跨学科实践活动3 水质检测及自制净水器教案-2025-2026学年九年级化学人教版上册

跨学科实践活动3 水质检测及自制净水器 教学目标与教学重难点 内容要求 一、四维核心素养 化学观念：通过水质检测与净水器制作，认识水的组成、杂质类型及净化原理，建立 “物质的性质决定用途，用途反映性质” 的核心观念，理解过滤、吸附、沉淀等净化方法的化学本质，形成 “水资源保护与合理利用” 的可持续发展意识。 科学思维：运用观察、比较、分析、归纳等方法，探究不同净化材料的作用差异，设计并优化净水器结构，培养证据推理、模型认知与创新思维能力，学会用科学视角分析生活中的水质问题。 科学探究与实践：亲历 “取样 — 检测 — 分析 — 制作 — 检验 — 改进” 的完整探究过程，肥皂水检测水质的基本操作，提升实验设计、动手操作与问题解决能力。 科学态度与社会责任：关注身边水质状况，认识水污染的危害与净水的重要性，树立 “节约用水、爱护水资源” 的责任意识，养成科学、严谨、环保的生活态度，增强社会责任感。 二、重难点 教学重点：掌握水质检测的基本方法（硬水与软水鉴别）；理解沉淀、过滤、吸附、消毒等净水原理；能利用生活材料设计并制作简易净水器，检验其净水效果。 教学难点：将化学知识与生活实际结合，分析不同净化材料（如石英砂、活性炭、小卵石）的作用机制及净水器分层结构的合理性；在实践中发现并解决问题，优化净水器设计，提升净水效率；培养跨学科整合能力，将化学、生物、物理知识（如过滤、渗透、吸附）应用于水质净化实践。 教学过程 （一）情境导入，激发探究兴趣 上课伊始，教师展示两组对比图片：一组是清澈的山泉、干净的自来水，另一组是浑浊的河水、受污染的生活污水，同时播放一段 “某地区因水质问题影响居民生活” 的短视频，引发学生思考：“我们日常饮用的水是如何从浑浊变得清澈的？身边的水质是否达标？如何用简单的方法净化污水？” 随后，教师提出核心问题：“水是生命之源，但自然界中的水往往含有泥沙、细菌、可溶性杂质等，直接饮用会危害健康。今天，我们就化身‘水质检测员’和‘净水工程师’，一起探究水质检测的方法，并用生活中的材料自制净水器，解决身边的水质问题。” 通过真实情境与核心问题，激发学生的探究欲望，明确本节课的学习目标与任务。 （二）知识铺垫，夯实探究基础 1. 回顾旧知，关联新知 教师引导学生回顾九年级上册已学的水的相关知识：“我们之前学习了水的组成，知道水是由氢元素和氧元素组成的，还学习了水的净化方法，谁能回忆一下，水的净化有哪些基本步骤？” 学生自由发言，教师梳理并板书：沉淀→过滤→吸附→消毒。 接着，教师补充：“这些方法分别能去除水中的哪些杂质？沉淀可以去除大颗粒不溶性杂质，过滤能去除小颗粒不溶性杂质，吸附主要去除色素和异味，消毒则能杀灭细菌和病毒。今天，我们不仅要掌握这些方法的原理，还要学会用实验检测水质，并用生活材料制作净水器，将理论知识转化为实践能力。” （三）分组实践，开展水质检测 1. 分组分工，明确任务 将学生分成 6-8 人一组，每组推选组长 1 名，负责统筹安排；操作员 2-3 名，负责实验操作；记录员 1 名，负责记录实验现象与数据；汇报员 1 名，负责后续小组汇报。教师发放实验器材与材料：肥皂水、玻璃棒、烧杯、试管、滴管、矿泉水瓶（剪去底部）、不同水样（自来水、河水、矿泉水、煮沸后的自来水、模拟污水）等，强调实验纪律与安全注意事项。 2. 动手操作，检测水质 硬水软水鉴别：取等量的不同水样于试管中，加入等量肥皂水，充分振荡，观察并记录泡沫和浮渣的多少，判断水样是硬水还是软水。 教师巡视各小组实验情况，及时指导操作不规范的学生，如：玻璃棒蘸取水样后要擦拭干净再蘸取另一种水样，避免交叉污染；加入肥皂水时要控制用量，保证等量等。同时，鼓励学生观察实验中的异常现象， “河水的浮渣为何比自来水多？”，引导学生思考现象背后的原因。 （四）探究净水原理，设计净水器方案 1. 探究净化材料的作用 教师展示生活中常见的净水材料：小卵石、石英砂、活性炭、蓬松棉、纱布，提问：“这些材料分别能去除水中的哪些杂质？它们的净化原理是什么？” 引导学生结合已学知识，分组讨论： 小卵石：颗粒较大，间隙大，主要去除水中的大颗粒不溶性杂质（如泥沙、石块），起到初步过滤的作用。 石英砂：颗粒较小，间隙小，能去除水中的小颗粒不溶性杂质，进一步过滤，弥补小卵石过滤的不足。 活性炭：具有疏松多孔的结构，表面积大，具有很强的吸附性，能吸附水中的色素、异味和部分可溶性杂质。 蓬松棉、纱布：质地细密，能过滤微小的不溶性杂质，同时防止净化材料泄漏，起到隔离和过滤的双重作用。 教师通过演示实验验证活性炭的吸附性：向装有红墨水的烧杯中加入适量活性炭，振荡，观察到红墨水的颜色逐渐变浅直至消失，证明活性炭的吸附作用，加深学生对吸附原理的理解。 2. 设计净水器结构方案 教师提出任务：“利用这些生活材料，设计一个简易净水器，要求能依次实现沉淀、过滤、吸附的净化效果，尽可能提升净水效率。请各小组结合材料的作用，设计净水器的分层结构，并画出设计图，标注每层材料的名称与作用。” 各小组展开热烈讨论，结合材料的颗粒大小（小卵石颗粒最大，石英砂次之，活性炭颗粒较小，蓬松棉最细密），设计分层结构：一般遵循 “从上到下，颗粒由大到小” 的原则，即最上层放小卵石（初步过滤大颗粒杂质），中间层放石英砂（过滤小颗粒杂质），下层放活性炭（吸附色素和异味），最底部和各层之间用蓬松棉、纱布隔开（防止材料泄漏，进一步过滤）。 教师巡视各小组的设计方案，针对不合理的设计（如活性炭放在上层、颗粒顺序颠倒等）进行引导：“如果把活性炭放在上层，大颗粒杂质会堵塞活性炭的孔隙，降低吸附效果，应该如何调整？”“各层之间为什么要用纱布隔开？” 引导学生优化设计方案，确保结构合理。各小组完善设计图后，汇报设计思路，教师点评并肯定合理的设计，鼓励创新。 （五）动手制作，组装简易净水器 1. 发放材料，明确制作步骤 教师发放制作材料：剪去底部的矿泉水瓶（作为净水器外壳）、小卵石、石英砂、活性炭、蓬松棉、纱布、剪刀、橡皮筋等，讲解制作步骤： 处理矿泉水瓶：将矿泉水瓶底部剪去，瓶口朝下，作为净水器的过滤容器，在瓶口处塞一团蓬松棉，用橡皮筋固定，防止净化材料从瓶口漏出。 分层铺设材料：按照设计方案，从下到上（或从上到下，根据设计调整）依次铺设纱布、石英砂、纱布、活性炭、纱布、小卵石，每层材料之间用纱布隔开，确保材料分布均匀，不留空隙。 检查密封性：轻轻晃动净水器，检查各层材料是否稳定，纱布是否固定牢固，避免材料泄漏。 2. 分组制作，教师指导 各小组根据设计方案，分工合作进行制作：有的负责裁剪纱布，有的负责铺设材料，有的负责固定蓬松棉，教师巡视指导，重点关注： 材料铺设的顺序是否正确，颗粒大小是否遵循 “由大到小” 的原则； 纱布是否将各层材料完全隔开，避免材料混合； 蓬松棉是否塞紧，防止净化后的水携带杂质流出。 对于制作过程中出现的问题，如 “小卵石铺设太厚，水流速度太慢”“活性炭用量太少，吸附效果不明显”，教师引导学生分析原因，及时调整：“小卵石太厚会阻碍水流，可适当减少用量；活性炭的吸附效果与用量有关，可适当增加活性炭的厚度，提升吸附能力。” 鼓励学生大胆尝试，在实践中优化净水器结构。 3. 完成制作，展示成果 各小组完成净水器制作后，给净水器贴上小组标签，展示各自的作品，教师组织学生观察不同小组的净水器结构差异，如 “有的小组在小卵石上层加了一层纱布，有的小组增加了活性炭的层数”，肯定学生的创新设计，激发学生的成就感。 （六）检验净水效果，优化改进方案 1. 检验净水效果 教师发放模拟污水（含有泥沙、红墨水、肥皂水的混合液），各小组将模拟污水倒入自制净水器的顶部，让水自然流下，用烧杯收集净化后的水，对比净化前后水样的外观、颜色、气味，并再次进行硬水软水鉴别，记录净化效果： 外观对比：观察净化前污水浑浊、有颜色、有异味，净化后的水是否变得清澈、无色、无异味； 硬水软水鉴别：用肥皂水检测净化后水的泡沫和浮渣情况，判断硬水是否得到改善。 各小组记录员详细记录检验结果，小组内讨论：“我们的净水器净化效果如何？哪些方面做得好？哪些方面还需要改进？” 2. 分析问题，优化改进 教师邀请各小组汇报净水效果，分享遇到的问题与改进思路，常见问题及改进方法如下： 问题 1：水流速度太慢，净化效率低。 改进方法：减少小卵石、石英砂的铺设厚度，增大材料间隙；或在材料中适当加入少量蓬松棉，避免材料过于紧密。 问题 2：净化后的水仍有轻微颜色或异味。 改进方法：增加活性炭的用量和层数，延长水与活性炭的接触时间；或选用颗粒更细、吸附性更强的活性炭。 问题 3：净化后的水仍有少量悬浮杂质。 改进方法：在石英砂下层增加一层细密的纱布或蓬松棉，进一步过滤微小杂质；确保各层材料铺设均匀，不留空隙。 问题 4：硬水软化效果不明显。 改进方法：向净水器中加入少量煮沸后的草木灰（含碳酸钾，能与钙、镁离子反应生成沉淀），或在净化后将水煮沸，进一步降低水的硬度。 教师对各小组的改进思路给予肯定，强调：“科学探究不是一蹴而就的，需要不断发现问题、分析问题、解决问题，优化方案才能提升效果。自制净水器虽然简单，但蕴含着丰富的化学原理，希望大家能将这种探究精神运用到今后的学习和生活中。” 第 2 页 共4 页 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 学科网（北京）股份有限公司 $