九年级化学上册“制取氧气”实验探究教学设计

九年级化学上册“制取氧气”实验探究教学设计一、教学内容分析  本课内容选自人教版九年级化学上册第二单元“我们周围的空气”，是学生系统学习化学实验的起始与关键章节。从课程标准解构，本课坐标明确：在知识技能维度，要求学生掌握实验室制取氧气的反应原理、装置选择、操作步骤及收集检验方法，理解催化剂的概念与作用，这些内容构成了气体制备的认知模型基础，对后续学习二氧化碳等气体的制取具有重要的范式迁移价值。在过程方法层面，课标强调“科学探究”素养，本课是实践“提出问题猜想与假设设计实验进行实验解释与结论反思与评价”完整探究流程的绝佳载体，学生将从“反应物状态与反应条件”这一核心变量出发，自主建构气体制备装置的选择逻辑。在素养价值渗透上，通过对比工业制氧（分离液态空气）与实验室制氧的差异，引导学生感悟“科学”与“技术”解决实际问题的不同视角，培养科学态度与社会责任。  从学情诊断来看，学生已初步认识氧气的性质，对化学实验充满好奇，具备基本的动手意愿，但逻辑思维与系统设计能力尚在发展中。主要障碍在于：其一，对“催化剂”概念易产生“参与反应且被消耗”的前概念误区；其二，将装置各部分（发生、收集、净化）进行系统性关联存在困难。因此，教学对策上，将通过数字化传感器或对比实验的直观数据，破解催化剂认知迷思；通过“模块化”拼装活动（如提供多种仪器图片，让学生组合设计装置），将抽象原理具象化，搭建思维阶梯。课堂中将设计多维度形成性评价：如通过预习微课后的在线前测问卷，快速诊断知识盲区；通过小组设计方案时的巡视与提问，评估其逻辑严谨性；通过随堂练习的变式问题，检验知识迁移能力，并据此动态调整讲解的深度与广度，为不同思维节奏的学生提供个性化支持。二、教学目标阐述  知识目标：学生能准确表述实验室用过氧化氢溶液和二氧化锰、加热高锰酸钾制取氧气的化学方程式，理解其反应原理；能依据反应物状态和条件，理性选择气体发生和收集装置，并规范描述操作步骤及验满、检验方法；能准确阐述催化剂在化学反应中“一变两不变”的核心特征，并与工业制氧原理进行区分。  能力目标：学生能够以小组为单位，合作完成用给定器材制取并收集一瓶氧气的实验任务，操作规范、安全；能够基于提供的资料，设计简单的对比实验方案，探究催化剂的影响因素；能够从具体制氧案例中，归纳出气体制备的一般思路与方法模型，并尝试迁移应用。  情感态度与价值观目标：在实验探究中，培养学生严谨求实、团结协作的科学态度，增强遵守实验室安全规则的意识；通过讨论氧气在医疗、航天等领域的应用，感受化学对社会发展的贡献，激发学习化学的持久兴趣。  科学思维目标：发展学生的模型认知与证据推理能力。引导其从多个具体制氧方案中，抽提出“原料→原理→装置→操作→检验”的气体制备通用思维模型；在分析催化剂作用时，学会依据实验现象和数据（如产生气泡的速率）进行推理和论证，形成“宏观现象微观解释符号表征”的化学学科思维方式。  评价与元认知目标：引导学生依据实验操作量规进行小组间互评与自我反思，识别操作中的亮点与不足；在课堂小结环节，鼓励学生用思维导图梳理知识脉络，并反思“本节课我是通过哪些关键活动学会制取氧气的？”，提升对学习策略的监控与调整能力。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。确立依据在于，该内容是化学课程标准中“学习基本的实验技能”和“完成基础的学生实验”的核心要求，是构建“物质制备”这一化学学科大概念的基石。从中考考点分析，气体制备的原理、装置选择与评价、操作细节是历年高频考点，且常以综合实验题形式出现，重点考查学生的知识应用与迁移能力。  教学难点：对催化剂概念的理解，以及根据反应原理灵活选择并组装实验装置。难点成因在于，催化剂的作用机制微观、抽象，学生容易受“参与反应”的宏观表象干扰；而装置选择涉及对反应物状态（固态、液态）、反应条件（加热、常温）等多变量进行综合判断，逻辑链较长，对学生的系统思维能力要求较高。突破方向在于，利用数字化实验或对比实验提供直观证据，强化“一变两不变”的认知；通过“任务驱动”，让学生在“为特定反应选配装置”的实践中自主建构选择规则。四、教学准备清单  1.教师准备  1.1媒体与教具：多媒体课件（含工业制氧、氧气应用视频）、交互式电子白板或智慧黑板。  1.2实验器材与药品：  分组实验（46人一组）：过氧化氢溶液（5%）、二氧化锰、高锰酸钾、药匙、试管（若干）、带导管的单孔橡皮塞、铁架台（带铁夹）、水槽、集气瓶、毛玻璃片、酒精灯、火柴、木条、棉花。  演示实验：过氧化氢分解对比实验装置（三支试管，分别加入H₂O₂、H₂O₂+MnO₂、H₂O₂+FeCl₃溶液），带压强或氧气浓度传感器（可选）。  1.3学习材料：分层学习任务单、实验报告单（含操作评价量规）、课堂巩固练习分层卡片。  2.学生准备  预习教材相关内容，完成预习微课中的前测题；复习氧气的物理性质与化学性质。  3.环境布置  教室布置为小组合作模式；黑板预先划分出“原理区”、“装置区”、“步骤与注意区”和“学生成果展示区”。五、教学过程第一、导入环节  1.情境创设与问题提出：播放一段简短的视频，画面从运动员高原训练吸氧，切换到医院急救室，再延伸到航天火箭发射的壮观场景。“同学们，从生命救助到探索苍穹，是什么物质在其中扮演着不可或缺的角色？”（学生齐答：氧气）“对，是氧气。那我们如何在实验室里，亲手制备出这种重要气体呢？今天，就让我们化身小小化学家，来揭开‘制取氧气’的秘密。”  1.1建立联系与路径明晰：“要制取它，我们得先知道它能由哪些物质变化得来。请大家回忆，在之前的实验中，有哪些反应产生了氧气？”（引导学生回忆：加热高锰酸钾、过氧化氢溶液分解）。教师板书可能的反应。“大家的记忆很准确。那么，这些反应中，哪个更适合在实验室里安全、简便、快速地制取氧气？我们又将用到哪些仪器，遵循怎样的步骤呢？这就是我们今天要探索的核心问题。我们将通过一系列探究任务，像科学家一样，从原理到装置，再到操作，一步步找到答案。”第二、新授环节  任务一：探究制取氧气的化学反应原理  教师活动：首先进行演示实验：向三支试管中分别加入等体积的过氧化氢溶液。第一支不做处理；第二支加入少量二氧化锰；第三支加入少量氯化铁溶液。“请大家集中注意力，仔细观察三支试管中现象有何不同，特别是气泡产生的速率。”引导学生描述现象：“是不是加入二氧化锰和氯化铁的这支，‘噗嗤’一下，气泡就冒得特别欢快？”随后，用带火星的木条依次检验。“看，木条复燃了，证明产生的确实是氧气。”进而提出问题链：“二氧化锰和氯化铁本身是反应物吗？反应前后它们的质量和化学性质真的不变吗？我们如何设计实验证明？”提供数字化传感器数据或文献资料作为“脚手架”，引导学生分析。  学生活动：认真观察演示实验，准确描述“未加催化剂时缓慢产生气泡，加入后迅速产生大量气泡”的现象。根据实验事实和教师提供的资料，小组讨论并推理：二氧化锰和氯化铁可能不是反应物，而是改变了反应速率。尝试设计简单的实验思路（如反应前后称量二氧化锰质量）来验证其“不变”。  即时评价标准：1.观察是否细致，描述现象是否准确、完整。2.在讨论中提出的观点是否有实验现象或资料作为依据。3.设计的验证实验思路是否具有可行性和安全性。  形成知识、思维、方法清单：★实验室制取氧气常用反应原理：①过氧化氢溶液（H₂O₂）在二氧化锰（MnO₂）催化下分解：2H₂O₂MnO₂2H₂O+O₂↑。②加热高锰酸钾（KMnO₄）：2KMnO₄∆K₂MnO₄+MnO₂+O₂↑。★催化剂概念核心：“一变”是指改变化学反应速率；“两不变”是指反应前后自身的质量和化学性质不变。催化剂具有选择性。▲科学探究方法：控制变量法是探究影响因素（如不同催化剂效果）的关键方法。教学提示：此处是破除“催化剂是反应物”前概念的关键点，务必让学生基于证据形成认知。  任务二：依据反应原理，设计发生装置  教师活动：“原理明确了，我们如何将原理转化为实实在在的实验装置呢？请大家聚焦这两个反应：过氧化氢溶液制氧和加热高锰酸钾制氧。它们的反应物状态和反应条件有什么本质区别？”（引导学生得出：固液常温型vs固体加热型）。展示试管、锥形瓶、长颈漏斗、分液漏斗、酒精灯、铁架台等仪器图片或实物。“现在，请大家以小组为单位，化身‘装置设计师’，为这两个反应分别挑选并组合出合适的发生装置简图，画在学习任务单上。”巡视指导，关注学生选择长颈漏斗与分液漏斗的差异，并提问：“如果用长颈漏斗，需要注意什么？（引导学生思考液封）”  学生活动：对比分析两个反应原理的差异，明确装置设计的依据。小组合作，利用提供的仪器“模块”，进行拼图式设计，绘制装置简图。讨论不同仪器的优劣（如分液漏斗可控制液体流速）。向全班展示并讲解自己的设计思路。  即时评价标准：1.装置选择是否与反应原理（状态、条件）匹配。2.装置简图是否规范、清晰，能体现仪器连接的关键细节（如导管长度、液封）。3.小组展示时，讲解是否逻辑清晰，能说清设计理由。  形成知识、思维、方法清单：★气体发生装置选择模型：由反应物状态和反应条件决定。固液常温型（如H₂O₂制O₂）可选用“试管+单孔塞”或“锥形瓶+长颈漏斗/分液漏斗”。固体加热型（如加热KMnO₄制O₂）需选用“试管+铁架台+酒精灯”，试管口应略向下倾斜。▲思维方法：建立“条件→装置”的对应模型，是解决一类问题的通用思路。教学提示：引导学生对比，归纳出模型，是能力提升的关键一步。  任务三：依据氧气性质，选择收集与验满方法  教师活动：“装置帮我们产生了氧气，如何将它‘捕捉’到瓶子里呢？这需要根据氧气的‘脾气’——也就是物理性质来决定。”引导学生回顾氧气密度和溶解性。“密度比空气大，我们可以用什么方法？不易溶于水，又可以用什么方法？”在学生回答后，展示向上排空气法和排水法的装置图。“这两种方法各有什么优缺点？什么情况下用排水法更好？（引导思考纯度）”随后提问：“如何知道瓶子里的氧气已经收集满了？”请学生上台演示用带火星木条进行验满操作。  学生活动：回忆氧气密度（略大于空气）和溶解性（不易溶于水）。据此推理出向上排空气法和排水集气法。比较两种方法在操作难度、气体纯度、干燥度等方面的优劣。观察同学演示，掌握用带火星木条放在集气瓶口进行验满的正确操作。  即时评价标准：1.能否准确关联物质性质与收集方法。2.对收集方法优缺点的分析是否辩证、全面。3.验满操作演示是否规范、位置准确。  形成知识、思维、方法清单：★气体收集方法选择模型：由气体密度（与空气比较）和溶解性（是否易溶于水）决定。氧气可用向上排空气法（密度比空气大）和排水法（不易溶于水）。★验满与检验方法：验满（排空气法）：将带火星木条放在集气瓶口，复燃则满。检验：将带火星的木条伸入集气瓶内，复燃则为氧气。▲易错点辨析：“验满”在瓶口，“检验”伸入瓶内，两者目的与操作位置不同，极易混淆。  任务四：动手实践——组装装置并制取收集氧气  教师活动：发布核心任务：“现在，请各小组选择过氧化氢制氧或高锰酸钾制氧其中一种方案，利用桌面器材，合作完成制取并收集一瓶氧气的任务。”强调实验安全规范：“使用高锰酸钾的小组，切记试管口要塞一团棉花，防止粉末堵塞导管。加热时先预热，实验结束时要先将导管移出水面再熄灭酒精灯，防止水倒吸。好，开始行动！”巡视各组，重点关注：装置连接气密性检查、二氧化锰加入顺序、加热操作、收集时机、实验结束操作顺序等，进行个性化指导。  学生活动：小组分工协作，根据所选方案组装仪器，检查装置气密性。按照规范步骤添加药品，进行实验操作。密切观察导管口气泡是否连续均匀冒出，待气泡均匀冒出时开始收集气体。用正确方法验满后，盖好毛玻璃片，正放在桌面。实验结束后，按要求拆卸、整理仪器。  即时评价标准：1.操作规范性：是否检查气密性；加热操作是否正确；实验结束顺序是否无误（对加热型）。2.协作有效性：小组成员是否有明确分工，操作衔接流畅。3.实验成果：能否成功收集到一整瓶氧气，并正确验满。4.安全意识与习惯：是否遵守实验室规则，实验后仪器整理、桌面清洁。  形成知识、思维、方法清单：★实验室制取氧气（以加热KMnO₄为例）操作步骤口诀：“查、装、定、点、收、离、熄”（检查气密性；装药品；固定装置；点燃酒精灯加热；收集气体；将导管移离水面；熄灭酒精灯）。★关键注意事项：①试管口略向下倾斜（防冷凝水倒流炸裂试管）。②用高锰酸钾时，试管口塞一团棉花（防粉末冲入导管）。③排水法收集时，待气泡连续均匀冒出才开始收集（先排出装置内空气）。④实验结束，先移导管后熄灯（防水倒吸）。▲科学态度：严谨、规范、安全是实验成功的保障，也是科学精神的具体体现。  任务五：从实验室到工厂——工业制氧的视角  教师活动：“我们在实验室里可以制取少量纯净的氧气，那工厂里需要成千上万吨的氧气，也用加热高锰酸钾的方法吗？”播放工业分离液态空气制氧的动画短片。“请大家对比思考：工业制氧的原理是什么？与实验室制法在本质上有何不同？”引导学生从原理（物理变化vs化学变化）、规模、成本、纯度要求等多角度进行比较。  学生活动：观看视频，了解利用空气中各组分沸点不同进行分离液化的原理。小组讨论，从多个维度系统比较实验室制氧与工业制氧的差异，完成对比表格。  即时评价标准：1.能否准确描述工业制氧的原理（物理方法）。2.对比分析是否从多个维度展开，并能指出本质区别。3.能否理解不同需求（实验研究vs规模生产）决定了不同技术路线的选择。  形成知识、思维、方法清单：▲工业制氧原理：分离液态空气法，利用氮气、氧气的沸点不同进行分离，属于物理变化。★科学·技术·社会（STS）视角：实验室制法侧重于原理探索、控制变量、获取纯净物；工业制法侧重于经济效益、大规模、连续化生产。两者目的不同，路径不同。▲学科思想：体会“化学创造新物质”与物理分离的本质区别，深化对化学变化的认识。第三、当堂巩固训练  基础层（全体必做）：1.写出实验室制取氧气的两个化学方程式。2.判断：催化剂在反应后质量减少。（）3.排水法收集氧气，何时开始收集最佳？为什么？  综合层（多数学生完成）：4.下图是几种气体发生和收集装置，若用双氧水和二氧化锰制取并收集较干燥的氧气，应选择的最佳装置组合是___（填字母），并说明理由。5.指出右图中（加热高锰酸钾装置图）存在的两处错误。  挑战层（学有余力选做）：6.某兴趣小组想探究不同催化剂（CuO、Fe₂O₃、猪肝）对过氧化氢分解的催化效果。请你帮助他们设计一个简单的实验方案（写出主要步骤即可）。并思考：如何定量比较催化效果的优劣？  反馈机制：基础题通过全班齐答或手势反馈快速核查；综合题邀请不同小组派代表上台讲解解题思路，教师进行追问和补充；挑战题展示优秀设计方案，供全班研讨。教师针对共性错误（如装置选择理由阐述不清、催化剂概念理解偏差）进行集中精讲。第四、课堂小结  “同学们，旅程即将到站，让我们一起来梳理今天的收获。谁能用一幅简图或几个关键词，概括出制取一种气体的一般研究思路？”邀请学生上台展示并讲解自己绘制的思维导图。教师总结提升：“从原理出发，根据状态条件选发生装置，根据气体性质选收集方法，最后形成一套规范操作，这就是我们今天共同建构的气体制备模型。这个模型，未来我们学习二氧化碳、氢气时还能用得上！”作业布置：必做：1.整理课堂笔记，完善“制取氧气”知识体系图。2.完成练习册中对应基础题。选做：查阅资料，了解医用氧气与工业氧气的区别，并思考家庭中如何安全使用和储存氧气瓶（或制氧机），写一份简短的科普小报告。六、作业设计  基础性作业（必做）：  1.熟记实验室制取氧气的两种方法（原理、化学方程式、主要操作步骤及注意事项）。  2.完成课本后相关练习题，重点巩固催化剂概念、装置选择依据及实验操作正误判断。  拓展性作业（建议完成）：  3.情境应用题：某校化学实验室现有如下仪器：试管、带导管的单孔橡皮塞、铁架台、集气瓶、玻璃片、水槽。若想用高锰酸钾制取并收集两瓶氧气，还需补充哪些关键仪器和药品？请画出完整的装置示意图，并标注各仪器名称。  4.微型项目：以“氧气的‘诞生’记”为题，撰写一篇短文，用第一人称（氧气）的口吻，讲述自己在实验室里从反应物中“诞生”，到被收集在集气瓶中的全过程。  探究性/创造性作业（选做）：  5.家庭小探究：寻找生活中的潜在催化剂。查阅资料，了解哪些日常物质（如土豆块、红砖粉末等）可能对过氧化氢（可在药店购买双氧水消毒液，注意浓度）分解有催化作用。设计一个安全、简单的家庭实验进行验证（需在家长陪同下进行），并记录现象。  6.装置设计师：尝试设计一套能随时控制反应发生与停止的过氧化氢制氧装置简图，并说明其工作原理。七、本节知识清单及拓展  1.★实验室制氧反应原理（化学方程式）：2H₂O₂MnO₂2H₂O+O₂↑；2KMnO₄∆K₂MnO₄+MnO₂+O₂↑。符号表征是化学的专用语言，必须书写规范、配平。  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没有发生变化的物质。关键记忆“一变两不变”，催化剂不改变生成物的质量。  3.★发生装置选择模型：①固液常温型：适用于过氧化氢溶液制氧气，核心仪器为反应容器（试管/锥形瓶）和添加液体的仪器（长颈漏斗需液封，分液漏斗可控制流速）。②固体加热型：适用于加热高锰酸钾制氧气，核心仪器为试管、铁架台和酒精灯，试管口略向下倾斜。  4.★收集方法选择模型：①排水法：适用于不易溶于水且不与水反应的气体（如O₂），气体较纯净。②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（如O₂）。③向下排空气法：适用于密度比空气小且不与空气中成分反应的气体（如H₂）。  5.★验满与检验：验满（排空气法）：带火星木条放瓶口。检验：带火星木条伸入瓶内。两者目的不同，操作位置是易错点。  6.★加热高锰酸钾制氧操作步骤（查、装、定、点、收、离、熄）：口诀帮助记忆流程，但必须理解每一步的意义，尤其是“收”（气泡连续均匀时开始）、“离”和“熄”的顺序（防倒吸）。  7.▲高锰酸钾制氧特殊注意事项：试管口塞一团棉花，防止高锰酸钾粉末随气流冲入导管，堵塞或污染水槽中的水。  8.▲固液常温型装置气密性检查方法：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，松开手后导管内形成一段稳定水柱，则气密性良好。  9.★工业制氧原理：分离液态空气，利用各组分沸点不同进行分馏，是物理变化。与实验室化学制法的本质区别。  10.▲催化剂特性：具有选择性（一种催化剂并非对所有反应都有效）和高效性。在化学反应中可重复使用。  11.▲排水法收集气体时机：刚排出的气体是装置内的空气，需待导管口气泡连续均匀冒出时再收集，以确保气体纯度。  12.★气体制备一般思路模型：原理→发生装置（据反应物状态与条件）→收集装置（据气体密度与溶解性）→操作步骤与验满/检验。此模型具有可迁移性。八、教学反思  （一）目标达成度分析本节课预设的知识与技能目标达成度较高。通过任务驱动与动手实验，绝大多数学生能准确书写化学方程式，并规范完成制氧操作。从当堂巩固训练反馈看，对催化剂“一变两不变”的核心特征，仍有约20%的学生在判断题上犹豫，说明微观机理的理解还需后续课时借助更形象的动画或类比来强化。能力目标中，“设计装置”任务学生参与度高，模型初具雏形，但在综合题中灵活应用时，部分学生暴露出逻辑链表述不清的问题。科学思维与态度目标在实验环节表现突出，小组协作井然有序，安全操作意识较强。  （二）核心环节有效性评估导入环节的情境视频起到了快速聚焦、激发动机的作用。“任务二：设计发生装置”是本课思维攀登的关键阶梯。采用“模块化拼装”策略，有效降低了抽象思维的难度，使不同层次的学生都能参与设计，但在巡视中发现，部分小组对“液封”原理的