九年級(jí)化學(xué)跨學(xué)科實(shí)踐項(xiàng)目：基于情境的簡(jiǎn)易供氧系統(tǒng)設(shè)計(jì)與制作一、教學(xué)內(nèi)容分析??本課隸屬于《義務(wù)教育化學(xué)課程標(biāo)準(zhǔn)（2022年版）》“科學(xué)探究與化學(xué)實(shí)驗(yàn)”主題下的跨學(xué)科實(shí)踐活動(dòng)范疇，是學(xué)生學(xué)完“我們周圍的空氣”單元后，對(duì)氧氣性質(zhì)、制取原理及用途的綜合性、項(xiàng)目化應(yīng)用。其教學(xué)坐標(biāo)定位于：知識(shí)技能上，學(xué)生需從“理解實(shí)驗(yàn)室制取氧氣（過氧化氫分解）的原理與裝置”這一認(rèn)知層級(jí)，躍升至“應(yīng)用化學(xué)反應(yīng)原理，針對(duì)真實(shí)、具體的需求（如急救、養(yǎng)殖、登山備用）進(jìn)行簡(jiǎn)易供氧器的分析、設(shè)計(jì)與優(yōu)化”，這是一個(gè)從理解到遷移創(chuàng)新的關(guān)鍵節(jié)點(diǎn)。過程方法上，本課是踐行“工程設(shè)計(jì)與物化”這一跨學(xué)科實(shí)踐核心方法的絕佳載體。學(xué)生將完整經(jīng)歷“需求分析→原理選擇→方案設(shè)計(jì)→模型制作→測(cè)試優(yōu)化”的工程思維循環(huán)，融合科學(xué)探究（控制變量、方案評(píng)價(jià)）與技術(shù)制作（材料選擇、結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)）于一體。素養(yǎng)價(jià)值上，本課深度指向“科學(xué)探究與創(chuàng)新意識(shí)”及“科學(xué)態(tài)度與社會(huì)責(zé)任”。學(xué)生在面對(duì)開放式、不確定性的設(shè)計(jì)任務(wù)時(shí)，需進(jìn)行審辯式思考與合作探究；在權(quán)衡方案的可行性、安全性、成本與環(huán)境影響時(shí)，其社會(huì)責(zé)任感與技術(shù)倫理觀將得到自然萌發(fā)與錘煉。這不僅是知識(shí)的綜合，更是素養(yǎng)的凝練。??從學(xué)情研判，九年級(jí)學(xué)生已具備氧氣制取、收集及性質(zhì)的基本知識(shí)，對(duì)化學(xué)實(shí)驗(yàn)充滿好奇，樂于動(dòng)手。然而，主要障礙在于：一是將分立的知識(shí)點(diǎn)（催化劑、發(fā)生裝置、收集方法）系統(tǒng)性整合以解決復(fù)雜問題的能力薄弱；二是工程思維與設(shè)計(jì)思維幾乎空白，容易陷入“照搬實(shí)驗(yàn)室裝置”的窠臼，缺乏“基于需求定制”的靈活性與創(chuàng)造性。此外，小組合作中可能出現(xiàn)分工不均、討論淺表化的問題。對(duì)策上，教師將通過提供“需求分析表”、“設(shè)計(jì)評(píng)價(jià)量規(guī)”等結(jié)構(gòu)化工具作為腳手架，降低認(rèn)知負(fù)荷，引導(dǎo)深度思維。教學(xué)過程將嵌入多個(gè)形成性評(píng)價(jià)節(jié)點(diǎn)，如“需求原理”匹配論證會(huì)、設(shè)計(jì)方案草圖互評(píng)、成品功能測(cè)試等，通過即時(shí)觀察、提問（如：“你為什么認(rèn)為雙氧水濃度5%比30%更適合家庭備用？”）和小組匯報(bào)，動(dòng)態(tài)診斷學(xué)情，并據(jù)此提供差異化指導(dǎo)：對(duì)基礎(chǔ)組，聚焦于原理理解和安全規(guī)范；對(duì)進(jìn)階組，則挑戰(zhàn)其進(jìn)行成本核算、環(huán)保性論證或外觀人性化設(shè)計(jì)，實(shí)現(xiàn)分層推進(jìn)。二、教學(xué)目標(biāo)??知識(shí)目標(biāo)：學(xué)生能夠系統(tǒng)闡釋以過氧化氫分解為核心反應(yīng)的供氧原理，并能依據(jù)不同使用場(chǎng)景（如持續(xù)供氧速率、便攜性、安全性）的需求，辨析和選擇相適應(yīng)的催化劑、反應(yīng)物濃度與裝置組件（如發(fā)生、控制、凈化、輸出單元），構(gòu)建起“需求原理裝置”三位一體的知識(shí)網(wǎng)絡(luò)。??能力目標(biāo)：學(xué)生能以小組為單位，完整經(jīng)歷一次簡(jiǎn)易化學(xué)產(chǎn)品的設(shè)計(jì)流程。具體表現(xiàn)為：能夠解讀具體情境中的供氧需求并將其轉(zhuǎn)化為技術(shù)指標(biāo)；能夠繪制并解說裝置設(shè)計(jì)草圖，說明各部件功能與選材理由；能夠安全、規(guī)范地動(dòng)手制作供氧器原型，并進(jìn)行基本的功能演示與問題排查。??情感態(tài)度與價(jià)值觀目標(biāo)：在項(xiàng)目協(xié)作中，學(xué)生能主動(dòng)承擔(dān)角色任務(wù)，積極傾聽、融合他人觀點(diǎn)，共同應(yīng)對(duì)挑戰(zhàn)。在方案設(shè)計(jì)與評(píng)價(jià)環(huán)節(jié)，能自覺考量產(chǎn)品使用的安全性、材料的環(huán)保性以及成本的可及性，初步樹立技術(shù)設(shè)計(jì)應(yīng)服務(wù)于人、有益于社會(huì)的責(zé)任意識(shí)。??科學(xué)思維目標(biāo)：重點(diǎn)發(fā)展“系統(tǒng)思維”與“工程思維”。引導(dǎo)學(xué)生將供氧器視為一個(gè)由相互關(guān)聯(lián)的子系統(tǒng)構(gòu)成的整體系統(tǒng)進(jìn)行分析；并通過“設(shè)計(jì)制作測(cè)試迭代”的實(shí)踐循環(huán)，體驗(yàn)工程優(yōu)化中權(quán)衡取舍（如效率vs安全、效果vs成本）的決策過程。??評(píng)價(jià)與元認(rèn)知目標(biāo)：學(xué)生能依據(jù)師生共同制定的評(píng)價(jià)量規(guī)，對(duì)他組設(shè)計(jì)方案及最終作品進(jìn)行客觀評(píng)價(jià)，并能清晰陳述理由。在項(xiàng)目結(jié)束后，能反思本組在問題解決過程中策略選擇的得失，總結(jié)跨學(xué)科項(xiàng)目學(xué)習(xí)的方法與心得。三、教學(xué)重點(diǎn)與難點(diǎn)??教學(xué)重點(diǎn)：基于特定需求進(jìn)行簡(jiǎn)易供氧器的系統(tǒng)化方案設(shè)計(jì)。其核心在于引導(dǎo)學(xué)生建立“需求分析驅(qū)動(dòng)技術(shù)設(shè)計(jì)”的工程邏輯，而非簡(jiǎn)單復(fù)制實(shí)驗(yàn)室裝置。確立依據(jù)源自課標(biāo)對(duì)“跨學(xué)科實(shí)踐”的定位——強(qiáng)調(diào)真實(shí)問題解決與知識(shí)的整合應(yīng)用。從學(xué)科大概念看，這關(guān)乎“物質(zhì)轉(zhuǎn)化可利用于滿足社會(huì)需求”這一核心觀念的具體化；從能力立意看，這正是中考命題中“實(shí)驗(yàn)方案設(shè)計(jì)與評(píng)價(jià)”類高階題目的實(shí)踐原型。??教學(xué)難點(diǎn)：學(xué)生自主實(shí)現(xiàn)從抽象需求到具體技術(shù)參數(shù)、材料選擇的轉(zhuǎn)化，并在設(shè)計(jì)中體現(xiàn)“控制”思想（如氣流調(diào)控、反應(yīng)啟停）。難點(diǎn)成因在于，學(xué)生此前學(xué)習(xí)多屬驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)，變量固定、步驟明確。而本項(xiàng)目需自行定義問題、尋找解決方案，認(rèn)知跨度大。常見困境包括：設(shè)計(jì)片面，只考慮產(chǎn)氧忽視使用便利；選材脫離實(shí)際，理想化。突破方向是提供豐富的“需求案例卡”和“材料庫(kù)”作為思維錨點(diǎn)，并通過范例剖析和分步引導(dǎo)，搭建認(rèn)知階梯。四、教學(xué)準(zhǔn)備清單1.教師準(zhǔn)備1.1媒體與教具：多媒體課件（含需求情境案例、工程設(shè)計(jì)流程導(dǎo)圖、安全警示動(dòng)畫）；34種不同設(shè)計(jì)思路的簡(jiǎn)易供氧器參考模型（實(shí)物或高清視頻）。1.2實(shí)驗(yàn)器材與材料：1.公用材料庫(kù)：不同濃度（3%、10%、30%）的過氧化氫溶液，二氧化錳粉末，水泥塊、土豆片等替代催化劑，塑料瓶、導(dǎo)管、止水夾、氣閥、小燒杯、醫(yī)用級(jí)輸氧管、洗氣瓶（盛放少量水用于觀察氣泡速率）、多功能瓶、熱水、冷水等。2.安全裝備：護(hù)目鏡（每組至少4副）、橡膠手套、抹布、廢液回收桶。1.3學(xué)習(xí)支持工具：項(xiàng)目學(xué)習(xí)任務(wù)單（內(nèi)含需求分析表、設(shè)計(jì)草圖區(qū)、測(cè)試記錄表、評(píng)價(jià)量規(guī)）；不同顏色的便簽紙，用于小組討論和方案迭代。2.學(xué)生準(zhǔn)備3.復(fù)習(xí)過氧化氫制取氧氣的原理與裝置；預(yù)習(xí)項(xiàng)目任務(wù)單，初步思考12種可能需要供氧的生活或生產(chǎn)情境。4.以45人為單位組建項(xiàng)目小組，并初步進(jìn)行角色分工（如項(xiàng)目經(jīng)理、首席設(shè)計(jì)師、安全官、測(cè)試工程師等）。3.環(huán)境布置5.實(shí)驗(yàn)室課桌拼合成小組工作臺(tái)；準(zhǔn)備實(shí)物投影儀，便于展示小組設(shè)計(jì)草圖；黑板劃分出“我們的需求”、“設(shè)計(jì)靈感墻”、“待解難題”三個(gè)區(qū)域。五、教學(xué)過程第一、導(dǎo)入環(huán)節(jié)??1.情境沖擊，懸疑導(dǎo)入：“同學(xué)們，請(qǐng)大家看一段簡(jiǎn)訊（投影：某地家庭醫(yī)用氧氣瓶臨時(shí)短缺，家屬用土方法自制氧氣的社會(huì)新聞）。這則新聞引發(fā)了熱議，有人點(diǎn)贊應(yīng)急智慧，也有人擔(dān)憂安全問題。咱們化學(xué)人怎么看？——能不能用我們學(xué)過的知識(shí)，科學(xué)、安全地設(shè)計(jì)一個(gè)簡(jiǎn)易的供氧裝置呢？”（引發(fā)認(rèn)知沖突與社會(huì)性思考）??1.1連接經(jīng)驗(yàn)，聚焦問題：“其實(shí)，需要控制性供氧的場(chǎng)景遠(yuǎn)不止醫(yī)院。登山愛好者、家庭魚缸養(yǎng)殖、甚至在特定急救時(shí)刻，都可能用到。大家能想到哪些場(chǎng)景？它們對(duì)供氧的要求一樣嗎？”（學(xué)生簡(jiǎn)短交流）教師總結(jié)：“沒錯(cuò)，急救要快，登山要輕，魚缸要持續(xù)?？磥?lái)，‘一刀切’的設(shè)計(jì)行不通。所以，我們今天要挑戰(zhàn)的核心任務(wù)就是：如何為你所關(guān)心的一個(gè)特定需求，量身定制一款簡(jiǎn)易供氧器？”??1.2勾勒路徑，明確航向：“要完成這個(gè)工程師式的挑戰(zhàn)，我們將分三步走：第一步，化身‘需求分析師’，精準(zhǔn)定義你要解決的問題；第二步，成為‘系統(tǒng)設(shè)計(jì)師’，把化學(xué)原理變成設(shè)計(jì)藍(lán)圖；第三步，動(dòng)手做‘工程建造師’，將圖紙變?yōu)楝F(xiàn)實(shí)，并測(cè)試優(yōu)化。讓我們帶著問題，開啟今天的設(shè)計(jì)之旅吧！”第二、新授環(huán)節(jié)任務(wù)一：解碼需求——從情景到技術(shù)指標(biāo)6.教師活動(dòng)：首先，分發(fā)“需求案例卡”（如：為戶外徒步小隊(duì)設(shè)計(jì)一款應(yīng)急供氧器，總重不超過1kg；為小型觀賞魚缸設(shè)計(jì)可持續(xù)工作一周的增氧器；為家庭備用設(shè)計(jì)一款可隨時(shí)啟動(dòng)、操作簡(jiǎn)單的急救吸氧裝置）。引導(dǎo)各組抽取或自定一個(gè)情境。隨后，組織“需求拆解會(huì)”：“請(qǐng)各小組扮演用戶和設(shè)計(jì)師，討論并回答：1.在這個(gè)場(chǎng)景下，最核心的需求是什么？（是供氧速度、持續(xù)時(shí)間、便攜性、還是操作簡(jiǎn)便性？）2.將這些需求，用更具體的詞語(yǔ)描述出來(lái)，比如‘每分鐘至少產(chǎn)生XX個(gè)氣泡’，‘裝置體積小于XX’。把關(guān)鍵詞寫在便簽上，貼到黑板‘我們的需求’區(qū)?！苯處熝不?，通過提問促進(jìn)思考：“對(duì)于徒步來(lái)說，‘安全’這個(gè)需求具體指哪些方面？?jī)H僅是化學(xué)反應(yīng)安全嗎？”7.學(xué)生活動(dòng)：小組熱烈討論案例情境，嘗試從用戶角度挖掘顯性和隱性需求。他們可能爭(zhēng)論“魚缸增氧是連續(xù)微量好，還是間歇大量好”，并將討論結(jié)果轉(zhuǎn)化為“連續(xù)、穩(wěn)定、低噪音”、“使用常見材料”等技術(shù)指標(biāo)關(guān)鍵詞，書寫并張貼。學(xué)生開始意識(shí)到，設(shè)計(jì)始于對(duì)問題的深刻理解。8.即時(shí)評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)：1.能否準(zhǔn)確識(shí)別情境中的核心與衍生需求。2.能否嘗試將模糊需求（如“方便”）轉(zhuǎn)化為可衡量的技術(shù)描述。3.小組討論時(shí)，是否每位成員都發(fā)表了意見。9.形成知識(shí)、思維、方法清單：1.10.★工程設(shè)計(jì)起點(diǎn)是需求分析：任何產(chǎn)品的設(shè)計(jì)都不是憑空想象，必須緊密圍繞具體使用場(chǎng)景和用戶的實(shí)際需要?；瘜W(xué)產(chǎn)品的設(shè)計(jì)，首先要明確其服務(wù)的目標(biāo)。2.11.▲需求的具體化與轉(zhuǎn)化：將“便攜”、“安全”、“高效”等抽象需求，轉(zhuǎn)化為可量化或可評(píng)估的技術(shù)參數(shù)（如尺寸、重量、反應(yīng)可控性、產(chǎn)氧速率），是設(shè)計(jì)的關(guān)鍵第一步。3.12.方法：角色代入與小組頭腦風(fēng)暴：通過扮演用戶，能更好地共情和理解需求；小組集體討論能激發(fā)多元視角，避免思維盲區(qū)。（教學(xué)提示：教師在此處應(yīng)鼓勵(lì)“異想天開”，暫不評(píng)判可行性，保護(hù)創(chuàng)新火花。）任務(wù)二：匹配原理——化學(xué)反應(yīng)的選擇與調(diào)控1.教師活動(dòng)：在需求明確后，引導(dǎo)聚焦化學(xué)核心：“大家的案頭都有幾種可選的反應(yīng)原料。我們制取氧氣主要依托什么反應(yīng)？對(duì)，過氧化氫在催化劑作用下分解。那么，面對(duì)你們組特定的需求，如何‘定制’這個(gè)反應(yīng)呢？”提出引導(dǎo)性問題鏈：“1.如何調(diào)控供氧速度？是改變濃度，還是催化劑的種類或量？2.如何實(shí)現(xiàn)‘即時(shí)啟動(dòng)’和‘隨時(shí)停止’？實(shí)驗(yàn)室的裝置如何改進(jìn)？3.對(duì)于‘持續(xù)一周’的需求，反應(yīng)物如何補(bǔ)給？”組織小組利用提供的材料進(jìn)行微型探究實(shí)驗(yàn)（如：對(duì)比同體積下，滴加不同濃度H?O?到等量MnO?中產(chǎn)生氣泡的速率差異），獲取感性認(rèn)識(shí)。2.學(xué)生活動(dòng)：各小組圍繞本組需求，展開原理層面的論證。例如，應(yīng)急組可能傾向于使用較高濃度H?O?以求快速產(chǎn)氧，但通過實(shí)驗(yàn)觀察后，可能會(huì)因安全考慮轉(zhuǎn)向中等濃度；魚缸組則研究如何實(shí)現(xiàn)緩慢、平穩(wěn)的分解。學(xué)生開始繪制初步的原理示意圖，思考如何用閥門、分液漏斗或特殊的催化劑裝載方式來(lái)實(shí)現(xiàn)控制。3.即時(shí)評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)：1.能否將需求與具體的化學(xué)反應(yīng)調(diào)控手段（濃度、催化劑、接觸方式）相關(guān)聯(lián)。2.實(shí)驗(yàn)探究過程是否規(guī)范、安全，觀察記錄是否認(rèn)真。3.原理設(shè)計(jì)草圖是否體現(xiàn)了基本的控制思想。4.形成知識(shí)、思維、方法清單：1.5.★核心反應(yīng)原理的再認(rèn)識(shí)：過氧化氫分解制氧氣，不僅是一個(gè)化學(xué)方程式，更是一個(gè)可通過多種手段（催化劑選擇、濃度控制、反應(yīng)物接觸方式）進(jìn)行精細(xì)調(diào)控的“過程”。2.6.▲反應(yīng)速率的多因素調(diào)控：濃度、催化劑活性和接觸面積共同決定瞬時(shí)產(chǎn)率。（教學(xué)提示：此處可自然關(guān)聯(lián)影響反應(yīng)速率條件的知識(shí)點(diǎn)，實(shí)現(xiàn)復(fù)習(xí)與深化。）3.7.工程思維：控制與反饋：簡(jiǎn)易裝置中，通過止水夾、閥門、乃至利用氣壓差，可以實(shí)現(xiàn)對(duì)反應(yīng)啟停和氣流大小的初步控制。這是將靜態(tài)化學(xué)知識(shí)動(dòng)態(tài)化、功能化的關(guān)鍵躍升。任務(wù)三：構(gòu)思系統(tǒng)——繪制設(shè)計(jì)藍(lán)圖1.教師活動(dòng)：“好，原理明確了，咱們不能紙上談兵。一個(gè)能用的供氧器，好比一個(gè)微型工廠，需要有‘車間’（發(fā)生裝置）、‘調(diào)度’（控制單元）、‘質(zhì)檢’（凈化/安全單元）和‘出貨口’（輸出系統(tǒng)）。請(qǐng)大家以小組為單位，繪制你們供氧器的設(shè)計(jì)藍(lán)圖?！碧峁┰O(shè)計(jì)框架提示：“請(qǐng)標(biāo)清：1.每個(gè)部件用什么材料？為什么選它？（考慮成本、易得、安全）2.氣體流經(jīng)的路徑是怎樣的？3.如何體現(xiàn)你們之前分析的那些需求？”教師巡回，參與討論，提供關(guān)鍵點(diǎn)撥：“考慮過氣體可能帶出的液體泡沫怎么處理嗎？”“你的這個(gè)連接方式，確保氣密性了嗎？”2.學(xué)生活動(dòng)：小組進(jìn)入深度協(xié)作階段，在白紙上共同繪制裝置草圖。爭(zhēng)論焦點(diǎn)可能集中在：是用單個(gè)多功能瓶還是多個(gè)瓶子組合？如何簡(jiǎn)易實(shí)現(xiàn)氣體的洗滌和凈化？如何固定各部件以便攜帶？他們需要查閱材料庫(kù)，權(quán)衡利弊，不斷修改草圖。設(shè)計(jì)過程是知識(shí)綜合應(yīng)用與創(chuàng)造性思維的外顯。3.即時(shí)評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)：1.設(shè)計(jì)草圖是否完整包含發(fā)生、控制、凈化、輸出等基本功能模塊。2.選材理由是否充分，是否考慮了實(shí)際可行性。3.小組成員能否就設(shè)計(jì)分歧進(jìn)行有效溝通，達(dá)成共識(shí)或找到。4.形成知識(shí)、思維、方法清單：1.5.★化學(xué)實(shí)驗(yàn)裝置的“系統(tǒng)化”認(rèn)知：將一套裝置視為實(shí)現(xiàn)特定功能的系統(tǒng)，各部件協(xié)同工作。從“收集一瓶氧氣”到“持續(xù)、可控、安全地輸出氧氣”，是認(rèn)知層次的升級(jí)。2.6.▲氣密性、安全性與實(shí)用性：設(shè)計(jì)時(shí)必須考慮連接處的氣密性方法（如膠粘、螺紋）；必須規(guī)劃防液體倒吸、防過壓等安全措施；必須兼顧使用場(chǎng)景（如戶外需考慮堅(jiān)固性）。3.7.方法：圖示化表達(dá)與迭代設(shè)計(jì)：繪制草圖是整理思路、發(fā)現(xiàn)邏輯漏洞的有效方法。好的設(shè)計(jì)很少一蹴而就，往往需要多輪“畫議改”的迭代。（教師點(diǎn)評(píng)時(shí)可說：“看，這個(gè)小組的第三版草圖比第一版清晰、合理多了，這就是進(jìn)步的腳??！”）任務(wù)四：物化創(chuàng)造——?jiǎng)邮种谱髋c功能初測(cè)1.教師活動(dòng)：在草圖經(jīng)師生簡(jiǎn)要評(píng)議后，宣布進(jìn)入制作階段。強(qiáng)調(diào)安全規(guī)范：“安全官請(qǐng)就位！所有組員必須佩戴護(hù)目鏡！添加液體時(shí)務(wù)必小心！”提供必要的工具支持（剪刀、膠帶、打孔器等）。制作過程中，教師不再是知識(shí)的傳授者，而是工程顧問，巡視并提供技術(shù)支持：“你們這個(gè)接口漏氣，試試用熱熔膠密封一下?！薄跋肟刂屏魉?？試試在導(dǎo)管上加個(gè)調(diào)節(jié)閥?！惫膭?lì)組間有限度的觀摩交流。2.學(xué)生活動(dòng)：各小組興奮而有序地領(lǐng)取所選材料，按照設(shè)計(jì)圖進(jìn)行切割、組裝、連接、固定。這是一個(gè)將二維藍(lán)圖轉(zhuǎn)化為三維實(shí)物的動(dòng)手過程，期間會(huì)遇到各種預(yù)料之外的技術(shù)問題（如瓶子打孔不圓導(dǎo)致漏氣、導(dǎo)管長(zhǎng)度不合適），需要現(xiàn)場(chǎng)調(diào)整策略，解決問題。初步組裝完成后，會(huì)進(jìn)行加水檢查氣密性、注入反應(yīng)物進(jìn)行短暫的功能試運(yùn)行。3.即時(shí)評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)：1.操作是否嚴(yán)格遵守實(shí)驗(yàn)室安全規(guī)則。2.能否按照或合理調(diào)整設(shè)計(jì)圖進(jìn)行制作。3.面對(duì)制作中的困難，小組是否表現(xiàn)出積極的問題解決態(tài)度與協(xié)作精神。4.形成知識(shí)、思維、方法清單：1.5.★理論設(shè)計(jì)與工程實(shí)踐的差距：紙上設(shè)計(jì)完美，不代表制作順利。材料特性、加工工藝、細(xì)節(jié)處理（如密封）會(huì)極大影響最終效果。體驗(yàn)“知行合一”的挑戰(zhàn)與樂趣。2.6.▲問題解決與迭代優(yōu)化：在真實(shí)制作中暴露問題（如漏氣、控制不靈）是寶貴的學(xué)習(xí)機(jī)會(huì)。立即分析原因、尋找替代方案，這就是最生動(dòng)的“工程優(yōu)化”過程。3.7.實(shí)踐素養(yǎng)：精細(xì)操作與耐心：化學(xué)制品的制作要求嚴(yán)謹(jǐn)細(xì)致，一個(gè)馬虎的接口可能導(dǎo)致整個(gè)系統(tǒng)失效。培養(yǎng)精益求精的“工匠精神”萌芽。任務(wù)五：展示論證——作品測(cè)試與方案答辯1.教師活動(dòng)：組織“產(chǎn)品發(fā)布會(huì)”。每個(gè)小組派代表，帶著他們的作品（或關(guān)鍵部件）到講臺(tái)前?！艾F(xiàn)在，你們是產(chǎn)品經(jīng)理。請(qǐng)用1分鐘演示作品的基本功能，然后用2分鐘重點(diǎn)闡述：你們的作品是如何滿足最初設(shè)定的需求的？在設(shè)計(jì)過程中，最大的挑戰(zhàn)是什么？如何解決的？”組織其他小組作為“用戶代表”或“評(píng)審專家”進(jìn)行提問和評(píng)價(jià)（依據(jù)之前下發(fā)的評(píng)價(jià)量規(guī)）。教師最后進(jìn)行綜合點(diǎn)評(píng)，著重表?yè)P(yáng)設(shè)計(jì)中的巧思和解決問題的智慧。2.學(xué)生活動(dòng)：小組代表進(jìn)行展示與解說，演示如何啟動(dòng)供氧、如何調(diào)節(jié)。其他小組認(rèn)真觀看，并根據(jù)量規(guī)從“需求匹配度”、“設(shè)計(jì)合理性”、“制作工藝”、“創(chuàng)新性”等維度進(jìn)行打分和提問?！罢?qǐng)問你們?nèi)绾翁幚韽U液？”“你們的裝置預(yù)估成本是多少？”展示小組需進(jìn)行回應(yīng)。這是一個(gè)綜合運(yùn)用知識(shí)進(jìn)行表達(dá)、論證和接受質(zhì)詢的過程。3.即時(shí)評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)：1.展示能否清晰說明設(shè)計(jì)思路與需求滿足情況。2.答辯環(huán)節(jié)能否有理有據(jù)地回答質(zhì)疑。3.評(píng)審小組能否依據(jù)標(biāo)準(zhǔn)給出客觀、有建設(shè)性的評(píng)價(jià)。4.形成知識(shí)、思維、方法清單：1.5.★技術(shù)產(chǎn)品的評(píng)價(jià)維度多元性：一個(gè)化學(xué)產(chǎn)品或方案的好壞，不僅看它能否發(fā)生反應(yīng)，更需從科學(xué)性、安全性、實(shí)用性、經(jīng)濟(jì)性、環(huán)保性等多維度綜合評(píng)價(jià)。2.6.▲溝通、表達(dá)與批判性思維：將設(shè)計(jì)思想和實(shí)踐過程清晰、有條理地表達(dá)出來(lái)，是一種關(guān)鍵能力。同時(shí)，傾聽他人質(zhì)疑并進(jìn)行有效辯駁或吸收，鍛煉了批判性思維。3.7.素養(yǎng)整合：科學(xué)探究與創(chuàng)新意識(shí)的成果化：整個(gè)項(xiàng)目從問題到方案再到實(shí)物，是科學(xué)探究與創(chuàng)新意識(shí)的完整物化體現(xiàn)。成功的展示讓學(xué)生獲得巨大的成就感。（教師總結(jié)語(yǔ)：“也許你們的作品還很粗糙，但里面閃爍的創(chuàng)意和解決問題的智慧，是最珍貴的化學(xué)之光！”）第三、當(dāng)堂鞏固訓(xùn)練??鞏固訓(xùn)練不局限于筆頭，而是基于項(xiàng)目成果的深化與反思。設(shè)計(jì)分層任務(wù)：??1.基礎(chǔ)層（全員參與）：完成項(xiàng)目學(xué)習(xí)任務(wù)單上的“核心知識(shí)梳理”部分，以流程圖形式概括從“需求”到“產(chǎn)品”的關(guān)鍵步驟，并寫出本組供氧器涉及的核心化學(xué)方程式及調(diào)控原理。??2.綜合層（小組協(xié)作）：針對(duì)本組作品在測(cè)試或答辯中暴露出的一個(gè)最突出問題（如供氧不穩(wěn)定、停止反應(yīng)不徹底），在草圖背面快速繪制一個(gè)“優(yōu)化設(shè)計(jì)改進(jìn)方案”，并簡(jiǎn)要說明改進(jìn)依據(jù)。??3.挑戰(zhàn)層（學(xué)有余力個(gè)人）：思考并簡(jiǎn)要回答：如果要將此供氧理念應(yīng)用于高原駐防營(yíng)地的小型集中供氧，在系統(tǒng)設(shè)計(jì)上需要考慮哪些新的因素？（提示：大規(guī)模制氧的安全性、氧氣的儲(chǔ)存、分布式輸送等）。??反饋機(jī)制：基礎(chǔ)層知識(shí)梳理通過小組內(nèi)交叉批閱、教師抽檢反饋；綜合層改進(jìn)方案通過實(shí)物投影展示，由提出相關(guān)問題的“評(píng)審組”進(jìn)行評(píng)議，看是否針對(duì)性地解決了問題；挑戰(zhàn)層思考題作為延伸點(diǎn)，由教師進(jìn)行思路點(diǎn)撥，供全班開闊視野。第四、課堂小結(jié)??引導(dǎo)學(xué)生進(jìn)行結(jié)構(gòu)化總結(jié)：“同學(xué)們，今天這趟‘化學(xué)工程之旅’即將到站。請(qǐng)大家靜心回顧，我們這節(jié)課的‘知識(shí)樹’是如何生長(zhǎng)的？”鼓勵(lì)學(xué)生發(fā)言，教師同步構(gòu)建概念圖板書：樹根是“特定需求”，主干是“氧氣制取原理（過氧化氫分解）”，分出的主要枝干是“系統(tǒng)設(shè)計(jì)（發(fā)生、控制、凈化、輸出）”，繁茂的樹葉則是“材料選擇、安全考量、優(yōu)化迭代”等具體方法。然后，引導(dǎo)學(xué)生進(jìn)行元認(rèn)知反思：“在這個(gè)過程中，你覺得最關(guān)鍵的思維跳板是什么？是哪個(gè)環(huán)節(jié)讓你覺得‘原來(lái)化學(xué)可以這樣用’？”最后，布置分層作業(yè)（見下文），并預(yù)告下節(jié)課將對(duì)優(yōu)秀設(shè)計(jì)和改進(jìn)方案進(jìn)行集中展示與深度研討，鼓勵(lì)學(xué)生課后繼續(xù)完善。六、作業(yè)設(shè)計(jì)基礎(chǔ)性作業(yè)（必做）：1.整理本節(jié)課的核心知識(shí)脈絡(luò)圖。2.撰寫一份本小組簡(jiǎn)易供氧器的“產(chǎn)品說明書”，需包含：產(chǎn)品名稱、設(shè)計(jì)用途、工作原理簡(jiǎn)述、使用步驟、安全注意事項(xiàng)。拓展性作業(yè)（建議完成）：假設(shè)你是一位社區(qū)科普員，需要向居民講解家庭應(yīng)急情況下自制供氧設(shè)備的科學(xué)原理與極限風(fēng)險(xiǎn)。請(qǐng)撰寫一份300字左右的科普短文，要求既講清科學(xué)依據(jù)，又必須強(qiáng)調(diào)安全邊界和警示。探究性/創(chuàng)造性作業(yè)（選做）：調(diào)研市場(chǎng)上常見的民用化學(xué)制氧機(jī)（如“氧立得”），從化學(xué)反應(yīng)原理、裝置設(shè)計(jì)、使用便捷性等方面，與你們小組的設(shè)計(jì)進(jìn)行對(duì)比分析，撰寫一份簡(jiǎn)短的對(duì)比分析報(bào)告，或提出一個(gè)你認(rèn)為有價(jià)值的改進(jìn)設(shè)想。七、本節(jié)知識(shí)清單及拓展1.★核心概念：基于需求的化學(xué)產(chǎn)品設(shè)計(jì)：化學(xué)不僅是實(shí)驗(yàn)室中的反應(yīng)，更是解決實(shí)際問題的工具。設(shè)計(jì)思維始于對(duì)用戶場(chǎng)景和需求的深刻分析。2.★核心原理：過氧化氫的催化分解及其調(diào)控：2H?O?==(催化劑)==2H?O+O?↑。通過改變反應(yīng)物濃度、催化劑種類/形態(tài)/用量、以及反應(yīng)物接觸方式，可以調(diào)控反應(yīng)速率，以適應(yīng)不同供氧需求。3.★系統(tǒng)組成：簡(jiǎn)易供氧器的功能模塊：完整系統(tǒng)通常包括：①發(fā)生裝置（承載反應(yīng)）；②控制單元（如閥門、止水夾，用于啟停和調(diào)節(jié)流速）；③凈化/安全單元（如洗氣瓶，用于除雜、降溫、防倒吸）；④輸出單元（導(dǎo)管、吸氧管）。4.▲催化劑的選擇與拓展：二氧化錳是高效催化劑。實(shí)踐中也可探索其他廉價(jià)、易得的催化劑（如水泥塊、土豆中的過氧化氫酶），理解催化劑的“選擇性”與“活性”概念。5.▲濃度與安全：過氧化氫濃度越高，反應(yīng)可能越劇烈，但同時(shí)儲(chǔ)存和使用風(fēng)險(xiǎn)也增大。民用設(shè)計(jì)需在效率與安全間權(quán)衡，常選用低濃度（如3%6%）溶液。6.★工程思維：迭代與優(yōu)化：工程設(shè)計(jì)是一個(gè)“設(shè)計(jì)制作測(cè)試發(fā)現(xiàn)問題改進(jìn)設(shè)計(jì)”的循環(huán)過程。失敗和問題是優(yōu)化的契機(jī)。7.★氣密性檢查方法：對(duì)組裝好的系統(tǒng)，可關(guān)閉出口，從輸入端輕微加熱或鼓氣，觀察輸出端是否有氣泡逸出，或保持液面差是否穩(wěn)定。8.▲氣壓平衡與防倒吸：在可能發(fā)生倒吸的環(huán)節(jié)（如停止反應(yīng)后裝置冷卻），設(shè)置安全瓶或留出緩沖空間是利用氣壓平衡原理的重要安全措施。9.★評(píng)價(jià)維度：多尺度評(píng)價(jià)體系：評(píng)價(jià)一個(gè)化學(xué)設(shè)計(jì)或產(chǎn)品，需綜合考量科學(xué)性、安全性、實(shí)用性（便攜、易操作）、經(jīng)濟(jì)性（成本）、環(huán)保性（廢物處理）。10.▲跨學(xué)科聯(lián)系：與技術(shù)、工程的融合：本項(xiàng)目涉及技術(shù)領(lǐng)域的“設(shè)計(jì)圖繪制”、“工具使用”、“材料加工”，以及工程領(lǐng)域的“系統(tǒng)集成”、“問題解決”和“項(xiàng)目管理”（小組協(xié)作）。11.●拓展：工業(yè)制氧與家庭制氧的區(qū)別：工業(yè)上常用分離液態(tài)空氣法，規(guī)模大、純度高；家庭或應(yīng)急化學(xué)制氧規(guī)模小、即制即用，但對(duì)安全性和便捷性要求極高。12.●安全紅線：化學(xué)實(shí)驗(yàn)與產(chǎn)品設(shè)計(jì)的底線：任何涉及化學(xué)品的實(shí)踐活動(dòng)，必須將人身安全、環(huán)境安全置于首位。對(duì)不確定的反應(yīng)或操作，必須查閱資料或咨詢專業(yè)教師，嚴(yán)禁冒險(xiǎn)嘗試。八、教學(xué)反思??（一）教學(xué)目標(biāo)達(dá)成度分析：從課堂觀察和項(xiàng)目成果看，知識(shí)與能力目標(biāo)達(dá)成度較高。絕大多數(shù)小組能產(chǎn)出基本可運(yùn)行的裝置，并能清晰陳述其設(shè)計(jì)思路。情感與社會(huì)責(zé)任目標(biāo)在方案論證環(huán)節(jié)表現(xiàn)突出，學(xué)生們自發(fā)討論“廢液倒入下水道是否合適”、“塑料瓶材質(zhì)是否耐受”等議題，素養(yǎng)滲透初見成效?？茖W(xué)思維目標(biāo)中的“系統(tǒng)思維”通過繪制藍(lán)圖環(huán)節(jié)得到強(qiáng)化，但“工程思維”中的“權(quán)衡取舍”體驗(yàn)深淺不一，部分小組仍偏向理想化設(shè)計(jì)，對(duì)成本、工藝難度考慮不足。??（二）核心環(huán)節(jié)有效性評(píng)估：??1.任務(wù)一（需求分析）設(shè)計(jì)有效，但部分小組在將需求轉(zhuǎn)化為技術(shù)參數(shù)時(shí)遇到困難。未來(lái)可提供更具體的“需求指標(biāo)對(duì)照表”作為腳手架，例如“便攜→總質(zhì)量<500g，可放入背包側(cè)袋”。??2.任務(wù)三與四（設(shè)計(jì)與制作）是高潮也是難點(diǎn)。約三分之一