《跨學(xué)科實(shí)踐活動(dòng)4 基于特定需求設(shè)計(jì)和制作簡(jiǎn)易供氧器》教學(xué)設(shè)計(jì)

《跨學(xué)科實(shí)踐活動(dòng)4基于特定需求設(shè)計(jì)和制作簡(jiǎn)易供氧器》教學(xué)設(shè)計(jì)一、教學(xué)目標(biāo)1、知識(shí)與技能目標(biāo)-學(xué)生能夠理解化學(xué)反應(yīng)中的定量關(guān)系，包括氧氣產(chǎn)生的量與反應(yīng)物的量之間的關(guān)系。-掌握簡(jiǎn)易供氧器的工作原理，能準(zhǔn)確說(shuō)出其涉及的化學(xué)反應(yīng)。-學(xué)會(huì)根據(jù)給定的需求，設(shè)計(jì)并制作簡(jiǎn)易供氧器的基本模型。2、過(guò)程與方法目標(biāo)-通過(guò)小組討論和實(shí)驗(yàn)探究，提高學(xué)生分析問(wèn)題、解決問(wèn)題的能力。-在設(shè)計(jì)和制作簡(jiǎn)易供氧器的過(guò)程中，培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新思維和實(shí)踐操作能力。-經(jīng)歷從理論知識(shí)到實(shí)際應(yīng)用的轉(zhuǎn)化過(guò)程，提升學(xué)生的知識(shí)遷移能力。3、情感態(tài)度與價(jià)值觀目標(biāo)-激發(fā)學(xué)生對(duì)化學(xué)學(xué)科的興趣，增強(qiáng)學(xué)生學(xué)習(xí)化學(xué)的自信心。-培養(yǎng)學(xué)生的團(tuán)隊(duì)合作精神和環(huán)保意識(shí)，使學(xué)生認(rèn)識(shí)到化學(xué)在生活中的重要性。二、學(xué)情分析八年級(jí)的學(xué)生已經(jīng)對(duì)化學(xué)學(xué)科有了一定的了解，掌握了一些基本的化學(xué)概念和化學(xué)反應(yīng)。他們具有較強(qiáng)的好奇心和求知欲，喜歡通過(guò)動(dòng)手實(shí)踐來(lái)探索新知識(shí)。然而，學(xué)生在將化學(xué)知識(shí)應(yīng)用于實(shí)際問(wèn)題解決方面可能存在一定的困難，對(duì)于化學(xué)反應(yīng)中的定量關(guān)系的理解可能還不夠深入。此外，學(xué)生的動(dòng)手能力和創(chuàng)新思維也存在差異，在小組合作過(guò)程中需要教師進(jìn)行適當(dāng)?shù)囊龑?dǎo)和協(xié)調(diào)。三、教學(xué)重難點(diǎn)1、教學(xué)重點(diǎn)-化學(xué)反應(yīng)定量關(guān)系在簡(jiǎn)易供氧器設(shè)計(jì)中的應(yīng)用。-簡(jiǎn)易供氧器的制作流程和要點(diǎn)。2、教學(xué)難點(diǎn)-根據(jù)特定需求準(zhǔn)確設(shè)計(jì)簡(jiǎn)易供氧器，包括反應(yīng)物的選擇和用量計(jì)算。-解決制作過(guò)程中可能出現(xiàn)的技術(shù)問(wèn)題，如氧氣產(chǎn)生速率的控制。四、教學(xué)方法講授法、討論法、實(shí)驗(yàn)法、探究法五、教學(xué)過(guò)程（一）導(dǎo)入新課同學(xué)們，我給你們講個(gè)我自己的經(jīng)歷。有一次我去爬山，那山可高了。爬到一半的時(shí)候，我就感覺(jué)呼吸困難，氣喘吁吁的。我就想啊，這要是在山上能有個(gè)隨時(shí)提供氧氣的東西就好了。你們有沒(méi)有過(guò)類似的經(jīng)歷呀？比如說(shuō)在空氣不太好的地方，或者做劇烈運(yùn)動(dòng)的時(shí)候，感覺(jué)氧氣不夠用。今天呢，咱們就來(lái)當(dāng)一回小發(fā)明家，一起設(shè)計(jì)和制作一個(gè)簡(jiǎn)易的供氧器。（二）講授新課1、化學(xué)反應(yīng)定量關(guān)系回顧-咱們先回顧一下之前學(xué)過(guò)的化學(xué)反應(yīng)定量關(guān)系。就拿過(guò)氧化氫分解這個(gè)反應(yīng)來(lái)說(shuō)吧，過(guò)氧化氫在二氧化錳的催化作用下分解生成水和氧氣，這個(gè)反應(yīng)的化學(xué)方程式是：2H?O?MnO?2H?O+O?↑。從這個(gè)方程式里咱們能看出，2個(gè)過(guò)氧化氫分子分解能產(chǎn)生1個(gè)氧分子。這就是一種定量關(guān)系。那如果我們想要得到一定量的氧氣，就可以根據(jù)這個(gè)關(guān)系來(lái)計(jì)算需要多少過(guò)氧化氫。我來(lái)舉個(gè)例子啊，如果我們想要制取32克氧氣，根據(jù)氧氣的相對(duì)分子質(zhì)量是32，過(guò)氧化氫的相對(duì)分子質(zhì)量是34，根據(jù)化學(xué)方程式的計(jì)算，我們就可以算出需要68克過(guò)氧化氫。同學(xué)們，這個(gè)計(jì)算是不是很神奇呀？大家可以自己試著算一算，如果要制取16克氧氣，需要多少過(guò)氧化氫呢？-然后我們?cè)倏纯锤咤i酸鉀受熱分解制取氧氣這個(gè)反應(yīng)，反應(yīng)方程式是：2KMnO?△K?MnO?+MnO?+O?↑。這里面2個(gè)高錳酸鉀分子分解可以得到1個(gè)氧分子。通過(guò)這些反應(yīng)，我們要明白，化學(xué)反應(yīng)中的反應(yīng)物和生成物之間是有固定的量的關(guān)系的。2、簡(jiǎn)易供氧器的工作原理-那簡(jiǎn)易供氧器是怎么工作的呢？其實(shí)就是利用化學(xué)反應(yīng)產(chǎn)生氧氣。比如說(shuō)剛才提到的過(guò)氧化氫分解反應(yīng)就可以用在供氧器里。過(guò)氧化氫在裝置里分解產(chǎn)生氧氣，然后通過(guò)合適的管道或者出口把氧氣提供給需要的人或者地方。那除了過(guò)氧化氫分解，還有沒(méi)有其他的反應(yīng)可以用來(lái)制取氧氣呢？同學(xué)們可以討論一下。-小組討論后，有的同學(xué)可能會(huì)提到氯酸鉀受熱分解制取氧氣，反應(yīng)方程式是：2KClO?MnO?△2KCl+3O?↑。這也是一個(gè)可以產(chǎn)生氧氣的反應(yīng)。那我們?cè)谠O(shè)計(jì)供氧器的時(shí)候，就可以根據(jù)這些反應(yīng)的特點(diǎn)來(lái)選擇合適的反應(yīng)。3、根據(jù)需求設(shè)計(jì)簡(jiǎn)易供氧器-現(xiàn)在咱們假設(shè)一個(gè)需求，比如說(shuō)要給一個(gè)在高海拔地區(qū)輕度缺氧的人提供氧氣，而且要持續(xù)供應(yīng)2個(gè)小時(shí)，每分鐘提供1升氧氣。那我們?cè)撛趺丛O(shè)計(jì)這個(gè)簡(jiǎn)易供氧器呢？-首先，我們要計(jì)算需要產(chǎn)生多少氧氣。2個(gè)小時(shí)就是120分鐘，每分鐘1升，那一共就需要120升氧氣。在標(biāo)準(zhǔn)狀況下，氧氣的密度約為1.429克/升，那120升氧氣的質(zhì)量就是120×1.429=171.48克。-然后我們根據(jù)化學(xué)反應(yīng)方程式來(lái)計(jì)算需要多少反應(yīng)物。如果我們選擇過(guò)氧化氫分解反應(yīng)，根據(jù)前面提到的定量關(guān)系，就可以算出需要多少過(guò)氧化氫。同學(xué)們可以和小組成員一起算一算。-在設(shè)計(jì)的時(shí)候，我們還要考慮反應(yīng)的速率。如果反應(yīng)太快，氧氣一下子就產(chǎn)生完了，那可不行；如果反應(yīng)太慢，又不能滿足需求。所以我們要想辦法控制反應(yīng)速率。比如說(shuō)可以通過(guò)控制過(guò)氧化氫的濃度，或者調(diào)整催化劑二氧化錳的用量來(lái)控制反應(yīng)速率。-除了這些，我們還要設(shè)計(jì)氧氣的輸出裝置。怎么能讓氧氣順利地到達(dá)使用者那里呢？可以用一些簡(jiǎn)單的管道，或者像醫(yī)院里吸氧的那種鼻吸管之類的東西。4、簡(jiǎn)易供氧器的制作-材料準(zhǔn)備-我們要準(zhǔn)備一個(gè)合適的容器，比如說(shuō)一個(gè)塑料瓶或者玻璃瓶。這個(gè)容器要能承受一定的壓力，因?yàn)檠鯕猱a(chǎn)生的時(shí)候可能會(huì)有一定的壓力。-過(guò)氧化氫溶液，要根據(jù)我們前面計(jì)算的量來(lái)準(zhǔn)備。-二氧化錳粉末，作為催化劑。-還有一些連接裝置，比如小導(dǎo)管、橡膠塞等，用來(lái)連接容器和氧氣輸出裝置。-制作步驟-首先，在容器上打孔，把導(dǎo)管插進(jìn)去，然后用橡膠塞密封好。這個(gè)導(dǎo)管就是氧氣的出口。-然后把適量的二氧化錳粉末放入容器底部。要注意，二氧化錳的量要合適，太多或者太少都會(huì)影響反應(yīng)速率。-接著把計(jì)算好量的過(guò)氧化氫溶液小心地倒入容器中。這時(shí)候就要注意安全了，過(guò)氧化氫溶液可能會(huì)對(duì)皮膚有刺激，不要灑到手上。-最后，把氧氣輸出裝置連接好，比如把導(dǎo)管和一個(gè)簡(jiǎn)單的鼻吸管連接起來(lái)。這樣，一個(gè)簡(jiǎn)易的供氧器就初步制作好了。（三）課堂鞏固1、讓學(xué)生根據(jù)不同的需求重新設(shè)計(jì)簡(jiǎn)易供氧器。比如說(shuō)要給一個(gè)運(yùn)動(dòng)場(chǎng)館的小區(qū)域提供氧氣，或者給一個(gè)小的密封空間里的植物提供氧氣等。每個(gè)小組選擇一個(gè)需求進(jìn)行設(shè)計(jì)，然后把設(shè)計(jì)思路和計(jì)算過(guò)程寫下來(lái)。2、對(duì)制作好的簡(jiǎn)易供氧器進(jìn)行測(cè)試?？纯囱鯕猱a(chǎn)生的速率是否符合預(yù)期，氧氣的輸出是否順暢等。如果有問(wèn)題，讓學(xué)生自己分析是哪里出了問(wèn)題，是反應(yīng)速率的問(wèn)題，還是裝置連接的問(wèn)題，然后進(jìn)行調(diào)整。（四）課堂總結(jié)1、讓學(xué)生回顧一下今天學(xué)到的內(nèi)容。從化學(xué)反應(yīng)的定量關(guān)系，到簡(jiǎn)易供氧器的工作原理、設(shè)計(jì)要點(diǎn)和制作步驟。2、強(qiáng)調(diào)在設(shè)計(jì)和制作過(guò)程中，化學(xué)知識(shí)的重要性，以及如何把理論知識(shí)應(yīng)用到實(shí)際的發(fā)明創(chuàng)造中。（五）作業(yè)布置1、讓學(xué)生回家后思考，如果要設(shè)計(jì)一個(gè)可以長(zhǎng)時(shí)間持續(xù)供氧并且便于攜帶的供氧器，需要考慮哪些因素，并且畫出設(shè)計(jì)草圖。2、查找資料，看看還有哪些化學(xué)反應(yīng)可以用于供氧，這些反應(yīng)有什么優(yōu)缺點(diǎn)，寫一篇小短文介紹一下。六、教學(xué)資源1、化學(xué)實(shí)驗(yàn)器材，包括塑料瓶、玻璃瓶、導(dǎo)管、橡膠塞、過(guò)氧化氫溶液、二氧化錳粉末等。2、多媒體設(shè)備，用于展示化學(xué)反應(yīng)方程式、制作簡(jiǎn)易供氧器的示例圖片和視頻等。七、教學(xué)評(píng)價(jià)1、形成性評(píng)價(jià)-在課堂討論環(huán)節(jié)，觀察學(xué)生的參與度和表現(xiàn)，對(duì)積極參與討論、提出有價(jià)值觀點(diǎn)的學(xué)生給予表?yè)P(yáng)和鼓勵(lì)。-在制作簡(jiǎn)易供氧器的過(guò)程中，巡視各小組的制作情況，對(duì)學(xué)生的操作技能、團(tuán)隊(duì)協(xié)作能力進(jìn)行評(píng)價(jià)。對(duì)于遇到問(wèn)題能夠積極思考、嘗試解決的小組和學(xué)生給予肯定。2、終結(jié)性評(píng)價(jià)-通過(guò)學(xué)生的課堂作業(yè)，包括根據(jù)不同需求設(shè)計(jì)簡(jiǎn)易供氧器的方案和對(duì)其他供氧反應(yīng)的介紹短文，來(lái)評(píng)價(jià)學(xué)生對(duì)本節(jié)課知識(shí)的掌握程度和應(yīng)用能力。-在單元測(cè)試或者期末考試中，設(shè)置相關(guān)的題目，考查學(xué)生對(duì)化學(xué)反應(yīng)定量關(guān)系在簡(jiǎn)易供氧器設(shè)計(jì)中的理解和應(yīng)用。八、教學(xué)反思在這堂課的教學(xué)過(guò)程中，導(dǎo)入部分通過(guò)講述自己爬山缺氧的經(jīng)歷，引起了學(xué)生的興趣，讓他們更容易進(jìn)入到課程內(nèi)容中。在講授化學(xué)反應(yīng)定量關(guān)系時(shí)，通過(guò)具體的例子計(jì)算，大部分學(xué)生能夠理解，但還是有少數(shù)學(xué)生在計(jì)算過(guò)程中出現(xiàn)錯(cuò)誤，以后教學(xué)中可以增加更多的練習(xí)機(jī)會(huì)。在設(shè)計(jì)和制作簡(jiǎn)易供氧器的環(huán)節(jié)，學(xué)生們的表現(xiàn)非常積極，但是也暴露出一些問(wèn)題，比如有的小組在控制反應(yīng)速率方面考慮不夠周全，有的小組在裝置連接上不夠緊密。這說(shuō)明在教學(xué)過(guò)程中，對(duì)于一些細(xì)節(jié)問(wèn)題還需要進(jìn)