第四单元跨学科实践活动3水质检测及自制净水器教学设计--2025-2026学年九年级化学人教版（2024）上册

该初中化学教学设计聚焦水的净化方法（沉淀、吸附、过滤等）及简易净水器设计，通过播放南水北调工程与空间站再生水视频导入，关联国家工程与太空科技引出净水原理，分析自然水的物理、化学、生物风险，过渡到自来水厂净化四部曲，构建理论学习支架。 特色在于项目式学习贯穿“设计-制作-测试-优化-展示”，跨学科分析培养科学思维，水质检测与优化提升科学探究与实践能力。如小组制作净水器并完成《水质检测报告》，增强学生责任意识，为教师提供跨学科实践教学范例。

教学设计 课程基本信息 学科 化学 年级 九年级 作者 冷焦 课题 人教版九年级上册 跨学科实践活动3 水质检测及自制净水器 教学目标 化学观念（核心知识） 1.了解纯水与天然水的区别。 2.掌握沉淀、吸附、过滤、蒸馏等常用的水的净化方法，并能说出它们各自的原理和作用。 3.理解自来水的大致净化过程。 科学思维（能力方法） 1.能基于所学净化原理，设计并绘制简易净水器的装置草图。 2.能通过实验探究，对比净化前后水样的变化，学会定性评价净水效果。 3.在优化改进净水器的过程中，发展分析、评价、创造等高阶思维能力。 科学探究与实践（过程体验） 1.亲历“设计—制作—测试—优化—展示”的完整项目式学习过程。 2.学会小组协作，动手制作一个结构合理、有净水效果的简易净水器。 3.初步学习用澄清度、颜色、气味等指标来检测水质。 科学态度与责任（价值导向） 1.通过了解国家重大水利工程和科技成就，感受化学在解决国家水资源问题中的重要作用，增强民族自豪感和科技自信。 2.认识到淡水资源的宝贵，树立节约用水、爱护水资源的环保意识和社会责任感。 教学重难点 教学重点：水的净化常用方法及原理；简易净水器的设计与制作。 教学难点：将理论净化方法转化为实物装置的设计思路；净水效果的定性检测与装置的优化改进。 教学过程 教学环节 教学内容 设计意图 启程 大国之水 叩问苍穹 【视频播放】前半段是南水北调工程的航拍镜头，展现水渠纵横、跨越山河的宏伟景象；后半段切换到中国空间站航天员饮用再生水的画面，并配上字幕：“同一滴水，从地球到太空，它的纯净之旅由科技守护。” “总有一些工程，能重塑山河；总有一些科技，能叩问苍穹。它们共同守护着生命的源泉——水。” “从横跨中国的‘人间天河’，到翱翔寰宇的‘天宫之家’，它们都需要解决一个最根本的问题——守护人类健康，人们饮用的水如何变得更清洁？这背后蕴含着怎样的科学密码？今天，我们将不再只是旁观者，我们将成为破解密码的‘科创工程师’！我们的任务就是：‘溯源国家方案，躬行净化实践’，亲手打造我们自己的净水装备！” 用震撼的视听效果瞬间抓住学生注意力，将国家级的宏大叙事与本节课的微观实践联系起来，奠定“学为国用”的崇高基调，激发学生的使命感和探究欲。 筑基 探秘水厂 解码“净”术 【生命之源】 “这些自然水体（江河、湖泊、溪流）看起来清澈透亮，是我们生命不可或缺的源泉。那么，一个最直接的问题：我们能直接饮用这些江河湖泊里的水吗？” 请大家投票 A. 能，看起来很干净 B. 不能，可能有危险 “绝大多数同学都选择了‘不能’。那你们的理由是什么？为什么看起来干净的水却不能喝？” 生1.“里面有泥沙。” 生2.“可能有腐烂的树叶味道。” 生3.“有细菌！” 生4.“可能有农药、化肥。” 指出学生回答的问题与各学科知识对应关系 “里面有泥沙。”（物理 - 不溶性杂质） “可能有腐烂的树叶味道。”（化学 - 可溶性杂质、异味） “有细菌！”（生物 - 微生物污染） “可能有农药、化肥。”（化学 - 工业/农业污染） “大家分析得非常全面！这正是一个典型的跨学科问题。看似简单的一杯水，隐藏着来自三个维度的风险：” 【为什么不能直饮自然水？】（跨学科归纳） 物理风险： 不溶性杂质、泥沙 -> 导致水体浑浊。 化学风险： 溶解的矿物质、化肥、农药、腐殖质→导致水有颜色、异味，或过硬，长期饮用可能危害健康。 生物风险： 细菌、病毒、寄生虫卵 →导致腹泻、霍乱等水媒疾病，这是最直接、最危险的风险。 “因此，将大自然的水变为安全可靠的饮用水，就是一个系统性的净化工程。我们的自来水厂就是解决这个问题的‘专家’。它是如何将江河湖泊中的水变到我们杯中可以饮用的呢？这其实是一个‘化腐朽为神奇’的化学过程。” 【净化四部曲】 第一步：沉降“集结号” —— （向浑浊水样中加入明矾） “明矾就像一位‘集结官’，能将水中分散的‘散兵游勇’（小颗粒）快速聚集成‘集团军’（絮状物），从而迅速沉降。这叫吸附沉淀。” 第二步：过滤“拦截网” —— （回顾过滤操作） “这座由滤纸搭建的‘精密拦截网’，只允许水分子和小离子通过，将‘集团军’彻底清除。” 第三步：吸附“清道夫” —— （演示活性炭吸附红墨水） “水清了，但可能有色有味。这时，‘黑色清道夫’活性炭出场了！它体内有无数迷宫般的通道，能精准吸附这些‘捣乱分子’。” 第四步：消毒“守护神” —— “最后，通入氯气等‘守护神’，消灭水中的微生物大军，守护我们的健康。” “这就是自来水厂的标准化‘作战方案’。记住它，这是我们设计的蓝图！” 引导学生从物理、化学、生物三个学科维度系统分析自然水的潜在风险，使其深刻理解水净化是一个综合性、跨学科的复杂问题，而非简单的“变清”，通过小组讨论和录音回答，让学生主动思考并表达自己的想法，教师在此基础上进行提炼和升华，变“灌输”为“建构”，加深理解，自然引出自来水厂净化的必要性，并为后续讲解每一步净化工序的作用打下坚实的、基于理解的认知基础，将每个净化步骤赋予一个生动的角色和比喻，将抽象的化学原理故事化、形象化，降低理解难度，增加趣味性，为后续设计提供清晰的理论框架。 躬行 匠心独运 巧制“滤”器 【项目挑战】 挑战任务：“以小组为单位，利用限定材料，设计并制作一款能高效净化浑浊水的简易净水器。” 【材料清单】 图文并茂展示各种材料（塑料瓶、石子、沙、活性炭等）。 【方案设计】 “各位工程师，请开始你们的设计！想一想，每一种材料对应净化四部曲中的哪一关？它们的填充顺序至关重要！” “石子放在最下面还是最上面？为什么？”“活性炭夹在哪两层之间效果最好？” 强调“从上到下，滤材孔径由大到小”的核心设计原则。 【制作与调试】 “蓝图绘就，动工！注意操作安全，特别是剪刀的使用。比一比，哪个小组的工艺最精湛！”小组分工合作，裁剪塑料瓶，按设计顺序填充材料。 这是从理论到实践的关键一跃。通过设计草图，培养学生的工程思维；通过小组协作制作，锻炼动手能力和团队合作精神。 求真 精益求精 “质”检优化 【水质检测】 产品下线，必须经过严格质检！请将你们的‘污水样本’缓缓倒入，收集滤液，并从这三个指标与原水进行对比，对你们的滤液进行首轮评估。”完成你们的首份《水质检测报告》。” 小组进行测试，观察记录。 三个理化指标： 澄清度（物理指标）： 是否浑浊？能否看清底部的文字？ 颜色（物理/化学指标）： 与原水相比，是否褪色？ 气味（化学指标）： 闻一闻（教师强调扇闻法，注意安全），异味是否去除？ 小组进行测试，仔细观察、对比、闻味，并记录结果。 【技术研讨】 “效果如何？达到饮用标准了吗？ 哪里出了问题？是‘拦截网’孔径太大？还是‘清道夫’数量不够？” 小组分析讨论滤液仍浑浊或有色味的原因。 可能原因1： 水流太快，过滤不充分。—— 优化： 控制进水速度。 可能原因2： 沙子颗粒太粗或层厚不够。—— 优化： 换更细的沙或增加厚度。 可能原因3： 活性炭未包裹好或未冲洗。—— 优化： 用纱布包好炭，并充分冲洗。 各小组根据分析，对净水器进行优化改进。 【水质复检】 优化后再次进行测试，感受优化前后的显著变化。 引导学生超越单一的化学视角，构建化学-物理-生物学的三维知识框架，计打破了学科壁垒，让学生深刻体会到：解决复杂的真实世界问题（如水质安全），绝非单一学科知识所能胜任，过设置“理化指标”与“生物指标”的递进式评估，引导学生思维从“看得见的纯净”走向“看不见的安全”，让学生经历“测试（发现问题）→ 分析（归因）→ 优化（提出解决方案）→ 再测试（验证）”的完整探究循环与工程设计流程。在此过程中，重点培养其基于证据的分析能力、批判性思维和不畏失败的优化迭代精神，最终，将项目实践的核心从“制作一个工艺品”提升到“解决一个真实问题”的高度，使社会责任感变得更具象、更深刻。 共创 群英荟萃 闪耀登场 【成果发布】 “经过优化升级，相信各位的‘王牌产品’已然成型！现在，我们召开‘净水科技博览会’，邀请小组上台路演！” 【作品展示】 “大家好，我们是XX小组。我们的设计理念是……我们最大的创新是在……环节进行了优化。大家看，这是净化前后的水样对比，效果非常显著！” “请大家从净水效果、过滤速率、制作工艺等角度自评与互评。” 【调查交流】 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。 （1）对比自己小组的净水器和常见家用净水器，分析二者构造和净水效果差异，查阅资料了解家用净水器常使用的反渗透（RO）膜的作用，思考如何改进和提高自己小组净水器的净水效果 （2）调查你所在社区净水器的使用情况，了解居民健康饮水、节约用水的情况，撰写调查报告（提示调查报告应该包含的内容） 为学生提供一个“发布会”式的平台，使其从“沉默的操作者”转变为“积极的表达者”，实现了从动手实践到动脑归纳、动口表达的完整闭环，促进核心素养的全面发展，将所学知识内化为一种“我能贡献”的积极心态和未来志向，从而实现思政教育从“知”到“情”再到“意”的完整转化。,通过“小组自评、同伴互评、教师点评”相结合的多元评价机制，打破教师单一评价的局限性。 匠心·科心·中国心 （“匠心”代表精心制作净水器的工匠精神；“科心”代表探究真理的科学精神；“中国心”代表科技报国的家国情怀。） 从实践到真知（主题升华） 将书本上冰冷的文字和方程式→可以触摸、可以观察、可以改进的真实装置 经历设计、失败、优化、成功的每一个环节 真理，不在于记忆的深度，而在于实践的广度与深度。” 从个人到国家（思政升华） ‘南水北调’工程、中国空间站→水循环系统 通过无数人的智慧与努力，最终铸就了改变山河、叩问苍穹的国之重器——科技自信！” 从今天到未来（结束寄语） 关注我们宝贵的水资源，去践行节约用水的每一天 去想象，去创造，未来用你们所学，去解决国家发展中的‘卡脖子’难题； 愿你们今日以净水明志，明日能以科技报国！ 引导学生回顾整个项目式学习的过程，强调“实践出真知”的核心科学精神，完美呼应导入环节，彻底解答开场时提出的问题，形成首尾闭环。 “以净水明志，以科技报国”的结尾，铿锵有力，将课堂氛围和学生的情绪推向最高点，留下一句能长久回响的结束语。 学科网（北京）股份有限公司 $