3.5 跨学科实践活动：水的净化与自制净水器（教学设计）化学科粤版2024九年级上册

3.5 跨学科实践活动：水的净化与自制净水器 一、知识目标 1. 学会水的净化方法，探究沉淀法、过滤法和吸附法等常用净水方法，形成混合物分离的一般思路与方法。 1. 能够设计、制作、测试并优化简易净水器，完成对自然界中水的初步净化。 1. 了解自来水的生产过程，知道生活饮用水卫生标准，明白自来水厂净化处理过的水不能直接饮用的原因。 1. 对比简易净水器和家用净水器的构造与功能差异，了解反渗透（RO）膜的作用。 二、核心素养目标 1. 宏观辨识与微观探析：通过观察天然水，从宏观上认识水中存在的杂质类型，从微观角度理解不同净水方法的原理。 1. 科学探究与创新意识：通过设计、制作和优化净水器的实践活动，培养学生的探究能力和创新思维，提高解决实际问题的能力。 1. 科学态度与社会责任：通过了解水的净化和饮用水卫生标准，增强学生的节水意识和健康饮水意识，培养社会责任感。 1、 教学重点 掌握净化水的常用方法。 2、 教学难点 制作简易净水器并完成水的净化 本节教学内容源于初中化学教材中关于水的净化相关知识，属于第三章“维持生命的物质——氧气、水”中的跨学科实践活动“水的净化与自制净水器”。这一内容是化学知识与生活实际紧密结合的体现，对于学生理解化学在生活中的应用，培养学生的实践能力和创新思维具有重要意义。 教材围绕水的净化展开，先引导学生认识水的净化方法，包括沉淀法、过滤法和吸附法等，并通过实验让学生直观感受这些方法的作用和效果。接着让学生设计与制作净水器，在实践中运用所学的净化方法。之后对净水器进行测试并优化，最后进行展示与评价。整个教学内容循序渐进，符合学生的认知规律，有助于学生系统地掌握水的净化知识和技能。通过学习这部分内容，学生不仅能了解水的净化原理和方法，还能体会到化学与生活的密切联系，提高解决实际问题的能力。 教学对象是初中学生，他们已经具备了一定的化学基础知识和实验操作技能，但对于水的净化这一较为综合的知识体系还缺乏深入了解。在生活中，学生虽然对水的净化有一定的感性认识，如知道自来水需要经过处理才能饮用，但对于具体的净化方法和原理并不清楚。 在思维方面，初中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比较感兴趣，但在分析问题和解决问题时，还需要教师的引导和启发。在实验操作能力上，学生已经掌握了一些基本的实验技能，但在设计实验方案、优化实验过程等方面还存在不足。 此外，学生之间的个体差异也比较明显，部分学生学习主动性较强，能够积极参与课堂讨论和实践活动；而部分学生则需要教师更多的关注和鼓励。因此，在教学过程中，教师应充分考虑学生的实际情况，采用多样化的教学方法和手段，激发学生的学习兴趣，引导学生积极参与课堂活动，帮助学生逐步掌握水的净化知识和技能，提高学生的综合素养。 教学环节一 新课导入 【展示图片与视频】同学们，老师先给大家展示一些图片和视频。这里有浑浊不堪的河水，里面能看到明显的泥沙、漂浮物；还有一些显微镜下的天然水画面，能看到很多我们肉眼看不到的细菌、微生物等杂质。大家想想，如果我们直接饮用这样的水，会怎么样呢？（给学生一些时间思考和讨论，鼓励他们发表自己的看法，如可能会提到会生病、拉肚子等） 【引入案例】其实，在一些偏远地区或者特殊情况下，人们可能无法获取干净的饮用水。曾经就有一个探险队，他们在野外迷失了方向，身边只有浑浊的天然水。如果不处理这些水，他们就会面临脱水的危险。于是，他们利用身边能找到的材料，制作了一个简易的净水器，成功净化了部分水，最终脱离了困境。大家想不想知道他们是怎么制作这个简易净水器的，又运用了哪些净化水的方法呢？ 【提出问题】带着这些疑问，我们再看看日常生活中，我们家里用的自来水是不是就可以直接饮用呢？自来水厂又是如何把浑浊的天然水变成我们日常使用的水的呢？让我们一起走进今天的学习——水的净化与自制净水器，去寻找答案。 设计意图 1. 激发学生兴趣：通过展示直观的图片和视频，让学生对浑浊天然水中的杂质有更清晰的认识，引发他们对饮用这样的水可能产生后果的思考，从而激发学生的好奇心和学习兴趣。 1. 联系实际案例：讲述探险队制作简易净水器求生的案例，让学生感受到水净化在实际生活中的重要性和实用性，使抽象的化学知识变得具体而有趣，提高学生的课堂参与度。 1. 引发思考，导入新课：提出关于简易净水器制作方法、自来水厂净化水过程以及自来水能否直接饮用等问题，自然地过渡到本节课的主题，让学生明确学习方向，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 认识水的净化方法 活动一 观察天然水杂质 【引入】同学们，水是生命之源，但我们日常接触到的天然水往往是浑浊的，里面含有各种各样的杂质。今天我们就来深入探究一下天然水中到底有哪些杂质，以及如何将它们去除。 【问题】大家先思考一下，用什么方法可以观察到天然水中的杂质呢？ 【学生思考】回答可以用肉眼直接观察，也可以借助显微镜观察。 【教师讲解】非常好，接下来我们就通过这两种方法来观察浑浊的天然水。首先，取约浑浊的天然水置于烧杯中，用肉眼观察水中存在的杂质。大家可以看到，天然水中含有泥沙、腐殖质、藻类、浮渣等难溶物。然后，取几滴烧杯中的天然水，制作临时装片并用光学显微镜观察，我们会发现天然水中还有对人体有害的离子、色素等可溶性杂质，以及细菌等微生物。 设计意图：通过直观的观察活动，让学生了解天然水中杂质的种类，为后续学习水的净化方法奠定基础，同时培养学生的观察能力和科学探究精神。 活动二 学习水的净化方法 【引入】我们已经知道了天然水中含有这么多杂质，那么如何除去这些杂质呢？接下来我们就来学习常用的净水方法。 【问题】大家想一想，有哪些方法可以除去水中的杂质呢？ 【学生思考】可能会提到沉淀、过滤等方法。 【教师讲解】很好，常用的净水方法有沉淀法、过滤法和吸附法。下面我们分别来学习这三种方法。 1. 沉淀法 【实验3 - 8】取一个的烧杯，加入约浑浊的天然水。 （1）静置数分钟后观察烧杯上层和底层的水，我们会发现上层仍然保持浑浊状态，底部有沉淀物积累，这是静置沉淀。 （2）把少量硫酸铝或明矾加入烧杯中，搅拌后，继续观察变化，会发现静置后，上层变得相对清澈，而底部有较多的沉淀物积累，这是吸附沉淀。 沉淀法是利用重力作用以及物质的溶解性差异，或者利用吸附剂的吸附作用来去除水中的悬浮颗粒。 1. 过滤法 （1）过滤装置的准备：取一张圆形滤纸对折两次，打开成圆锥形放入漏斗内，使滤纸紧贴漏斗内壁，滤纸边缘略低于漏斗口，用手压紧，并用 水润湿，使滤纸紧贴漏斗内壁，二者之间不能存有气泡，防止过滤速度过慢。 （2）过滤操作：遵循“一贴、二低、三靠”的原则。“一贴”是指滤纸紧贴在漏斗内壁上；“二低”是指滤纸边缘低于漏斗口，液面低于滤纸边缘；“三靠”是指盛液烧杯口紧靠在倾斜的玻璃棒中部，玻璃棒斜靠在三层滤纸一边，漏斗下端紧靠接液烧杯内壁。把[实验3 - 8]中经硫酸铝或明矾沉淀后的水沿玻璃棒缓慢倒进漏斗中，用烧杯收集滤液。过滤后滤液更加清澈，杂质含量更低，过滤是利用颗粒大小性差异将液态和固态的混合物分离。如果两次过滤后，滤液仍然浑浊，可能的原因有滤纸破损、漏斗内液面高于滤纸边缘、承接滤液的烧杯不干净。 1. 吸附法 【实验3 - 10】取 [ 实验3 - 9 ] 中滤液约置于烧杯中，再加入少量活性炭（或木炭）振荡，静置数分钟，会发现滤液的颜色变为无色，活性炭颗粒在滤液中沉淀下来。通过显微镜观察可知，沉淀法使水中密度较大的颗粒物质沉降，过滤法除去水中的不溶性杂质和较小的悬浮颗粒，吸附法除去有色、异味以及部分溶解性有机物，剩余溶解性盐类、矿物质、微量有机物等杂质未去除。 设计意图：通过实验操作和讲解，让学生详细了解水的三种净化方法的原理和操作过程，培养学生的实验操作能力和科学思维能力。 活动三 讨论自来水的生产过程及饮用问题 【引入】我们学习了水的净化方法，那么自来水厂是如何净化水的呢？净化处理过的水能够直接饮用吗？下面我们来讨论一下。 【问题】请同学们观察自来水的生产过程图，思考格栅、絮凝剂、过滤池、活性炭、消毒剂分别有什么作用？ 【学生思考】回答格栅的作用是初步过滤，絮凝剂的作用是凝聚杂质，过滤池的作用是去除杂质，活性炭的作用是吸附杂质，消毒剂的作用是杀菌消毒。 【教师讲解】非常正确。自来水厂能除去天然水中大多数杂质，但水体中对人体有害的离子、加氯消毒过程中残留的含氯物质（余氯）、输水管道中也难免有些不洁物质和致病细菌，所以自来水厂净化处理过的水不宜直接饮用，一般需要将自来水煮沸后再饮用，或者使用市售家用净水器进行二次滤水，只有通过水质检测，满足生活饮用水卫生标准的水才能饮用。2022年3月15日，国家市场监督管理总局与国家标准化管理委员会联合发布了《生活饮用水卫生标准》（GB 5749—2022），以强制性国家标准形式对97项水质指标作出了限值规定，涉及饮用水中与人体健康相关的多种因素，明确规定了我国饮用水的水质标准。生活饮用水的卫生要求是感官性状良好（无色、透明、无异味、无异臭及无肉眼可见物）、流行病学上安全（无病原微生物和寄生虫卵）、化学组成对人无害（无有害的化学物质和放射性物质），常见的水质常规指标主要有浑浊度、肉眼可见物、pH（酸碱度）、总硬度等。 设计意图：通过讨论自来水的生产过程和饮用问题，让学生了解生活中自来水的来源和饮用安全知识，增强学生的生活常识和健康意识。 教学环节三 设计与制作净水器 活动一 方案设计 【引入】我们已经学习了水的净化方法，接下来我们要利用这些知识，设计并制作一个简易净水器，对自然界中的水进行初步净化。 【问题】请同学们思考，制作简易净水器需要考虑哪些因素呢？ 【学生思考】回答需要考虑各层材料的种类与厚度、填料顺序、容器规格（大小、形状）等因素，还要合理设置进水与出水方向，同时要根据成本调整材料厚度、填料层数、材料种类等。 【教师讲解】非常好。现在我们来看方案一，柯柯和悦悦等同学设计了方案一的装置，我们利用该装置，测试并记录净水效果。实验用品有浑浊的天然水、可进行组装的不同规格的实验盒、石英砂、小卵石、活性炭、纱布、蓬松棉、导管。经过测试，方案一净化水用时，回收水的体积，浑浊度低，颜色清澈，无异味。 接下来，请同学们思考，改变哪一种因素（如填料的厚度、顺序等）可以提升方案一的净水效果。完成方案二的设计，测试并记录净水效果。填料的顺序要遵循先过滤再吸附的原则，材料颗粒由上到下逐渐变小，小卵石直径最大，间隙大，适宜做粗滤，去除粗大杂质；石英砂比卵石小，间隙也较小，进一步过滤细小杂质；活性炭未经过过滤的水会快速堵塞活性炭的孔洞，丧失吸附能力；蓬松棉起支撑作用，防止活性炭随水流下。方案二净化水用时，回收水的体积，浑浊度非常低，颜色更清澈，无异味。 方案一与方案二原理相同，但装置设计不同，对比方案一与方案二的净水效果的数据或描述（如时间、回收水量、浑浊度、颜色、气味等），可以得出方案二比方案一的净水效果更好。 设计意图：通过方案设计和对比实验，让学生深入理解影响净水器净水效果的因素，培养学生的创新思维和实践能力。 活动二 作品制作 【引入】同学们已经完成了净水器的方案设计，接下来我们要根据方案图，小组合作制作净水器。 【问题】在制作净水器的过程中，需要注意哪些问题呢？ 【学生思考】回答制作前要洗净所用材料，制作时要根据进水口的方向选择填料先后顺序，同时注意节约环保、安全使用刀具，制作后要注意桌面与周边环境卫生，及时清理垃圾。 【教师讲解】非常正确。现在请各小组开始制作净水器，在制作过程中如果遇到问题，可以随时向老师请教。 设计意图：通过实际制作净水器，让学生将理论知识应用到实践中，培养学生的动手能力和团队合作精神。 教学环节四 测试并优化净水器 活动一 测试净水器 【引入】同学们已经制作好了净水器，接下来我们要对自己小组制作的净水器进行测试。 【问题】我们如何测试净水器的净水效果呢？ 【学生思考】回答可以取一定量有颜色的浑浊的天然水，慢慢注入净水器中，记录净化水的用时、回收水的体积、浑浊度、颜色、气味等。 【教师讲解】非常好。现在请各小组取有颜色的浑浊的天然水，慢慢注入自己小组制作的净水器中，注意不要让水溢出，记录净水效果。 设计意图：通过测试净水器，让学生了解自己小组制作的净水器的实际净水效果，为后续优化净水器提供依据。 活动二 优化净水器 【引入】各小组已经记录了净水器的净水效果，接下来我们要根据这些结果，优化自己小组的净水器并美化其外观。 【问题】请同学们思考，如何优化净水器呢？ 【学生思考】回答可以调整材料的排列顺序和用量，以提高净化效率；增加或更换更高效的净化材料；改进净水器的结构设计。美化外观可以使用美观且实用的外壳，如使用环保材料、彩色纸板或塑料等；添加装饰元素，如绘制图案、粘贴贴纸或挂上小饰品等；确保净水器的外观整洁、美观，同时便于携带和使用。 【教师讲解】非常正确。现在请各小组根据自己的想法，对净水器进行优化和美化。 设计意图：与方法，即分析混合物成分、比较物质性质差异、明确分离方法。 教学环节五 展示与评价净水器 活动一 展示净水器 【引入】经过前面的设计、制作、测试和优化，各小组的净水器已经完成。接下来我们要进行展示和评价。 【问题】在展示净水器之前，需要做哪些准备工作呢？ 【学生思考】回答需要给小组净水器产品设计名字与商标，撰写一份说明书。 【教师讲解】非常正确。现在请各小组完成准备工作，然后每个小组派出一名组员，介绍并展示净水器，特别说明净水器设计的优点与特色。 设计意图：通过展示净水器，让学生有机会展示自己的成果，培养学生的表达能力和自信心，同时也让学生相互学习和交流。 活动二 评价净水器 【引入】各小组已经展示了净水器，接下来我们要从净水效果、过滤速率、制作工艺等角度进行自评与互评。 【问题】请同学们思考，如何评价净水器呢？ 【学生思考】回答可以根据展示的自制净水器、撰写的说明书及展示现场演说的效果进行评价。 【教师讲解】非常正确。根据评价结果，我们将颁发“班级净水器优秀证书”、“班级外观设计专利证书”。 活动三 改进净水器 【教师】对比其他小组的产品，分析自己小组产品的问题，进一步改进净水器。 3.5 跨学科实践活动：水的净化与自制净水器 一、认识水的净化方法 1. 天然水杂质 · 难溶物：泥沙、腐殖质等 · 可溶性杂质：有害离子、色素等 · 微生物：细菌等 1. 净水方法 · 沉淀法 · 静置沉淀 · 吸附沉淀 · 过滤法 · 装置准备 · 操作要点：一贴、二低、三靠 · 吸附法 · 实验现象 · 作用：除色、味等 1. 自来水生产 · 流程及作用 · 能否直饮 二、设计与制作净水器 1. 方案设计 · 方案一 · 方案二 1. 作品制作 · 材料准备 · 制作过程 三、测试并优化净水器 1. 测试效果 1. 差异原因 · 材料差异 · 结构差异 · 操作差异 1. 优化方法 · 调整材料 · 改进结构 · 美化外观 四、展示与评价净水器 1. 展示 · 设计名字与商标 · 撰写说明书 1. 评价 · 自评与互评 · 颁发证书 1. 改进 · 对比分析 · 改进措施 1. 李时珍《本草纲目》中“烧酒”写道：“自元时始创其法，用浓酒和糟入甑，蒸令气上，用器承取滴露。……其清如水，味极浓烈，盖酒露也”。结合上文，下列说法错误的是（　　） A．酒精的沸点比水低 B．该方法比过滤净化程度高 C．该方法与蒸馏原理相似 D．“蒸令气上”发生化学变化 1. 如图所示制作过滤器时，滤纸的折叠方法正确的是（　　） A．甲→乙→丙 B．甲→乙→丁 C．乙→丙→丁 D．甲→丙→丁 1. 在进行过滤操作时，不会用到的仪器是（　　） A．酒精灯 B．烧杯 C．漏斗 D．玻璃棒 1. 项目式学习小组制作的简易净水器（如图），下列说法正确的是（　　） A．该装置能对水进行杀菌消毒 B．该装置能除去水中颜色和异味 C．该装置能把硬水转化为软水 D．该装置能除净水中可溶性杂质 1. 如图为自来水生产过程示意图。下列说法正确的是（　　） A．自来水生产过程用到活性炭利用它的吸附性 B．过滤池中主要发生化学变化 C．消毒用的二氧化氯是混合物 D．供水系统流出的水是纯净物 在本次教学中，通过跨学科实践活动“水的净化与自制净水器”，学生积极参与，对水的净化知识有了更深入的理解。在认识水的净化方法环节，学生通过观察和实验，直观地了解了不同杂质和净化方法。设计与制作净水器时，学生充分发挥创造力，但部分小组在方案设计和材料选择上遇到困难，需要教师更多引导。测试并优化净水器阶段，学生能分析差异原因并尝试改进，培养了科学思维和实践能力。展示与评价环节激发了学生的竞争意识和表达能力。然而，教学过程中时间把控不够精准，导致部分活动开展不够充分。在今后教学中，需合理安排时间，加强对学生的个别指导，提高教学效果。 1 / 18 学科网（北京）股份有限公司 $