九年级化学上册：基于科学探究的“氧气的实验室制取与性质”实验教学导学案

九年级化学上册：基于科学探究的“氧气的实验室制取与性质”实验教学导学案

  一、教学整体分析与设计理念

  本课属于《义务教育化学课程标准（2022年版）》中“科学探究与化学实验”主题与“物质的性质与应用”主题的深度融合部分。承接学生对空气组成、物质变化等基础概念的认知，开启对具体物质（氧气）的系统研究，是学生体验完整科学探究过程、规范实验操作技能、形成“物质决定性质，性质决定用途”化学观念的关键节点。传统教学常将“制取”与“性质”实验割裂，本设计秉持“素养为本”的教学理念，以“氧气的实验室制取与性质探究”为一个完整的项目式探究任务，重构教学内容。通过“制备物质—研究性质—关联用途”的主线，引导学生像科学家一样思考和实践，在解决真实问题（如何获得并认识一种重要气体）的过程中，整合知识、技能、方法与态度，发展化学核心素养，特别是“科学探究与创新意识”及“科学态度与社会责任”。

  二、学情分析

  授课对象为九年级上学期学生。经过前期的学习，学生已经掌握了化学实验的基本操作（如药品取用、简单仪器连接）、物质变化的分类，并对氧气作为助燃剂的生活经验有初步了解。其认知与能力特点如下：优势：对化学实验充满好奇与兴趣，具备初步的观察和描述现象的能力；具备一定的小组合作学习经验。挑战：首次接触气体发生与收集的成套装置，系统性思维和动手组装能力较弱；对实验现象的观察多停留在表面，缺乏深度分析和定量意识；设计对照实验、控制变量的科学方法尚不熟练；在安全规范意识与严谨求实的科学态度方面需进一步强化。因此，本课需搭建精准的“脚手架”，将大任务分解为可操作的步骤，引导学生在自主与合作中突破难点。

  三、学习目标（基于核心素养）

  依据课标与学情，制定如下可观测、可评价的学习目标：

  1.宏观辨识与微观探析：能从宏观现象（如物质颜色、状态、燃烧剧烈程度）辨识氧气制备与性质实验中的变化；初步理解高锰酸钾制氧气、过氧化氢制氧气及碳、硫、铁等在氧气中燃烧的微观本质是分子分裂、原子重组或电子转移的过程。

  2.变化观念与平衡思想：认识氧气制备的多种化学反应路径（分解反应），体会化学反应的选择性受原料、条件、装置、环保等因素制约；理解氧气参与的燃烧是剧烈的氧化反应，认识其能量变化。

  3.证据推理与模型认知：能基于实验现象（如带火星木条复燃、不同物质燃烧的差异）推理出氧气的检验方法及其助燃性、氧化性等化学性质；能根据反应物状态和反应条件（固固加热、固液常温），初步建构气体制取装置选择（发生、收集）的认知模型。

  4.科学探究与创新意识：经历“明确问题—设计实验—动手操作—观察记录—分析结论—反思评价”的完整探究流程；能小组合作，安全、规范地完成氧气制取与性质实验；能尝试对实验装置进行简易评价或提出改进设想。

  5.科学态度与社会责任：树立严谨细致的实验态度和安全意识，理解化学实验规则的必要性；通过氧气在医疗、航天、工业等领域应用的讨论，体会化学对社会发展的贡献，初步建立绿色化学理念（如催化剂的运用减少废弃物）。

  四、教学重难点

  教学重点：实验室制取氧气的反应原理、装置选择与操作要点；氧气化学性质的实验探究与现象描述。

  教学难点：气体制取装置模型（发生与收集）的归纳与选择依据；从实验现象到化学性质的科学推理与准确表述；多任务协同下的实验安全与规范操作。

  五、教学准备（资源与环境）

  1.实验器材与药品（按小组配备）：

  *制取部分：铁架台（带铁夹）、大试管、单孔橡胶塞（配导管）、集气瓶（5个，配毛玻璃片）、水槽、酒精灯、药匙、棉花。高锰酸钾（KMnO₄）、5%过氧化氢（H₂O₂）溶液、二氧化锰（MnO₂）粉末。

  *性质部分：坩埚钳、燃烧匙、酒精灯。木炭、硫粉、细铁丝、蜡烛。澄清石灰水。

  *其他：火柴、木条、小木条、废物缸、抹布。

  2.数字化与安全设备：多媒体投影系统、实物展台。护目镜（每人）、实验服（每人）、防火毯、灭火器、急救箱、通风设施。

  3.学习支持材料：任务导学案（含实验记录表、装置图、反思问题）、微课视频（“实验安全与规范”、“排水法与向上排空气法收集气体的操作技巧”）、互动式PPT（含装置拼图游戏、现象模拟动画）。

  六、评价设计

  采用“嵌入过程、多元主体、聚焦素养”的评价策略。

  1.过程性表现评价（占比40%）：通过课堂观察，评价学生实验操作的规范性（如“查、装、定、点、收、离、熄”步骤）、小组合作的有效性、观察记录的详实性、安全意识的强弱。使用观察量表记录。

  2.成果性作品评价（占比40%）：评价小组提交的实验报告（含装置图、现象记录、结论分析、误差反思）；评价学生对“气体制取装置选择模型”的归纳总结图。

  3.后测与反思评价（占比20%）：通过课后针对性习题（如装置纠错、实验方案设计）检测知识应用能力；通过“学习反思日志”了解学生在科学态度、方法领悟方面的收获。

  七、教学实施过程（总课时：2课时，共90分钟）

  （一）情境浸润，任务驱动（课时1，0-10分钟）

  1.情境导入（3分钟）：播放简短影像资料剪辑，呈现三个场景：医院急救室的氧气瓶、火箭发射时助推剂燃烧的磅礴火焰、深海潜水员携带的供氧设备。教师设问：“氧气，这种无处不在又至关重要的气体，如何被‘捕捉’并储存到钢瓶中？我们如何在实验室这个‘微缩世界’里，模拟工业制备，并深入探究它的‘脾气秉性’？今天，我们将化身实验室研究员，完成‘氧气的制取与性质探秘’项目。”

  2.任务发布与核心问题明确（7分钟）：呈现本课核心项目任务——“制备并收集三瓶纯净的氧气，并利用它们探究氧气的化学性质”。引导学生分解出核心子问题链：

  *Q1：实验室中，我们可以通过哪些化学反应“创造”出氧气？（原理）

  *Q2：根据选定的反应，需要哪些仪器？如何将它们安全、合理地组装起来？（装置）

  *Q3：如何将产生的氧气“捕捉”到集气瓶中？如何判断瓶中已充满氧气？（收集与验满）

  *Q4：如何用我们亲手制备的氧气，揭示其不同于空气的独特化学性质？（性质探究）

  *Q5：整个过程中，有哪些必须遵守的“安全法则”与“操作戒律”？（安全与规范）

  发放《项目导学案》，学生快速浏览任务框架。教师强调“安全是科学探索的基石”，全体学生佩戴好护目镜，进入实验准备状态。

  （二）探究建构一：氧气的实验室制取（课时1，11-40分钟）

  1.反应原理探究与选择（5分钟）：学生阅读教材，结合教师提供的资料卡片（含高锰酸钾、氯酸钾、过氧化氢的信息），小组讨论两种主流实验室制法的化学反应文字表达式。教师引导分析对比：

  *高锰酸钾制氧气：固固加热型，反应速率平稳，产物较纯净，但需要加热。

  *过氧化氢制氧气：固液常温型，装置简单，可随时控制，需催化剂。

  决策点：基于“首效性”与“典型性”，本课主要探究高锰酸钾加热制氧法，过氧化氢法则作为拓展与装置对比认知。明确高锰酸钾分解的文字表达式，并强调化学式书写的规范性。

  2.装置模型建构与组装（15分钟）——这是突破难点的关键环节。

  *模型初建（5分钟）：教师不直接展示完整装置图，而是提出问题：“要将固体药品加热产生气体，并收集起来，需要哪些功能模块？”引导学生得出“发生装置”和“收集装置”两大模块。利用互动PPT，学生尝试将分散的仪器图标（试管、酒精灯、导管、集气瓶、水槽等）拖拽组合成两套可能的完整装置（一套侧重排水法，一套侧重向上排空气法）。

  *深度学习与规范内化（10分钟）：播放“高锰酸钾制氧气”的规范操作微课（关键步骤特写）。学生观看后，小组合作，根据导学案上的装置示意图，动手组装排水法收集装置。教师巡视指导，聚焦难点：

  a.“查”装置气密性：示范并让学生练习将导管一端浸入水中，用手掌紧握试管外壁的检查方法，理解其原理（气体热胀冷缩）。

  b.“装”药品与“定”装置：强调试管口应略向下倾斜（防止冷凝水倒流炸裂试管）；导管伸入试管内不宜过长；铁夹应夹在距试管口约三分之一处；酒精灯高度调整等细节。特别讲解试管口塞一团棉花的作用（防止高锰酸钾粉末堵塞导管）。

  c.“点”燃酒精灯加热：复习预热方法，强调用外焰对准药品部位加热。

  3.收集方法与气体验证（10分钟）：

  *收集：讲解排水法（氧气不易溶于水）和向上排空气法（氧气密度略大于空气）的原理与操作要点。本课主要采用排水法收集，因其易于观察集满状态。学生实际操作，收集三瓶氧气（瓶内预留少量水用于后续实验），用毛玻璃片在水下盖好瓶口。

  *验满与检验：当集气瓶口有气泡连续均匀冒出时开始收集；用带火星的木条（非燃着的木条）伸到集气瓶口复燃，则证明已满。核心辨析：验满是“放在瓶口”，检验气体是否是氧气是“伸入瓶内”。学生练习操作并记录现象。

  （三）探究建构二：氧气的化学性质（课时1，41-45分钟及课时2，0-25分钟）

  1.性质探究方案设计（课时1末5分钟）：教师提出问题：“我们有三瓶氧气，如何设计实验，高效、安全、对比性地探究它能与哪些物质反应？反应现象有何不同？”学生小组讨论，从已备物质（木炭、硫、铁、蜡烛）中选择至少三种进行探究，并简要设计步骤（物质形态、点燃方式、放入方法、观察要点）。教师点评方案，特别强调对比实验的重要性：将物质在空气中燃烧与在氧气中燃烧的现象进行对比。布置课后思考：为何要采用不同的燃烧器具（坩埚钳、燃烧匙）？硫和铁燃烧实验为何要在瓶底留水或铺细沙？

  2.分组实验与深度观察（课时2，0-20分钟）：学生分组进行性质探究实验。教师巡视，不仅关注操作安全，更引导学生进行精细化观察与记录：

  *木炭（C）在氧气中燃烧：强调用坩埚钳夹持红热的木炭由上而下缓慢伸入瓶内，观察发出白光（与空气中红光的对比），并倒入澄清石灰水振荡，验证产物二氧化碳。

  *硫（S）在氧气中燃烧：强调在空气中先点燃，观察微弱的淡蓝色火焰；再伸入氧气瓶，观察明亮的蓝紫色火焰。引导学生从感官（刺激性气味）认识到产物二氧化硫，并理解预留水吸收污染物（二氧化硫）的环保意义。

  *细铁丝（Fe）在氧气中燃烧：这是难点与重点。强调实验成功关键：铁丝需绕成螺旋状（增大受热面积、聚集热量）；下端系一根火柴（引燃）；待火柴快燃尽时伸入（防止火柴消耗过多氧气）；由瓶口缓慢伸至瓶底（充分利用氧气）。观察剧烈燃烧、火星四射、生成黑色固体。明确瓶底预留水或铺沙是为了防止高温熔融物溅落炸裂瓶底。

  *蜡烛（石蜡）在氧气中燃烧：观察火焰更明亮，并同时检验产物（瓶壁有水雾、倒入石灰水变浑浊），说明反应生成水和二氧化碳。

  3.现象分析与性质归纳（5分钟）：实验后，小组整理记录表。教师组织全班分享，将典型现象板书。引导学生从丰富现象中抽提本质：这些物质在氧气中燃烧都比在空气中更剧烈，说明氧气能支持燃烧，具有助燃性（氧化性）。总结氧气是一种化学性质比较活泼的气体，能与许多物质发生氧化反应，同时释放能量。

  （四）整合迁移，模型升华（课时2，26-40分钟）

  1.装置模型对比与选择（10分钟）：回顾两种制氧方法。教师展示过氧化氢与二氧化锰混合制氧的简易装置（固液常温型）。引导学生小组讨论，从“反应物状态”、“反应条件”、“气体性质（密度、溶解性）”三个维度，对比归纳两类气体发生装置（固固加热型vs.固液常温型）和两类收集装置（排水法vs.向上/下排空气法）的选择依据。完成认知模型图：

  气体发生装置选择：看状态与条件。

  气体收集装置选择：看溶解性与密度（与空气比较）。

  2.知识整合与STSE联系（10分钟）：

  *工业制氧：简要介绍分离液态空气法（物理变化），与实验室制法（化学变化）形成对比，深化变化观念。

  *催化剂概念深化：通过过氧化氢实验中二氧化锰的“一变二不变”，科学定义催化剂，并举例其在化工、环保、生命体（酶）中的广泛应用。

  *氧气的用途：引导学生根据性质推断用途——助燃性（炼钢、气焊）、供给呼吸（医疗、潜水、航空）。讨论液氧炸药、富氧燃烧等技术的利与弊，渗透辩证思维。

  3.误差分析与实验反思（5分钟）：教师提问：“在今天的实验中，有哪些可能影响实验结果或效率的因素？”学生讨论可能因素：高锰酸钾粉末带入导管；收集时机不当导致气体不纯；铁丝表面未除锈；氧气浓度不足等。引导建立实验反思习惯。

  （五）总结评价与拓展延伸（课时2，41-45分钟）

  1.结构化总结（3分钟）：师生共同构建以“氧气”为核心的概念图，串联起“制法（原理、装置、操作）—性质（现象、结论）—用途”的知识链条，强化“性质决定用途，制法基于性质”的学科大观念。

  2.评价与反馈（2分钟）：各小组简要分享本组实验中最成功之处与一个待改进点。教师回收实验报告初稿，布置完善任务。

  3.拓展性作业（分层）：

  *基础性：绘制高锰酸钾制取氧气并探究性质的完整实验流程图，标注关键操作与注意事项。

  *实践性：查阅资料，设计一个家庭小实验，利用生活中材料（如医用双氧水、土豆块或酵母）产生氧气，并尝试检验。

  *研究性：以“氧气：生命之火与双刃剑”为题，撰写一篇小论文，探讨氧气在支持生命与代谢、促进文明发展（如冶金）中的积极作用，以及缓慢氧化（如金属锈蚀、食品腐败）、火灾等方面带来的挑战，并提出应对思路。

  八、板书设计（概念图式）

  （主板书区域，随教学进程动态生成）

  氧气的实验室制取与性质探究

  一、制取之道

   1.原理：高锰酸钾→（加热）→锰酸钾+二氧化锰+氧气

   2.装置模型：

    发生：固+固（加热）→固+液（常温）

    收集：排水法（难溶）排空气法（密度差异）

   3.操作口诀：查装定点收离熄

   4.检验/验满：带火星木条（瓶内复燃/瓶口复燃）

  二、性质之秘

   1.物理性质：无色无味气体，密度略大于空气，不易溶于水。

   2.化学性质：比较活泼，支持燃烧（氧化性）。