跨学科实践活动8 空间站中“再生生保系统”方案设计 教学设计-2025-2026学年九年级化学鲁教版下册

《跨学科实践活动8 空间站中“再生生保系统”方案设计》教学设计 一、课题信息 年级：九年级 学科：化学 版本：鲁教版下册 课题：跨学科实践活动8 空间站中“再生生保系统”方案设计 课时：1课时 二、教学目标 1. 化学观念： 理解物质循环与资源再利用的重要性，建立“元素守恒”与“物质转化”的核心观念，认识其在空间站资源管理中的关键作用。 体会化学反应在实现物质再生中的功能（如水的分解与合成），无需方程式描述。 2. 科学思维： 运用系统思维分析空间站的资源流动路径，构建“输入-处理-输出”的闭环模型。 通过比较不同技术方案，培养优化设计的批判性思维与创新意识。 3. 科学探究与实践： 设计简易再生系统模型，体验工程设计与问题解决的实践过程。 基于证据（如技术可行性、资源效率）提出改进方案，提升综合实践能力。 4. 科学态度与责任： 感悟航天科技中的创新精神与严谨态度，增强科技探索的责任感。 关注资源循环的环保意义，树立可持续发展理念与社会责任感。 三、教学重难点 重点：理解再生生保系统的基本原理，设计资源循环方案。 难点：整合跨学科知识，构建系统性思维解决复杂资源管理问题。 四、教学准备 多媒体资源：中国空间站再生系统运作动画、物质转化流程图、资源循环技术对比图表。 实验器材：简易过滤装置模型（如活性炭过滤器）、物质流动演示板（可移动组件）。 学生活动单：再生系统方案设计表、资源流程图绘制模板、技术选择卡片。 其他：分组材料（纸板、管道、彩色标签等用于模型搭建）、航天科技案例资料。 五、教学过程 （一）情境导入，激发兴趣（5分钟） 1. 播放中国空间站资源再生系统视频，提问： “航天员长期驻留太空，如何解决水、氧气和食物资源短缺问题？” 2. 引出课题：设计“再生生保系统”，实现资源循环利用，保障航天员生存需求。 （二）知识铺垫，构建基础（10分钟） 1. 资源循环原理： 讨论地球上的资源循环案例（如植物光合作用、水循环），类比空间站的资源再生需求。 强调核心思想： “物质不会消失，而是通过技术手段不断转化再利用” 。 2. 关键技术简介： 展示尿液净化流程：尿液→过滤→净化→饮用水（描述物理与化学处理步骤）。 氧气再生：通过技术将水或其他物质转化为氧气。 二氧化碳处理：转化为可用资源或排出（如与氢气反应产生其他物质）。 （三）项目探究：方案设计（15分钟） 1. 任务发布：小组合作设计微型空间站再生系统方案，包含： 核心模块：水循环（尿液/废水→净化→饮用水）、氧气再生（从水或二氧化碳获取）。 可选模块：废物处理（如食物残渣利用）、能量回收（如剩余能量再利用）。 2. 设计步骤： 步骤1：绘制资源流程图，用箭头和文字描述物质流动路径（如“尿液→过滤装置→饮用水”）。 步骤2：选择技术手段（如过滤、吸附、化学反应转化），用文字说明原理。 步骤3：评估可行性：考虑质量、体积、能耗、安全性等因素，标注优势与潜在问题。 3. 工具支持：提供技术卡片（如“反渗透膜：高效过滤微小杂质”“电解技术：将水分解为氢气和氧气”）。 （四）方案展示与优化（8分钟） 1. 小组汇报：用流程图和模型图展示方案，重点阐述： 资源如何闭环流动； 关键技术的原理与优势； 创新点（如废物再利用、节能设计）。 2. 质疑与改进： 其他组提问（如“净化后的水是否安全？”“如何降低电解技术的能耗？”）。 小组根据反馈调整方案，优化科学性与实用性。 （五）总结提升，责任内化（7分钟） 1. 知识升华： 总结再生系统的核心： “通过技术让物质循环流动，实现资源永续利用” 。 关联地球环保：如城市污水再利用、碳中和目标，强调“太空技术”与“可持续发展”的联系。 2. 责任渗透： 讨论：“作为未来科学家或公民，如何用所学知识解决地球资源问题？”（如节水技术、废物回收）。 六、作业与拓展 1. 实践作业：用废旧材料制作再生系统微缩模型，录制视频解释设计思路。 2. 探究任务：对比国际空间站与中国空间站的再生技术，分析技术特点与优势。 3. 行动倡议：设计校园节水方案，向全校宣传资源循环理念，撰写倡议书。 七、板书设计 跨学科实践活动8 空间站再生生保系统方案设计 一、核心原理：物质循环与资源再生 水循环：尿液/废水 → 净化 → 饮用水（过滤、化学处理） 氧气再生：水分解 → 氧气；二氧化碳转化 → 氧气 二、系统设计：输入-转化-输出 模块：水、气、废物、能量 技术：物理分离、化学转化、生物降解 三、责任：航天智慧服务地球，守护共同家园 八、教学评价 1. 过程性评价： 方案设计是否体现物质循环与资源守恒理念； 模型设计的创新性与可行性评估； 小组合作中的沟通与协作表现。 2. 终结性评价： 模型与视频能否清晰表达资源流动逻辑； 倡议书的科学性与传播价值。 3. 素养评价： 批判性思维（技术对比与优化）； 社会责任意识（环保行动倡议）。 九、教学反思 1. 是否有效帮助学生建立系统思维？是否需要增加流程图绘制指导？ 2. 技术卡片是否足够支持学生理解关键原理？是否需要更直观的案例？ 3. 社会责任讨论能否引发行动意愿？可补充现实环保案例增强共鸣。 学科网（北京）股份有限公司 $