九年级化学上册《制取氧气》单元教学设计

九年级化学上册《制取氧气》单元教学设计一、教学内容分析  本课内容隶属于课程标准“科学探究与化学实验”及“身边的化学物质”主题，是学生系统学习气体制备原理与方法的起始课，具有承前启后的枢纽价值。从知识图谱看，它上承“空气的组成”、“物质的变化与性质”，下启“二氧化碳的制取”及后续基于气体性质的探究实验，是构建“反应原理→装置选择→操作步骤→检验方法”完整实验逻辑链条的关键节点。课标要求不仅在于识记实验室制取氧气的具体方法，更在于引导学生经历“提出问题→设计方案→动手实践→分析论证”的科学探究基本过程，初步建立“根据反应物状态和条件选择发生装置，根据生成物性质选择收集方法”的模型认知。其素养价值深远：在探究双氧水分解实验中，催化剂概念的理解蕴含着“变量控制”与“证据推理”的科学思维；从工业制氧（分离液态空气）与实验室制氧的对比中，可渗透“科学技术社会环境”（STSE）的跨学科视野；而严谨、规范的操作训练则是培养科学态度与责任感的绝佳载体。“大家想想，为什么医院急救和航天飞船都离不开氧气？我们自己又如何‘制造’出这种生命气体呢？”这一问题的提出，便将知识学习锚定在真实的问题解决之中。  学情诊断需立体多维。学生的已有基础是对氧气助燃性等性质的初步了解，并具备简单的试管操作经验。然而，潜在的认知障碍显著：其一，对“催化剂”概念易产生“只加快反应”的片面认识，难以理解其“一变两不变”的本质；其二，从具体反应原理（如高锰酸钾分解）到抽象装置模型（固固加热型、固液常温型）的跨越存在思维难度；其三，实验操作中常混淆“检验”与“验满”的方法。教学对策在于“化抽象为具象，化复杂为阶梯”。例如，通过对比加入二氧化锰前后双氧水产生气泡速率的显著差异，直观建立催化剂作用的感性认识。“注意看，这一组是不是像加了‘发动机’？”同时，设计分层任务单：基础任务确保所有学生掌握核心操作；进阶任务引导部分学生探究“不同催化剂（如氧化铁）的效果”；挑战任务则鼓励学有余力者设计“家庭环境下简易制氧方案”。在教学过程中，将通过巡回指导、关键步骤提问（“为什么导管口刚开始冒气泡时不能立即收集？”）及随堂练习反馈，动态把握学情，并即时调整教学节奏与支持策略。二、教学目标  知识目标：学生能够系统阐述实验室制取氧气的三种反应原理（高锰酸钾加热分解、氯酸钾二氧化锰共热、过氧化氢二氧化锰催化分解），并能准确写出对应的化学方程式；理解催化剂在化学反应中“改变反应速率”而本身“质量与化学性质不变”的核心内涵；能基于反应原理，辨析并选择固固加热型与固液常温型两类发生装置，以及排水法与向上排空气法两种收集方法。  能力目标：学生能够初步按照“原理装置操作检验”的完整流程，独立或协作完成一套实验室制取氧气的模拟或实操设计；在“探究双氧水制氧催化剂”的对比实验中，初步形成控制单一变量进行实验探究的意识与操作能力；能够从具体的实验事实中归纳共性规律（如选择收集方法的依据），并运用模型解释新情境下的装置选择问题。  情感态度与价值观目标：通过亲历制取氧气的探究过程，体验科学发现的严谨与乐趣，增强合作意识与安全操作观念；通过讨论工业制氧与实验室制氧的区别，体会化学技术服务于社会生产生活的价值，初步建立绿色化学和资源合理利用的观念。  科学思维目标：重点发展“证据推理与模型认知”思维。通过分析不同制氧方法的异同，引导学生抽提并建构气体制备的通用思维模型（反应条件、装置匹配、气体性质）；在催化剂概念的建构中，经历“观察现象→提出假设→实验验证→得出结论”的逻辑推理过程。  评价与元认知目标：引导学生运用教师提供的“实验设计评价量规”（包含原理正确性、装置合理性、步骤安全性、表述条理性等维度）进行小组互评；在课堂小结环节，鼓励学生通过绘制概念图反思本课知识的逻辑结构，并思考“我的探究设计在哪个环节遇到了困难？是如何解决的？”三、教学重点与难点  教学重点：实验室制取氧气的反应原理、实验装置及操作步骤。其确立依据源于课标与学科逻辑：制取氧气是初中化学首个系统的气体制备实验，其原理（分解反应）和装置模型是后续学习二氧化碳等气体制备的认知基础，属于“物质制备”大概念下的核心内容。同时，该部分内容是中考考查实验与探究能力的高频考点，常以装置连接、步骤排序、原理辨析等形式出现，深刻体现“知识为基，能力为重”的命题立意。  教学难点：催化剂概念的理解与气体制备装置的选择依据。难点成因在于：催化剂概念涉及微观反应机理，对学生而言较为抽象，易与“反应物”混淆；而装置的选择需要学生综合运用反应物状态、反应条件、气体密度与溶解性等多重信息进行决策，思维跨度大。预设依据来自常见学情：学生作业中常出现“用高锰酸钾制氧时，选择固液常温装置”的错误；在解释催化剂时，易忽略“化学性质不变”这一关键点。突破方向在于提供丰富的直观素材（动画模拟催化剂作用机理）和结构化的问题支架（“选择收集方法时，你需要考虑气体的哪些‘性格’？”），通过对比与归纳，促进深度理解。四、教学准备清单  1.教师准备  1.1媒体与教具：多媒体课件（含制氧原理动画、工业制空分流程视频）、高锰酸钾制氧与双氧水制氧的成套实验装置模型、板书设计思维导图框架。  1.2实验器材与药品：高锰酸钾、5%过氧化氢溶液、二氧化锰粉末、氧化铁粉末、木炭、铁丝、酒精灯、试管、铁架台、水槽、集气瓶、导管、橡胶塞、火柴等。准备分组实验器材810套。  1.3学习材料：分层学习任务单（含基础任务卡、进阶探究卡）、课堂巩固练习分层卷、“实验设计评价量规”卡片。  2.学生准备  2.1知识预习：复习氧气的化学性质；阅读教材，初步了解三种制氧方法的文字表达式。  2.2物品准备：携带化学教材、笔记本、笔。  3.环境布置  3.1座位安排：实验课采用小组围坐式，45人一组，便于合作探究与讨论。  3.2板书记划：黑板左侧预留区域用于绘制气体制备思维模型图。五、教学过程第一、导入环节  1.情境创设与问题驱动：播放一段简短视频，内容涵盖医疗急救输氧、潜水员携带氧瓶、航天器内生命保障系统。“同学们，氧气是生命之源，也是支持燃烧的助燃剂。这些关键场合的氧气，显然不能只依赖空气。那么，我们能否在实验室里，像一位化学工程师一样，‘制造’出纯净的氧气呢？”  1.1提出核心问题：“今天我们的核心任务就是：设计并理解一套在实验室中安全、高效制取并收集氧气的方法。”  2.唤醒旧知与路径勾勒：“要‘制造’氧气，我们得让含氧的物质‘释放’出氧气。这需要什么样的化学反应？反应又需要在什么‘容器’里进行？得到的氧气如何‘捕捉’并检验？”简要说明本节课将沿着“寻找反应原理→搭建反应装置→规范操作步骤→检验所得气体”的路径展开探索，唤醒学生对化学变化和氧气性质的已有认知。第二、新授环节  本环节以“科学探究”为主线，搭建阶梯式任务，引导学生主动建构。任务一：回顾与初探——高锰酸钾制氧法的原理与装置  教师活动：首先引导学生写出高锰酸钾加热分解制氧的文字表达式，并尝试推测化学方程式。“请注意反应条件‘加热’和生成物中的‘锰酸钾’这个新物质。”随后，展示一套完整的高锰酸钾制氧装置，提出引导性问题链：“1.反应物是固体，需要加热，试管口为什么要略向下倾斜？2.导管为何要稍伸出橡胶塞即可，不宜过长？3.我们计划用排水法收集，基于氧气的什么性质？实验结束时，为什么要先移导管再熄灯？”结合问题，进行关键操作要点的模拟演示或播放规范操作微视频。  学生活动：书写并尝试配平化学方程式。观察装置，思考并小组讨论教师提出的问题链，尝试从实验安全（防水倒流）、操作效率（利于气体导出）和气体性质（不易溶于水）等角度进行解释。跟随教师演示，复述关键步骤。  即时评价标准：①能正确书写目标化学方程式；②讨论时，能基于已有物理、化学知识给出解释，逻辑基本自洽；③能清晰复述“查、装、定、点、收、离、熄”七步操作口诀中的安全要点。  形成知识、思维、方法清单：  ★反应原理1：高锰酸钾$\xrightarrow[\text{加热}]{}$锰酸钾+二氧化锰+氧气（化学方程式：$2KMnO_4\xrightarrow{\Delta}K_2MnO_4+MnO_2+O_2\uparrow$）。提示：这是典型的固固加热型反应，也是分解反应的代表。  ★发生装置：固固加热型装置。要点：试管口略向下倾斜（防冷凝水倒流炸裂试管）；铁夹夹在距试管口约1/3处；导管伸入刚露出胶塞（利于排气）。  ▲操作关键：“先移后熄”是核心安全步骤，旨在防止水槽中的水倒吸入热的试管。  ★收集与检验：排水法（因氧气不易溶于水）；用带火星木条伸入集气瓶内复燃来检验。任务二：动手与观察——体验高锰酸钾制氧操作  教师活动：组织学生进行分组实验（或关键步骤模拟操作）。巡回指导，重点关注：酒精灯使用安全、试管预热方法、导管口连续均匀冒泡时开始收集的时机判断。适时提问个别小组：“你们观察到什么现象证明收集到的气体是氧气？”“现在能解释‘刚开始冒出的气泡不宜收集’了吗？”  学生活动：小组合作，按照规范步骤进行实验操作（或观察模拟实验），收集12瓶氧气。观察并记录反应现象（紫色固体变黑、导管口有气泡冒出等），并用带火星木条检验收集到的气体。  即时评价标准：①操作流程规范、有序，体现安全意识；②小组内分工明确，协作有效；③能准确描述实验现象，并将检验结果（木条复燃）与氧气性质相关联。  形成知识、思维、方法清单：  ★实验现象：高锰酸钾固体由紫黑色变为黑褐色，导管口有连续气泡冒出，收集的气体能使带火星木条复燃。  ▲思维方法：将实验现象（气泡产生）与物质变化（化学反应发生）相联系，将检验结果（复燃）与物质性质（助燃性）相印证，是“宏观辨识与微观探析”素养的体现。  ★科学探究步骤：明确目的→准备器材→规范操作→观察记录→得出结论。“手脑并用，我们既是操作员，也是观察员和思考者。”任务三：探究与建模——双氧水制氧与催化剂概念建构  教师活动：提出新挑战：“有没有不需要加热，在常温下就能快速制氧的方法？”演示：向一支盛有少量5%过氧化氢溶液的试管中伸入带火星木条，现象不明显。“如何让它‘加速’释放氧气？”引出二氧化锰。演示对比实验：向另一支盛有等量同浓度过氧化氢溶液的试管中加入少量二氧化锰粉末，迅速产生大量气泡，带火星木条复燃。“太神奇了！二氧化锰在这里扮演了什么角色？”引导学生阅读教材关于催化剂的定义，并设计关键问题：“如何通过实验证明二氧化锰在反应前后‘质量’和‘化学性质’没有改变？你能设计出简单的实验思路吗？”  学生活动：观察对比实验，产生强烈认知冲突。阅读并勾画催化剂定义的关键词“改变”、“质量”、“化学性质”。小组讨论设计验证实验思路（如：反应前称量二氧化锰质量，反应后过滤、干燥、再称量；用反应后的固体再次加入双氧水中，看是否仍能加速反应）。  即时评价标准：①能准确复述催化剂“一变两不变”的核心要点；②设计的验证思路能体现“控制变量”的思想，逻辑基本合理；③能区分“加快反应速率”与“使反应发生”的不同。  形成知识、思维、方法清单：  ★反应原理2：过氧化氢$\xrightarrow[\text{二氧化锰}]{}$水+氧气（$2H_2O_2\xrightarrow{MnO_2}2H_2O+O_2\uparrow$）。提示：此为固液常温型反应的典范。  ★★核心概念：催化剂。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。“它像一位高效的‘调度员’，不消耗自己，却能大大加快进程。”  ★科学方法：对比实验与控制变量。探究催化剂作用时必须保证其他条件（如过氧化氢浓度、体积、温度）完全相同。任务四：分析与比较——装置模型的形成与选择  教师活动：将高锰酸钾制氧装置与双氧水制氧装置（分液漏斗+锥形瓶型）并列投影。组织学生开展“找不同”与“归同类”活动。引导性问题：“请从反应物状态和反应条件两个维度，比较两套发生装置的根本区别。”“由此，我们可以将气体发生装置抽象为哪几种通用模型？”进一步追问：“收集装置除了排水法，还有什么方法？选择依据是什么？”呈现氧气、二氧化碳、氢气的密度与溶解性数据表，引导学生归纳。  学生活动：观察、比较两套装置，讨论并归纳：固体加热型vs.固液常温型。根据氧气密度大于空气且不与空气成分反应的性质，推理出向上排空气法。结合数据表，总结选择收集方法的普适性原则：溶解性、密度、气体纯度要求。  即时评价标准：①能准确依据反应物状态和条件对发生装置进行分类；②能清晰表述选择收集方法的两大依据；③能运用归纳出的模型，初步解释为何收集氢气可用向下排空气法。  形成知识、思维、方法清单：  ★★装置模型：  1.发生装置：固+固加热型|固+液常温型。  2.收集装置：排水法（不易/难溶于水的气体，较纯）|排空气法（密度与空气差异大、不与空气反应；上大下小）。  ★思维方法：模型认知与证据推理。从具体实例中抽提共性，形成解决一类问题的思维工具。根据气体物理性质数据，推理收集方法。  ▲易错点：排水法收集时，导管口应刚伸入集气瓶口；向上排空气法时，导管应伸至集气瓶底部。任务五：整合与应用——氯酸钾制氧原理及综合判断  教师活动：呈现氯酸钾制氧的原理（氯酸钾$\xrightarrow[\text{二氧化锰}]{\text{加热}}$氯化钾+氧气）。提问：“请运用刚才建立的模型，判断此反应应选用哪种发生装置和收集装置？为什么？”“比较三种方法，实验室常选择哪种？为什么？”（引导从安全性、便捷性、成本等角度讨论）。  学生活动：应用模型进行分析：固体+固体、需要加热→选择固固加热型发生装置；氧气性质不变→收集装置同前。小组讨论三种方法的优劣，形成初步看法（如：高锰酸钾法操作较繁但直接；双氧水法更安全便捷）。  即时评价标准：①能正确应用装置模型进行判断；②讨论时能多角度（安全、环保、操作、效率）比较不同方法，体现一定的辩证思维。  形成知识、思维、方法清单：  ★反应原理3：氯酸钾$\xrightarrow[\text{二氧化锰}]{\Delta}$氯化钾+氧气（$2KClO_3\xrightarrow[MnO_2]{\Delta}2KCl+3O_2\uparrow$）。  ▲STSE视角：实验室方法选择需权衡安全、成本、环保与便捷性。工业制氧（分离液态空气）则基于物理变化，规模大、成本低，体现不同需求下的技术路径差异。  ★知识整合：三种原理、两类装置、两种收集、一套检验方法，共同构成实验室制氧的完整知识体系。第三、当堂巩固训练  1.基础层（全体必做）：  ①写出实验室制取氧气的三种化学方程式。  ②判断题：用向上排空气法收集氧气时，将带火星木条放在集气瓶口验满。（）  2.综合层（多数完成）：  ③根据下图（提供固固加热和固液常温两套装置图）选择合适的装置制取氧气，并说明理由。  ④已知某气体密度比空气小，极易溶于水。应选用______法收集。  3.挑战层（学有余力选做）：  ⑤设计实验方案：探究氧化铁（Fe₂O₃）对过氧化氢分解是否也有催化作用。简要写出实验步骤和预期判断方法。  反馈机制：基础题答案通过集体核对快速反馈。综合题请学生代表讲解思路，教师点评并强调模型应用。挑战题思路进行课堂简短分享，教师肯定其探究设计中的科学思维亮点。“第⑤题的设计者考虑到了控制变量，非常棒！课后可以实际试一试。”第四、课堂小结  1.知识整合：邀请学生代表利用板书框架，以思维导图形式梳理本节课核心内容（原理、装置、操作、检验）。教师补充完善，强调知识间的逻辑关联。  2.方法提炼：引导学生回顾：“今天，我们是如何一步步攻克‘实验室制取氧气’这个任务的？”提炼出“从具体到抽象建立模型，再应用模型解决问题”的学科思维方法。  3.作业布置与延伸：  必做（基础）：完成练习册对应基础习题；绘制实验室制取氧气的知识结构图。  选做（拓展）：查阅资料，了解家用制氧机（如分子筛式）的工作原理，并与实验室方法进行对比，撰写一份简易的对比报告（200字左右）。  “下节课，我们将利用制得的氧气，进行一系列有趣的物质燃烧实验，看看氧气这位‘助燃大师’还能带来哪些惊艳的化学反应。”六、作业设计  【基础性作业】（全体学生必做）  1.记忆与理解：熟记三种实验室制取氧气方法的反应原理（化学方程式），并能口述高锰酸钾法制氧的实验步骤及注意事项。  2.应用与辨析：完成教材课后基础练习题，重点区分三种制氧方法的异同点，判断给定情境下应选用的发生和收集装置。  【拓展性作业】（建议大多数学生完成）  3.情境设计与分析：现需在实验室快速制取一瓶干燥的氧气用于铁丝燃烧实验。请从提供的药品（高锰酸钾、过氧化氢溶液、二氧化锰）和仪器中，选择一套最佳方案，画出装置简图（包括发生和干燥装置），并简要说明选择理由。  4.误差分析与改进：分析“用排水法收集的氧气纯度不高”可能的原因（至少两点），并提出改进建议。  【探究性/创造性作业】（学有余力学生选做）  5.微型项目研究：“寻找身边的‘催化剂’”。查阅资料或设计简单家庭实验（需在家长陪同下确保安全），探究生活中常见物质（如土豆块、猪肝、红砖粉末等）对过氧化氢分解是否有催化作用，形成一份包含“问题假设方案（模拟）结果结论”的微型探究报告。  6.跨学科联结：结合物理所学“气压”知识，解释实验操作中“先移导管后撤酒精灯”防止水倒吸的原理，可用图示辅助说明。七、本节知识清单及拓展  ★1.三种反应原理（化学方程式必须掌握）：  （1）高锰酸钾加热：$2KMnO_4\xrightarrow{\Delta}K_2MnO_4+MnO_2+O_2\uparrow$（分解反应）  （2）氯酸钾二氧化锰共热：$2KClO_3\xrightarrow[MnO_2]{\Delta}2KCl+3O_2\uparrow$  （3）过氧化氢二氧化锰催化：$2H_2O_2\xrightarrow{MnO_2}2H_2O+O_2\uparrow$  ★2.催化剂概念：“一变两不变”——改变反应速率；本身质量与化学性质不变。催化作用具有选择性。  ★3.气体发生装置模型：  |反应物状态及条件|典型装置类型|实例|  |:|:|:|  |固体+固体，加热|固固加热型|高锰酸钾、氯酸钾制氧|  |固体+液体，常温|固液常温型|过氧化氢制氧|  ★4.气体收集装置模型：  |方法|依据|优缺点|适用气体举例|  |:|:|:|:|  |排水法|气体不易/难溶于水|纯度较高，但潮湿|$O_2$、$H_2$|  |向上排空气法|密度>空气，不与空气反应|干燥，但纯度较低|$O_2$、$CO_2$|  |向下排空气法|密度<空气，不与空气反应|干燥，但纯度较低|$H_2$、$NH_3$|  ★5.高锰酸钾制氧操作步骤口诀：查（气密性）、装（药品）、定（装置）、点（酒精灯）、收（集气体）、离（导管）、熄（酒精灯）。关键：先移导管后熄灯。  ★6.氧气检验与验满：  检验：将带火星的木条伸入集气瓶内，若复燃，则为氧气。  验满（排水法）：当集气瓶口有大气泡冒出时，已满。  验满（向上排空气法）：将带火星的木条放在集气瓶口，若复燃，则已满。  ▲7.工业制氧：分离液态空气法（物理变化）。原理：利用氮气和氧气的沸点不同。  ▲8.装置选择核心思维：发生装置看状态与条件，收集装置看密度与溶解。  ▲9.常见误区警示：  （1）误认为催化剂是“反应物”或“必然加快”反应。  （2）用高锰酸钾制氧时，试管口未略向下倾斜。  （3）混淆“检验”与“验满”时木条放置的位置。  ▲10.科学方法提炼：对比实验法、控制变量法、模型建构法。八、教学反思  （一）目标达成度分析  本课预设的知识与能力目标基本达成。从课堂问答与巩固练习反馈看，绝大多数学生能准确书写核心方程式，并能基于模型为给定反应选择装置。催化剂概念的深度理解是分层达成的：基础层学生能复述定义，而通过进阶探究任务的讨论，部分学生已能初步设计验证实验，体现了思维层次的差异。情感目标在小组实验环节表现突出，学生协作有序，对实验现象表现出浓厚兴趣。“看到木条复燃时，孩子们眼里的光，就是科学兴趣被点燃的最好证明。”然而，将STSE观念内化为自觉认识，仍需后续课程中持续渗透。  （二）教学环节有效性评估  1.导入环节：真实情境视频快速聚焦问题，驱动性强。“如何‘制造’氧气？”这一问，有效激发了学生的角色代入感和探究欲。  2.新授环节任务驱动：五个任务构成的“探究链”逻辑清晰。任务三（催化剂建构）中对比实验的视觉冲击力强，是突破难点的关键支架。任务四（装置建模）的“找不同归同类”活动，成功引导学生从具体走向抽象。不足在于，部分小组在讨论装置选择依据时，思维停留在表面，教师应及时介入，用更精准的问题（“除了状态，加热这个‘条件’对装置设计提出了什么刚性要求？”）引导深入。  3.巩固与小结环节：分层练习满足了不同需求，挑战题为学优生提供了思维出口。学生主导的思维导图式小