九年级化学上册实验活动1：基于核心素养的氧气制取与性质探究型教案

九年级化学上册实验活动1：基于核心素养的氧气制取与性质探究型教案

一、教学内容与学情分析

（一）教学内容定位

本节课是学生进入化学世界后，首次经历的完整的物质制备与性质验证的综合实验活动。它承载着三重功能：一是对第二单元“我们周围的空气”所学知识的实践检验与深化理解；二是对第一单元所学基本操作（如加热、取药、连接仪器、气密性检查）的综合运用与技能提升；三是为后续学习二氧化碳等气体的实验室制取奠定方法论基础，即“根据反应物状态和反应条件选择发生装置，根据气体的性质选择收集装置”的核心思路-5。因此，本课在教材体系中具有承上启下的关键地位，是学生化学实验素养形成的重要节点。

（二）学情精准画像

【基础】知识层面：学生通过前面的学习，已经了解了氧气的主要化学性质（如助燃性、与木炭、铁丝等反应的现象），并记住了高锰酸钾制取氧气的反应原理（文字表达式）-1。同时，他们已初步掌握了一些基本的实验操作，如药品的取用、物质的加热、仪器的连接等-4。

【难点】认知层面：初三学生好奇心强，对化学实验充满热情，但这种热情往往停留在对“神奇现象”的期待上，缺乏对实验本质的深度思考和系统性探究的意识-4。对于为什么要选择这套装置、为什么要有这些繁琐的操作步骤（如试管口略向下倾斜、先移导管后熄灯等），往往知其然不知其所以然。

【高频考点】技能层面：本实验涉及的操作细节极多，如气密性检查、棉花团的作用、排水法收集的时机、防倒吸操作等，这些都是中考实验操作考试和笔试中的【高频考点】。学生在初学时容易顾此失彼，操作的规范性和熟练度有待大幅提升。

二、教学目标（核心素养导向）

（一）化学观念

通过亲手制取氧气，深刻理解化学变化是物质转化的途径，初步建立“变化观”。通过氧气性质实验，巩固“性质决定用途，用途体现性质”的化学观念-1。

（二）科学思维

1.模型认知：能够依据反应原理（高锰酸钾固体加热）推断并组装固-固加热型气体发生装置；依据氧气不易溶于水的物理性质，选择排水法收集装置，初步构建实验室制取气体的一般思路模型-1。

2.批判性思维：对实验过程中出现的异常现象（如氧气不纯、铁丝未燃烧）进行分析和推理，找出可能的原因。

（三）科学探究与实践

3.【重要】实验操作：能独立或合作完成检查装置气密性、组装仪器、取用药品、加热、排水集气等系列操作，成功制取并收集两瓶氧气-5。

4.方案设计：能根据实验目的（验证氧气的化学性质），设计简单的实验步骤（如木炭、铁丝燃烧实验的操作方法）-1。

5.观察记录：能准确、规范地描述木炭和铁丝在空气与氧气中燃烧现象的差异，并如实记录实验事实。

（四）科学态度与责任

6.严谨求实：养成严格按照实验步骤操作的习惯，培养规范操作意识和安全意识-1。如意识到错误操作（如先熄灯后移管）可能导致的严重后果（试管炸裂）。

7.合作创新：在小组实验中分工协作，交流讨论，共同完成探究任务。体验科学探究的艰辛与乐趣，树立团队合作意识-1。

三、教学重难点

（一）【重要】教学重点

1.实验室用高锰酸钾制取氧气的方法、原理和实验装置。

2.实验操作步骤（查、装、定、点、收、离、熄）及其背后的注意事项-4-5。

3.氧气化学性质（与木炭、铁）的实验验证。

（二）【难点】【高频考点】教学难点

4.对实验室制取气体思路的理解与迁移应用。

5.实验操作的规范性、协调性以及对细节的处理能力（如加热时机、收集时机、防倒吸操作）。

6.对实验失败原因的深度分析与问题解决能力。

四、实验准备

（一）仪器

大试管（带导管的单孔橡胶塞）、试管架、酒精灯、铁架台（带铁夹）、集气瓶（4个）、玻璃片、水槽、坩埚钳、火柴、药匙、小烧杯、棉花。

（二）药品

高锰酸钾固体、木炭、细铁丝、澄清石灰水。

五、【核心】教学实施过程：基于问题驱动与探究建构的深度实施

（一）环节一：温故知新，聚焦核心问题（5分钟）

【教师活动】通过两个核心问题，迅速将学生思维拉入探究情境：

1.“上节课我们知道了氧气能支持燃烧，是一种化学性质比较活泼的气体。如果我们想亲自验证这些性质，首先需要什么？”（引导学生回答：一瓶纯净的氧气。）

2.“要得到一瓶氧气，我们有哪些方法？从反应条件和操作便捷性看，实验室通常选择哪种方法？”（引导学生聚焦到“高锰酸钾加热法”并书写文字表达式。）

【学生活动】回忆旧知，思考并回答问题，明确本课的核心任务：通过高锰酸钾制取氧气，并用它来验证氧气的性质。

【设计意图】开门见山，明确学习目标，激发学生的动手欲望，从“是什么”过渡到“怎么得”。

（二）环节二：设计装置，构建制气模型（10分钟）

【教师活动】抛出启发性问题链，引导学生像工程师一样思考：

“要完成这个化学反应并收集到气体，我们需要搭建一套装置。大家思考：这套装置应该由几部分组成？选择这些部分的依据是什么？”

“高锰酸钾是固体，反应需要加热，那么气体发生装置应该是什么样的？”

“产生的氧气我们如何把它收集起来？依据是什么？”-3

【学生活动】以小组为单位，依据已有的仪器，尝试组装一套完整的制取装置。学生需要调用“反应物状态和反应条件决定发生装置，气体性质决定收集装置”的思维模型-5。各小组展示组装成果，并说明理由。

【教师总结与升华】

1.【重要】明确装置的两大功能区：发生装置（固体+加热→选用大试管、酒精灯、铁架台等）和收集装置（不易溶于水→选用排水法；密度比空气大→也可以选用向上排空气法，本课重点练习排水法）。

2.【难点突破】检查气密性的原理：引导学生分析“手握试管-气泡冒出-松开手-水柱上升”这一现象背后的物理原理（热胀冷缩，压强差），而不仅仅是机械模仿-1-3。

【设计意图】将实验仪器的选择权交给学生，通过问题驱动，帮助学生建立实验室制取气体的一般思路，培养模型认知素养。

（三）环节三：精细研讨，突破操作难点（15分钟）

【教师活动】在正式动手之前，组织一场“实验方案论证会”。播放高锰酸钾制取氧气的规范操作微视频，并暂停在关键节点，抛出【高频考点】问题串，让学生分组讨论：

1.【基础】查：如何检查装置气密性？除了用手握，还可以用什么方法？（如热毛巾、酒精灯微热）-3-7。

2.【重要】装：试管口要塞一团棉花，为什么？（防止加热时高锰酸钾粉末进入导管，堵塞导管或污染气体）-1-7。

3.【难点】定：试管口为什么要略向下倾斜？（防止冷凝水倒流至热的试管底部，导致试管炸裂）-1-5。

4.【热点】点：加热时，为什么先要预热，再对准药品部位集中加热？（使试管受热均匀，防止炸裂）。

5.【高频考点】收：导管口开始有气泡放出时，能立即收集吗？为什么？（不能，刚开始排出的是试管内的空气，此时收集的氧气不纯。要等到气泡连续、均匀地放出时再收集。）-1-7。

6.【难点】【高频考点】离和熄：实验结束时，是先将导管移出水面，还是先熄灭酒精灯？如果顺序反了会怎样？（必须先移出导管，后熄灭酒精灯。若相反，会导致水槽中的水倒吸进入热的试管，造成试管炸裂。）-1-5。

【学生活动】分组热烈讨论，派代表回答问题。在思辨中深刻理解每一步操作的原因，将机械记忆（查装定点收离熄）转化为逻辑理解-5。

【设计意图】将实验注意事项前置讨论，通过“为什么这么做”的深度追问，变被动接受为主动建构，有效预防实验中的错误，为后续顺利操作奠定坚实基础。

（四）环节四：动手实践，制取与验证（40分钟）

此环节为课堂核心，学生分组实验，教师巡视指导。

1.制取氧气（20分钟）

【学生活动】严格按照讨论确定的步骤（查、装、定、点、收、离、熄）进行实验操作，分工合作，力求制取两瓶纯净的氧气（其中一瓶预留少量水用于铁丝燃烧实验）。

【教师活动】巡回指导，重点关注：药品的取量、试管的固定角度、加热的时机、收集气体的时机以及结束操作的顺序。及时纠正学生的错误操作（如未预热即集中加热、集气瓶未装满水等），并对操作规范的小组给予即时肯定。

2.性质验证（20分钟）

完成制取后，立即用刚制得的氧气进行性质验证。

【实验1】木炭的燃烧

【学生活动】用坩埚钳夹取一小块木炭，在酒精灯上加热到发红，然后【重要操作】由瓶口向下缓慢插入盛有氧气的集气瓶中（若快速插入，燃烧产生的热量会使氧气逸出，现象不明显）-5。观察现象。燃烧停止后，向瓶内倒入少量澄清石灰水，振荡，观察现象。

【记录与交流】现象：木炭在氧气中燃烧比在空气中更旺，发出白光，放出热量。生成的气体使澄清石灰水变浑浊，证明是二氧化碳。

【实验2】铁丝的燃烧

【学生活动】

（1）取一根细铁丝，将其下端绕成螺旋状（增大受热面积，聚集热量）-1。

（2）在螺旋处系一根火柴。

（3）【难点操作】点燃火柴，待火柴快燃尽时（防止火柴燃烧消耗过多氧气），将铁丝伸入盛有氧气的集气瓶中（瓶底预先留有少量水或铺一层细沙）-1-5。

【观察与记录】现象：铁丝剧烈燃烧，火星四射，生成黑色固体，放出大量的热。

【教师追问】集气瓶底部为什么要放少量水或细沙？（防止高温熔融物溅落炸裂瓶底）-1。

【设计意图】让学生亲历科学探究的全过程，从制取物质到验证性质，不仅锻炼了动手能力，更在观察、记录、分析中深化了对氧气性质的认识。教师的分层指导和即时反馈，保障了实验的安全与效果。

（五）环节五：问题交流，反思与评价（10分钟）

【教师活动】实验结束后，组织“成果发布会”和“问题诊疗所”。引导学生交流实验现象，并针对实验中出现的问题进行集体会诊。

【问题导向】抛出核心问题：

1.有些小组制得的氧气在验证铁丝燃烧时现象不明显，甚至铁丝没有燃烧，可能的原因有哪些？-7（可能原因：①氧气不纯（未等气泡连续均匀即收集、集气瓶未装满水）；②铁丝表面有锈；③火柴刚点燃就伸入，消耗了瓶中氧气；④实验前忘了在瓶底留水或沙子，但这不是现象不明显的原因，是安全原因。）

2.有小组在实验结束时，试管炸裂了，可能是什么原因导致的？-1（可能原因：①实验结束时先熄灭了酒精灯，导致水倒吸；②加热前没有预热；③试管口未略向下倾斜，导致冷凝水倒流。）

【学生活动】各小组基于实验记录，踊跃分享现象，并对他人的问题进行“诊断”，提出改进建议。

【设计意图】将实验过程中产生的“错误”和“意外”作为宝贵的教学资源，通过分析讨论，引导学生从感性认识上升到理性思考，培养批判性思维和严谨求实的科学态度。

（六）环节六：课堂总结，知识网络化（5分钟）

【教师活动】引导学生对本节课进行结构化总结。

1.【知识线】回顾氧气制取的原理、装置、步骤。

2.【方法线】总结实验室制取气体的一般思路：原理→发生装置（状态、条件）→收集装置（性质）。

3.【价值线】通过亲手制取氧气并验证其性质，你有什么感悟？（体会化学的魅力，认识规范操作的重要性等）。

【学生活动】跟随教师引导，在脑海中构建本节课的知识与能力框架。

【设计意图】帮助学生将零散的知识点串联成线、编织成网，实现知识的系统化和能力的迁移。

六、【深度拓展】跨学科视野与安全教育

（一）跨学科链接（物理）

在分析装置气密性检查、排水法收集、防倒吸原理时，明确这是物理学中“压强差”原理在化学实验中的具体应用。当试管内气体受热膨胀，压强增大，大于外界大气压，气体便会从导管口逸出形成气泡；停止加热后，试管内气体冷却收缩，压强减小，小于外界大气压，水便被压入导管形成一段水柱。这种跨学科的视角，有助于学生从更本质的层面理解化学实验操作-1-7。

（二）实验安全与环保教育

1.【重要】全程贯穿安全操作规范：如酒精灯的使用安全（严禁向燃着的酒精灯添加酒精，用灯帽盖灭而非吹灭）、试管加热的安全（试管夹夹持位置、管口不对人）、防止烫伤等。

2.微型化学与环保意识：引导学生思考实验药品的合理用量，体会“节约药品”的意义。同时强调，铁丝燃烧实验瓶底预留的水或细沙，不仅是为了防炸裂，也具有防止溅落物污染实验台的作用。实验后的废弃物（如反应剩余物）应倒入指定容器，培养绿色化学理念。

七、【应列尽罗】板书设计

九年级化学实验活动1氧气的实验室制取与性质

一、反应原理

高锰酸钾→（加热）锰酸钾+二氧化锰+氧气

二、实验装置

1.发生装置：固-固加热型（大试管、酒精灯、铁架台）

2.收集装置：排水法（氧气不易溶于水）

三、操作步骤与注意事项

步骤（七字诀）【高频考点】注意事项

查（检查气密性）原理：形成密闭体系，利用热胀冷缩造成压强差。

装（装入药品）试管口塞一团棉花：防止粉末进入导管。

定（固定装置）试管口略向下倾斜：防止冷凝水倒流炸裂试管。

点（点燃加热）先预热，后集中加热：使试管均匀受热。

收（收集气体）待气泡连续均匀放出时再收集：确保气体纯净。

离（导管离水）【必须】先把导管移出水面。

熄（熄灭酒精灯）【必须】后熄灭酒精灯：防止水倒吸炸裂试管。

四、氧气的性质验证

3.木炭+氧气→（点燃）二氧化碳

现象：发出白光，放热，生成气体使澄清石灰水变浑浊。

【重要】操作：缓慢伸入瓶底。

4.铁+氧气→（点燃）四氧化三铁

现象：剧烈燃烧，火星四射，生成黑色固体，放热。

【重要】操作：

（1）铁