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上册

该初中化学教学设计聚焦水质检测及净水原理核心知识，通过水的重要性与污染问题导入，承接水的组成、净化等理论，搭建从理论到实践的学习支架，引导学生掌握检测方法与净水操作。 此资料以跨学科实践为特色，融合化学与生物、地理等知识，通过水样对比检测、自制净水器设计优化，落实科学探究与实践素养，培养科学态度与责任，如分析检测数据、改进净水装置，提升学生动手与环保意识，为教师提供优质实践教学范例。

教学设计 跨学科实践活动3 水质检测及自制净水器 学科 化学 年级 九年级 学段 初中 版本章节 人教版第四单元 教学目标 本实践活动围绕化学学科核心素养展开，在宏观辨识与微观探析中，学生通过观察水样外观、检测理化指标，建立宏观水质现象与微观杂质粒子的关联；科学探究与创新意识上，通过设计水质检测方案、自制净水器，培养探究能力和创新思维，学会优化实验装置；科学态度与社会责任方面，让学生认识水污染危害，树立节水护水意识，增强环保责任感；证据推理与模型认知中，依据检测数据推理水质状况，构建简易净水的模型认知，理解净水原理的逻辑关系，实现多素养的融合发展。 重难点 重点在于掌握水质物理、化学指标的简易检测方法，理解沉淀、过滤、吸附等净水操作的核心原理，能独立设计并制作出具有净水效果的简易净水器。难点是准确分析不同水样的检测数据并得出合理结论，理解活性炭、滤纸等净水材料的作用机理，根据净水需求优化净水器的结构设计，解决自制净水器过程中过滤效果差、吸附不充分等实际问题，同时实现跨学科知识的灵活运用与实践操作的精准结合。 教材分析 本实践活动是人教版九年级化学上册第四单元的核心实践内容，承接水的组成、水的净化等理论知识，是理论联系实际的重要载体，也是化学与生物、地理、工程等学科融合的关键节点。教材以水质检测和自制净水器为载体，将化学实验基本操作、物质的分离提纯等核心知识融入实践，既巩固了过滤、吸附等基础操作，又引导学生运用跨学科知识解决实际问题。教材内容注重实践性和探究性，符合九年级学生的认知特点，为后续学习溶液、酸、碱、盐等知识奠定基础，同时培养学生的实践能力和环保意识，体现化学学科的应用价值。 教学准备 教师准备 梳理水质检测和净水相关的跨学科知识，制作包含实验原理、操作要点、安全注意事项的课件；准备标准水样、河水、湖水、自来水、矿泉水等不同待测水样；玻璃棒、烧杯、漏斗、滤纸、铁架台、活性炭、明矾、细沙、小卵石、棉花等实验材料和仪器；制作净水器示范模型，预设实践过程中可能出现的问题及解决方案，准备水质检测相关的参考数据和评价标准。 学生准备 预习第四单元水的净化相关知识，查阅水质检测指标、净水材料特性的相关资料；分组分工，确定实验操作、数据记录、装置制作、总结汇报等人员；准备剪刀、塑料瓶、吸管、胶带、小剪刀等自制净水器的辅助材料，提前构思净水器的设计草图，带着问题参与实践活动。 教学过程 一、实践活动背景与意义 水是生命之源，是自然界中最重要的物质之一，人类的生产生活、动植物的生长繁衍都离不开水。地球表面约 71% 被水覆盖，但可供人类直接利用的淡水资源仅占总水量的 2.53%，且随着工业发展、农业生产和生活污水的随意排放，水污染问题日益严重，水质下降不仅影响生态环境，更直接威胁人类的身体健康。 人教版化学九年级上册第四单元我们学习了水的组成、水的净化等基础理论知识，为了将理论知识转化为实践能力，本次跨学科实践活动以 “水质检测及自制净水器” 为主题，通过对不同水样的检测，认识水质的优劣指标；通过亲手制作简易净水器，理解净水的核心原理和操作方法。这一实践活动不仅能巩固化学学科的核心知识，还能融合生物、地理、工程设计等跨学科内容，培养大家的科学探究能力、动手实践能力和环保意识，让大家在实践中体会化学的应用价值，树立 “节水护水、人人有责” 的社会责任意识。 二、相关理论基础 （一）水的天然杂质与水污染类型 自然界中的水并非纯净物，天然水中含有多种杂质，按其颗粒大小可分为悬浮杂质、胶体杂质和溶解杂质三类。悬浮杂质如泥沙、树叶、浮游生物等，这类杂质颗粒较大，肉眼可直接观察到；颗粒较小，无法用肉眼看到，能使水呈现浑浊状态；溶解杂质如可溶性的钙、镁化合物，以及溶解在水中的氧气、二氧化碳等气体，还有重金属离子、农药残留等，这类杂质颗粒最小，均匀分散在水中，无法通过静置、过滤等方法直接除去。 水污染主要分为三类：物理污染，如泥沙、垃圾等造成的水体浑浊、异味；化学污染，如工业废水排放的重金属离子、酸碱物质，农业中使用的化肥、农药，生活污水中的洗涤剂等；生物污染，如水中含有细菌、病毒、寄生虫等有害生物，会引发肠道疾病等健康问题。本次实践活动主要针对物理污染和简单的化学污染进行检测与处理。 （二）水质检测的核心指标 水质的优劣可以通过一系列指标来判断，结合九年级化学知识和实践操作的可行性，我们选取物理指标和简易化学指标作为检测重点，这些指标能直观反映水样的基本状况，且检测方法简单、易操作。 物理指标：主要包括外观、气味、浑浊度。清洁的饮用水应无色、无味、透明，无悬浮杂质；若水样呈现黄色、褐色等颜色，有异味、浑浊，说明水中含有较多悬浮或胶体杂质。 （三）净水的核心原理 针对水中不同类型的杂质，常用的净水方法有沉淀、过滤、吸附、消毒等，本次自制净水器主要运用沉淀、过滤、吸附三种核心方法，这三种方法属于物理净水方法，不改变水中物质的化学性质，仅通过物理作用将杂质与水分离。 沉淀：分为自然沉淀和加絮凝剂沉淀。自然沉淀是利用杂质的重力作用，使悬浮在水中的较大颗粒杂质沉降到水底，适用于去除颗粒较大的悬浮杂质；加絮凝剂沉淀是向水中加入明矾等絮凝剂，明矾溶于水后形成的胶状物能吸附水中的悬浮杂质，使杂质聚集在一起，形成较大的颗粒，加快沉降速度。 过滤：利用滤纸、细沙、小卵石等多孔材料，将不溶于水的固体杂质与水分离，是除去水中悬浮固体杂质的核心方法。过滤操作的关键是形成稳定的过滤层，让水通过多孔材料，而固体杂质被截留在材料表面，过滤能除去水中的悬浮杂质和部分胶体杂质，使水变得澄清。 吸附：利用活性炭、木炭等具有疏松多孔结构的物质，吸附水中的色素、异味、部分可溶性杂质和微小的胶体杂质。活性炭的吸附性最强，其疏松多孔的结构使其具有巨大的表面积，能快速吸附水中的有害物质，是净水过程中去除色素和异味的关键材料。 三、水质的简易检测方法 本次实践活动选取自来水、河水（或湖水、池塘水）、矿泉水、瓶装纯净水四种常见水样进行对比检测，检测过程中严格遵守实验操作规范，做好数据记录，确保检测结果的准确性。所有检测操作均在烧杯中进行，每种水样取 200mL，贴好标签，避免混淆。 （一）物理指标检测 外观与气味检测：取待测水样于洁净的烧杯中，在自然光下观察水样的颜色，记录是否有悬浮杂质、浑浊现象；用手轻轻扇动烧杯口，使少量气体飘入鼻孔，闻水样的气味，记录是否有异味（如腥味、臭味、漂白粉味等）。清洁的自来水应无色透明、无悬浮杂质，有轻微的漂白粉味（消毒残留）；矿泉水无色透明，无异味；河水、湖水通常会有轻微浑浊，可能含有少量悬浮杂质，有淡淡的腥味。 浑浊度对比：将四种水样分别倒入规格相同的透明烧杯中，置于同一水平面上，对比水样的澄清程度，用 “澄清”“微浑”“浑浊” 进行描述并记录。 （二）化学指标检测 硬水与软水检测：取 50mL 待测水样于烧杯中，加入 2~3 滴肥皂水，用玻璃棒搅拌，观察产生泡沫的多少和浮渣的情况。若产生大量泡沫，浮渣很少，说明水样为软水；若泡沫很少，产生大量浮渣，说明水样为硬水。记录每种水样的泡沫和浮渣情况，硬水程度可分为 “无硬水”“轻度硬水”“中度硬水”“重度硬水”。 （三）检测数据整理与分析 将所有检测结果整理在表格中，对比不同水样的指标差异，分析水样水质优劣的原因。 根据检测结果，总结不同水样的水质特点，判断哪些水样可直接饮用，哪些水样需要进一步净化处理，为后续自制净水器的设计提供依据。 四、自制简易净水器的设计与制作 （一）设计思路 自制简易净水器的核心是依据 “沉淀→过滤→吸附” 的净水顺序，合理搭配净水材料，构建多层过滤吸附结构，使浑浊的水样依次通过不同层次的材料，逐步除去水中的悬浮杂质、胶体杂质、色素和异味。净水器的整体结构应满足水流速度适中、过滤吸附充分、操作简单、材料易得的原则，选用生活中常见的废旧材料作为净水器的外壳，选用天然、易得的材料作为净水层，实现变废为宝和实践创新的结合。 净水器的净水层从下到上（水流方向为从上到下，材料摆放为从下到上）应遵循 “细→粗→细” 的原则，底层放置细密的吸附材料，中层放置过滤材料，上层放置粗颗粒的沉淀过滤材料，每层之间用棉花隔开，防止不同材料混合，影响净水效果。 （二）材料准备 外壳材料：选用废旧的塑料矿泉水瓶（或饮料瓶），容量 500mL~1000mL 为宜，要求瓶身完好，无破损、漏水；也可选用废旧的塑料杯，底部打孔后作为外壳。 净水材料：小卵石（粗颗粒，直径 1~2cm）、细沙（细颗粒，洗净晾干）、活性炭（颗粒状，净水专用，若没有可用木炭代替）、明矾（絮凝剂，辅助沉淀）、棉花（医用脱脂棉或普通棉花，洗净晾干）、滤纸（可选，增强过滤效果）。 辅助材料：剪刀、美工刀、胶带、吸管（或细塑料管，用于引流）、打孔器（或铁钉、锤子，用于打孔）、烧杯（用于接水）、记号笔（用于标记）。 所有材料提前处理：小卵石、细沙用蒸馏水或自来水洗净，晾干后除去表面的灰尘和杂质；活性炭放在清水中浸泡片刻，洗净表面的粉末；棉花洗净后晾干，避免含有杂质；塑料瓶提前清洗干净，擦干水分。 （三）制作步骤 处理外壳：用剪刀或美工刀将塑料矿泉水瓶的上半部分（瓶口向下约 1/3 处）剪开，注意操作安全，避免划伤手；将剪开的上半部分倒置，作为净水器的进水口，下半部分作为储水层，倒置的上半部分放入下半部分中，形成漏斗状的过滤结构。若塑料瓶底部无孔，用打孔器或铁钉在底部打 3~5 个小孔，小孔直径适中，既保证水能顺利流出，又能防止净水材料从孔中漏出。 铺设底层过滤层：在塑料瓶底部的小孔上方，铺设一层棉花，棉花的厚度约 1cm，用玻璃棒轻轻压实，确保棉花覆盖所有小孔，防止后续的净水材料漏出。这层棉花作为第一层过滤，能截留水中微小的悬浮杂质。 铺设吸附层：在棉花层上方，铺设一层颗粒状活性炭，活性炭的厚度约 3~4cm，用玻璃棒轻轻铺平，不要用力压实，保持活性炭的疏松状态，保证水流能顺利通过，充分发挥活性炭的吸附作用。这层是净水器的核心吸附层，用于除去水中的色素、异味和部分可溶性杂质。 铺设中层过滤层：在活性炭层上方，再铺设一层棉花，厚度约 0.5cm，将活性炭与后续的细沙层隔开，防止细沙进入活性炭层，堵塞活性炭的孔隙；接着在棉花层上方铺设细沙，细沙的厚度约 3~4cm，用玻璃棒轻轻铺平，细沙层能除去水中的悬浮杂质和胶体杂质，使水变得澄清。 铺设上层过滤层：在细沙层上方，再铺设一层棉花，厚度约 0.5cm，隔开细沙与小卵石层；最后在棉花层上方铺设小卵石，小卵石的厚度约 4~5cm，用玻璃棒轻轻铺平，小卵石为粗颗粒过滤材料，能除去水中颗粒较大的悬浮杂质，如泥沙、树叶等，同时减缓水流速度，使水样在下层过滤吸附层中停留的时间更长，净水效果更好。 安装引流装置：在塑料瓶侧面的中下部，用打孔器打一个小孔，将吸管的一端插入孔中，用胶带密封接口处，防止漏水，吸管的另一端作为出水口，用于引流净化后的水。若没有吸管，可直接通过塑料瓶底部的小孔接水。 固定与整理：用胶带将净水器的上下两部分固定，防止使用过程中脱落；将制作好的净水器放在铁架台上，或用支架支撑起来，下方放置烧杯，用于承接净化后的水，完成简易净水器的制作。 （四）净水器的优化与改进 制作完成后，可根据实际情况对净水器进行优化，提升净水效果： 若过滤后的水仍有轻微浑浊，可在细沙层和活性炭层之间增加一层滤纸，滤纸能截留更微小的悬浮杂质，增强过滤效果；也可适当增加细沙层的厚度，减缓水流速度。 若净化后的水仍有异味，可增加活性炭层的厚度，或更换吸附能力更强的活性炭，同时保证活性炭层的疏松状态，避免压实后影响吸附效果。 若水样浑浊度极高，可在进水口处先加入少量明矾，搅拌均匀后再倒入净水器，利用明矾的絮凝作用，先将水中的悬浮杂质沉淀，再进行过滤吸附，提升整体净水效果。 若净水器漏水，用胶带重新密封漏水处，确保各层材料之间的棉花铺设紧密，防止材料混合和水流渗漏。 五、净水器的净水效果检验 将之前检测过的浑浊水样（如河水、湖水）倒入自制的简易净水器中，控制水流速度，让水样缓慢通过各层净水材料，用洁净的烧杯承接净化后的水样，待收集到一定量的净化水后，按照第三部分的水质检测方法，对净化后的水样进行再次检测，对比净化前后水样的物理和化学指标，检验净水器的净水效果。 （一）物理指标对比 观察净化后水样的外观、气味、浑浊度，与净化前的水样对比。理想的净水效果应使水样从浑浊变为澄清，颜色从有色变为无色，异味消失，无悬浮杂质。若净化后的水样仍有轻微浑浊或异味，分析原因并对净水器进行再次优化，如增加过滤层、更换活性炭等。 （二）化学指标对比 检测净化后水样的硬水软水情况、氯离子含量，与净化前的水样对比。注意：本次自制净水器采用的是物理净水方法，无法除去水中的可溶性钙、镁化合物和氯离子，因此净化后水样的硬度和氯离子含量基本不会发生变化，这是正常现象。若需要除去可溶性杂质，需采用蒸馏、离子交换等化学方法，这将在后续的化学学习中探讨。 （三）净水效果总结 根据检测结果，总结自制净水器的净水能力，明确其能除去的杂质类型和不能除去的杂质类型，理解简易净水器的适用范围。本次自制的净水器主要适用于除去水中的悬浮杂质、胶体杂质、色素和异味，可将浑浊的天然水净化为澄清、无味的水，但净化后的水仍含有可溶性杂质，并非纯净物，不能直接饮用，若要达到饮用标准，还需要进行消毒处理（如煮沸、加漂白粉等）。 学科网（北京）股份有限公司 学科网（北京）股份有限公司 学科网（北京）股份有限公司 学科网（北京）股份有限公司 $