核心素养导向下初中化学九年级上学期实验探究专题复习教学设计-以“气体制取与性质检验实验设计”为例

核心素养导向下初中化学九年级上学期实验探究专题复习教学设计——以“气体制取与性质检验实验设计”为例

一、教学分析

（一）课程标准与教材分析

本课内容属于【非常重要】的《义务教育化学课程标准（2022年版）》中“科学探究与化学实验”学习主题，是化学学科的特色与基础。本主题要求学生能初步理解科学探究是获取科学知识、理解科学本质、认识客观世界的基本途径，能进行简单的探究活动，并形成良好的实验习惯。教材（以人教版九年级化学上册为例）中，第二单元介绍了氧气的实验室制取与性质，第六单元介绍了二氧化碳的制取与性质。这两个单元构成了初中化学气体制备的核心知识体系。本课并非对新课的简单重复，而是在学生已具备基本实验技能和理论知识的基础上，对两大重要气体的实验室制法、性质检验进行【热点】整合与深度探究，旨在帮助学生构建更系统、更网络化的知识结构，提升解决真实问题的综合能力。

（二）学情分析

【基础】授课对象为九年级学生。他们已经完成了氧气和二氧化碳制取与性质的学习，掌握了基本的实验操作，如药品取用、装置连接、气密性检查、气体收集和检验等。然而，学生对于知识点的掌握往往是孤立的，缺乏将原理、装置、操作和性质进行【难点】有机联系的能力。面对新情境下的实验设计题，尤其是在装置创新或原理变式时，学生容易出现思维定式，无法灵活迁移。此外，学生对控制变量思想在探究实验中的应用尚不熟练，证据推理能力有待提高。本课旨在通过任务驱动，引导学生主动建构知识网络，突破思维瓶颈。

二、教学目标

基于核心素养导向，本课教学目标设定如下：

1.宏观辨识与微观探析：通过复习氧气和二氧化碳的实验室制法，进一步理解反应原理中物质转化的微观实质。通过性质检验实验，加深对物质特有性质的宏观辨识。

2.变化观念与平衡思想：理解气体制备过程中反应条件（如催化剂）对反应速率的影响，初步形成控制变量的思想。

3.证据推理与模型认知：【非常重要】能够依据制取气体所需原理，分析并选择恰当的实验装置（发生装置、收集装置），建立起“反应原理（状态、条件）决定装置模型”的认知。能够根据气体的性质（密度、溶解性、是否与水或空气成分反应）推演其检验、验满及净化的方法。

4.科学探究与创新意识：【非常重要】能针对具体的科学问题，设计简单的实验方案，并能对实验装置进行评价或改进。在小组合作中，敢于质疑，勇于提出自己的见解，培养创新思维。

5.科学态度与社会责任：通过规范的实验操作和严谨的实验记录，培养求实、严谨的科学态度。在实验设计中，强化安全意识和环保意识。

三、教学重难点

1.【难点】教学重点：巩固氧气和二氧化碳的实验室制取原理、装置选择、操作步骤及检验验满方法。构建气体制备的一般思路和方法模型。

2.【难点】教学难点：能够综合运用所学知识，在新的问题情境下，对实验装置进行评价、改进和创新设计。运用控制变量法进行探究性实验方案的设计。

四、教学策略与方法

本课采用【非常重要】“大单元教学”理念下的“问题驱动-任务链”教学模式。以“为学校科技节设计一套高效、环保、可调控的气体制取装置”为核心驱动任务，通过一系列层层递进的子任务，引导学生主动探究。融合讲授法、讨论法、实验探究法、小组合作学习法等多种方法，并借助多媒体课件和虚拟实验平台（辅助风险评估），实现教、学、评的一体化。

五、教学准备

1.教师准备：多媒体课件（包含实验装置动态图、错误操作演示视频、中考真题链接）、实验报告单（任务驱动型）、分组实验器材（详见教学过程）。

2.学生准备：复习氧气和二氧化碳的制取与性质相关知识。预习实验报告单，思考核心任务。

六、教学实施过程

（一）【基础】唤醒记忆，构建网络——气体制备的“万能钥匙”

1.情境导入：教师展示实验室制取氧气和二氧化碳的常规装置图，提出问题：“我们已经学习了实验室制取氧气和二氧化碳，它们是中考【高频考点】。大家能否回顾一下，实验室制取这两种气体的反应原理、发生装置和收集装置分别是什么？选择的依据又是什么？”

2.学生活动：学生在学案上快速完成表格填空，并小组内相互订正。

（1）反应原理（化学方程式）：

[1]过氧化氢与二氧化锰混合制氧气：2H₂O₂=MnO₂=2H₂O+O₂↑

[2]加热高锰酸钾制氧气：2KMnO₄=△=K₂MnO₄+MnO₂+O₂↑

[3]加热氯酸钾与二氧化锰混合物制氧气：2KClO₃=MnO₂,△=2KCl+3O₂↑

[4]大理石（或石灰石）与稀盐酸反应制二氧化碳：CaCO₃+2HCl=CaCl₂+H₂O+CO₂↑

（2）发生装置选择依据：【非常重要】反应物状态（固体+固体？固体+液体？）和反应条件（是否需要加热）。

[1]固固加热型（如高锰酸钾、氯酸钾制氧气）。

[2]固液不加热型（如过氧化氢制氧气、大理石与稀盐酸制二氧化碳）。

（3）收集装置选择依据：【非常重要】气体的密度（与空气比较）和溶解性，以及是否与水或空气成分反应。

[1]排水法：不易溶于水，不与水反应的气体（如氧气）。

[2]向上排空气法：密度比空气大，不与空气中成分反应的气体（如氧气、二氧化碳）。

[3]向下排空气法：密度比空气小，不与空气中成分反应的气体（如氢气）。

3.教师引导总结：教师引导学生将以上零散知识归纳为气体制备的思维模型，即“实验室制取气体的一般思路与方法”：首先研究反应原理（化学方程式），其次根据反应物状态和反应条件选择发生装置，最后根据气体的性质（密度、溶解性）选择收集、检验和验满方法。这即是解决一切气体制备问题的【基础】“万能钥匙”。

（二）【重要】模型应用，方案设计——常规装置的进阶思考

1.任务驱动一：科技节需要一套能随时控制反应发生和停止的二氧化碳发生装置。如何改进常规的固液不加热装置？

2.学生分组讨论与设计：各小组基于已有的“固液不加热”装置模型（锥形瓶+长颈漏斗+双孔塞），提出改进方案。教师巡视，引导讨论焦点集中在“如何实现固液分离”。

3.小组汇报与互评：

（1）方案一：使用有孔塑料板或玻璃棉，将块状固体置于板上，通过弹簧夹控制。打开弹簧夹，液体从长颈漏斗流下，浸没固体，反应发生；关闭弹簧夹，产生的气体将液体压回长颈漏斗，固液分离，反应停止。教师点评此方案即启普发生器原理的简易装置，【高频考点】优点在于可控制反应进程，节约药品。

（2）方案二：更换为注射器代替长颈漏斗。教师引导学生分析注射器的作用：不仅可以控制液体滴加速率，从而控制反应速率，还可以防止气体逸出，起到密封作用。

（3）方案三：使用破底的试管和烧杯等组合，设计类似“随开随用，随关随停”的装置。教师肯定学生的创新思维，并引导评价装置的可行性、气密性和操作便利性。

4.实验验证（演示或分组）：选取方案一的改进装置，让学生实际操作制取二氧化碳，并检验其控制反应的效果。强调操作要点：装入药品后，先检查装置气密性；固体药品必须是块状；长颈漏斗末端必须液封。

5.思维拓展：教师进一步提问：“如果想得到平稳且持续的氧气气流，用于性质探究实验，我们又该如何设计发生装置？”引导学生联想到使用分液漏斗（可控制液体的滴加速度）代替长颈漏斗，或利用注射器实现精准控制。这为后续定量实验和探究实验的设计打下【重要】伏笔。

（三）【非常重要】【难点突破】装置评价与创新——突破思维定式

1.任务驱动二：科技节还征集气体性质检验的创新装置。教师展示几套非常规装置，让学生评价其优缺点，并尝试改进。

2.案例分析一：多功能瓶的使用。

（1）教师展示一个集气瓶配双孔塞和长短不同的两根导管（即多功能瓶）。提问：“这个瓶子能做什么？”

（2）学生分组讨论，【高频考点】归纳多功能瓶的多种用途：

[1]排空气法收集气体：若收集密度大于空气的气体（如O₂、CO₂），应“长进短出”；若收集密度小于空气的气体（如H₂），应“短进长出”。

[2]排水法收集气体：瓶内先装满水，气体从短管进，水从长管排出。

[3]气体除杂或干燥：瓶内装入浓硫酸或其他吸收剂，气体从长管进，通过液体接触后从短管出。

[4]气体检验：瓶内装入检验试剂，如检验CO₂用澄清石灰水，气体“长进短出”。

[5]监控气体流速或安全瓶：连接在装置中，观察气泡速率或防止倒吸。

（3）【非常重要】教师引导深度思考：“为什么向上排空气法要‘长进短出’？”引导学生从气体密度和空气排出的角度进行证据推理，内化原理而非死记硬背。

3.案例分析二：微型实验与环保设计。

（1）教师展示课本中硫在氧气中燃烧的实验，该实验有SO₂污染。提问：“如何设计一个微型、环保的装置来完成这个实验？”

（2）学生小组设计，展示方案：

[1]方案一：在集气瓶底预先放一些水或NaOH溶液吸收SO₂。

[2]方案二：使用一个带有支管的试管，将硫粉放在燃烧匙中，用酒精灯加热至燃烧后伸入试管，立即用带导管的胶塞塞住，导管的另一端通入吸收液（NaOH溶液）中。

[3]方案三：使用注射器和Y形管等组合，实现更微量的反应。

（3）教师点评并强调化学实验的【热点】绿色化、微型化理念，培养学生的环保意识和创新意识。

4.案例分析三：压强变化的创新应用。

（1）教师展示一套装置：锥形瓶内盛有某种物质（如石灰石），胶塞上插有注射器（内盛稀盐酸）和一根与烧杯（内盛某种液体）相连的导管。演示：推动注射器，观察烧杯内现象。提问：“你看到了什么？这个装置可以用来探究什么问题？”

（2）学生观察并思考。可能观察到的现象是导管口有气泡冒出，或者液体被倒吸入导管甚至锥形瓶。引导学生从【难点】气压变化的角度分析：反应产生气体或反应放热导致瓶内气压增大，气体逸出；反应吸收气体或反应吸热导致瓶内气压减小，液体倒吸。

（3）教师总结：这种“气压变化”装置可以用于很多探究实验，例如：探究金属与酸的反应速率、探究物质溶解时的吸放热现象、证明CO₂与NaOH溶液发生了反应（通过气压减小引发倒吸）等。这是近年来中考【热点】【高频考点】的命题方向，考查学生运用物理知识解决化学问题的跨学科综合能力。

（四）【难点】科学探究，控制变量——实验方案的设计

1.任务驱动三：科技节上，有同学想探究“不同催化剂对过氧化氢分解速率的影响”。请你为他设计一套实验方案。

2.教师引导：这是一个典型的【非常重要】“控制变量法”探究实验。引导学生明确：

（1）要探究的问题：不同催化剂（如MnO₂、CuO、Fe₂O₃等）对反应速率的影响。

（2）控制变量：必须控制哪些变量相同？（【重要】关键因素）——过氧化氢溶液的浓度、体积、温度，以及催化剂的形态（粉末或颗粒）和加入量，反应容器的规格等。

（3）变化的量：自变量是催化剂的种类。

（4）观测的指标（因变量）：如何比较反应速率？——可以通过测量相同时间内产生氧气的体积，或者收集相同体积氧气所需的时间，或者观察产生气泡的速率等。

3.学生分组设计实验方案，并完成实验报告单上的设计部分：

（1）实验原理：2H₂O₂=催化剂=2H₂O+O₂↑

（2）实验仪器与药品：锥形瓶、双孔塞、分液漏斗、导管、量筒、水槽、秒表、不同催化剂、相同浓度的过氧化氢溶液等。

（3）实验步骤：

[1]检查装置气密性。

[2]在三个相同的锥形瓶中分别加入等量、等浓度的过氧化氢溶液。

[3]迅速向三个锥形瓶中分别加入等质量的MnO₂、CuO、Fe₂O₃粉末，并立即塞紧带分液漏斗和导管的胶塞。

[4]将导管另一端伸入装满水的量筒中（排水法收集氧气）。

[5]记录收集相同体积（如10mL或20mL）的氧气所需的时间。

（4）实验数据记录表（设计）。

4.小组间交流与评价：各小组展示方案，其他小组从“控制变量是否严格”、“观测方法是否科学可行”、“操作是否简便安全”等角度进行评价。教师补充，例如可以增加一组不加催化剂的空白对照实验。

5.教师总结控制变量法的核心要素：明确探究问题，合理选择变量（自变量、因变量、控制变量），科学设计观测指标，确保实验结论的可靠性。这是科学探究题中的【高频考点】和【难点】。

（五）【热点】综合应用，实战演练——对接中考

1.任务驱动四：现在我们用所学知识，挑战一道中考改编题。

2.呈现题目：（例）某化学兴趣小组利用下图所示装置（装置图略，但包含一个带支管的试管、一个装有水的洗气瓶、一个收集装置等组合）研究常见气体的制取方法和性质。请回答：

（1）写出图中标号仪器的名称。

（2）若用该装置制取氧气，可在支管试管中装入什么药品？反应的化学方程式是？

（3）若想用该装置制取干燥的氧气，需要在洗气瓶中装入什么试剂？气体应从哪端进入？

（4）若将收集装置换成一个空集气瓶，并将燃着的镁条伸入其中，观察到镁条剧烈燃烧，发出耀眼的白光，生成一种白色固体和一种黑色固体（已知镁能与氮气、二氧化碳反应）。请写出镁在二氧化碳中燃烧的化学方程式。该反应说明了燃烧不一定需要什么？

3.学生独立审题、作答。教师巡视，了解学生答题情况。

4.师生共同解析：

（1）本题综合考查了仪器的识别、气体发生装置的选择、气体的干燥（除杂）、以及基于性质的燃烧新情境探究。

（2）第（2）问，由于装置是固液不加热型，药品应为过氧化氢溶液和二氧化锰。

（3）第（3）问，干燥氧气应选用浓硫酸，此为液体干燥剂，应“长进短出”，即从长导管进入，与浓硫酸充分接触后从短导管导出。

（4）第（4）问是【难点】信息给予题。根据描述和已有知识（镁在氧气中燃烧生成氧化镁），结合元素守恒，推测白色固体为氧化镁（MgO），黑色固体为碳（C），反应物为镁和二氧化碳，故化学方程式为2Mg+CO₂=点燃=2MgO+C。这个结论颠覆了学生“燃烧需要氧气”的固有认知，引导学生认识到燃烧的本质是剧烈的发光发热氧化反应，二氧化碳在某些情况下也能支持燃烧。

5.教师强调：解决综合实验题的关键，在于熟练掌握并灵活运用气体制备的一般思路，并具备获取信息、处理信息的能力。

（六）课堂小结与反思

1.知识建构：引导学生回顾本节课内容，自主梳理知识网络。从“气体制备的万能钥匙”出发，延伸到装置的改进与创新、多功能瓶的妙用、气压变化的应用，再到控制变量法的科学探究。将零散的知识点串联成线，编织成网。

2.素养提升：教师总结，本节课我们不仅巩固了基础知识，更重要的是锻炼了模型认知、证据推理和科学探究的能力。面对新情境、新装置，我们要敢于从原理出发，透过现象看本质，用批判性思维去评价，用创新思维去设计。这才是化学学习的真正价值。

3.自我评价：学生根据课堂表现和实验报告单的完成情况，进行自我评价和小组互评。

七、教学评价设计

本课采用过程性评价与终结性评价相结合的方式。

1.过程性评价：

（1）课堂参与度：观察学生在小组讨论、