3.5 跨学科实践活动：水的净化与自制净水器教学设计--2026-2027学年九年级化学科粤版上册

该初中化学教学设计聚焦水的净化核心知识，涵盖天然水杂质分类（不溶性、可溶性、微生物），沉淀、过滤、吸附三种净水方法原理，自来水厂净水流程及自制净水器实践。通过生活情境提问（自然界水为何不能直接饮用、生活中净水设备应用）导入，衔接杂质认知、方法探究到实践操作的知识脉络。 该资料以跨学科实践任务驱动为特色，通过“设计—制作—测试—优化”自制净水器主线，融合化学与工程、环境知识，落实科学探究与实践素养。小组实验对比沉淀（明矾吸附）、过滤效果培养科学思维，结合水资源保护渗透科学态度与责任，为教师提供任务式教学支架，助力学生提升动手创新能力与责任意识。

3.5 跨学科实践活动：水的净化与自制净水器（教学设计） 课题 课时安排 教材分析 教材以天然水净化真实情境为载体，循序渐进介绍沉淀、过滤、吸附净水方法，衔接自来水厂净水流程，最终落地自制净水器实践操作，兼顾理论知识与动手实践，是培养学生科学探究与工程实践能力的关键课程。 核心 素养目标 化学观念：认识天然水杂质类型，掌握基础净水原理，建立混合物分离提纯的认知。 科学思维：通过对比不同净水方法效果，学会归纳、分析、优化的科学思维方式。 科学探究与实践：自主完成净水实验与净水器制作，提升动手探究与工程设计能力。 科学态度与责任：感知净水工程价值，树立节约用水、保护水资源、守护饮用水安全的责任意识。 重点 和难点 教学重点：掌握沉淀、过滤、吸附三种核心净水方法的原理与适用范围，熟知自来水厂完整净水流程，掌握简易净水器的制作材料选择与组装逻辑。 教学难点：区分不同净水方法的净化层级，理解材料排布对净水效果的影响，能自主设计、测试并优化自制净水器，构建混合物分离的跨学科实践思维。 教学过程 教学环节 教学活动 设计意图 导入新课 提问学生：自然界的水为何不能直接饮用？水中含有哪些杂质？生活中自来水、纯净水是如何净化得到的？结合生活中净水器、净水设备的应用场景，引发学生思考净水的意义与原理，顺势引出本节课跨学科实践主题，激发学生探究净水方法、动手制作净水器的学习兴趣。 依托生活真实情境创设问题，拉近化学与生活的距离，唤醒学生生活认知，快速聚焦课堂核心内容，激发探究欲，为后续净水原理学习和实践操作奠定情境基础。 讲授新课 任务一：认知天然水的杂质，明确净水必要性 本任务为课堂基础探究任务，核心目标是引导学生区分天然水中的不同杂质类型，理解水的净化的必要性，为后续净水方法学习铺垫理论基础。在课堂开展后，教师首先依托课前展示的天然水样本，引导学生自主观察、对比、总结天然水与纯净水的差异。学生通过肉眼观察可直观发现，河水、井水等天然水较为浑浊，静置后会出现分层现象，而实验室纯净水清澈透明、无明显杂质。 随后教师组织小组讨论，结合生活经验和已有知识，猜测天然水中含有的各类杂质。学生分组交流后汇总观点，教师进行梳理总结，将天然水杂质分为三大类，分别是不溶性固体杂质、可溶性杂质和微生物细菌。其中不溶性固体杂质包含泥沙、悬浮物、枯枝落叶等，这类杂质体积较大，可通过静置、过滤等方式去除；可溶性杂质包含溶于水的矿物质、盐分等，肉眼无法观察，常规简易净化难以去除；微生物包含细菌、病毒等，是导致天然水无法直接饮用的核心原因之一。 在此基础上，教师引导学生深度思考核心问题：为什么天然水不能直接饮用？学生结合杂质类型展开分析，不溶性杂质会让水体浑浊，影响水质观感；可溶性杂质过量会改变水质硬度，长期饮用不利于人体健康；微生物会引发肠胃疾病、感染等健康问题。同时结合当下水资源现状，讲解自然界淡水资源有限，且多数天然水体存在不同程度污染，日常饮用水均需经过专业净化处理，让学生充分认识到水的净化是保障饮水安全、合理利用水资源的重要手段，明确本节课学习的核心价值。 为深化学生认知，教师进一步拓展生活场景，对比雨水、自来水、矿泉水、纯净水的水质差异，让学生明白不同水质的净化标准不同，净化方式和净化程度也存在区别，初步建立“水质不同，净化方案不同”的实践思维，为后续分层学习净水方法、设计净水器做好铺垫。 任务二：探究基础净水方法，掌握净水核心原理 本任务是本节课的知识核心任务，围绕教材重点的沉淀、过滤、吸附三种净水方法展开，以小组实验探究为主要形式，让学生自主操作、观察现象、总结原理，掌握不同净水方法的操作要点、净化效果和适用场景。 首先开展沉淀法探究实验。教师为每组学生准备浑浊的天然水样本、烧杯、明矾等实验器材。先让学生将浑浊水分装至两个烧杯中，一号烧杯静置不动，二号烧杯加入少量明矾并轻轻搅拌，随后静置观察两杯水体的变化。学生持续观察一段时间后可发现，未加明矾的烧杯中，泥沙缓慢沉降，水体依旧较为浑浊；加入明矾的烧杯中，快速出现大量絮状沉淀物，泥沙迅速聚集沉降，上层水体明显变清澈。 教师引导学生对比实验现象，总结沉淀法的分类与原理。沉淀法分为自然沉淀和吸附沉淀，自然沉淀仅依靠重力作用让不溶性固体杂质沉降，净化速度慢、效果差；明矾吸附沉淀是利用明矾溶于水后形成的胶状物，吸附水中悬浮的细小杂质，使其快速聚集沉降，大幅提升沉淀净化效果。同时明确沉淀法的适用范围，仅能去除水中较大的不溶性固体杂质，无法去除可溶性杂质和微生物，净化程度较低。 完成沉淀法探究后，开展过滤法实践探究。教师先讲解过滤的核心作用，过滤是分离固体和液体混合物的常用方法，可去除沉淀后水中残留的细小不溶性杂质，净水效果优于沉淀法。随后演示过滤操作的核心规范，讲解滤纸折叠、贴合漏斗、液面控制、玻璃棒引流等关键操作要点，强调滤纸紧贴漏斗内壁、液面低于滤纸边缘、漏斗下端紧靠烧杯内壁等操作注意事项，规避过滤失败的常见问题。 学生分组开展过滤实验，将静置后的明矾净化水进行过滤操作，收集过滤后的滤液。学生观察滤液状态可发现，过滤后的水体清澈度大幅提升，无肉眼可见的固体杂质。实验结束后，教师组织学生汇总实验问题，部分小组出现滤液依旧浑浊的情况，师生共同分析原因，总结出滤纸破损、液面高于滤纸边缘、仪器不干净等核心问题，让学生掌握实验误差分析的方法，培养严谨的实验态度。同时总结过滤法的净化层级，可彻底去除不溶性杂质，但依旧无法去除可溶性杂质和微生物。 最后开展吸附法探究实验。教师为学生提供活性炭、过滤后的清水、烧杯等器材，引导学生将活性炭加入清澈的略带色素、异味的水中，静置振荡后观察水体变化。学生可直观发现，水体中的色素完全消失，异味明显去除。教师讲解活性炭的净水原理，活性炭具有疏松多孔的结构，拥有极强的吸附性，可吸附水中的色素、异味等可溶性杂质，进一步优化水质。同时明确吸附法的净化优势，是对沉淀、过滤净水效果的进一步提升，三种方法层层递进，净水程度逐步增强。 本任务结束后，教师组织学生小组汇总，对比三种净水方法的原理、操作难度、净化效果和适用范围，形成系统的净水知识体系，夯实本节课核心理论重点。 任务三：梳理自来水厂净水流程，衔接生活实际应用 本任务为知识拓展与应用任务，旨在将课堂实验中的零散净水方法整合为完整的工业净水流程，让学生体会化学知识的工程应用价值，落实跨学科教学理念。教师结合教材图文素材，完整展示自来水厂的净水全过程，依次讲解沉降、过滤、吸附、消毒四大核心工序。 首先是沉降工序，对应课堂所学的吸附沉淀法，自来水厂向原水中投入净水剂，吸附水中悬浮杂质，实现大规模杂质沉降，去除水体中大部分不溶性杂质。其次是过滤工序，通过大型过滤设备、滤料层，进一步截留水中残留的细小固体杂质，深度净化水体。随后是吸附工序，利用活性炭吸附池，去除水体中的色素、异味以及部分微量可溶性杂质，改善自来水的口感和水质。最后是消毒工序，向水中投入消毒剂，杀灭水中的细菌、病毒等微生物，达到饮用水卫生标准。 教师重点强调，自来水厂净水是多种净水方法的组合应用，遵循“先去除大颗粒杂质，再去除细小杂质，最后杀菌消毒”的逻辑顺序，和课堂实验的净水思路高度一致，让学生明白课堂实验是工业净水的微型模拟。同时区分核心知识点，自来水经过净化后，依旧含有少量可溶性矿物质，属于混合物，并非纯净水，不能直接作为蒸馏水使用，纠正学生的认知误区。 此外，教师结合跨学科知识，融入环境科学、健康常识，讲解自来水净水的水质标准、污水处理的基本思路，让学生了解净水工程与生态环境、人体健康的密切关联，拓宽学生知识视野，落实跨学科实践的教学要求。同时引导学生思考生活中烧水煮沸、净水器净水的原理，实现课堂知识与生活实践的深度衔接。 任务四：设计制作简易净水器，开展实践创新探究 本任务是本节课核心实践任务，贴合教材跨学科实践核心要求，以小组合作形式，完成简易净水器的设计、选材、组装、测试与优化，培养学生工程设计、动手操作、创新优化的综合能力。教师先展示自制净水器的常见材料，包含塑料瓶、鹅卵石、石英砂、活性炭、蓬松棉、纱布等，引导学生结合所学净水原理，自主思考材料的作用与排布顺序。 小组讨论后，学生自主梳理材料功能：鹅卵石、石英砂可过滤水中大颗粒不溶性杂质，起到初步过滤、分层过滤的作用；活性炭负责吸附色素、异味和微量可溶性杂质；蓬松棉、纱布可隔离滤料，防止细小滤料流失，同时进一步截留细小杂质。教师引导学生依据净水层级，确定材料排布核心原则：按照“先粗滤、后精滤、再吸附”的顺序排布，从下至上依次为蓬松棉、纱布、活性炭、石英砂、鹅卵石，保证水体逐层净化，提升净水效果。 确定设计方案后，各小组开始动手组装简易净水器。学生自主裁剪塑料瓶，将瓶口倒置固定，按照既定顺序逐层铺设滤料，每层材料铺设均匀、厚度适中，保证水流顺畅、过滤充分。组装完成后，各小组进行净水测试，将课前准备的浑浊天然水缓慢倒入自制净水器中，收集流出的净水，观察水体清澈度、有无异味，对比净水前后的水质变化。 测试完成后，教师组织小组对比净水效果，不同小组的净水器净水效果存在明显差异，部分小组出水清澈、无异味，部分小组出水依旧轻微浑浊、带有异味。教师引导学生自主排查问题，分析影响净水效果的因素，包含滤料铺设顺序错误、滤料厚度不足、材料纯度不够、水流速度过快等。学生结合问题自主优化净水器，调整滤料排布、增加滤料厚度、控制水流速度，再次进行净水测试，对比优化前后的效果差异。 在实践过程中，教师全程巡视指导，规范学生操作，鼓励学生创新设计，比如增设多层过滤层、优化出水口结构、搭配纱布双层隔离等，培养学生的创新思维。同时强调实验安全和器材规范使用，培养学生严谨的工程实践素养，让学生完整经历“设计—制作—测试—优化”的工程实践全过程。 任务五：成果展示交流，总结反思提升 本任务为课堂总结与评价任务，旨在通过成果展示、小组互评、反思总结，梳理本节课知识体系，提升学生表达能力、评价反思能力。各小组依次上台展示自制净水器，介绍净水器的设计思路、材料选择、组装流程、净水效果及优化方案，展示净水前后的水样对比成果。 展示结束后，开展小组互评活动，从净水器结构合理性、净水效果、设计创新性、操作规范性四个维度进行客观评价，指出各小组作品的优势与不足，提出合理的优化建议。教师结合学生展示与互评情况，进行综合点评，肯定学生的动手能力和创新思维，同时梳理本节课的核心知识脉络，回顾天然水杂质类型、三种净水方法原理、自来水厂净水流程、净水器设计核心要点。 最后组织学生课堂反思，总结本节课的收获与不足，梳理净水知识的内在逻辑，明确混合物分离提纯的基本思路，即根据杂质类型选择对应的净化方法，由粗到细、逐层净化。同时结合实践体验，感悟净水工程的繁琐与不易，深化节约用水、保护水资源的意识，实现知识、能力、素养的全方位提升。 本节课立足新课标跨学科实践要求，以真实净水问题为驱动，采用任务式教学模式，层层递进设置探究任务。以生活情境导入激活学生认知，依托分组实验落实净水原理知识，结合自来水厂流程衔接工业应用，通过自制净水器实践实现知识落地。全程融合化学、工程、环境多学科知识，兼顾理论探究与动手实践，既夯实学生净水核心知识，培养学生实验探究、工程设计、创新优化的实践能力，又渗透水资源保护的德育理念，全面落实四维核心素养，实现学以致用的教学目标。 板书设计 3.5 跨学科实践活动：水的净化与自制净水器 一、天然水杂质分类 1. 不溶性杂质：泥沙、悬浮物（浑浊） 2. 可溶性杂质：矿物质、色素、异味 3. 微生物：细菌、病毒 二、核心净水方法（由浅入深） 1. 沉淀：自然沉淀、明矾吸附沉淀（除大颗粒不溶物） 2. 过滤：固液分离（除细小不溶物） 3. 吸附：活性炭吸附（除色素、异味） 三、自来水厂净水流程 沉降→过滤→吸附→消毒 四、自制净水器 1. 材料：蓬松棉、纱布、活性炭、石英砂、鹅卵石 2. 核心原则：粗滤→精滤→吸附，逐层净化 五、素养升华：节约用水，保护水资源 作业布置 完成分层作业 教学反思 1 / 2 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 学科网（北京）股份有限公司 $