跨学科实践活动水质检测及自制净水器（教学设计）化学沪科版五四学制2024八年级全一册

跨学科实践活动 水质检测及自制净水器 一、知识目标 1. 了解我国生活饮用水卫生标准，知晓不同类型饮用水（饮用天然水、自来水、桶装水、终端直饮水）的特点和发展历程。 2.掌握水净化处理的常见方法，如沉降、过滤、吸附、消毒等，理解混合物分离的一般思路。 3.明确水质检测的常见指标，如色度、浑浊度、臭和味等，并学会运用观察法、TDS笔、16合1水质检测试纸等方法进行水质检测。 4.学会设计和制作简单的净水器，了解净水器设计应考虑的问题（填充顺序、水流方式、外壳材质）及常用材料的作用。 二、核心素养目标 1.宏观辨识与微观探析：从宏观上认识不同类型饮用水的特点和水质检测指标，从微观角度理解水净化处理的原理和混合物分离的本质。 2.科学探究与创新意识：通过参观自来水厂、设计水质检测实验、自制净水器等活动，培养科学探究能力和创新意识。 3.科学态度与社会责任：了解饮用水安全与人类健康的关系，增强节约用水和保障水安全的社会责任感。 一、教学重点 1. 水净化的原理和方法、水质检测的指标和方法、自制净水器的设计与制作。 二、教学难点 1. 综合运用化学、技术、工程及跨学科知识对自制净水器进行评价、改进和优化。 本节课教学内容出自沪科版2024年八年级化学全一册主题3物质的组成与结构专题4水的性质与组成中的跨学科实践活动“水质检测及自制净水器”。此部分内容在教材体系中具有重要地位，它是对水的性质与组成知识的拓展和应用，将理论知识与实际生活紧密结合，有助于培养学生的实践能力和跨学科思维。 教材围绕水质检测及自制净水器展开，先介绍了饮用水的水质标准和水净化处理方法，包括我国生活饮用水卫生标准、不同饮用水类型的发展历史以及自来水生产过程等知识，让学生了解水净化的原理和方法。接着详细阐述了水质检测的指标和方法，以及自制净水器的设计思路和材料选择等内容。通过这些内容的学习，学生能进一步巩固水净化的相关知识，学会运用化学、技术、工程等跨学科知识解决实际问题。 教学对象是八年级学生，他们已经具备了一定的化学基础知识，对水的性质和组成有了初步的了解，但对于水的净化处理和水质检测等内容还比较陌生。在思维能力方面，八年级学生正处于从形象思维向抽象思维过渡的阶段，他们对直观、有趣的实验和实践活动充满兴趣，但在综合运用知识解决实际问题的能力上还有所欠缺。 在生活经验方面，学生在日常生活中接触到各种类型的饮用水，但对饮用水的水质标准和净化过程了解较少。这就需要教师在教学过程中结合实际生活案例，引导学生关注身边的化学现象，激发他们的学习兴趣。同时，学生在之前的化学学习中已经掌握了一些基本的实验操作技能，但在设计实验方案和进行实验探究方面还需要进一步的指导和训练。在跨学科知识的运用上，学生可能对化学、技术、工程等学科之间的联系认识不足，教师要引导学生将不同学科的知识进行整合，培养他们的跨学科思维和创新能力。 教学环节一 新课导入 【播放视频】同学们，老师先给大家播放一段新闻视频。视频中报道了某地区由于水源受到污染，当地居民的饮用水出现了异味、浑浊等问题，不少居民因此出现了身体不适的症状。大家认真观看，看看从视频中能获取哪些和水相关的信息。（播放完视频后，给学生一些时间交流讨论） 【引导学生讨论】看完视频，相信大家都有很多想法。现在请大家分组讨论一下，饮用水安全对我们的生活有多重要？如果饮用水不安全，会给我们带来哪些危害？（学生分组讨论，教师巡视并参与部分小组的讨论，鼓励学生积极发言） 【引入课题】大家讨论得很热烈，也提出了很多有价值的观点。饮用水安全确实与我们每个人的健康息息相关。为了保障饮用水安全，水的净化和水质检测就显得尤为重要。就像视频中受污染的水，需要经过一系列的净化处理和严格的水质检测，才能重新成为安全的饮用水。那么，饮用水有哪些水质标准？水净化又有哪些处理方法呢？我们能不能自己动手制作一个简单的净水器呢？今天，就让我们一起走进“水质检测及自制净水器”的学习，去探索其中的奥秘。 【设计意图】 1.激发学生兴趣：通过播放与生活实际紧密相关的新闻视频，展示饮用水污染带来的危害，能迅速吸引学生的注意力，让学生深刻感受到饮用水安全的重要性，从而激发他们对本节课内容的学习兴趣和探索欲望。 2.提高课堂参与度：组织学生分组讨论饮用水安全的重要性和危害，为学生提供了表达自己观点和想法的机会，能充分调动学生的积极性，使他们主动参与到课堂活动中来，营造活跃的课堂氛围。 3.自然导入新课：从视频和讨论中引出饮用水的水质标准、水净化处理方法以及自制净水器等问题，自然地过渡到本节课的主题，让学生明确学习目标，带着问题去学习新知识，提高学习的针对性和主动性。 教学环节二 饮用水的水质标准和水净化处理方法 活动一 饮用水的水质标准 【引入】同学们，饮用水安全与我们的健康息息相关，水的净化和水质检测是保障饮用水安全的重要环节。大家平时都喝什么水呢？知道不同类型的饮用水有什么特点和标准吗？下面我们就来深入了解一下饮用水的水质标准。 【问题】请同学们围绕我国生活饮用水卫生标准、饮用水的发展历史等查阅资料，思考科技进步为人类健康作出了哪些贡献？我国生活饮用水卫生标准关注哪些方面？ 【学生思考】 1. 查阅资料后回答，人类最早饮用天然水，后来有了自来水、桶装水、终端直饮水等。科技进步让饮用水的安全性和便利性不断提高，保障了人类健康。 2.我国2022年3月15日发布、执行的GB 5749 - 2022《生活饮用水卫生标准》关注感官指标、消毒副产物（如具有致癌、致畸、致突变风险的消毒副产物）、重金属及化学残留等。 【讲解】评价、强调：我国的生活饮用水卫生标准对提升饮用水水质、保障水质安全发挥了重要作用。不同类型的饮用水都有其发展历程和优缺点，比如天然水就地取材但可能不够卫生；自来水经过处理相对安全，但也存在一定局限性；桶装水方便但有二次污染等问题；终端直饮水无污染、经济方便，但在我国普及率较低。 【学生任务2】对比不同类型饮用水（天然水、自来水、桶装水、终端直饮水）的特点，填写下表： 饮用水类型 来源 处理方法 优点 缺点 天然水 江河湖泊、山泉水井等 无 就地取水 不够卫生 自来水 水源地 混凝、沉淀、过滤、消毒 相对安全 有一定局限性 桶装水 水源地 Ro反渗透技术 普及、方便 二次污染、水桶污染等 终端直饮水 中央净水器 最新过滤消毒技术 无污染、直饮、经济方便 我国普及率低 【总结】评价、强调：不同类型的饮用水各有优劣，我们要根据实际情况选择合适的饮用水。同时，随着科技的不断进步，饮用水的质量也在不断提高。 【对应训练1】下列关于饮用水的说法正确的是（ ） A. 天然水是最安全的饮用水 B. 自来水经过处理后可以直接饮用 C. 桶装水没有任何缺点 D. 终端直饮水在我国普及率较低 【答案】D 【解析】天然水可能含有各种杂质和微生物，不够安全，A选项错误；自来水虽然经过处理，但可能还含有一些有害物质，一般需要烧开后饮用，B选项错误；桶装水存在二次污染、水桶污染等问题，C选项错误；终端直饮水在我国现阶段普及率非常低，仅在大城市的一些高档小区采用，D选项正确。 【对应训练2】我国生活饮用水卫生标准关注的方面不包括（ ） A. 感官指标 B. 消毒副产物 C. 矿物质含量 D. 重金属及化学残留 【答案】C 【解析】我国生活饮用水卫生标准关注感官指标、消毒副产物、重金属及化学残留等，不包括矿物质含量，C选项符合题意。 活动二 水净化处理方法 【引入】我们了解了不同类型饮用水的水质标准，那么水是如何净化处理的呢？接下来我们就来探究水净化处理的方法。 【问题】请同学们参观家庭或学校所在地区的自来水厂，了解自来水的生产过程，思考物质分离和提纯的方法及原理是什么？ 【学生思考】 1. 参观后回答，自来水生产过程包括除去不溶性杂质、除去可溶性杂质、色素和异味、杀菌消毒等步骤。 2.物质分离和提纯的方法有沉降、过滤、吸附、消毒等，原理是根据混合物成分的性质差异来选择合适的分离方法。 【讲解】评价、强调：自来水的生产过程是一个复杂的物质分离和提纯过程。沉降可以使水中的悬浮杂质沉淀下来；过滤可以除去不溶性杂质；吸附可以除去可溶性杂质、色素和异味；消毒可以杀灭细菌和病毒。 【学生任务2】根据自来水净化过程，总结混合物分离的一般思路，并填写下表： 混合物成分 性质差异 分离方法 泥沙等不溶性杂质 不可溶 沉降、过滤 色素、异味等可溶性杂质 能被吸附 吸附 微生物 可被消杀 消毒 【总结】评价、强调：混合物分离的一般思路是分析混合物成分，寻找成分性质差异，然后找到合适的分离方法。不同的分离方法适用于不同性质的杂质。 【对应训练1】下列关于水净化处理方法的说法正确的是（ ） A. 沉降可以除去水中的所有杂质 B. 过滤可以除去水中的可溶性杂质 C. 吸附可以除去水中的色素和异味 D. 消毒可以除去水中的不溶性杂质 【答案】C 【解析】沉降只能使水中的悬浮杂质沉淀下来，不能除去所有杂质，A选项错误；过滤只能除去不溶性杂质，不能除去可溶性杂质，B选项错误；吸附可以除去水中的色素和异味，C选项正确；消毒可以杀灭细菌和病毒，不能除去不溶性杂质，D选项错误。 【对应训练2】在自来水净化过程中，属于化学变化的是（ ） A. 沉降 B. 过滤 C. 吸附 D. 消毒 【答案】D 【解析】沉降、过滤、吸附过程中没有新物质生成，属于物理变化；消毒过程中一般使用消毒剂，消毒剂与细菌、病毒等发生化学反应，有新物质生成，属于化学变化，D选项正确。 教学环节三 水质检测及自制净水器 活动一 水质检测 【引入】为了确保饮用水的安全，我们需要对水质进行检测。那么应该检测哪些指标，又如何进行检测呢？下面我们就来学习水质检测的相关知识。 【问题】请同学们思考并确定应对水样中的哪些指标进行检测？ 【学生思考】回答应该检测的指标有：色度、浑浊度、臭和味、肉眼可见物、余氯、化学需氧量、细菌总数、总大肠菌群、耐热大肠菌群等。 【讲解】评价、强调：这些指标可以反映水质的好坏，对于保障饮用水安全非常重要。例如，色度超标可能表示水中含有较多的杂质或污染物；浑浊度降低意味着水体中的有机物、细菌、病毒等微生物含量减少。 【学生任务2】选取一些指标（如硬度、浊度、微生物等），运用合适的方法及技术手段，设计实验对水样进行检测。 1. 用观察法对水样的“色度”、“浊度”、“臭和味”指标进行评分。 1. 用TDS笔检测水的TDS值。 1. 用16合1水质检测试纸检测水的各项指标。 【总结】评价、强调：通过不同的检测方法可以全面了解水样的水质情况。观察法可以直观地判断水样的一些外观特征；TDS笔可以检测水中溶解的固体总量；16合1水质检测试纸可以检测多项指标。 【对应训练1】下列水质检测指标中，不能用观察法检测的是（ ） A. 色度 B. 浑浊度 C. 余氯 D. 臭和味 【答案】C 【解析】色度、浑浊度、臭和味可以通过观察和嗅觉来判断，而余氯需要通过特定的化学检测方法来测定，不能用观察法检测，C选项符合题意。 【对应训练2】TDS值表示的是（ ） A. 水中溶解的固体总量 B. 水中的微生物含量 C. 水中的硬度 D. 水中的余氯量 【答案】A 【解析】TDS是英文total dissolved solids的缩写，中文译名为溶解的固体总量，测量单位为毫克/升 (mg/L) ，它表明1升水中溶有多少毫克固体溶解物，A选项正确。 活动二 自制净水器 【引入】了解了水质检测的方法后，我们来尝试自制净水器。通过自制净水器，我们可以更好地理解水净化的原理和方法。 【问题】设计一个简易净水器，应该考虑哪些问题？ 【学生思考】回答应该考虑净水器的设计（填充顺序、水流方式、外壳材质）、可以使用的材料及其作用等问题。 【讲解】评价、强调：设计净水器时，填充顺序要遵循过滤杂质由大到小的顺序，让大颗粒难溶性杂质先被过滤，然后是小颗粒难溶性杂质、可溶性杂质和细菌等微生物。水流方式可以依靠重力由上往下倒入，也可以依靠压力由下往上挤入、推入。外壳材质可以选择塑料材质、玻璃材质等。 【学生任务2】利用生活中的材料（矿泉水瓶、纱布、鹅卵石、沙子、活性炭、蓬松棉等）自制净水器，分组展示净水器，并分析各种材料的作用。 材料 作用 滤纸、石子、纱布、棉花 过滤 活性炭、木炭 吸附水中色素、异味等 明矾 使悬浮颗粒发生凝聚而沉降 【总结】评价、强调：不同的材料在净水器中发挥着不同的作用，通过合理组合这些材料，可以制作出具有一定净化效果的净水器。同时，我们要对制作的净水器进行评价，考虑其可操作性、净化速率、净化效果、循环利用和便携性等方面。 【对应训练1】下列材料中，不能用于自制净水器的是（ ） A. 矿泉水瓶 B. 铁钉 C. 活性炭 D. 纱布 【答案】B 【解析】矿泉水瓶可以作为净水器的外壳，活性炭可以吸附杂质和异味，纱布可以起到过滤作用，而铁钉不能用于净化水，B选项符合题意。 【对应训练2】自制净水器中，活性炭的主要作用是（ ） A. 沉淀 B. 过滤 C. 吸附 D. 消毒 【答案】C 【解析】活性炭具有疏松多孔的结构，主要作用是吸附水中的色素、异味等可溶性杂质，C选项正确。 水质检测及自制净水器 一、饮用水的水质标准和水净化处理方法 （一）饮用水的水质标准 1.我国生活饮用水卫生标准（GB 5749 - 2022） 2.饮用水发展历史 · 饮用天然水 · 自来水 · 桶装水 · 终端直饮水 （2） 水净化处理方法 1.自来水厂生产过程 · 除去不溶性杂质（沉降、过滤） · 除去可溶性杂质、色素异味（吸附） · 杀菌消毒（ClO₂、Cl₂） 2.混合物分离思路 · 分析成分 - 寻找性质差异 - 找到分离方法 3.不同场景净化方法 · 实验室：蒸馏 · 学校直饮水机：超滤、紫外线杀菌 · 家用净水器：RO膜反渗透 二、水质检测及自制净水器 （1） 水质检测 1.检测指标 · 色度、浑浊度、臭和味等 2.检测方法 · 观察法 · TDS笔检测 · 16合1水质检测试纸检测 （2） 自制净水器 1.设计考虑因素 · 填充顺序、水流方式、外壳材质 2.制作材料及作用 · 滤纸、石子、纱布、棉花等（过滤） · 活性炭、木炭（吸附） · 明矾（沉淀） 3.评价与优化 · 可操作性、净化速率、净化效果、循环利用、便携性 1．（2025·湖北武汉·二模）公园、车站等公共场所设有直饮水机，其中的水处理过程如图所示，有关此设施的说法中正确的是 A．①可除去水中色素和异味 B．②过程对应的操作需要用到的玻璃仪器是漏斗和烧杯 C．经过上述过程可得到纯水 D．③过程可通过加絮凝剂实现 【答案】A 【解析】A、①中炭罐内含颗粒活性炭，活性炭具有吸附性，可除去水中色素和异味，A正确。 B、②过程为超滤膜过滤，对应的操作需要用到的玻璃仪器是漏斗、烧杯和玻璃棒，B错误。 C、经过上述过程，水中仍含有可溶性杂质，得不到纯水，C错误。 D、③过程是紫外灯管照射，目的是杀菌消毒，而加絮凝剂是为了使悬浮杂质凝聚沉降，D错误。 故选A。 2．（2025九年级下·广西南宁·专题练习）苏轼有诗：“天壤之间，水居其多。”下列关于水的说法正确的是 A．溶液中的溶剂一定是水 B．净水过程中加明矾可起杀菌作用 C．我国淡水资源丰富，取之不尽，用之不竭 D．电解水时，电源正、负极两端产生的气体体积比为1：2 【答案】D 【解析】A、溶液由溶质和溶剂组成，水是最常见的溶剂，但溶剂不一定是水。如，碘酒中溶剂是酒精，故选项说法不正确； B、明矾溶于水形成的胶状物，具有吸附性，能吸附水中的悬浮杂质使其沉降，但不能杀死细菌或病毒，故选项说法不正确； C、我国水资源丰富，但淡水资源缺乏，并不是取之不尽、用之不竭的，应节约用水，故选项说法不正确； D、电解水实验中“正氧负氢，氢二氧一”，电源正、负极两端产生的气体体积比为1:2，故选项说法正确。 故选D。 3．（2025·河南漯河·三模）常用净水器中滤芯的工作原理如下图所示，其中颗粒活性炭、压缩活性炭的主要作用是 A．吸附异味 B．使杂质沉降 C．杀菌消毒 D．增加矿物质 【答案】A 【解析】净水器滤芯中活性炭结构疏松多孔，具有吸附性，可以吸附水中的色素和异味； 故选：A。 4．（2025·吉林长春·中考真题）化学小组利用“沉降”“过滤”“吸附”等方法净化伊通河水样。向水样中加入明矾沉降后，再使用右图简易净水装置进行净化处理。下列说法错误的是 A．明矾可使水样中悬浮的杂质较快沉降 B．小卵石、石英砂可过滤水样中的不溶性杂质 C．活性炭可吸附水样中的异味 D．经图中装置净化处理后的水样是纯净物 【答案】D 【解析】A 、明矾在水中会水解生成氢氧化铝胶体，氢氧化铝胶体具有吸附性，能吸附水中悬浮的杂质，使杂质较快沉降，选项说法正确，不符合题意； B、小卵石和石英砂能阻挡较大颗粒和较小颗粒的不溶性杂质通过，起到过滤水样中不溶性杂质的作用，选项说法正确，不符合题意； C、活性炭具有疏松多孔的结构，有很强的吸附性，能够吸附水样中的色素和异味，选项说法正确，不符合题意； D、经过图中装置净化处理后，虽然除去了水中的不溶性杂质、部分色素和异味等，但水中还含有一些可溶性的杂质，得到的水样仍然是混合物，而不是纯净物，选项说法错误，符合题意。 故选D。 5．（24-25九年级下·重庆开州·阶段练习）如图所示是某化学兴趣小组设计的可视化净水装置，下列说法正确的是     A．将水加压水分子变小更有利于净水 B．活性炭的作用是过滤和吸附 C．可视化装置可用塑料瓶或玻璃瓶等合成材料 D．该净水装置得到的水是纯净水 【答案】B 【解析】A、加压不会使水分子变小，分子大小是固定的，说法错误，不符合题意； B、活性炭有吸附性，可吸附杂质，同时在装置中也能起到一定过滤作用，说法正确，符合题意； C、玻璃瓶的主要成分是无机非金属材料，不是合成材料，说法错误，不符合题意； D、该装置只能除去部分杂质，得到的水仍含可溶性杂质，不是纯净水，说法错误，不符合题意。 故填：B。 在本次教学中，通过讲解饮用水的水质标准、水净化处理方法以及带领学生进行水质检测和自制净水器的实践活动，学生对水的净化知识有了更深入的理解。课堂上学生积极参与讨论和实践，表现出较高的兴趣。然而，在教学过程中也存在一些不足之处。例如，在讲解混合物分离思路时，部分学生理解起来有一定困难，后续应结合更多实例进行讲解。在自制净水器环节，由于时间有限，部分小组未能充分完成净水器的优化。在今后的教学中，要更加合理地安排教学时间，关注学生的个体差异，加强对难点知识的辅导，以提高教学效果。 10 / 11 学科网（北京）股份有限公司 $