八年级科学下册《空气与氧气》第三课时：氧气的实验室制取与性质探究教学设计

八年级科学下册《空气与氧气》第三课时：氧气的实验室制取与性质探究教学设计

授课年级：初中八年级

课时安排：1课时（45分钟）

教材版本：浙教版《科学》八年级下册

一、指导思想与理论依据

本教学设计以《义务教育科学课程标准（2022年版）》为指导，秉承“素养导向、综合学习、注重实践”的理念。教学构建以“科学探究与实践”为核心，通过真实问题情境的创设，引导学生像科学家一样思考和实践。理论层面，融合建构主义学习理论，强调学生在已有认知基础上主动建构新知识；借鉴项目式学习（PBL）与工程思维（EDP）的部分策略，将氧气的制取与性质验证设计为一个完整的探究性项目，让学生在“做中学”、“研中思”。教学注重跨学科概念的渗透，如“物质与能量”、“系统与模型”、“稳定与变化”，培养学生的科学大观念。同时，贯彻绿色化学和安全教育思想，强调规范操作与环保意识，促进科学态度与社会责任核心素养的落实。

二、教材分析

本节内容选自浙教版《科学》八年级下册第三章“空气与生命”的第一节“空气与氧气”。前两课时已经学习了空气的成分、各成分的用途以及氧气的物理性质和部分化学性质（如与碳、硫、铁的反应现象）。本课时是第三课时，在教材逻辑上承上启下：一方面，它是对氧气化学性质的深入验证与应用，另一方面，它首次系统地介绍一种重要气体的实验室制取原理、装置与方法，为后续学习二氧化碳等气体的制取奠定了方法论基础。教材通过分解过氧化氢和加热高锰酸钾两个实验，介绍了氧气的两种实验室制法，并安排了氧气与蜡烛、铁丝等物质反应的实验。但教材呈现相对传统，探究的开放性和深度有待挖掘。本教学设计将教材内容进行重构与深化，将两个制取方法整合对比，并设计更具挑战性的探究任务，引导学生从“模仿操作”走向“方案设计与评价”，提升思维层次。

三、学情分析

知识基础：学生已经掌握了空气的主要成分（特别是氧气和氮气的体积分数）、氧气的支持燃烧（助燃性）等基本性质，对于化学反应伴随现象（如发光、发热、产生气体等）有初步认识。具备一定的实验观察和描述能力。

认知特点：八年级学生正处于形象思维向抽象逻辑思维过渡的关键期，好奇心强，乐于动手操作，但实验设计能力、基于证据的推理能力以及系统化思维尚在发展中。他们对“如何产生一种气体”以及“如何系统验证其性质”充满兴趣，但也可能因实验步骤复杂而产生畏难情绪。

潜在困难：对催化剂概念的理解可能存在障碍；对气体制取装置的选择依据（发生装置与收集装置）缺乏系统认识；在多个实验并行时，可能关注现象而忽略操作细节与原理分析；对实验中出现的异常现象缺乏分析和解决的能力。

教学应对策略：提供结构化学习支架（如任务清单、装置选择流程图）；采用小组合作探究模式，促进思维碰撞；设计层层递进的问题链，引导深度思考；通过实验方案设计、实施与评价的全过程，将抽象原理具象化。

四、教学目标

基于课程标准、教材与学情，确立以下三维教学目标：

（一）科学观念

1.理解实验室制取氧气的两种原理（分解过氧化氢、加热高锰酸钾），能正确书写相关的文字表达式。

2.掌握催化剂的概念，能通过实验事实理解其在化学反应中的作用。

3.巩固并系统验证氧气的化学性质（助燃性），描述典型物质在空气和氧气中燃烧的现象差异。

（二）科学思维

1.通过比较两种制氧方法的异同，发展对比分析与归纳概括的能力。

2.能根据反应物状态和反应条件，初步选择气体发生装置；根据气体密度和溶解性，选择收集方法，建立“性质决定用途，条件决定装置”的模型认知。

3.在实验方案设计与评价中，培养逻辑思维、批判性思维和创新思维。

（三）探究实践

1.能独立或合作完成用分解过氧化氢（二氧化锰催化）和加热高锰酸钾制取氧气的实验操作，并能规范地进行排水法或向上排空气法收集气体。

2.能设计简单的实验方案，验证收集到的气体是氧气，并探究氧气与铁丝、蜡烛等物质的反应。

3.能客观记录实验现象，分析实验数据（如气泡产生的速率），处理实验中出现的简单异常情况（如高锰酸钾粉末堵塞导管），并尝试解释。

（四）态度责任

1.在实验操作中养成严谨认真、实事求是的科学态度，增强实验安全意识（如防爆沸、防烫伤）。

2.通过催化剂作用的学习，体会科学技术在提高生产效率中的作用。

3.初步树立绿色化学观念，了解实验室废弃物的初步处理方法。

五、教学重难点

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；氧气性质的验证实验。

教学难点：催化剂概念的理解；气体制取装置（发生与收集）的选择依据的归纳与迁移应用；对实验方案进行设计、优化与评价。

六、教学准备

演示实验器材：多媒体课件（含微视频：工业分离液态空气制氧、错误操作后果模拟）、电子白板。

分组实验器材（按4人小组准备）：

过氧化氢溶液（6%）、二氧化锰粉末、高锰酸钾固体、药匙、试管（若干）、单孔橡胶塞（配导管）、铁架台（带铁夹）、酒精灯、火柴、水槽、集气瓶（毛玻璃片）、玻璃片、燃烧匙、坩埚钳、细铁丝、蜡烛、木条、澄清石灰水、小烧杯、废物回收杯。

学生任务单（含实验记录表、装置选择流程图、方案设计评价表）。

七、教学过程

（一）创设情境，问题驱动（预计时间：5分钟）

教师活动：播放一段精简的视频，展示医院急救、航天器发射、深海潜水等场景中氧气供给的画面。随后画面聚焦到一个实验室场景，提出问题：“这些至关重要的氧气，在实验室中是如何被‘制造’出来的？我们如何确认制造出来的气体就是我们需要的氧气？”

学生活动：观看视频，联系生活与科技实际，激发探究兴趣。思考并初步讨论实验室制取气体的可能性。

设计意图：从真实、宏大的应用场景切入，快速聚焦到本课核心问题，体现科学知识的应用价值，引发认知冲突，明确本课学习目标。

（二）任务一：探寻氧气的“诞生”——实验室制取原理与方案设计（预计时间：15分钟）

环节1：回顾与初探——分解过氧化氢制氧。

教师活动：引导学生回顾旧知：过氧化氢（双氧水）在常温下能缓慢分解产生氧气。提问：“如何能获得平稳、快速的氧气流以供实验使用？”展示二氧化锰，组织学生进行探究实验1：在常温下，向一支装有少量过氧化氢溶液的试管中伸入带火星的木条，观察；再加入少量二氧化锰粉末，迅速伸入带火星的木条，对比观察。

学生活动：进行对比实验，记录现象：未加二氧化锰时，木条不复燃或变化极慢；加入二氧化锰后，迅速产生大量气泡，带火星木条复燃。通过现象分析，认识到二氧化锰极大地加快了反应速率。

教师活动：引出催化剂的概念，强调“一变两不变”（改变反应速率，本身质量和化学性质在反应前后不变）。并引导学生书写文字表达式：过氧化氢→（二氧化锰）→水+氧气。

设计意图：通过对比实验的直观现象，建构催化剂概念，突破难点。将抽象的化学原理转化为可视化的现象分析。

环节2：深化与比较——加热高锰酸钾制氧。

教师活动：提出新任务：“除了用液体和固体催化剂在常温下制氧，还有没有其他方法？”展示高锰酸钾（紫黑色固体），介绍其受热可分解产生氧气。引导学生根据反应物（固体）和反应条件（加热），推测发生装置的特点。展示几套不同的发生装置（如简单试管加热装置、带有棉花团的改进装置），引导学生讨论优劣。

学生活动：小组讨论，基于反应物状态和条件，选择合适的发生装置。理解加热固体时，为何试管口要略向下倾斜（防水倒流炸裂试管），为何导管口要塞一团棉花（防粉末堵塞导管）。学习文字表达式：高锰酸钾→（加热）→锰酸钾+二氧化锰+氧气。

教师活动：引导学生将两种制取方法从反应原理、反应条件、装置特点、优缺点等方面进行列表对比。

设计意图：引入第二种方法，形成认知张力。引导学生从具体实验上升到一般规律，初步建立“条件决定装置”的模型思维。对比分析促进知识结构化。

环节3：建模与应用——收集方法的选择。

教师活动：提问：“我们通过不同方法产生了氧气，如何将它们收集起来？”引导学生回顾氧气的物理性质（密度略大于空气、不易溶于水）。展示排水集气法和向上排空气法的装置图。

学生活动：根据氧气性质，小组讨论并阐述两种收集方法的原理、适用场景及优缺点。形成共识：排水法收集气体较纯但含水蒸气；向上排空气法操作简便但纯度较低。

教师活动：总结气体制取的一般思路：原理→发生装置（据状态与条件）→收集装置（据密度与溶解性）→验证。呈现装置选择流程图作为思维支架。

设计意图：将收集方法与气体性质紧密关联，巩固“性质决定用途”的观念。总结建模，为学生未来学习其他气体制取提供可迁移的方法论。

（三）任务二：实践氧气的“制备”——分组实验与协作探究（预计时间：15分钟）

教师活动：发布核心任务：各小组从两种制取方法中任选一种，在15分钟内，制取并收集1-2瓶氧气（建议一瓶用排水法，一瓶用排空气法）。强调安全规范和操作要点（如检查装置气密性、加热时先预热、用外焰加热、排水集气时导管口刚有气泡不收集、结束时先撤导管后灭灯等）。分发详细任务单和实验记录表。巡视指导，重点关注操作规范性，及时纠正错误，并启发学生观察和记录实验中的细节（如气泡产生的速率、集气瓶中水排空的过程、收集满的标志）。

学生活动：小组分工合作（分为操作员、记录员、安全员、协调员），按照选定方案和操作流程进行实验。严谨操作，细致观察，如实记录实验现象、步骤要点及遇到的任何问题（如高锰酸钾粉末被气流冲入导管、用排空气法收集时如何验满等）。尝试小组内解决问题。

设计意图：这是教学实施的核心环节。将知识转化为实践，在真实操作中内化原理、掌握技能、培养协作精神与安全意识。任务驱动促使学生全身心投入，教师巡视实现个性化指导。

（四）任务三：验证氧气的“品格”——性质探究与证据推理（预计时间：8分钟）

教师活动：提问：“我们千辛万苦制得的集气瓶中，真的是氧气吗？如何用实验证明？氧气除了支持木条复燃，还能支持哪些物质燃烧？现象有何特征？”引导学生利用已收集好的氧气，设计验证与探究实验。提供铁丝、蜡烛、燃烧匙等。

学生活动：小组讨论设计验证方案。基本方案：用带火星木条伸入集气瓶口（验满或验证）。探究方案：选择1-2种物质进行燃烧实验。例如：

1.铁丝在氧气中燃烧：将细铁丝绕成螺旋状，下端系一根火柴，点燃火柴，待火柴快燃尽时，伸入盛有少量水或细沙的集气瓶（氧气瓶）中。观察剧烈燃烧、火星四射、生成黑色固体的现象。

2.蜡烛在氧气中燃烧：将点燃的蜡烛放入燃烧匙，缓慢伸入氧气瓶中。对比在空气中和氧气中燃烧的明亮程度、是否产生黑烟等。

学生需记录不同物质燃烧的详细现象，并尝试解释现象差异的原因（如铁丝燃烧需引燃且瓶底留水，是为了防止高温熔化物炸裂瓶底）。

设计意图：将氧气的制取与性质验证无缝衔接，形成“制备-检验-应用”的完整探究链。开放性的探究设计（选择物质）赋予学生自主权，培养实验设计能力。通过对比空气与氧气中的燃烧，深化对氧气助燃性强度的认识。

（五）总结提升，拓展延伸（预计时间：2分钟）

教师活动：引导学生以小组为单位，从知识、方法、体验三个维度进行课堂小结。然后教师进行提炼：

知识层面：两种制取原理、催化剂、氧气性质。

方法层面：气体制取的系统思维模型（原理-装置-收集-检验）；对比、建模、实验设计等科学方法。

态度层面：规范、安全、合作、绿色。

最后提出拓展性问题：1.实验室制氧的两种方法，哪种更符合“绿色化学”理念（节约能源、操作安全、减少污染）？为什么？2.工业上需要大量氧气，采用的是哪种方法？（提示：分离液态空气，物理变化）。请课后查阅资料，比较实验室制法与工业制法的根本区别。

学生活动：参与总结，反思学习过程。记录拓展问题，作为课后探究的起点。

设计意图：引导学生进行结构化反思，将零散的实验体验上升为系统的知识、方法和态度。通过拓展问题，将课堂学习延伸到课外，连接实验室与工业生产，开阔视野。

八、板书设计

本课板书采用脉络式与要点式相结合，清晰呈现知识结构与发展逻辑。

主题：氧气的实验室制取与性质探究

一、制取之道

1.原理：

过氧化氢—（二氧化锰催化）→水+氧气（常温，固液接触）

高锰酸钾—（加热）→锰酸钾+二氧化锰+氧气（加热，固体）

2.催化剂：一变（速率）两不变（质量、化学性质）

3.装置选择模型：

发生装置：反应物状态+反应条件

收集装置：气体密度+溶解性

二、性质之验

1.检验：使带火星木条复燃。

2.化学性质（助燃性）：

木炭：在氧气中更旺，白光，放热，生成使石灰水变浑的气体。

硫：空气中淡蓝火焰，氧气中明亮蓝紫火焰，生成有刺激性气味气体。

铁：在氧气中剧烈燃烧，火星四射，生成黑色固体。

（注：课堂根据学生实际探究内容动态生成关键词）

三、思维之核

性质决定用途，条件决定装置。

制备→收集→检验→应用，系统思维。

九、作业设计

1.基础巩固作业：完成实验报告，系统整理两种制取氧气的原理、装置图、操作步骤、注意事项及性质实验现象。并思考：加热高锰酸钾制氧时，试管口放一团棉花的作用是什么？实验结束时，为什么要先将导管移出水面，再熄灭酒精灯？

2.能力提升作业：请设计一套实验室制取少量干燥氧气的装置简图（可查阅资料了解常用干燥剂），并简要说明设计理由。对比排水法和向上排空气法收集氧气的优缺点。

3.实践探究作业（选做）：寻找家中可能含