跨學(xué)科實踐活動1制作簡易供氧器一、知識目標1.進一步鞏固對氧氣性質(zhì)和實驗室制取氧氣的原理與裝置的認識；2.了解實現(xiàn)物質(zhì)定量轉(zhuǎn)化的方法；3.綜合應(yīng)用多學(xué)科知識和工程技術(shù)手段解決實際問題。二、核心素養(yǎng)目標1.宏觀辨識與微觀探析：通過分析便攜式制氧機與氧燭的宏觀工作流程（藥品分解→氧氣收集→輸出控制），辨識兩類裝置的結(jié)構(gòu)與工作原理差異；關(guān)聯(lián)實驗室制氧氣（高錳酸鉀加熱）與工業(yè)制氧技術(shù)的宏觀聯(lián)系（如分解反應(yīng)本質(zhì)），理解化學(xué)原理在技術(shù)產(chǎn)品中的轉(zhuǎn)化應(yīng)用。2.證據(jù)推理與模型認知：依據(jù)制氧效果、安全性等實證數(shù)據(jù)，推理不同設(shè)計方案的優(yōu)劣；基于成本、效率、安全性等多維度證據(jù)，優(yōu)化供氧器設(shè)計，構(gòu)建工程優(yōu)化模型。3.科學(xué)探究與創(chuàng)新意識：通過文獻查閱與實驗驗證，創(chuàng)新性選擇替代藥品（如過碳酸鈉替代氯酸鉀），自主探究制氧核心反應(yīng)；結(jié)合工程思維（材料成本、便捷性），動手實現(xiàn)從圖紙到實物的轉(zhuǎn)化，設(shè)計并制作原型產(chǎn)品；通過迭代測試，培養(yǎng)技術(shù)改進意識與風(fēng)險預(yù)判能力（如防爆設(shè)計）。一、教學(xué)重點1.分析便攜式制氧機與氧燭的藥品選擇、結(jié)構(gòu)設(shè)計及工作邏輯；2.對比實驗室制氧與工業(yè)裝置的異同，建立化學(xué)原理與實際應(yīng)用的關(guān)聯(lián)。二、教學(xué)難點1.平衡“化學(xué)產(chǎn)氧效率”與“裝置便攜性/安全性”；2.控制溫度、催化劑等條件對產(chǎn)氧速率的影響，推導(dǎo)“反應(yīng)條件→功能優(yōu)化”的邏輯；3.解決裝置漏氣、產(chǎn)氧不穩(wěn)定等問題，實現(xiàn)“理論設(shè)計→實物搭建”的轉(zhuǎn)化。本活動是初中化學(xué)跨學(xué)科實踐的典型范例，緊密對接《義務(wù)教育化學(xué)課程標準（2022年版）》“化學(xué)與社會·跨學(xué)科實踐”主題，旨在引導(dǎo)學(xué)生將氧氣制取的學(xué)科知識轉(zhuǎn)化為真實的技術(shù)解決方案。教材以兩類工業(yè)制氧裝置便攜式制氧機與氧燭為研究對象，通過對比分析其藥品選擇、結(jié)構(gòu)設(shè)計和工作邏輯，揭示實驗室制氧與工業(yè)技術(shù)的本質(zhì)關(guān)聯(lián)與差異——后者更注重條件控制與能量優(yōu)化。這種設(shè)計凸顯“原理-技術(shù)-產(chǎn)品”的轉(zhuǎn)化路徑，為學(xué)生搭建工程思維的啟蒙橋梁。教材通過任務(wù)驅(qū)動實現(xiàn)多學(xué)科深度融合。任務(wù)一調(diào)查制氧機整合化學(xué)分解反應(yīng)原理、物理熱傳導(dǎo)知識及技術(shù)結(jié)構(gòu)分析，培養(yǎng)學(xué)生從多維度解構(gòu)技術(shù)產(chǎn)品的能力。任務(wù)二設(shè)計供氧器則進階至工程實踐層面：學(xué)生需在材料成本、安全風(fēng)險、使用便捷性等約束條件下進行權(quán)衡取舍，并通過評價量表的量化反饋迭代優(yōu)化設(shè)計。這種“設(shè)計-制作-評價-改進”的閉環(huán)流程，本質(zhì)上是微型工程周期的模擬，呼應(yīng)了STEM教育中“科學(xué)知識技術(shù)化、技術(shù)方案工程化”的核心邏輯。學(xué)生在進入本活動前已掌握基礎(chǔ)實驗1《氧氣制取與性質(zhì)》的核心操作，能描述實驗室制氧的現(xiàn)象與步驟，但對工業(yè)制氧技術(shù)的認知多停留在“醫(yī)用吸氧面罩”等生活表象層面，難以建立實驗室反應(yīng)與工業(yè)裝置（便攜式制氧機、氧燭）之間的深層關(guān)聯(lián)。他們的思維習(xí)慣于單一學(xué)科邏輯——例如理解分解反應(yīng)方程式，卻缺乏將其轉(zhuǎn)化為“可控供氧系統(tǒng)”的工程意識，易將制氧機簡化為“密封容器+藥品”的機械組合，忽視速率控制（如閥門設(shè)計）、能量管理（如氧燭自供熱）等關(guān)鍵技術(shù)要素。在動手實踐層面，學(xué)生雖有塑料瓶、導(dǎo)管等材料組裝經(jīng)驗，但面對“氣密性保障”“防爆設(shè)計”等工程問題時，常因空間想象力不足而設(shè)計出低效甚至存在安全隱患的結(jié)構(gòu)（如導(dǎo)管接口漏氣）。學(xué)生的興趣點與挑戰(zhàn)并存。一方面，他們對制作真實產(chǎn)品充滿熱情，能主動收集資料分析制氧機類型，并在設(shè)計環(huán)節(jié)提出創(chuàng)意方案；另一方面，工程思維的短板也顯著暴露：評價裝置時易陷入“唯效果論”（僅關(guān)注產(chǎn)氧量），忽略成本（如選用高價催化劑）、安全性（氧燭未設(shè)計隔熱層）、便捷性（體積過大）等綜合指標，需教師引導(dǎo)建立多維度權(quán)衡意識。此外，氧燭的“自供能”機制對學(xué)生而言尤為抽象，難以理解“反應(yīng)放熱自我維持”的閉環(huán)邏輯，可能誤認為“點燃一次即可持續(xù)反應(yīng)”。這種認知落差正是跨學(xué)科教學(xué)的契機，可通過類比“暖寶寶放熱”等生活案例化解抽象性。值得注意的是，學(xué)生存在兩類典型能力斷層：一是知識轉(zhuǎn)化斷層，即能背誦分解反應(yīng)原理，卻無法自主設(shè)計氧氣收集與輸出結(jié)構(gòu)；二是風(fēng)險預(yù)判斷層，雖學(xué)習(xí)過氫氣驗純等安全操作，但對氧燭高溫（>500℃）的破壞性缺乏感知，可能選用普通膠粘合部件。因此，教學(xué)需強化“技術(shù)產(chǎn)品思維”的腳手架搭建：用實驗室裝置（試管+導(dǎo)管）與工業(yè)制氧機結(jié)構(gòu)圖的對比，具象化“原理遷移”路徑；通過紅外測溫儀實測氧燭表面溫度、演示塑料熔化實驗，將安全警示轉(zhuǎn)化為視覺沖擊，促使學(xué)生主動優(yōu)化設(shè)計（如增加石棉隔熱層）。最終，本活動將推動學(xué)生從“實驗操作者”向“技術(shù)設(shè)計者”轉(zhuǎn)變，其工程思維雛形的建立，不僅服務(wù)于后續(xù)水的凈化（實踐2），更為應(yīng)對未來社會技術(shù)問題埋下種子。教學(xué)環(huán)節(jié)一新課導(dǎo)入【提問】同學(xué)們，氧氣是生命活動必需的物質(zhì)，在高原旅行、醫(yī)療急救等場景中，人們需要隨身攜帶供氧設(shè)備。大家見過或聽說過哪些供氧裝置？這些裝置是如何產(chǎn)生氧氣的呢？【學(xué)生回答】制氧機、氧氣瓶……可能是通過化學(xué)反應(yīng)產(chǎn)生氧氣的?！局v解】沒錯，生活中的供氧器原理多樣，有的利用物理分離空氣，有的通過化學(xué)反應(yīng)制氧。今天我們就開展“制作簡易供氧器”的跨學(xué)科實踐活動，一起探究制氧機的工作原理，并用身邊材料設(shè)計一款實用的簡易供氧器。設(shè)計意圖1.聯(lián)系實際需求：從高原、急救等場景的供氧需求切入，讓學(xué)生感受化學(xué)知識的實用價值。2.問題驅(qū)動實踐：通過“供氧裝置如何產(chǎn)氧”的疑問，明確本節(jié)課“探究原理—設(shè)計制作”的核心任務(wù)，激發(fā)實踐興趣。教學(xué)環(huán)節(jié)二實踐活動活動一：了解制氧機的工作原理【引入】市場上常見的制氧機有兩類：便攜式制氧機和氧燭。我們先通過資料分析它們的特點，為后續(xù)設(shè)計打基礎(chǔ)。【提問】請大家結(jié)合表格，思考：便攜式制氧機和氧燭使用的藥品、結(jié)構(gòu)、工作原理分別是什么？它們的使用方法有何不同？【學(xué)生分組討論后回答】便攜式制氧機：藥品是空氣，結(jié)構(gòu)有壓縮機、分子篩模塊，原理是分子篩吸附氮氣分離氧氣，使用時通電調(diào)流量。氧燭：藥品是氯酸鈉（含催化劑），結(jié)構(gòu)有藥柱、點火裝置，原理是點燃后氯酸鈉分解放氧，使用時點燃藥柱收集氧氣?！局v解】很好！便攜式制氧機利用物理分離（分子篩吸附），氧燭利用化學(xué)分解，兩者都能滿足供氧需求，但適用場景不同。【提問】兩類制氧機與實驗室制氧氣有何聯(lián)系與區(qū)別？【學(xué)生回答】聯(lián)系：它們都是用來提供氧氣的不同技術(shù)或方法；區(qū)別：它們的工作原理、使用場合、便攜性以及操作的復(fù)雜性。便攜式制氧機和氧燭更側(cè)重于在特定環(huán)境下的快速供氧能力，而實驗室制氧氣則側(cè)重于通過化學(xué)反應(yīng)在控制條件下產(chǎn)生氧氣。便攜式制氧機和氧燭更適合于移動或無電源環(huán)境，而實驗室制氧則多用于教育和科研環(huán)境?！咎釂枴勘銛y式制氧機是如何控制生成氧氣的速率的？【學(xué)生回答】（1）調(diào)節(jié)壓縮和冷卻過程：控制空氣的壓縮程度和冷卻溫度，從而影響空氣液化的效率和速度，進而間接影響氧氣的分離速率。（2）控制節(jié)流閥：通過調(diào)節(jié)節(jié)流閥的開度，改變液態(tài)空氣的流量和壓力，從而影響氧氣的分離和產(chǎn)出速率。【討論交流】從使用效果、安全、經(jīng)濟、耐用性等角度簡述兩類制氧機的優(yōu)缺點，并進行小組交流討論?！緦W(xué)生回答】便攜式制氧機優(yōu)點：使用效果，能夠提供穩(wěn)定、連續(xù)的氧氣供應(yīng)，滿足患者呼吸需求；安全，配備有多種安全功能，如低氧濃度、低電量等自動警示功能；經(jīng)濟，使用成本較低，不需要頻繁更換氧氣瓶，維護簡單；耐用性，設(shè)備設(shè)計緊湊，使用高質(zhì)量的材料和組件，耐用性強。便攜式制氧機缺點：體積和重量，相對于氧燭等設(shè)備，便攜式制氧機的體積和重量較大，攜帶不如氧燭方便；電池續(xù)航，電池續(xù)航時間有限，需要定期充電或更換電池，可能在某些情況下影響使用。氧燭優(yōu)點：使用效果，能夠通過燃燒產(chǎn)生氧氣，適合緊急情況下的快速供氧；安全，反應(yīng)相對穩(wěn)定，只要正確使用，安全性較高；經(jīng)濟，成本相對較低；便攜性，體積小、重量輕，便于攜帶。氧燭缺點：使用效果，氧氣供應(yīng)量有限，不適合長時間或大量氧氣需求的情況；安全，使用過程中會產(chǎn)生熱量，可能會對周圍環(huán)境造成一定的安全隱患；經(jīng)濟，單次成本低，但不適合頻繁或長期使用；耐用性，一次性使用設(shè)備，使用后即廢棄，耐用性較低?！咎釂枴垦鯛T中分解產(chǎn)生氧氣的物質(zhì)類似于氯酸鉀，分解過程中需要加熱，你認為可能是哪些物質(zhì)在反應(yīng)過程中提供了熱量？【學(xué)生回答】金屬粉末，如鐵粉、鎂粉、鋁粉等。這些金屬粉末在與氧化劑接觸并點燃后，會釋放出大量的熱量?！局v解】實驗室制氧為制氧機設(shè)計提供了原理基礎(chǔ)（如化學(xué)分解、氣體收集）；氧燭中金屬粉末燃燒放熱，恰好滿足氯酸鈉分解的加熱需求，這體現(xiàn)了“能量調(diào)控”的工程思維。設(shè)計意圖1.關(guān)聯(lián)學(xué)科知識：將制氧機原理與實驗室制氧對比，強化“物理/化學(xué)方法產(chǎn)氧”的本質(zhì)認知。2.培養(yǎng)分析能力：通過表格梳理和問題討論，讓學(xué)生掌握“藥品—結(jié)構(gòu)—原理—使用”的分析框架，為后續(xù)設(shè)計積累經(jīng)驗。活動二：設(shè)計并制作簡易供氧器【引入】了解了制氧機原理后，我們來設(shè)計簡易供氧器。關(guān)鍵是先確定制氧原理，再搭建裝置?！咎釂枴空n件中列出了四種制氧原理（雙氧水與二氧化錳、加熱高錳酸鉀、電解水、過碳酸鈉與水），選擇時需考慮哪些因素？【學(xué)生討論】反應(yīng)條件是否簡單（如是否需要加熱、通電）、原料是否易獲取、產(chǎn)物是否環(huán)保、產(chǎn)氧是否穩(wěn)定……【講解】綜合來看，過碳酸鈉與水反應(yīng)（生成過氧化氫，再在二氧化錳催化下產(chǎn)氧）更適合：常溫反應(yīng)、原料安全、產(chǎn)氧速率可控，是自制供氧器的優(yōu)選原理?！痉纸M任務(wù)】結(jié)合制氧機制作的實際工藝流程，利用身邊的材料設(shè)計一款簡易的供氧器，并在框中畫出你設(shè)計的供氧器結(jié)構(gòu)示意圖。【學(xué)生展示設(shè)計】各組介紹裝置：“用塑料瓶做反應(yīng)倉，底部放過碳酸鈉和二氧化錳，頂部接導(dǎo)管連加濕瓶，通過注射器加水控制反應(yīng)速率?！薄驹u價改進】結(jié)合“制氧效果、材料成本、使用便捷”維度互評：“小組1裝置緊湊但產(chǎn)氧速率不穩(wěn)，建議增加閥門控制加水量；小組2材料廉價但密封性差，可改用橡膠塞密封?！薄局v解】優(yōu)化方向：通過調(diào)節(jié)反應(yīng)物接觸面積（如分批加水）控速率，用密封材料提升氣密性，確保供氧穩(wěn)定安全。設(shè)計意圖1.強化原理應(yīng)用：引導(dǎo)學(xué)生從“反應(yīng)條件、安全性、可控性”角度選擇制氧原理，體現(xiàn)化學(xué)與工程的融合。2.培養(yǎng)工程思維：通過“設(shè)計—展示—評價—改進”的流程，提升學(xué)生的結(jié)構(gòu)設(shè)計能力和問題解決能力?？鐚W(xué)科實踐活動1制作簡易供氧器一、核心任務(wù)了解制氧機原理→設(shè)計并制作簡易供氧器二、制氧機原理1.便攜式制氧機原料：空氣原理：分子篩吸附氮氣（物理分離）特點：連續(xù)供氧，需通電2.氧燭原料：氯酸鈉（含催化劑）原理：點燃后分解（化學(xué)變化），熱量來自金屬燃燒特點：應(yīng)急快速供氧三、簡易供氧器設(shè)計優(yōu)選原理：過碳酸鈉+水（MnO?催化產(chǎn)氧，常溫可控）裝置結(jié)構(gòu)：反應(yīng)倉→加濕過濾倉→出氧口評價與改進：看制氧效果、成本、便捷性；優(yōu)化密封性、控速率1.（2025·四川宜賓·中考真題）過碳酸鈉(2Na2CO3·3H2O2)溶于水可產(chǎn)生H2O2，進而制得O2。實驗小組利用此原理，自制簡易供氧器制取O2。下列說法錯誤的是（）A．使用前應(yīng)檢查裝置氣密性 B．I中的二氧化錳起催化作用C．Ⅱ中的水可用于增加O2的濕度D．該裝置不能控制產(chǎn)生O2的快慢2．（2024·四川德陽·中考真題）化學(xué)科學(xué)的本質(zhì)是實驗探究。如圖1為實驗室制取氣體的常用裝置，圖2為某同學(xué)在跨學(xué)科實踐活動中設(shè)計的簡易供氧器。I．根據(jù)圖1回答下列問題：（1）寫出裝置A中任意一種儀器的名稱：

。II．根據(jù)圖2回答下列問題：（2）若試劑甲為MnO2，根據(jù)所學(xué)知識選擇試劑乙，反應(yīng)倉中產(chǎn)生O2的化學(xué)反應(yīng)原理是（文字表達式）。（3）加濕過濾倉中H2O的作用有（填標號）。a．吸收雜質(zhì)提純O2b．觀察O2產(chǎn)生的速率c．加快O2的生成d．保證供給O2的濕度需求（4）調(diào)節(jié)供氧流速可以（填具體操作）。本課時通過“分析制氧機原理—設(shè)計簡易供氧器”的實踐鏈條，有效推