跨学科实践活动 海洋资源的综合利用与制盐（教学设计） 化学沪科版五四学制2024九年级全一册

专题7 溶液 跨学科实践活动 海洋资源的综合利用与制盐 一、知识目标 1. 了解海洋资源的类型，掌握对海洋资源进行分类的方法，熟悉常见海洋资源的综合利用现状。 1. 理解海水晒盐的原理和工艺流程，掌握蒸发结晶和降温结晶的适用条件，能设计从海水中提取粗盐的方案。 1. 知道市售食盐的成分，了解不同人群对食盐的需求差异，认识食盐与人体健康的关系。 1. 掌握三种主流海水淡化技术的原理、优缺点，学会对比不同淡化技术的能耗、成本等参数。 1. 了解海洋资源未来开发的拓展方向，能结合“双碳”目标与乡村振兴战略对不同海洋资源利用方案进行分析与辩论。 二、核心素养目标 1. 宏观辨识与微观探析：能从宏观上认识海洋资源的种类和分布，从微观上理解海水制盐和淡化过程中物质的变化和分离原理。 1. 证据推理与模型认知：学会运用SWOT分析法评估海洋资源开发的区域潜力，通过实验数据和案例分析推理出合理的资源利用方案。 1. 科学探究与创新意识：通过设计海水制盐对照实验、自制海水淡化装置等活动，培养科学探究能力和创新思维，学会用TDS检测等工具量化方案的有效性。 1. 科学态度与社会责任：形成对我国海洋主权与资源可持续利用的辩证认知，增强保护海洋环境和资源的意识，关注国家“双碳”目标和乡村振兴战略在海洋资源开发中的应用。 一、教学重点 1.海洋资源的分类与综合利用。 2.海水制盐的原理和工艺流程。 3.海水淡化的主流技术及原理。 二、教学难点 1.运用多维分类标准对海洋资源进行系统归类。 2.理解结晶原理的温度控制条件及其工业应用逻辑。 3.掌握工程设计中能耗 - 成本 - 效率的平衡原则。 本节教学内容源于沪科版五四学制2024版九年级化学全一册专题7《溶液》中的跨学科实践活动《海洋资源的综合利用与制盐》。该内容是化学学科与地理、工程、社会等多学科知识的融合，具有很强的综合性和实践性，对于培养学生的综合素养和跨学科思维能力具有重要意义。 教材围绕海洋资源的综合利用，设置了海洋资源的分类与利用、探索海水制盐的方法、海水淡化与资源利用以及海洋资源的未来展望四个主要任务。通过查阅资料、设计实验、辩论讨论、制作装置等多种活动形式，引导学生深入了解海洋资源的类型、开发利用现状以及相关的化学原理和技术方法。在知识层面，涉及到化学中的溶解度、结晶原理，地理中的海洋资源分布与气候影响，工程中的装置设计与优化等内容，将理论知识与实际应用紧密结合。同时，教材注重培养学生的科学探究能力、数据分析能力、社会调查能力以及团队协作能力，引导学生树立资源可持续利用和环境保护的意识。 教学对象是九年级的学生，他们已经具备了一定的化学基础知识，如溶解度、溶质质量分数等概念，也掌握了一些基本的化学实验技能。在思维能力方面，学生正处于从形象思维向抽象思维过渡的阶段，开始具备一定的逻辑推理和分析问题的能力，但对于复杂的跨学科问题，还需要教师的引导和启发。 在生活经验方面，学生对海洋资源有一定的感性认识，但对于海洋资源的具体类型、开发利用方式以及其中涉及的化学原理和技术方法了解较少。此外，学生在跨学科学习方面的经验相对不足，缺乏将不同学科知识进行整合和应用的能力。 在学习态度上，九年级的学生对新鲜事物充满好奇心和探索欲望，对于这种具有实践性和趣味性的跨学科实践活动会表现出较高的积极性。但在活动过程中，可能会遇到一些困难和挑战，如资料查阅的困难、实验操作的失误、小组协作的问题等，需要教师及时给予指导和帮助，鼓励学生克服困难，培养学生的自主学习能力和团队协作精神。同时，教师要引导学生将所学知识与实际生活联系起来，提高学生解决实际问题的能力，增强学生的社会责任感和环保意识。 教学环节一 新课导入 【播放视频】同学们，在正式开始今天的课程之前，老师先给大家播放一段精彩的视频。（播放“海洋是资源的宝库”相关视频，展示海洋中丰富的生物资源、壮观的油气开采场景、繁忙的海上贸易运输等画面） 【提问引导】视频播放完啦，现在请大家仔细思考一下，结合刚才看到的视频内容，说说我们为什么要特别关注海洋资源呢？给大家几分钟时间，前后桌可以互相交流讨论一下，然后大胆地分享出你们的想法。（等待学生思考和讨论，鼓励不同观点的表达，学生可能会提到海洋提供食物、能源、调节气候等方面） 【总结学生观点并深入引导】大家说得都非常棒！海洋就像一个巨大的宝藏库，它维系着 80%地球物种的生存，是生物多样性的宝库，还为我们提供了医药基因资源；它能吸收 CO2与热量，是气候调节的核心，为地球提供 50%的氧气；海洋的油气矿产储量巨大，渔业和风电等产业支撑着可持续发展，是重要的资源与能源基地；同时，它年产值高达 10 万亿元，承载着 90%的全球贸易运输，是经济新的增长引擎。然而，海洋也面临着诸多问题，比如塑料污染、过度捕捞导致生态失衡，水质污染、咸水倒灌以及淡水资源开发瓶颈等。那么，我们如何才能更好地综合利用海洋资源，同时保护好海洋生态环境呢？这其中涉及到很多化学知识，今天就让我们一起走进“海洋资源的综合利用与制盐”这个主题，去探索其中的奥秘。 设计意图 1.激发学生兴趣：通过播放生动直观的视频，展示海洋丰富的资源和重要的作用，能迅速吸引学生的注意力，激发他们对海洋资源的好奇心和探索欲望，提高课堂参与度。 2.引导思考讨论：提出问题让学生思考和讨论，鼓励学生积极表达自己的观点，培养学生的思维能力和语言表达能力，同时营造活跃的课堂氛围。 3.联系实际问题，导入新课：在学生讨论的基础上，总结海洋资源的重要性和面临的问题，自然地引出本节课关于海洋资源综合利用的主题，让学生明白化学知识在解决实际问题中的重要性，明确学习方向，带着问题去探索新知识，提高学习的主动性和积极性。 教学环节二 海洋资源调查与方案准备 任务一 调查海洋资源的类型与综合利用现状 【任务要求与建议】 ①查阅资料，了解海洋资源的类型，列举你知道的海洋资源并进行归类。 ②查阅资料，调查海洋资源的综合利用现状，分析这些资源的开发和利用为人类生存和发展创造的有利条件，并与同伴交流。 【任务提示】 ①根据资源的不同特点和利用方式，可以将海洋资源进行分类。也可以先列举你知道的海洋资源再总结分类标准。 ②通过所学知识分析我国海洋资源的综合利用情况，认识开发海洋资源的巨大潜力和美好前景。 【师生活动】 1.前期准备 · 教师：给学生提供查阅资料的参考链接，如中国海洋信息网、联合国海洋报告等，并提醒学生参考教材P27的表格设计分类表格。布置任务，让学生查阅资料，了解海洋资源的类型，列举自己知道的海洋资源并进行归类；同时调查海洋资源的综合利用现状，分析这些资源的开发和利用为人类生存和发展创造的有利条件。 · 学生：按照教师的要求，查阅相关资料，设计分类表格，记录海洋资源的类型和综合利用现状。 2.课堂活动 · 教师：组织学生进行小组讨论，引导学生根据资源的不同特点和利用方式对海洋资源进行分类，也可以让学生先列举海洋资源再总结分类标准。选取部分小组进行案例分析，如我国渤海盐场与深海采矿的利弊辩论，引导学生从不同角度思考海洋资源开发的问题。 · 学生：分组进行讨论，对海洋资源进行归类。参与案例分析和辩论，积极发表自己的观点，与同伴交流对海洋资源开发和利用的看法。 活动一 海洋资源的类型与综合利用交流汇报 【学生活动】任各小组基于课前查资料成果，补充完善资源分类表： 资源类型 典型实例 综合利用现状 海洋生物资源 鱼类、海带、珊瑚 食品、药物（如鱼油）、化妆品原料 海洋化学资源 海水中的镁、溴、钾 阻燃剂、医药（如溴制剂）、肥料 海洋能源 潮汐能、可燃冰、海上风电 发电、清洁燃料 海洋矿产资源 多金属结核、海底热液硫化物 金属冶炼（铜、钴）、工业原料 海洋空间资源 港口、海上城市、填海造陆 航运、居住、旅游 【教师指导】巡视点拨分类逻辑（如按“资源属性”或“利用方式”分组）；提示补充易忽略资源（如微生物资源用于生物修复）。 【学生总结】各组代表用思维导图展示分类成果（例：潮汐能→可再生能源→浙江温岭江厦潮汐电站）； 提炼开发原则：保护优先、综合利用、科技创新。 【教师升华】我国海洋资源开发潜力巨大（如南海油气、东海渔业），但面临过度捕捞、污染等问题。未来需向绿色可持续模式转型——这正是你们的使命！ 设计意图 1.能力进阶： 通过“资料查阅→表格归纳→案例辩论”，培养学生信息整合与批判性思维； 借助渤海盐场产业链分析，渗透“资源循环利用”的化学核心观念。 2.学科融合： 融合地理（资源分布）、生物（生态保护）、政治（开发政策），体现跨学科实践； 3.价值引领： 以可燃冰辩论激发社会责任感，理解“绿色发展”对国家海洋战略的意义； 呼应教材“海洋强国”目标，树立科技报国志向。 活动二 我国渤海盐场与深海采矿的利弊辩论 【提出问题】渤海盐场（航拍盐田如大地调色盘，工人收盐）；深海采矿（机械臂抓取海底矿物，沉积物弥漫如浓雾）。“两种海洋资源开发模式，哪种更可持续？请用证据说话！” 【辩论规则】 环节 时间 要求 立论陈词 3分钟/方 基于数据陈述核心观点 自由辩论 5分钟 质询对方漏洞，强化己方证据 总结陈词 2分钟/方 提炼关键立场 【学生活动：角色化辩论】 分组与任务： 组别 核心立场 关键证据卡（教师提供） 正方 支持深海采矿 1. 战略资源卡：海底镍钴品位=陆地3倍，可造5亿块电动车电池 2. 环保替代卡：刚果陆地采矿毁林1000km²→海底采矿零毁林 3. 低碳优势卡：矿物加工碳排放比陆地低73%（联合国数据） 反方 反对深海采矿 1. 生态灾难卡：日本试采区生物密度降56%，恢复需400年 2. 污染扩散卡：沉积物羽流威胁30%全球金枪鱼渔场 3. 经济风险卡：成本超陆地50%，宝马/三星拒用深海矿物 观察组 对比渤海模式 1. 循环经济卡：渤海盐场“盐-溴-镁”产业链，利用率＞95% 2. 生态修复卡：盐田湿地吸引迁徙水鸟（如丹顶鹤） 辩论焦点示例： 正方：“没有深海钴矿，电动车革命将停滞！陆地矿已濒临枯竭！” 反方：“为造电池毁灭深海，等于用地球的肺换代步工具！” 观察组：“渤海模式证明——资源开发不必破坏生态！” 【教师活动】认知升维：数据可视化介入 开发方式 生物多样性损失 恢复周期 污染范围 深海采矿 ★★★★★ 400年 全球海域 陆地采矿 ★★★★☆ 100年 区域土壤 渤海盐场 ★☆ 5年 盐田局部 【提出问题】“如果必须开发深海矿，如何降低生态代价？参考渤海经验能做什么？”（引导方向：仿生采矿机器人、沉积物回收技术、国际监督机制） 【总结与迁移】 学生共识：海洋资源开发需遵守底线原则： 优先选择渤海式循环利用（资源利用率最大化） 深海开发必须配建生态银行（破坏1亩→修复2亩） 教师升华：中国的选择—— 短期：扩大渤海模式（在建滨海综合开发区22个） 长期：研发绿色采矿技术（国家深海基地“十四五”投入120亿） 你们未来可能制定的政策：《深海矿产生态税法案》 设计意图 通过让学生自主查阅资料和小组讨论，培养学生的资料收集能力和合作探究能力。案例分析和辩论环节可以激发学生的思维，让学生从多个角度认识海洋资源开发的利弊，形成对我国海洋主权与资源可持续利用的辩证认知。 教学环节三 探索海水制盐的方法 任务二 探索海水制盐的方法 【任务要求与建议】 ① 查阅相关资料，了解海水晒盐的原理和工艺流程，利用物质的溶解性和溶解度知识设计从海水中提取粗盐的方案。 ② 调查市售食盐所含的成分，采访不同人群对食盐的需求差异，认识食盐与人体健康的关系。 【任务提示】 ① 利用物质溶解性的差异，选择蒸发结晶或降温结晶使溶质从溶液中析出，从而提纯或分离物质。 ② 不同物质的溶解度受到温度、溶剂种类等因素的影响。 活动一 制盐原理与流程设计 【情景引入】 同学们，我们每天都要吃盐，那大家知道盐是怎么从海水中提取出来的吗？接下来，我们就一起探索海水制盐的方法。首先，我们要了解海水晒盐的原理和工艺流程，利用我们学过的物质的溶解性和溶解度知识来设计从海水中提取粗盐的方案。 【师生活动】 1.查阅原理 · 教师：引导学生分析教材提示，对比蒸发结晶（如）与降温结晶（如）适用条件的差异，让学生从溶解度曲线的角度理解不同结晶方法的原理。 · 学生：认真分析教材内容，结合溶解度曲线，思考蒸发结晶和降温结晶的适用条件，并与同学交流讨论。 2.绘制流程图 · 教师：指导学生设计含预处理的制盐流程，即海水→沉淀池（除泥沙）→蒸发池（日晒）→结晶池→粗盐→精制。强调流程优化的重要性，让学生考虑每个步骤的目的和作用。 · 学生：根据教师的指导，绘制制盐流程图，并标注关键操作的目的，如“蒸发池：利用日晒降低能耗”。 3.控制变量 · 教师：引导学生确定实验变量，主变量为蒸发方式（自然/加热），干扰变量为海水体积、环境湿度等。讲解控制变量法在实验设计中的重要性。 · 学生：思考并确定实验变量，理解控制变量法的原理，为后续实验做好准备。 【输出成果】流程图海报（标注关键操作目的，如“蒸发池：利用日晒降低能耗”） 设计意图 本活动通过“原理探究→流程设计→变量控制”的三阶递进设计，引导学生将抽象的溶解度知识转化为具象的工业制盐方案。学生在绘制含预处理的海水制盐流程图中，深度理解化学原理对生产实践的指导作用；通过标注关键操作目的，培养工程优化思维；在控制变量环节，强化科学研究方法论，为实验操作奠基。最终实现从“知识理解”到“应用创新”的能力跃升，呼应“科学服务于社会”的学科本质。 活动二 动手制盐与问题记录 【环节1：实验启动】 A组：100ml海水 + 蒸发皿（模拟盐田日晒） B组：100ml海水 + 酒精灯+三脚架（实验室加热） 任务：完成数据记录表，并在晶体出现时向“问题墙”提交1个观察疑问。” 安全强调： B组需戴护目镜，酒精灯距离蒸发皿10cm； 加热时用玻璃棒搅拌防暴沸。 【环节2：分组对照实验】 学生操作指南： 步骤 A组（自然蒸发） B组（加热蒸发） 初始准备 测海水盐度（折射仪/盐度计读数） 同A组 过程记录 每5分钟观察液面变化 每1分钟记录沸腾状态 关键节点 晶体初现时计时 出现晶膜时计时 终结操作 水分完全蒸发后称晶体质量 停止加热，冷却后称重 纯度检验 目测晶体颜色（白/灰）、颗粒均匀度 同A组 数据记录表： 组别 初始盐度 晶体出现时间 最终晶体质量 晶体纯度（目测） A组 3.5% 48小时 3.2g 微黄，含沙粒 B组 3.5% 8分钟 3.5g 亮白，颗粒均匀 【环节3：问题墙互动】 问题墙使用规则： 每组将实验中的疑问写在便利贴（如：“A组晶体为什么发黄？”）； 将便利贴粘贴至教室“问题墙”的对应区域（自然蒸发/加热蒸发）； 教师抽取典型问题，引导全班讨论归因。 典型问题解析： 问题：A组晶体微黄，B组纯白？ 归因：自然蒸发未过滤泥沙（工业中需“沉淀池”预处理！） 问题：B组质量为何比A组高0.3g？ 归因：加热导致水分蒸发更彻底（但可能包含微量杂质浓缩） 【环节4：实验结论提炼】 教师引导总结：效率对比： 加热蒸发速度 ＞ 自然蒸发（B组8min vs A组48h） 质量对比： 自然蒸发晶体含杂质 → 需预处理过滤（模拟工业沉淀池） 加热蒸发纯度高 → 但能耗大（工业需平衡效率与成本） 工业启示： 盐田晒盐选择自然蒸发——因氯化钠溶解度受温度影响小，且日晒可降低能耗！ 设计意图 1.科学探究能力进阶：通过对照实验设计（A/B组），让学生直观感受蒸发方式对结晶效率与质量的影响； 借助问题墙将操作困惑转化为可研究的真问题，培养归因思维。 2.学科本质渗透：用实验数据验证溶解度理论（NaCl适合蒸发结晶）；发现纯度差异引出工业预处理必要性（沉淀除杂）。 3.绿色生产观培养：对比能耗（日晒 vs 加热）理解盐田晒盐的可持续性优势，呼应“双碳”目标。 活动三 传统工艺与现代科技的碰撞与平衡 【提出问题】“实验证明加热蒸发制盐更快更纯（B组），为何盐田仍坚持日晒？ 【可持续发展辩论】 规则： 正方（传统晒盐）：“日晒盐含钾/锌等微量元素，预防碘缺乏病！”主张“零能耗+生态共生” 反方（现代精制）：“精制盐去除所有杂质，杜绝健康风险！”主张“可控品质+疾病预防” 证据包分配： 阵营 核心论据卡 正方 ① 渤海盐场湿地供养12种濒危鸟类 ② 每吨盐碳排放=电饭煲煮饭3小时 反方 ① 精制盐使中国甲状腺肿发病率下降95% ② 添加亚铁氰化钾防结块（安全剂量0.001%） 辩论焦点实录： 正方：“晒盐场是人工湿地，精制厂是排碳机器！” 反方：“为护鸟放弃治病？精制盐年防200万例肾病！” 【共识提炼】 学生制定《盐业可持续发展公约》： 沿海地区：保留盐田生态功能，产出粗盐用于工业 食用盐：现代工艺精制+科学添加微量元素（如碘、硒） 技术创新：研发“光伏驱动浓缩装置”，减排50% 【教师升华】真正的可持续从不是二选一—— 福建“渔光互补”盐场（上层光伏发电，下层晒盐养虾）年产盐22万吨+减排8千吨CO₂，便是传统与现代的完美共生！ 设计意图 1.辩证思维培养： 通过成本计算（20倍能耗差）破除“技术至上”迷思，理解工业选择的复杂性； 借健康争议实验（除杂方案设计），掌握“风险-收益”平衡原则。 2.科学决策能力： 辩论中强制使用量化证据（如“95%发病率下降”），避免主观臆断； 制定《公约》促进知识应用从理论走向社会决策。 3.家国情怀浸润： 以中国“渔光互补”盐场案例展现本土化创新智慧，坚定科技自信； 呼应“健康中国2030”战略（科学补碘）与“双碳目标”（光伏减碳）。 活动四 方案的优化与再设计 【提出问题】“如何改进现有制盐方案？请结合优化方向表格，提出具体措施。” 【指导优化策略】 自然蒸发含泥沙 → 增加砂滤层预处理（地理：不同粒径沉积物分离） 加热蒸发能耗高 → 设计太阳能反射板加速日晒（物理：光热转化效率计算） 未利用副产品 → 从母液提取氯化镁（化学：溶解度温度敏感性差异） 【组织交流讨论】 分组讨论每种优化策略的科学依据和可行性 教师巡视指导，提示关键点（如砂滤层孔径选择、反射板角度设计） 【学生活动】 优化方案设计：每组选择1-2个优化方向，制定具体改进措施（如绘制砂滤层结构图、计算反射板面积） 填写优化方案表： 原缺陷 优化策略 科学依据 预期效果 自然蒸发含泥沙 增加砂滤层预处理 泥沙粒径＞100μm，砂滤层可拦截 晶体纯度提升至＞95% 加热蒸发能耗高 加装太阳能反射板 反射板提升光能利用率30% 蒸发时间缩短20% 母液未利用 降温结晶提取氯化镁 MgCl2溶解度0℃比60℃低40g/100g水 母液镁回收率＞80% 改进流程图绘制：在初始流程图上标注优化点（如“蒸发池→增设反射板”），用不同颜色区分改进部分。 【学生总结汇报】 小组展示优化方案：展示改进后的流程图，说明各优化点的科学依据 教师点评与总结： 强调优化需基于科学原理（如溶解度差异、光热转化） 肯定可行性方案（如砂滤层成本低、易实施） 指出待完善点（如反射板需考虑阴雨天备用方案） 设计意图 本活动通过"问题诊断→方案优化→实践应用"三环节，培养学生基于证据改进方案的能力。 1.科学思维：从实验缺陷出发，运用跨学科知识（地理过滤、物理光热、化学结晶）提出优化措施； 2.实践能力：通过流程图再设计和健康指南编写，将理论转化为可操作的解决方案； 3.严谨态度：要求每个优化策略注明科学依据，杜绝主观臆断。 活动五 健康调查实践 【教师活动】 1.任务布置 分发《食盐健康调查表》，明确任务要求： 超市调查：对比3类食盐（低钠盐、碘盐、海盐）成分表，记录添加剂差异（如亚铁氰化钾、碘酸钾） 访谈任务：按模板采访健身教练、医生或社区居民（每组至少完成2份有效访谈） 2.方法指导 超市调查技巧： 如何快速识别添加剂（如"抗结剂：亚铁氰化钾"） 拍照记录成分表（需征得超市同意） 访谈要点： 健身教练：关注运动后电解质补充需求 医生：强调每日摄盐量（＜5g/天）与疾病关联 3.安全提示 超市调查需由家长陪同（校外活动） 访谈时佩戴口罩，保持社交距离 【学生活动】 1.超市调查记录表（示例） 盐类 主要成分 添加剂 价格（元/500g） 低钠盐 NaCl 70%，KCl 30% 无 6.5 加碘盐 NaCl ≥97% 碘酸钾（20-30mg/kg） 3.0 海盐 NaCl 85%，Mg/Ca 5% 亚铁氰化钾（抗结剂） 8.0 2.访谈记录 健身教练： 推荐盐类：低钠盐 原因："运动流汗丢失钾离子，低钠盐补充钾更科学" 医生： 建议摄盐量：3-4g/天 执行难点："外卖/加工食品隐含盐分难控制" 【课堂汇报与讨论】 数据汇总：（投影展示） 统计全班发现的添加剂种类（如亚铁氰化钾出现频次） 分析医生建议与实际摄入的差距（如学生家庭日均摄盐8g） 核心问题讨论： Q1："亚铁氰化钾是否安全？"（教师科普：安全剂量＜0.01mg/kg体重） Q2："海盐‘天然’一定更健康吗？"（对比数据：海盐钠含量与精制盐几乎相同） 设计意图 1.社会责任培养：通过真实社会调查，理解食盐安全与公共健康的关联； 2.批判思维训练： 破除"天然=健康"迷思（海盐仍含高钠） 科学看待食品添加剂（亚铁氰化钾在安全剂量内无害） 3.数据素养提升： 从成分表中提取关键信息（如碘含量标注） 用统计数据反映社会问题（如普遍超量摄盐） 教学环节四 海水淡化与资源利用 任务三 探索海水淡化的方法 【任务要求与建议】 ① 查阅资料，获取 3 种海水淡化的方法并比较它们的优缺点。（参考网站：中国科学院海洋研究所、中国海洋发展研究中心、中国科学院海洋研究所机构知识库、中国海洋学会） ② 选择合适的材料，自制简易的海水淡化装置，确保安全性和有效性。 【任务提示】 ① 现有的海水淡化技术中，应用最广的是热法和膜法。可以参考实验室蒸馏装置，设计一个简易海水淡化装置。 ② 综合考虑装置原理、制作成本等，根据设计图搭建海水淡化装置，通过测试并进行优化。 活动一 三大主流技术深度解析 【情景引入】 同学们，随着人口的增长和经济的发展，淡水资源越来越短缺。而海洋中蕴含着丰富的水资源，但是海水不能直接饮用，所以海水淡化就显得尤为重要。目前有多种海水淡化技术，下面我们就来深入了解三大主流的海水淡化技术及其优缺点。 【师生活动】 1.资料检索指南 · 教师：给学生提供资料检索的参考网站，如中国科学院海洋研究所、中国海洋发展研究中心等，指导学生如何从这些网站获取有用的信息。 · 学生：根据教师提供的网站，进行资料检索，了解三大主流海水淡化技术的原理、能耗、成本和国产化难点等信息。 2.核心指标表填写 · 教师：发放核心指标表，让学生小组填写，引导学生对不同技术的核心指标进行对比分析。 · 学生：小组合作，将检索到的信息填写在核心指标表中，并进行讨论和分析。 3.争议焦点讨论 · 教师：提出辩论题“RO膜污染问题是否抵消其节能优势？”，组织学生进行辩论，引导学生从不同角度思考海水淡化技术的优缺点。 · 学生：参与辩论，发表自己的观点，与其他同学进行交流和讨论，深入理解不同海水淡化技术的特点。 设计意图 通过资料检索、核心指标表填写和争议焦点讨论等活动，培养学生的信息获取和分析能力，让学生深入了解三大主流海水淡化技术的优缺点，同时通过辩论活动激发学生的思维，提高学生的表达能力和批判性思维能力。 活动二 技术选型地图制作 【引入】同学们，随着经济的发展和人口的增长，水资源短缺问题日益严峻，海水淡化成为解决水资源问题的重要途径之一。在上海这样的沿海城市，如何根据不同的需求和资源条件选择合适的海水淡化技术呢？今天我们就来进行技术选型地图的制作。 【师生活动】 1.教师展示上海的工业区分布、余热资源、太阳能辐射值等相关地理信息和数据，引导学生思考不同地区适合的海水淡化技术。 教师：“大家看，宝钢需要超纯水，我们应该选择哪种技术呢？” 学生：“选RO。” 教师：“非常好，那石化厂有废热资源，又该选什么技术呢？” 学生：“选LT - MED。” 教师：“没错，崇明岛太阳能资源丰富，我们推荐什么系统呢？” 学生：“光伏 - RO混合系统。” 2.教师讲解技术适配建议书的内容和要求，包括成本 - 效益雷达图的绘制方法。 教师：“我们要输出一份技术适配建议书，其中成本 - 效益雷达图能直观地展示不同技术的优缺点。大家先了解一下雷达图的几个维度，如成本、产水效率、能耗等。” 3.学生分组讨论，根据给定的信息选择合适的海水淡化技术，并制作技术适配建议书和成本 - 效益雷达图。 学生分组进行讨论，分析不同地区的资源特点和需求，选择技术并计算相关成本和效益数据。 每组推选一名代表，向全班汇报小组的技术选型方案和雷达图的绘制结果。 其他小组的同学可以提出疑问和建议，进行交流和讨论。 4.教师对各小组的汇报进行点评和总结，强调技术选型要综合考虑资源、成本、效益等多方面因素。 教师：“大家的方案都有一定的合理性，在选择技术时，我们要充分考虑当地的实际情况，权衡成本和效益，做出最优的决策。” 设计意图 通过结合上海的实际地理和资源信息，让学生学会根据不同的条件选择合适的海水淡化技术，培养学生的数据分析和决策能力，同时提高学生的团队协作和交流能力。 活动三 简易淡化装置设计与制作 【引入】同学们，我们了解了不同的海水淡化技术，现在让我们动手来设计和制作简易的海水淡化装置，亲身体验海水淡化的过程。 【师生活动】 1.教师介绍三种简易淡化装置的类型（传统加热蒸馏法、太阳能蒸馏法、微型反渗透法）、核心原理、材料清单、操作复杂度和安全风险。 教师：“我们有三种不同的简易淡化装置，传统加热蒸馏法利用热相变原理，材料有圆底烧瓶、冷凝管等，操作复杂度为★★☆，有明火和高温的安全风险；太阳能蒸馏法利用可再生能源热利用原理，材料简单，5分钟就能搭建好，没有明火；微型反渗透法利用膜分离原理，膜组件比较精密。” 2.学生分组选择一种装置为主方案，教师指导学生进行装置的搭建和组装。 教师：“大家分组选择一种装置进行搭建，在搭建过程中要注意安全，特别是使用玻璃仪器和加热装置的小组。” 学生分组选择装置，按照材料清单准备材料，进行装置的搭建。 教师巡回指导，帮助学生解决搭建过程中遇到的问题。 3.以传统加热蒸馏法为例，教师讲解装置示意图、关键步骤和数据记录表的填写方法。 教师：“我们来看传统加热蒸馏法，它的关键步骤包括预处理，用滤纸去除海水中的悬浮物；加热控制，用酒精灯外焰加热，保持微沸；冷凝优化，用冰水混合物给冷凝水降温。大家要认真记录测试项目的数值，如产水速率、脱盐率、能耗成本等。” 4.学生进行实验操作，按照统一测试标准（输入200ml人工海水，盐度3.5%）进行测试，记录产水量、脱盐率、耗时、成本等数据。 学生分组进行实验，严格按照操作步骤进行，记录相关数据。 教师提醒学生注意安全，如佩戴硅胶手套和护目镜等。 5.各小组完成实验后，进行三类装置的横向测试对比，分析不同装置的优缺点。 每组将实验数据填入对比表中，进行横向比较。 学生分组讨论不同装置的产水量、脱盐率、耗时、成本等方面的差异，分析其优缺点。 每组推选一名代表，向全班汇报小组的实验结果和分析结论。 设计意图 通过让学生亲自动手设计和制作简易淡化装置，培养学生的实践操作能力和科学探究精神。同时，通过横向测试对比，让学生更直观地了解不同海水淡化装置的特点和适用场景。 活动四 故障树归因分析 【引入】同学们，在我们进行海水淡化装置的实验过程中，可能会遇到各种各样的问题。今天我们就通过绘制思维导图的方式，对实验中出现的问题进行归因分析。 【师生活动】 1.教师展示教师指导示例，如“效率低、时效长”“能耗大”“装置操作复杂”“淡化效果不佳”等问题的思维导图归因分析。 教师：“大家看这个示例，我们可以从设备、操作、环境等多个方面对问题进行分析，找出问题的根源。” 2.学生分组选择实验过程中遇到的一个问题，开展思维导图式的归因分析。 学生分组讨论，选择一个问题进行深入分析。 每组学生绘制思维导图，将问题的可能原因进行分类和梳理，如设备故障、操作不当、环境因素等。 每组推选一名代表，向全班展示小组的思维导图，并讲解问题的归因分析过程。 3.其他小组的同学可以提出疑问和建议，进行交流和讨论。 其他小组的同学认真听取汇报，提出自己的疑问和不同的观点。 汇报小组的同学进行解答和回应，促进小组之间的交流和学习。 4.教师对各小组的思维导图和归因分析进行点评和总结，强调要全面、深入地分析问题，找出问题的关键原因。 教师：“大家的思维导图都很有创意，在分析问题时，我们要从多个角度思考，不能遗漏重要的因素，这样才能准确地找出问题的根源。” 设计意图 培养学生的问题分析和解决能力，通过绘制思维导图的方式，让学生学会系统地思考问题，找出问题的原因，同时提高学生的交流和表达能力。 活动五 实验创新与优化迭代 【引入】同学们，在我们的海水淡化实验中，可能会出现产水率低、脱盐率不足、浓盐水污染、能耗过高等问题。如何对这些问题进行创新和优化呢？今天我们就来探讨现实问题与优化策略。 【师生活动】 1.教师展示现实问题与优化策略表，包括产水率低、脱盐率不足、浓盐水污染、能耗过高等问题的现象、现实场景关联、优化策略、科学依据/跨学科融合和验证方法。 教师：“大家看这个表格，针对不同的问题，我们要结合现实场景，提出合理的优化策略，并说明其科学依据和验证方法。” 2.学生分组讨论，针对表格中的问题，提出自己的优化策略和科学依据。 学生分组进行讨论，分析每个问题的产生原因和现实场景。 每组学生提出针对每个问题的优化策略，如提高产水率可以采用增加受热面积、改进加热方式等方法；降低能耗可以采用利用废热、优化设备等方法。 每组学生说明优化策略的科学依据，如增加受热面积可以提高蒸发速度，是基于热传递的原理。 3.每组推选一名代表，向全班汇报小组的优化策略和科学依据。 代表向全班汇报小组的讨论结果，展示优化策略和科学依据。 其他小组的同学可以提出疑问和建议，进行交流和讨论。 4.教师对各小组的汇报进行点评和总结，强调优化策略要具有创新性和可行性，同时要结合科学依据进行验证。 教师：“大家的优化策略都很有创意，在提出策略时，我们要考虑其实际可行性，并且要用科学的方法进行验证，确保策略的有效性。” 设计意图 培养学生的创新思维和解决实际问题的能力，让学生学会针对实验中出现的问题提出合理的优化策略，并运用科学知识进行分析和验证。 活动六浓盐水资源化闭环挑战 【引入】同学们，在海水淡化过程中会产生大量的浓盐水，如果直接排放会对环境造成污染。如何对浓盐水进行资源化利用，实现零污染、高转化、低成本的目标呢？今天我们就来迎接浓盐水资源化闭环挑战。 【师生活动】 1.教师介绍浓盐水资源化的三条核心路径：生物转化、化工提取、能源利用，以及对应的目标和要求，如养卤虫→鱼饲料（存活率＞90%）、蒸发制盐 + 提镁（NaCl纯度＞92%）、浓差发电（功率≥0.1W/m²）。 教师：“浓盐水有多种资源化利用的途径，每种途径都有相应的目标和要求，大家要根据这些来设计自己的方案。” 2.学生分组进行实施步骤的操作： 检成分：学生分组测试本校实验室浓盐水成分（NaCl、Mg²⁺等），并查阅浓盐水养殖/化工案例，完成《成分检测报告 + 案例库》。 选路径：各小组根据检测结果和案例分析，选择转化路径（生物/化工/能源），并绘制物质循环流程图，完成《生态闭环方案图》。 做验证：每组进行微型模拟实验（如养卤虫、蒸发结晶），记录资源转化效率，完成《验证数据表 + 过程影像》。 算经济：计算成本（设备/能耗）与产出价值（产品市价），完成《简易经济账本》。 3.小组汇报交流，教师提出评价标准，包括科学严谨性（转化率数据是否经三次重复实验验证）、方案创新性（是否突破传统“排放 - 稀释”模式）、落地可行性（能否在上海临港工业园区推广）。 每组推选一名代表，向全班汇报小组的实施步骤、结果和方案。 其他小组的同学可以提出疑问和建议，进行交流和讨论。 教师根据评价标准对各小组的汇报进行评分和总结。 维度 评分标准（满分5分/项） 小组得分 资源化率 ＞80%：5分｜50-80%：3分｜＜50%：1分 环境友好性 全闭环零污染：5分｜需少量稀释：3分｜产生新废料：1分 经济可行性 产出价值＞成本：5分｜产出≈成本：3分｜产出＜成本：1分 创新与协作 原创方案+分工合理：5分｜改良现有方案：3分｜方案雷同：1分 数据可信度 三次重复实验+误差分析：5分｜单次实验：3分｜无量化数据：1分 设计意图 通过让学生参与浓盐水资源化的整个过程，培养学生的综合实践能力和环保意识，让学生学会从资源回收和利用的角度解决环境问题，同时提高学生的科学研究和经济分析能力。 任务四 海洋资源的未来展望 【引入】同学们，海洋是一个巨大的蓝色宝库，蕴含着丰富的资源。随着科技的发展和社会的进步，我们对海洋资源的开发和利用也有了更多的可能性。今天我们就来展望海洋资源的未来。 【师生活动】 1.教师展示沿海盐场、南海油气田、海上风电场等海洋资源开发的图片和资料，介绍海洋资源的三大拓展方向：化学开发（从海水中提取锂、铀，助力新能源革命）、能源利用（潮汐能 + 海上光伏，打造零碳海岸线）、法规创新（平衡开发与保护，制定中国版‘海洋公约’）。 教师：“海洋资源的开发前景非常广阔，我们可以从多个方向进行拓展，大家对哪个方向最感兴趣呢？” 【提出问题】组织学生进行辩论：高耗能高收益化工提取 vs 低碳低收益生物利用，结合中国“双碳”目标与乡村振兴战略，讨论政策应优先扶持哪种方案。（结合中国“双碳”目标与乡村振兴战略辩论） 【教师活动】 1.任务发布 分发《蓝色行动任务卡》，明确四项实践任务及要求： 家庭节水：记录月度用水量，制定节水计划（附水费单照片） 食盐调研：统计社区超市海盐/矿盐占比，对比价格与成分（需拍照记录货架） 海岸清理：参与志愿者活动，分类记录垃圾类型（塑料/渔网/其他） 标语设计：创作海洋保护标语，要求包含具体行动（如"少用塑料，多护蔚蓝"） 2.国家战略关联指导 乡村振兴：提供海水养殖合作社案例（如山东荣成海带合作社），分析"公司+渔民"模式的经济效益 双碳目标：讲解蓝碳概念，指导学生查阅红树林固碳数据（如福建漳江口红树林年固碳量≈12吨/公顷） 3.安全与规范提醒 海岸清理需穿戴手套/夹子，禁止徒手捡拾尖锐垃圾 超市调研避免影响正常经营，速记速离 【学生活动】 1.任务执行与记录 家庭节水计划表（示例）： 月份 用水量（吨） 节水措施 效果 9月 18.5 安装节水花洒 降至15.2（↓18%） 食盐市场调研表： 盐类 占比 均价（元/500g） 主要成分差异 海盐 35% 8.0 含Mg/Ca，无抗结剂 矿盐 65% 3.5 含碘酸钾，可能含亚铁氰化钾 2.海岸垃圾数据分析 分类统计图（全班数据汇总）： 塑料瓶（62%）＞渔网（18%）＞泡沫（12%）＞其他（8%） 推导污染源：主要来自旅游业（饮料瓶）和渔业（废弃渔具） 3.国家战略实践报告 海水养殖案例： "荣成海带合作社带动500户渔民，户均年增收2.4万元"（需附合作社采访记录） 蓝碳研究： "漳江口红树林年固碳量=100辆汽车年排放，需加强保护"（引用《中国蓝碳报告》） 【成果展示与评价】 1.班级蓝色行动展 节水计划表+对比照片 食盐成分对比图（饼状图呈现海盐/矿盐占比） 海岸垃圾数据可视化（条形图） 优秀标语展示（如："我的蓝色承诺：不用一次性塑料餐具"） 2.国家战略关联答辩 小组汇报海水养殖经济模式 专家点评蓝碳数据科学性（邀请地理教师参与） 设计意图 1.知行合一：将海洋保护认知转化为家庭节水、消费选择等具体行动，强化责任意识； 2.数据分析能力：通过垃圾分类统计、盐业市场调研，培养量化分析习惯； 3.家国情怀浸润： 关联乡村振兴，理解海洋经济对渔民的现实意义； 通过蓝碳研究，树立"海洋是碳中和重要阵地"的战略认知。 专题7 溶液 跨学科实践活动 海洋资源的综合利用与制盐 一、海洋资源的分类与利用 1. 资源类型 · 海洋生物资源 · 海洋化学资源 · 海洋能源 1. 利用现状与案例分析 · 渤海盐场 · 深海采矿 二、探索海水制盐的方法 1. 制盐原理 · 蒸发结晶（NaCl） · 降温结晶（KNO3） 1. 流程设计 · 海水→沉淀池→蒸发池→结晶池→粗盐→精制 1. 传统与现代工艺对比 · 传统晒盐 · 现代精制盐 1. 方案优化 · 砂滤层预处理 · 太阳能反射板 · 母液提取氯化镁 1. 健康调查 三、海水淡化与资源利用 1. 淡化方法 · 反渗透（RO） · 低温多效蒸馏（LT - MED） · 多级闪蒸（MSF） 1. 装置设计 · 传统加热蒸馏法 · 太阳能蒸馏法 · 微型反渗透法 1. 浓盐水资源化 · 生物转化 · 化工提取 · 能源利用 四、海洋资源的未来展望 1. 开发拓展方向 · 化学开发 · 能源利用 · 法规创新 1. 政策辩论与行动清单 1.认识海洋资源 （1）海水中的氯、钠、镁、钾、溴等11种____________（填“元素”“原子”或“单质”）占海水所溶解物质总质量的99.8％以上，从中可以提取50多种物质。 （2）膜分离法（如下图所示）是一种常用的海水淡化方法。 加压后钠离子、镁离子等不能通过反渗透膜。膜分离法的原理和实验室里__________操作相似。 2.海盐场，阳光强烈，日照平均7小时以上、请结合图示分析： （1）海水晒盐利用的结晶方法是___________ (填字母：A．蒸发溶剂B.冷却热饱和溶液)。 （2）晒盐时不能将水全部蒸干，目的是保证大量的NaCl析出，MgCl2、MgSO4基本___________ (填字母：A．析出 B．不析出)。 （3）海洋还可以将CO2封存于海底深处，目前对CO2的封存、捕集和利用技术，可有效缓解___________问题。 3.请结合如图分析。 海水晒盐时不能将水分全部蒸干，目的是确保大量NaCl析出的同时，避免MgCl2、MgSO4析出，原因是____________________ ________________________________________________。 4.（1）如图1为膜分离法淡化海水的装置图。下列关于该装置的说法正确的是___________。 A．水分子可通过淡化膜，而离子不能 B．膜分离法可以浓缩海水中的盐类物质 C．膜分离法的目的是除去海水中难溶物 D．膜分离法也是一种分离混合物的方法 （2）如图2是小组同学设计的淡化海水的简易装置，利用该装置获得淡水的原理是_________。 5. 海水中溶有大量的盐，盐场利用海水晒盐获得粗盐，晒盐后得到的卤水中含有NaCl外还含有MgCl2、KCl和MgSO4等物质，如图是它们的溶解度曲线示意图。下列说法错误的是_________。 A．t1℃时，三种物质的饱和溶液中，溶质质量分数最大的是MgCl2 B．t1℃时，分别在100g水中溶解了等质量的MgCl2、KCl，两溶液都可达到饱和。 C．t2℃时，KCl和MgSO4两种物质的溶解度相同 D．将t2℃时的三种物质的饱和溶液降低到t1℃时，均能析出晶体。 6.海洋蕴含着丰富的资源，综合开发利用海洋资源已成为世界各国研究的热点。 （1）海底蕴藏着大量的“可燃冰”。某海域开采的可燃冰主要成分为____________，请写出其中甲烷燃烧的反应方程式__________________________________________。 （2）海水晒盐是综合利用海洋资源的另一条有效途径。 如图是海水晒盐的流程：图中①是__________________池（填“蒸发”或“冷却”）。 （3）根据海水晒盐的原理，下列说法中正确的是__________________。 A．海水进入贮水池，海水的成分基本不变 B．在①中，海水中氯化钠的质量逐渐增加 C．在①中，海水中水的质量逐渐减少 D．析出晶体后的母液是氯化钠的不饱和溶液 在本次教学中，通过丰富的跨学科实践活动，学生对海洋资源的综合利用有了更深入的理解。课堂上小组讨论和辩论环节活跃，学生积极参与，展现出了较强的探索精神和团队协作能力。但也存在一些不足，比如部分学生在数据处理和科学论证方面还有待提高，在后续教学中需要加强这方面的指导。同时，实验环节时间把控不够精准，导致部分学生未能充分完成实验分析。在今后的教学中，我会更加合理地安排教学时间，注重培养学生的科学思维和实践能力，以提升教学效果。 2 学科网（北京）股份有限公司 $$