应物状态和条件’选择装置。这是一个可以带走的‘思维工具’。”  作业布置与延伸：“今天的作业是‘自助餐式’的：必做部分是完成练习册上对应基础习题，巩固今天所学。选做A是寻找家中常见的可产生氧气的物品或情境（如鱼缸增氧泵），并简单说明原理。选做B是预习‘过氧化氢制氧气’，并思考其装置与我们今天学的有何不同。下节课，我们将继续探究制取氧气的其他方法，看看谁能在‘状态条件’模型的运用上更胜一筹！”六、作业设计  基础性作业（必做）：  1.规范书写高锰酸钾制取氧气的文字表达式和符号表达式。  2.默写实验步骤口诀“查装定点收移熄”，并用自己的话简要解释每一步的目的。  3.完成课本后关于本实验的基础练习题。  拓展性作业（建议完成）：  4.【家庭小调查】询问家长或查阅资料，了解医院、工厂或潜水等领域使用的氧气是如何制取或储存的，与实验室制法进行简单比较，写一段不超过200字的简要报告。  5.【错题分析官】收集或自编一道关于本实验的典型错题（可以是装置错误或操作顺序错误），并详细分析错误原因及正确做法。  探究性/创造性作业（选做）：  6.【微型项目设计】假设你要为一场户外科普活动现场制取并展示氧气，但条件有限（无标准实验室设备）。请利用“反应物状态和条件决定装置”的思维，发挥创意，设计一套简易、安全的“户外制氧演示装置”（可用图文描述），并说明设计思路和注意事项。七、本节知识清单及拓展  1.★核心反应原理：高锰酸钾→（加热）→锰酸钾+二氧化锰+氧气。这是实验室制氧的经典方法之一，属于分解反应。书写时注意条件“加热”和生成物的完整性。  2.★发生装置选择依据：核心模型——反应物状态（固体）与反应条件（加热）。该模型是气体制备实验设计的思维基石。  3.★标准发生装置组合：铁架台（带铁夹）+试管（盛固体药品）+单孔橡胶塞（带导管）+酒精灯（提供热源）。这是“固体加热型”气体的通用装置雏形。  4.●装置关键细节与原理：试管口略向下倾斜（防冷凝水倒流炸裂试管）；导管稍出胶塞（利导气、省材）；铁夹夹在试管中上部（稳固、利加热）；试管口塞一团棉花（防高锰酸钾粉末堵塞导管）。理解其“所以然”至关重要。  5.★收集方法选择：常用排水法，因氧气不易溶于水。此法收集的气体较纯，且便于观察是否集满。也可用向上排空气法，因氧气密度略大于空气。  6.★操作步骤及口诀：查（气密性）→装（药品，塞棉花）→定（装置）→点（酒精灯，预热）→收（待气泡连续均匀时收集）→移（导管出水）→熄（酒精灯）。口诀：“查装定点收移熄”。每一步皆有考量。  7.★关键操作解析：预热（防试管受热不均炸裂）；待气泡连续均匀再收集（排尽装置内空气，确保氧气纯度）；实验结束先移导管后熄灯（核心安全操作，防水倒吸炸裂试管）。  8.★氧气检验方法：将带火星的木条伸入集气瓶内，若复燃，则为氧气。这是氧气的特征检验法。  9.●氧气验满方法（排水法）：当集气瓶口有大气泡冒出时，说明已集满。（向上排空气法：将带火星木条放在集气瓶口，若复燃则满。注意与检验方法的区别）。  10.▲分解反应概念：由一种物质生成两种或两种以上其他物质的反应。可简记为“一变多”。是化学反应基本类型之一。  11.●棉花的作用拓展：除了防止粉末进入导管，在某些实验中棉花还可起固定药品、过滤等作用。其使用需根据具体实验目的而定。  12.▲实验室制取气体的一般思路：本课形成的上位方法论。①明确原理（药品、条件）→②选择装置（发生：依据状态与条件；收集：依据气体性质）→③规范操作→④验证产物。掌握此思路，可迁移至其他气体的制备学习。  13.●误差分析初步：若收集的氧气不纯，可能原因：装置气密性不好、未待气泡均匀即收集、集气瓶未装满水或未在水下盖好玻璃片等。培养分析问题的能力。  14.▲工业制氧简介：主要采用分离液态空气法（物理变化），利用液态氮和液态氧的沸点不同进行分离。与实验室化学制法制氧（化学变化）有本质区别，体会化学在实验室研究与大规模生产中的不同角色。八、教学反思  （一）教学目标达成度分析假设本次教学基本达成预设目标。大多数学生能正确书写反应原理，并在任务单和小组协作下完成实验操作，成功收集到氧气。从课堂提问和巩固练习反馈看，学生对装置细节原理（如试管口为何向下倾斜）的理解比预想的要顺畅，这得益于将“错误操作后果”以动画形式直观呈现，有效制造了认知冲突，促进了深度思考。“挑战任务卡”的设置为动手能力强的学生提供了延伸空间，他们不仅完成了收集，还开始关注如何高效连续收集，体现了能力的进阶。然而，在迁移应用“状态条件”模型解释新情境（如氯酸钾制氧）时，部分学生表现出迟疑，说明新构建的思维模型尚未完全内化，需要在后续课程中反复强化与应用。  （二）核心教学环节有效性评估导入环节的生活化情境能快速聚焦学生注意力，提出的“原理装置步骤”探究路线图清晰指明了学习方向，起到了良好的“导航”作用。新授环节的五个任务环环相扣，从理论分析到动手实践再到反思总结，符合学生的认知规律。其中，“任务二”对装置原理的层层追问和“任务三”的动手操作是本节课的高潮与关键。小组合作实验极大地调