第2章跨学科实践活动2自制净水器--2026-2027学年九年级化学沪教版上册

该初中化学课件围绕水净化的过滤、吸附、沉淀原理及协同作用展开，通过“原理学习-方法对比-自制装置-探究影响因素”的学习支架，帮助学生从理论理解过渡到实践应用，构建完整的水净化知识体系。 其亮点在于以跨学科实践活动为核心，通过小组合作设计制作净水器并互评（科学探究与实践），运用控制变量法探究材料厚度等因素对净水效率的影响（科学思维），结合安全注意事项和课后拓展任务培养环保意识（科学态度与责任）。学生能提升动手与探究能力，教师可获得系统的教学方案与评价工具。

自制净水器 初中化学跨学科实践活动 2 28.06.2026 同学们好，欢迎来到今天的化学跨学科实践活动课。我们今天要一起动手制作一个属于自己的净水器，通过这个活动，大家不仅能学到水的净化原理，还能体验科学探究的完整过程。让我们开始这段有趣的探索之旅吧！ 1 实验原理 水净化的基本原理 水净化主要依靠过滤、吸附、沉淀三种基本原理协同作用。理解这些原理是设计有效净水装置的理论基础。 过滤原理 利用石英砂、棉花等多孔材料的孔隙结构，拦截水中泥沙、悬浮物等固体杂质，孔隙越小 过滤精度越高。 吸附原理 活性炭具有发达的微孔结构和巨大比表面积，能有效吸附水中的色素、异味、部分有机物 和余氯。 沉淀原理 静置条件下水中密度较大的悬浮颗粒在重力作用下自然沉降到容器底部，实现固液初步分 离。 协同作用 三种原理在净水过程中协同作用，单一方法难以达到理想效果，需合理组合多种材料形成 多级净化系统。 活性炭微观结构电镜图 · 展示多孔吸附特性 28.06.2026 那么水是怎么被净化的呢？主要有三种原理。第一是过滤，就像我们用筛子筛东西一样，用多孔材料把水中的固体杂质拦住。第二是吸附，活性炭有很多微小孔隙，能把水中的色素、异味分子'吸'住。第三是沉淀，让水中的悬浮物慢慢沉到底部。我们制作的净水器就是综合运用这些原理来净化水的。 2 化学实验 · 生活应用 常见净水方法对比 煮沸法 将水加热至 100℃沸腾，可杀灭大部分细菌病毒，操作简单成本低，但无法去除溶解性杂质和水 垢。 沉淀过滤法 通过静置沉淀和滤材过滤去除悬浮物和泥沙，自来水厂广泛采用，需配合消毒才能饮用。 活性炭吸附法 利用活性炭去除余氯、异味和部分有机物，改善水的口感，常作为多级净水的中间环节。 蒸馏法 将水汽化后冷凝收集，可去除几乎所有杂质得到纯水，但能耗高产量低，多用于实验室和特殊用 途。 核心洞察： 不同净水方法各有特点和适用场景。了解各方法特点有助于根据需求选择合适的净 水方案。 图：家用净水器多级滤芯结构示意 28.06.2026 除了我们今天要做的简易净水器，生活中还有很多净水方法。煮沸是最简单的杀菌方法，但不能去除杂质。自来水厂用沉淀、过滤、消毒等工艺。家里用的净水器通常有 PP 棉、活性炭、RO 膜等多级过滤。海水淡化则用蒸馏或反渗透技术。了解这些方法，能帮助我们更好地选择适合自己需求的净水方式。 3 Activity Task 01 活动任务一：自制净水器并交流互评 本任务要求小组合作设计并制作简易净水装置，完成后进行组间交流互评。通过动手实践深化对净水原理的理解，通过互评学习他人设 计思路，培养团队协作能力和科学表达能力。 任务目标 利用提供的材料设计制作一个能正常工作的简易净水装置，实现将浑浊水初步净化的功能。 材料选择 可从石英砂、活性炭、棉花、纱布、小石子等材料中选择合适的组合，说明选用理由。 装置记录 绘制净水装置结构示意图，标注各层材料名称和堆叠顺序，记录制作过程中的关键步骤。 交流互评 完成制作后参与组间展示，依据评价表从净水原理、材料选用、成本、使用效果四个维度进行 互评。 学生小组合作实验场景 28.06.2026 现在我们进入核心实践环节。任务一是每组制作一个净水装置，然后进行组间交流互评。大家需要利用提供的材料，设计并组装一个能正常工作的净水器，记录你们的设计思路和选用材料的理由。完成后，我们会用评价表对各组作品进行分析，看看哪个组的设计最合理、效果最好。 4 评价标准 净水装置评价标准（表 2-8） 评价表从净水原理、选用材料、成本、使用效果四个维度全面评估净水装置。每个维度都有具体的评价要点，帮助学生在制作过程中兼顾科学性、 经济性和实用性，形成完整的质量意识。 净水原理 评价装置是否正确运用过滤、吸附、沉淀等原理，各层材料的功能定位是否清晰合理。 选用材料 评价所选材料是否适合净水目的，搭配是否有逻辑顺序，是否考虑了材料的粒径、孔隙度等特性。 成本控制 评价在保证净水效果的前提下是否合理控制材料用量，是否考虑了材料的经济性和可获得性。 使用效果 评价实际净水效果如浑浊度改善程度、水流速度是否适中、装置是否稳定不易倾倒。 表 2-8 净水装置的分析与评价 各组完成制作后填写此表进行互评 组别 净水原理 选用材料 成本 使用效果 小组 1 待评价 待评价 待评价 待评价 小组 2 待评价 待评价 待评价 待评价 小组 3 待评价 待评价 待评价 待评价 28.06.2026 这是我们的评价表，有四个维度。第一看净水原理，你的设计是否合理运用了过滤、吸附等原理。第二看材料选用，选的材料是否适合、搭配是否科学。第三看成本，是否在保证效果的前提下控制了材料用量。第四看使用效果，实际净水效果如何、水流速度是否合适。待会各组互评时就按这个标准来打分。 5 净水装置设计参考方案 多层过滤结构解析 第一层 小石子 位于装置最上层，颗粒直径约 5-10 毫米，主要拦截 树叶、泥沙等大颗粒杂质，防止下层材料过快堵塞。 拦截大颗粒 第二层 石英砂 颗粒直径约 0.5-2 毫米，过滤细小悬浮物和部分胶体 物质，是净水装置的核心过滤层，厚度建议 3-5 厘 米。 核心过滤层 第三层 活性炭 具有发达微孔结构，吸附水中的色素、异味、余氯和 部分有机物，改善水的口感和气味，厚度建议 2-3 厘 米。 吸附溶解物 核心洞察 典型净水装置采用多层材料堆叠结构，从上到下依次为小石子、石英砂、活性炭、棉花。这种设计遵循从粗到细的过滤逻辑，先拦截大颗粒杂 质，再过滤细小悬浮物，最后吸附溶解性物质，形成逐级净化的完整流程。 28.06.2026 给大家一个参考设计。最上层放小石子，拦截大颗粒杂质；中间层放石英砂，过滤细小悬浮物；下层放活性炭，吸附异味和色素；最底部用棉花或纱布防止材料漏出。这个顺序是有讲究的，从粗到细，先拦截大颗粒再处理小颗粒，最后吸附溶解物。你们可以参考这个思路，也可以有自己的创新设计。 6 实验操作指南 净水装置制作步骤详解 制作过程分为准备材料、组装装置、测试效果、记录整理四个阶段。遵循规范步骤能确保装置正常工作，同时培养严谨的科学实验习惯。 01 准备阶段 清洗塑料瓶并剪去底部，准备小石子、石英砂、活 性炭、棉花等材料，在瓶口处塞入棉花或纱布作为 底层支撑。 02 组装阶段 按从下到上的顺序分层填入材料，每层厚度均匀， 用小棒轻轻压实但不要过度压紧以免阻碍水流通 过。 03 测试阶段 将装置固定在铁架台上，下方放置烧杯接水，缓慢 倒入浑浊水样，观察出水速度和水质的浑浊度变 化。 04 记录阶段 绘制装置结构示意图标注各层材料，记录倒入水 量、出水时间、水质变化等现象，整理制作过程中 的问题和改进想法。 图：学生正在进行简易净水器的组装操作 28.06.2026 制作分四步走。第一步准备材料，检查塑料瓶是否干净、各层材料是否充足。第二步组装装置，按设计顺序分层填入材料，注意每层要压实但不要压得太紧影响水流。第三步测试效果，倒入浑浊水观察出水情况，记录水的变化。第四步整理记录，绘制装置图，写下你们的发现和遇到的问题。 7 SAFETY FIRST 制作过程安全注意事项 实验安全是科学探究的前提。本活动需注意材料清洁、装置稳固、水质判断、场地 清理四个方面。明确简易净水器的出水不可饮用，培养学生正确的安全意识和规范 的实验操作习惯。 1 材料清洁 所有滤材使用前需用清水冲洗，去除表面灰尘和杂质，塑料瓶需彻底清洗晾干，避免引入二 次污染。 2 装置稳固 净水装置需用铁架台固定或放置在平稳桌面，防止倾倒导致水洒出，远离电源和电子设备。 3 水质判断 经过简易净水器处理的水仅用于实验观察，不可直接饮用，如需饮用必须经过煮沸或专业消 毒处理。 4 场地清理 实验结束后及时清理桌面水渍，滤材分类回收处理，清洗使用过的仪器，保持实验室整洁有 序。 实验室安全标识图示 · 规范操作指引 28.06.2026 实验安全很重要。首先，所有材料使用前要清洗干净，避免引入新的污染。其次，装置要固定好，防止倾倒洒出水弄湿桌面或电器。第三，经过简易净水器处理的水不能直接饮用，只能用于观察实验。最后，实验结束后要清理桌面，材料分类回收，养成良好的实验习惯。 8 活动任务二 探究净水效率的影响因素 本任务引导学生运用科学探究方法研究影响净水效率的因素。遵循明确问题、提 出假设、设计实验、收集证据、得出结论的完整流程，培养系统性的科学思维能 力。 探究主题 研究净水方法、装置结构、材料堆叠顺序、水流速度等因素对净水效率的影响，找出关 键影响因素。 探究流程 按照表 2-9 的五个步骤进行，从明确问题开始，逐步完成假设、实验、证据收集和结论 总结。 变量控制 每次实验只改变一个因素，保持其他条件相同，确保实验结果的可靠性和结论的科学 性。 成果形式 完成实验报告，包含探究问题、实验设计、数据记录、分析结论，参与班级交流分享。 图：科学探究方法的标准流程示意图 28.06.2026 完成净水器制作后，我们要进入更深入的探究环节。任务二是研究什么因素会影响净水效率。科学探究有规范的流程，从明确问题开始，到提出假设、设计实验、收集证据，最后得出结论并交流分享。这个流程不仅用于今天的实验，也是科学家研究问题的基本方法。 9 科学探究流程详解（表 2-9） 科学探究五步法 科学探究遵循明确问题、提出假设、设计实验、收集证据、得出结论五个规范步骤。掌握此流程有助于培养严谨的科学态度。 01. 启动阶段 明确问题 · 提出假设 明确问题 将探究方向转化为具体可研究的问题，如“活性炭 厚度对净水效果有什么影响”，问题需清晰可验 证。 提出假设 基于已有知识和经验对问题答案做出推测，如“活 性炭越厚吸附效果越好”，假设需可被实验检验。 02. 实施阶段 设计实验 · 收集证据 设计实验 确定实验变量、控制条件和操作步骤，设计对比 实验方案，确保每次只改变一个因素。 收集证据 按设计方案进行实验，如实记录实验现象和数 据，可拍照、绘图、列表格等多种方式记录。 03. 总结阶段 得出结论 · 交流分享 得出结论 分析实验数据验证假设是否成立，总结规律形成 结论，如“活性炭厚度在 2-3 厘米时效果最佳”。 交流分享 向全班汇报探究过程和结果，听取他人意见，讨 论实验中的不足和改进方向。 28.06.2026 我们来看探究流程的五个步骤。第一步明确问题，比如'材料厚度会影响净水效果吗'。第二步提出假设，基于已有知识猜测答案。第三步设计实验，确定怎么验证假设。第四步做实验收数据，如实记录现象。第五步分析数据得出结论，和同学分享讨论。这五步环环相扣，缺一不可。 10 EXPERIMENT DESIGN 可探究的影响因素建议 净水效率受多种因素影响，学生可选择材料厚度、堆叠顺序、水流速度、材料种类等方向进行探究，在开放探究中保留自主设计空间。 材料厚度因素 探究活性炭或石英砂的厚度对净水效果 的影响，寻找最佳厚度平衡点。 堆叠顺序因素 研究不同材料上下顺序（如活性炭在石 英砂上方或下方）对净化效果的影响。 水流速度因素 探究倒水速度快慢的影响，假设水流越 慢接触时间越长净化效果越好。 材料种类因素 比较不同滤材组合（如单用石英砂 vs 组合滤材）的效果差异，分析各材料作 用。 实验设计原则 ① 控制变量：每次只改变一个因素，其他条件保持一致 ② 设置对照：至少设置一组对照实验进行对比观察 ③ 重复实验：每组实验重复3次以上，取平均值 ④ 记录数据：使用表格记录浊度、pH、过滤时间等数据 效果评价维度 澄清度 目视比色法 过滤速率 计时测量 pH变化 pH试纸 异味去除 感官评价 28.06.2026 给大家几个探究方向的建议。可以研究材料厚度，比如活性炭放多厚效果最好。可以研究堆叠顺序，活性炭放在上层还是下层更好。可以研究水流速度，倒水快慢对净化效果有影响吗。还可以研究材料种类，不同滤材组合效果有什么差异。选一个你们组感兴趣的方向深入研究。 11 EXPERIMENTAL DESIGN 控制变量法在实验设计中的应用 控制变量法是科学实验的核心方法，要求每次实验只改变一个研究变量，保持其 他条件完全相同。这样才能确保实验结果的差异确实由研究变量引起，而非其他 因素干扰。 变量定义 实验中需要改变的因素称为自变量（如活性炭厚度）；需要测量的结果称为因变量（如 出水浑浊度）。 控制条件 除自变量外，水量、水质、装置结构、环境温度等其他条件必须保持一致，避免干扰实 验结果。 对比设计 至少设置两组实验，一组为对照组保持常规条件，一组为实验组改变自变量，通过对比 得出结论。 重复验证 重要实验应重复多次，取平均值或观察一致性，减少偶然误差，提高结论的可信度和科 学性。 图：控制变量法实验设计原理示意图 保持单一变量，控制其他条件一致 28.06.2026 做对比实验有个重要原则叫控制变量。意思是每次实验只改变一个因素，其他条件都保持一样。比如研究活性炭厚度的影响，那两组实验的水量、水质、其他材料都要相同，只有活性炭厚度不同。这样如果结果有差异，才能确定是厚度造成的，而不是其他因素干扰。 12 实验指导 实验记录表设计与填写指导 "规范的实验记录是科学探究的重要环节。记录表应包含实验 组别、变量设置、现象观察、效果评价等关键信息，引导学 生系统性地收集实验证据。" 基本信息 记录实验日期、小组成员、探究问题，便于追溯实验背景和明确研究目 标，形成完整的实验档案。 变量设置 清晰标注自变量是什么、如何改变，控制变量有哪些、如何保持，确保实 验设计可被他人复现。 现象记录 如实描述倒入水量、出水时间、水的颜色变化、有无沉淀等现象，可配合 照片或示意图增强记录效果。 效果评价 对净水效果进行定性或定量评价，如浑浊度等级、与对照组比较等，为得 出结论提供数据支撑。 实验记录表模板 记录项目 实验组 A 实验组 B 自变量设置 待填写 待填写 控制变量 待填写 待填写 出水时间 待填写 待填写 水质变化 待填写 待填写 用于记录对比实验的关键数据和现象 28.06.2026 这是实验记录表的模板。每组实验要记录清楚改变了什么条件、保持了什么条件相同、观察到什么现象、效果如何评价。可以用文字描述，也可以画图或拍照。记录要真实准确，不能随意修改数据。好的记录是得出正确结论的基础，也是交流分享时的重要依据。 13 PROCESS 成果交流与互评安排 成果交流是探究活动的重要环节，通过展示分享促进相互学习。每组限时展示探究全过程，其他同学参与提问评价，形成开放的学习共同体。 展示内容 每组 3 分钟，介绍探究问题、实验设计、关键发现、最终结论，可配合装置实物、实验记录、照片等 辅助展示 互动提问 其他小组可针对实验设计、数据解读、结论合理性等方面提问，展示组需现场回应并解释 评价方式 依据探究流程完整性、实验设计科学性、数据记录规范性、结论合理性等维度进行组间互评打分 奖项设置 设立最佳设计奖、最佳探究奖、最佳合作奖、最佳展示奖等多个奖项，鼓励不同维度的优秀表现 学生课堂成果展示与汇报现场 28.06.2026 探究完成后，每组有 3 分钟时间展示你们的成果。要讲清楚探究的问题是什么、怎么设计的实验、发现了什么、得出什么结论。其他同学要认真听，可以提问也可以提建议。我们会评选出最佳设计奖、最佳探究奖、最佳合作奖，希望大家都能积极参与，从彼此身上学习。 14 SUMMARY 课程总结与学习收获 通过自制净水器活动，学生在知识、技能、素养三个维度均有收获。 知识收获 理解过滤、吸附、沉淀等净水原理，了解常见净水方法的特点和适用场景，建立水净化的系统知 识框架。 技能收获 掌握简易净水装置的设计制作方法，学会运用控制变量法设计对比实验，提升动手操作和实验设 计能力。 素养收获 培养珍惜水资源的环保意识，体验小组合作的团队力量，形成严谨求实的科学态度和规范的操作 习惯。 延伸思考 思考如何将所学知识应用于生活，如家庭用水净化、野外生存取水等，建立知识与生活的联系。 "为后续学习和生活实践奠定坚实基础，实现从知识到素养的跨越。" 学生完成的净水装置实验成果展示 28.06.2026 让我们来总结一下今天的收获。知识上，我们学习了水净化的原理和方法。技能上，我们亲手制作了净水器，设计了探究实验。素养上，我们培养了环保意识、合作精神和科学思维。这些收获不仅适用于化学学习，也能帮助我们更好地理解和参与生活中的科学问题。 15 HOMEWORK & TASKS 课后拓展任务与作业 课后任务将课堂学习延伸至课外实践，设置基础巩固与拓展探究两个层次。基础任务确保 核心知识内化，拓展任务鼓励深度探究，培养持续探索的科学精神。 1 基础任务 完善实验报告，整理探究问题、实验设计、数据记录、分析结论，形成完整的书面报告下节课 提交。 2 调查任务 了解家庭所用净水设备的类型和工作原理，记录滤芯更换周期和成本，分析其净水效果与经济 性。 3 拓展任务 调研当地自来水厂的水处理工艺流程，了解从水源到龙头水经历了哪些净化步骤，绘制流程 图。 4 创新任务 尝试改进净水装置设计，如增加过滤层数、更换材料组合、优化结构设计等，验证改进效果并 记录。 家庭净水设备安装与使用场景示意 28.06.2026 课后给大家留几个任务。基础任务是完善实验报告，把今天的探究过程整理成完整报告。拓展任务可以研究家庭净水器的滤芯更换周期，或者调查当地自来水厂的处理工艺。有兴趣的同学还可以尝试改进你们的净水装置，看看能不能让效果更好。下节课我们会分享大家的课后成果。 16 感谢聆听 28.06.2026 今天的课就到这里。感谢大家的积极参与和精彩表现！希望这次自制净水器的活动能让大家对化学、对科学探究产生更浓厚的兴趣。记住，科学就在我们身边，保持好奇心，勇于动手尝试，你们都能成为小小科学家。下课！ 17 $