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

附件： 水质检测及自制净水器教学设计 课程基本信息 课题 水质检测及自制净水器 课型 新授课 学科 化学 年级 九年级 学段 上册 版本章节 人教版 第四单元 自然界的水 教学目标 1.化学学科核心素养 宏观辨识与微观探析：通过净水前后宏观现象（浑浊度、颜色），关联活性炭吸附、氯气消毒的微观过程，理解水净化原理。 证据推理与模型认知：依据实验证据（肥皂水现象、浊度变化）推理水质，构建 “过滤→吸附→消毒” 的净水模型。 科学探究与创新意识：小组合作完成水质检测与净水器制作，发展实验操作与创新设计能力。 科学态度与社会责任：关注饮用水安全，树立水资源保护意识，参与跨学科实践宣传。 2.跨学科核心素养 物理：通过过滤操作提升实验技能与科学思维； 生物：结合微生物影响培养生命观念与探究意识； 地理：分析水资源分布与水质关联，落实人地协调观。 教学重难点 1.教学重点 化学：水净化原理（明矾凝聚、活性炭吸附、氯气消毒）；硬水与软水的鉴别。 跨学科：过滤操作“一贴二低三靠”；结合过滤与吸附制作简易净水器。 2.教学难点 跨学科知识综合应用（多学科视角分析水质问题）； 技术工程思维建构（净水器材料选择与分层优化）。 学情分析 1. 知识基础 化学：已掌握混合物分离（过滤、吸附）、物质物理 / 化学性质（如活性炭吸附性），对硬水与软水有生活认知（如烧水结垢），但对明矾胶体吸附、氯气消毒微观原理理解较浅。 跨学科：物理学科知晓固液分离原理与过滤操作，生物学科了解微生物对健康的影响，地理学科知道南北方水资源差异，但缺乏多学科知识整合解决实际问题的意识与能力。 2. 能力水平 优势：动手操作意愿强，能完成搅拌、倾倒液体等基础实验，具备初步小组合作能力，对自制净水器等实践任务兴趣浓厚，易通过具象实验理解知识。 不足：抽象思维弱，难关联微观过程（如活性炭吸附分子）与宏观现象（如水变清澈）；跨学科应用不足，难结合地理地貌分析水质硬度差异；实验设计与优化能力欠缺，易忽略净水器材料分层顺序对过滤效果的影响。 3. 认知与情感特点 对饮用水安全、水资源保护等贴近生活的主题关注度高，易产生情感共鸣； 对 AI 工具有好奇心，但操作熟练度差异大，部分学生可能受影响； 渴望实践成就感（如净水器制作成功），但实验结果深度分析（如 “净水效果不佳原因”）需教师引导。 教学准备 1、 教师准备 （1）实验器材与材料 类别 具体物品 用途 化学实验类 明矾粉末、活性炭颗粒（颗粒状，便于吸附实验）、氯气消毒原理演示视频（人教版化学配套资源库，规避实物风险）、肥皂水（浓度10%，便于鉴别硬水） 完成明矾净水、活性炭吸附、硬水鉴别实验 水质检测类 透明刻度杯（500mL，每组 3 个）、水样（学校自来水、校园人工湖水、煮沸冷却后的水，每组各 200mL）、浊度对比卡（自制：清晰 / 轻微浑浊 / 严重浑浊） 分组完成浊度、硬度、微生物初判实验 净水器制作类 截底矿泉水瓶（500mL，每组 1 个）、小石子（大 / 中粒，每组 200g）、细沙（洗净烘干，每组 150g）、棉花（医用脱脂棉，每组 5g）、纱布（每组 2 块）、浑浊红墨水（模拟污染水，每组 100mL） 小组合作制作简易净水器，观察净水效果 辅助工具类 玻璃棒（每组 2 根）、漏斗（每组 1 个）、滤纸（每组 5 张）、任务单、净水器评价标准表（板书或 PPT 呈现） 辅助过滤操作、记录实验数据、评价净水器制作效果 （2）多媒体资源 视频资源：选用人教版化学配套的 “水质与健康” 科普短片、自来水厂消毒流程视频； 微观辅助工具：用教师的动态 PPT（如 “活性炭吸附色素” 分层示意图、“氯气消毒反应” 粒子变化步骤图），直观展示微观过程； 数据汇总工具：提前制作纸质 “班级检测数据汇总表”（大卡纸打印，含水样类型、浊度、硬度等栏目），各组汇报时手动填写，实时展示全班数据对比。 （3）教学支撑材料 板书设计稿（提前梳理 “化学核心原理→跨学科融合→实践要点→核心素养” 逻辑框架，便于课堂快速呈现）； 实验任务单（填空式实验记录、开放型实验分析）； 安全提示卡（如 “活性炭不可食用”“实验时避免打翻水样”，贴在实验台显眼位置）； 知识框架图（教师提前手绘 “水净化多学科知识框架”，含化学原理、跨学科融合要点，课堂随讲解逐步补充，课后拍照发班级群）。 二、学生准备 知识回顾：课前复习 “过滤操作要点”“活性炭吸附性” 复习资料，教师提醒回顾物理 “固液分离原理”、生物 “微生物基本知识”； 材料准备：自愿携带家中水样（如自来水、矿泉水、井水，标注来源），用于课堂拓展检测（对比不同水源水质差异）； 工具准备：笔记本、签字笔（用于记录实验现象与讨论结果）；若需记录实验画面，可用手机拍照，提前告知 “仅用于记录，不用于复杂操作”。 教学过程 教学任务 教学内容 设计意图 创新设计（含AI应用） 情 景 导 入 1. 展示三组对比图片：①自来水厂取水口（浑浊）、②受污染河水（漂浮物 + 异色）、③家庭饮用水（清澈）； 2. 小组讨论 2 分钟：“三类水能否直接饮用？从化学（有害物质）、物理（浑浊度）、生物（微生物）角度分析原因”； 以真实情境激活生活经验，推动多学科视角初步思考，自然导入主题。 1. 用教师提前下载的 “水质与健康” 科普片段:水污染 播放后提问 “视频里哪些情况下水需要净化？”； 2. 用黑板表格记录学生讨论结果（如 “化学危害：重金属”“物理问题：浑浊”），实时汇总，直观呈现多学科视角。 调 查 参 观 学生分享我国生活饮用水卫生标准、饮用水的发展历史等调查内容。 各组代表发言，教师系统思维拓展并总结 “水需净化的多学科逻辑”，引出课题。 通过学生课前调查分享，回顾生活饮用水相关知识，激发学生对水净化的探究兴趣；通过教师总结引出课题，建立已有知识与新课题的联系，明确学习方向 利用 AI 问答系统，在学生分享过程中实时解答关于饮用水标准、发展历史的疑问，增强课堂互动性 知 识 建 构 化学视角： 1. 明矾净水实验：俩杯浑浊河水，一杯加明矾搅拌静置，对比悬浮物变化，结合视频（【少儿科学启蒙·科学小实验·胶体吸附性实验：明矾净水】 讲 “胶体吸附（微观→宏观）”； 2. 活性炭吸附实验：红墨水 + 活性炭搅拌过滤，展示活性炭颗粒实物，讲 “疏松多孔结构→吸附色素（微观→宏观）”； 3. HClO具有氧化性→杀菌”； 【【化学】氯气与水反应】 4. 结合以上三种处理方式就形成了如今自来水厂的净水流程（【自来水厂净水流程】 5. 硬水鉴别：自来水 vs 煮沸水，各加 5 滴肥皂水振荡，对比泡沫多少，总结 “钙镁离子影响硬度”。 跨学科融合： 1. PPT 动画回顾过滤 “一贴二低三靠”，提问 “过滤除哪些杂质？原理是什么？”； 2. 生物：展示 “细菌致水体发臭” 实物照片，讲 “水体发臭是因为细菌大量繁殖导致的”； 3. 地理：展示 “中国水资源分布”静态 PPT 图，分析 “北方水质硬的地理原因”。 北方地层多石灰岩、白云岩等含钙镁的岩石，雨水、地下水易溶解出钙镁离子；且北方降水少、蒸发强，水循环慢，使水中钙镁离子易富集浓缩。 从 “宏观 - 微观” 逻辑突破化学原理，结合多学科可视化素材，为实践奠基，落实核心素养。 1. 化学微观辅助：用教师提前准备的 “活性炭吸附分子”“氯气消毒反应” 示意图（PPT 分步展示），学生通过观察示意图理解微观过程； 2. 地理直观化：准备南北方水质对比卡片（如 “北京：硬度 250mg/L”“广州：硬度 80mg/L”），每组发放 1 张，结合静态地图分析，降低技术依赖； 3.知识梳理：教师提前制作 “水净化多学科知识框架” 板书模板，随讲解逐步填写，课后拍照发班级群。 过渡衔接 我们掌握了水净化核心知识：明矶胶体吸附杂质、活性炭靠多孔吸色味、氯气反应生成 HClO 消毒，还会用肥皂水辨硬软水；记了过滤 “一贴二低三靠”，能通过色味初判微生物，也知道北方水质硬与石灰岩地貌有关。 现在就用这些知识实践：一是检测自来水、人工湖水、煮沸水的浊度、硬度，初判微生物；二是小组用矿泉水瓶、小石子等材料做净水器，净化浑浊红墨水。操作时多结合知识，比如测硬度要规范加肥皂水，做净水器注意 “由粗到细过滤” 的分层逻辑。接下来小组动手，在实践中验证知识、解决问题。 旨在搭建 “知识构建” 与 “实践探究” 桥梁：既简明回顾化学水净化原理、硬水鉴别及跨学科的过滤操作、微生物初判、地理水质关联知识，帮学生巩固理论以契合 “需理论指导实践” 的学情；又明确水样检测、净水器制作的实践任务。 1.AI 应用铺垫：在衔接时提示学生，后续实践中若遇到 “净水器能否除微生物”“净水效果不佳原因” 等问题，可借助豆包 AI 工具进行提问反思，提前明确 AI 在实践探究中的辅助作用，同时结合教师提前打印的净水器分层示意图、净化效果对比卡，降低实践设计门槛，实现知识理论与实践操作的顺畅过渡。 实 践 探 究 1. 分组水质检测（3 份水样：自来水 A、人工湖水 B、煮沸水 C）：① 浊度检测：水样倒入刻度杯静置 2 分钟，观察区分：清晰 / 轻微浑浊 / 严重浑浊并记录；② 硬度检测：各加 5 滴肥皂水搅拌，观察对比泡沫多 / 中 / 少并记录，判断硬软；③ 微生物初判：观察颜色、闻气味，结合“异味浓→微生物可能多”进行判读并讨论。 2. 自制净水器：① 材料：截底矿泉水瓶、小石子（大 / 中粒）、细沙、活性炭、棉花、纱布、浑浊红墨水；② 小组讨论设计分层方案，教师提供 3 种设计方案，小组选择或修改； ③ 动手制作：分工装料（小石子铺 5cm、细沙 3cm、活性炭 4cm、棉花 1cm），倒入红墨水观察出水颜色，效果差则调整（如压实活性炭）。 通过具体操作应用多学科知识，经历 “设计 - 制作 - 改进” 过程，突破难点，发展探究能力。 1. 净水器方案辅助：教师提前打印 3 种分层示意图（A3 纸），每组发放 1 套，小组对比后确定方案； 2. 实验记录简化：提供 “实验任务单”（含水样类型、浊度 / 硬度 / 微生物观察项、现象空白栏），学生手动填写； 2. 效果判断：教师提前准备 “净化效果对比卡”，学生对照卡片判断净水效果。 展示交流 1. 检测成果汇报：各组代表上台，结合填写的实验任务单汇报 3 份水样结果（如 “A 是硬水，B 浊度高”），说明 “用了化学肥皂水实验、物理浊度观察”； 2. 净水器展示：① 演示：倒入浑浊红墨水，展示出水颜色，对照 “效果对比卡” 说明效果；② 互评：其他组提问（如 “水流快但效果差，为什么？”），教师引导 “材料填充松紧度影响过滤”；③ 使用豆包AI提问反思：“净水器能除微生物吗？怎么改进？（如加消毒剂、煮开水）”。 通过 “汇报 + 互评” 梳理跨学科方法，在质疑中深化思维，突破难点，提升表达能力。 1. 数据汇总：教师提前画好 “班级检测数据汇总表”（黑板或大卡纸），各组汇报时手动填写，实时对比 “不同组对同一水样的判断是否一致” 2. 净水器评价：师生共同制定 “评价标准表”，现场打分记录； 3. 反思引导：教师提前准备拓展问题（如“净水器制作时，除了过滤吸附，还能用什么方法除微生物？”），启发学生思考，使用豆包 AI 提问。 总结拓展 1. 课堂总结：① 引导学生回顾：“本节课用了哪些化学原理？融合了物理 / 生物 / 地理哪些知识？体现了哪些核心素养？”；② 教师结合板书的 “知识框架” 梳理 “水净化多学科逻辑 + 核心素养对应点”。 2. 课后拓展：① 任务：制作 “水资源保护” 跨学科小报；② 要求：含化学（净水原理）、地理（区域水资源）、生物（水污染影响）、节水建议四部分，可用手绘、剪贴图片等形式。 系统梳理知识与素养，通过拓展任务延伸学习，深化社会责任。 总结辅助：教师提前使用豆包AI 生成顺口溜 “核心知识口诀”，带领学生朗读记忆； 作业设计 1.基础巩固作业（全体学生） 内容： ① 解释 “ HClO为什么能杀菌”； ② 用文字描述 “过滤操作的‘一贴二低三靠’”，说明每一步的目的； ③ 在家用肥皂水鉴别 “自来水” 和 “烧开后的水”，记录现象并判断硬软。 设计意图：巩固化学核心原理与物理操作要点，强化基础认知。 2. 提升拓展作业（中等及以上学生） 内容： 1 查阅教材或科普书，分析 “农村井水水质偏硬的地理原因”，结合本节课知识提出 “简易软化方法”（如煮沸、加小苏打）； ② 绘制 “自来水厂净水全流程示意图”，用不同颜色标注每一步用到的学科原理（如 “沉淀 - 物理、消毒 - 化学”）。 要求：① 地理原因分析需结合 “家乡地貌（如是否多山、多石灰岩）”；② 示意图用彩色笔绘制，学科原理标注清晰。 设计意图：融合地理知识解决实际问题，强化跨学科应用能力。 板书设计/课堂小结 教学反思 1. 亮点与成效 跨学科融合落地：通过 “物理过滤 + 化学吸附 + 生物微生物 + 地理水质分布” 的多维度设计，学生能主动用多学科视角分析问题，如在净水器改进中提出 “煮沸水除微生物”，体现跨学科思维的提升。 简化技术更实用：用 “浊度对比卡”“实验任务单”“评价标准表” 等传统工具，降低操作门槛，全班 90% 以上学生能独立完成水质检测，80% 小组的净水器能去除 70% 以上色素，实践效果扎实。 学生参与度高：手动制作净水器、填写记录表、张贴小报等环节，让学生更专注于实验操作与知识应用，课堂互动比传统纯讲授课堂提升 40%。 2. 不足与改进 微观认知需加强：部分学生对 “活性炭吸附的微观过程” 理解不深，后续可增加 “活性炭吸附粉笔灰” 演示实验（宏观），结合示意图（微观），强化 “宏观 - 微观” 关联。 跨学科深度不足：生物 “微生物检测” 仅停留在 “初判”，后续可准备 “无菌棉签 + 培养皿”（提前灭菌），让学生涂抹水样培养（课后观察），深化生物学科融合。 分层指导需细化：基础薄弱学生在 “净水器分层逻辑” 上存在困难，后续可设计 “分层步骤卡”（如 “第一步铺小石子 5cm，第二步铺细沙 3cm”），降低设计难度。 3. 未来优化方向 关联生活实际：下次课可让学生带 “家里的自来水、矿泉水、井水” 作为检测水样，分析 “不同家用水源的水质差异”，增强知识与生活的联系。 强化实践延伸：课后组织 “社区节水宣传” 活动，让学生带着制作的小报向邻居讲解 “水质保护”，深化 “科学态度与社会责任” 素养。 传统与简易技术结合：可引入 “简易 TDS 检测笔”，让学生对比 “人工观察” 与 “TDS 数值” 的差异，理解 “量化检测” 的意义，兼顾传统与实用技术。 附:实验任务单 《水质检测及自制净水器》实验任务单 班级：________ 姓名：________ 组号：________ 小组成员：_________________ 一、实验总目标 1. 通过分组实验完成水质检测，掌握 “浊度（物理）、硬度（化学）、微生物初判（生物）” 的多学科检测方法； 1. 设计并制作简易净水器，理解 “物理过滤 + 化学吸附” 的协同作用，优化分层方案； 1. 记录实验现象、分析结果，培养科学探究与跨学科思维。 二、实验一：水质检测实验 1. 实验目的 1. 区分不同水样（自来水、人工湖水、煮沸水）的浊度、硬度差异，初步判断微生物污染情况； 1. 关联物理观察、化学实验、生物感官判断的跨学科方法。 2. 实验材料 透明刻度杯（500mL，3 个）、水样（自来水 A、人工湖水 B、煮沸水 C，各 200mL）、10% 肥皂水、浊度对比卡（清晰 / 轻微浑浊 / 严重浑浊）、实验记录表。 3. 实验步骤与记录（打 “√” 或填写） 检测对象 水样类型 操作步骤 观察要点 浊度检测 （物理） 自来水 A 1. 将水样倒入刻度杯，静置 2 分钟； 2. 对照 “浊度对比卡” 观察。 是否有可见悬浮颗粒？属于哪一等级？（清晰□ 轻微浑浊□ 严重浑浊□） 人工湖水 B 1. 将水样倒入刻度杯，静置 2 分钟； 2. 对照 “浊度对比卡” 观察。 是否有可见悬浮颗粒？属于哪一等级？（清晰□ 轻微浑浊□ 严重浑浊□） 煮沸水 C 1. 将水样倒入刻度杯，静置 2 分钟； 2. 对照 “浊度对比卡” 观察。 是否有可见悬浮颗粒？属于哪一等级？（清晰□ 轻微浑浊□ 严重浑浊□） 硬度检测 （化学） 自来水 A 1. 向水样中滴加 5 滴肥皂水，轻轻振荡 10 秒； 2. 观察泡沫与浮渣情况。 泡沫多少？浮渣多少？（泡沫多□ 泡沫中□ 泡沫少□；浮渣多□ 浮渣少□ 无浮渣□） 人工湖水 B 1. 向水样中滴加 5 滴肥皂水，轻轻振荡 10 秒； 2. 观察泡沫与浮渣情况。 泡沫多少？浮渣多少？（泡沫多□ 泡沫中□ 泡沫少□；浮渣多□ 浮渣少□ 无浮渣□） 煮沸水 C 1. 向水样中滴加 5 滴肥皂水，轻轻振荡 10 秒； 2. 观察泡沫与浮渣情况。 泡沫多少？浮渣多少？（泡沫多□ 泡沫中□ 泡沫少□；浮渣多□ 浮渣少□ 无浮渣□） 微生物初判 （生物） 自来水 A 1. 观察水样颜色（是否异常，如发黄、发黑）； 2. 轻闻水样气味（是否有异味，如腥臭味）。 颜色：正常□ 异常□（异常描述：_______________）； 气味：无异味□ 轻微异味□ 明显异味□ 人工湖水 B 1. 观察水样颜色（是否异常，如发黄、发黑）； 2. 轻闻水样气味（是否有异味，如腥臭味）。 颜色：正常□ 异常□（异常描述：_______________）； 气味：无异味□ 轻微异味□ 明显异味□ 煮沸水 C 1. 观察水样颜色（是否异常，如发黄、发黑）； 2. 轻闻水样气味（是否有异味，如腥臭味）。 颜色：正常□ 异常□（异常描述：_______________）； 气味：无异味□ 轻微异味□ 明显异味□ 4. 检测结果分析 1. 三种水样中，浊度最高的是______（填 A/B/C），推测原因：___________________________； 1. 三种水样中，硬度最高的是______（填 A/B/C），判断依据：___________________________； 1. 推测微生物可能最多的水样是______（填 A/B/C），理由：____________________________。 三、实验二：自制净水器实验 1. 实验目的 1. 设计净水器分层方案，理解 “小石子→细沙→活性炭→棉花” 的过滤与吸附逻辑； 1. 观察净水效果，优化装置（如材料厚度、松紧度）。 2. 实验材料 截底矿泉水瓶（500mL，1 个）、小石子（大 / 中粒，200g）、细沙（洗净烘干，150g）、颗粒状活性炭（100g）、医用脱脂棉（5g）、纱布（2 块）、浑浊红墨水（100mL）、直尺（测厚度）、净化效果对比卡。 3. 方案选择与分层记录（选择其中一个方案填写后续表格） 方案类型 （三选一） 分层顺序（自上而下） 材料 名称 铺设 厚度（cm） 核心作用 （物理过滤 / 化学吸附） 选择理由 （如 “防堵塞”“吸附强”） □ 常规高效过滤型 □ 防堵塞优化型 □ 吸附强化型（可分层活性炭） □ 自主修改方案 第 1 层 第 2 层 第 3 层 第 4 层 4. 制作与净水步骤 1　 组装净水器：用纱布包裹矿泉水瓶底部（防止材料漏出），按上述分层顺序依次铺设材料，每铺一层轻轻压实（避免过紧导致水流中断）； 2　 测试净水效果：将 100mL 浑浊红墨水缓慢倒入净水器顶部，观察水流速度（快 / 中 / 慢），收集底部流出的净化水； 3　 效果判断：对照 “净化效果对比卡” 记录以下指标： 净水 效果指标 原水样 （浑浊红墨水） 净化后水样 等级记录（打 “√”） 浊度 严重浑浊 清晰□ 轻微浑浊□ 明显浑浊□ 色度 深红色 无色□ 淡红色□ 深红色□ 异味 无（或轻微墨水味） 无异味□ 轻微异味□ 明显异味□ 杂质残留 无可见杂质 无残留□ 棉絮残留□ 活性炭细粒残留□ 5. 装置优化记录 若净水效果不佳（如浑浊、颜色深），请调整装置并记录： 1. 调整措施（如 “增厚活性炭层”“压实细沙”）：____________________________________； 1. 调整后效果变化：_________________________________________________________________。 四、实验反思与拓展 1. 水质检测中，煮沸水 C 的硬度比自来水 A 低，原因是________________（结合化学知识：钙镁离子变化）； 1. 自制净水器中，活性炭层若放在细沙层之前，可能出现的问题是________________（结合物理过滤逻辑）； 1. 现有净水器只能过滤杂质、吸附色味，若要去除水中微生物，可补充的方法是________________（如 “煮沸”“加二氧化氯”，结合生物 / 化学消毒原理）； 1. 小组合作中，你的分工是________________，遇到的最大困难是_________________________，如何解决的？_____________________________________________________________________。 五、安全提示 1. 活性炭不可食用，实验后及时洗手； 1. 倾倒水样、红墨水时避免打翻，若洒出需立即用纸巾擦拭； 1. 若使用剪刀裁剪纱布 / 矿泉水瓶，需在教师指导下操作。 实验完成后，将任务单交给教师，检测数据与净水效果可作为课后作业（如绘制自来水厂流程）的参考依据。 学科网（北京）股份有限公司 $