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

该教案聚焦水的净化原理及自制净水器实践，通过野外探险、灾区救援情境视频导入，回顾沉淀、过滤、吸附等净化方法，演示成品净水器激发兴趣，提供分层设计示意图、材料功能表等支架，帮助学生理解分层设计科学依据。 此跨学科实践课以项目式学习为主，学生经历设计-制作-测试-改进-展示完整工程流程，测试环节通过对比分析迭代优化培养科学探究与实践能力，材料层序讨论发展科学思维，废旧材料利用渗透科学态度与责任，助力学生提升动手创新能力，为教师提供清晰教学流程与多元评价工具。

3.5 跨学科实践活动：水的净化与自制净水器 一、基础信息 项目 内容 项目 内容 年级册别 九年级上册 学科 化学 教材版本 科粤版（2024） 教材单元 第三单元 维持生命的物质——氧气、水 3.5 授课类型 实践课 总共课时 1课时 第几课时 第1课时 课题名称 3.5 跨学科实践活动：水的净化与自制净水器 二、教学设计 （一）教材分析 本课题是科粤版（2024）化学九年级上册第三单元的跨学科实践活动课，是在学生学习了“水资源”一课时中水的净化方法（沉淀、过滤、吸附、消毒）和过滤操作技能之后的综合实践应用。教材以“自制净水器”为项目任务，引导学生综合运用化学、物理、生物、工程、劳动等多学科知识，经历“明确任务—设计方案—选择材料—制作模型—测试改进—展示评价”的完整工程实践过程。活动核心在于净水器的分层设计：依据各层材料的功能和颗粒大小由粗到细、净化程度由低到高的原则，自下而上（或自上而下）依次填充石子（拦截大颗粒）、石英砂或小卵石（过滤较小颗粒）、活性炭（吸附色素异味）、蓬松棉或纱布（精细过滤）等材料，模拟自来水厂的净化流程。本课题是新课标倡导的跨学科实践活动的典型载体，突出做中学、用中学、创中学的理念，将抽象的净化原理物化为可触摸、可测试、可改进的实体装置，培养学生的工程思维、动手能力和创新意识；同时通过评价净化效果、反思节水护水，深化学生的环保责任感，实现知识应用、能力发展与价值引领的统一，也为后续学习混合物分离等知识积累实践经验。 （二）学情分析 学生通过“水资源”一课时的学习，已经掌握了沉淀、过滤、吸附、消毒四种净化方法的原理和作用对象，能规范进行过滤操作，知道活性炭的吸附性和自来水厂的净化流程，具备了完成本实践活动的知识与技能基础。同时，学生在生活中接触过家用净水器、滤水壶等产品，对净水设备有初步的感性认识，动手制作类活动对九年级学生具有很强的吸引力。但学生也存在明显困难：一是缺乏工程设计经验，不清楚净水器各层材料的功能定位和填充顺序的科学依据，容易出现层序颠倒、材料配比不当导致净化效果差甚至堵塞的问题；二是综合运用多学科知识解决问题的能力较弱，难以将化学净化原理、物理过滤原理与工程制作有机结合；三是测试评价意识不足，往往只满足于“做出了装置”，不善于通过对比浑浊度、观察滤液来客观评价净化效果并进行迭代改进；四是小组合作中容易出现分工不均、依赖他人等现象。因此教学中应提供清晰的设计支架（如分层设计示意图、材料功能表、评价量表），给予充分的动手时间和针对性的巡回指导，引导学生在测试—反思—改进的循环中体验工程实践的完整过程，培养严谨求实、协作创新的品质。 三、教学目标 1. 化学观念 1、进一步理解沉淀、过滤、吸附等水的净化方法的原理及其对应的材料，能将净水器的每一层材料与所起的净化作用准确对应。 2、认识净水器分层设计的核心原则：按颗粒大小由粗到细、净化功能由过滤到吸附的顺序填充材料，理解结构与功能相适应的观念。 3、知道自制净水器净化后的水仍含可溶性杂质和微生物，属于混合物，不能直接饮用，巩固混合物与纯净物的概念。 2. 科学思维 1、经历“明确任务—设计方案—制作—测试—改进”的工程实践过程，学会根据净化目标进行方案设计，发展工程思维和系统思维。 2、通过对比不同小组净水器的净化效果，分析材料与层序设计对效果的影响，学会基于证据进行归因分析和优化改进。 3、综合运用化学、物理等多学科知识解决实际问题，发展跨学科整合思维和创造性解决问题的能力。 3. 科学探究与实践 1、能选择合适的废旧材料（塑料瓶、石子、石英砂、活性炭、蓬松棉、纱布等）制作简易净水器，掌握材料清洗、分层填充、密封固定等制作技能。 2、能用浑浊水样测试净水器的净化效果，通过观察滤液澄清度、对比过滤前后水样等方法客观评价净化效果。 3、根据测试结果对净水器进行迭代改进，提高装置的净化效率和出水速度，体验科学探究和工程实践的完整过程。 4. 科学态度与责任 1、在小组合作制作中培养分工协作、沟通交流、责任担当的团队精神，体验劳动创造的快乐。 2、通过利用废旧塑料瓶等材料制作净水器，树立变废为宝、绿色低碳的环保理念和节约意识。 3、在展示评价中养成实事求是、客观公正的态度，深化节约用水、保护水资源的社会责任感。 四、教学重难点 （一）教学重点 1、简易净水器的分层设计与制作：各层材料的选择、功能及填充顺序的科学依据。 2、净水器净化效果的测试与评价方法，以及根据测试结果进行优化改进。 3、将沉淀、过滤、吸附等净化原理综合应用于实际装置的设计制作，实现知识的迁移应用。 （二）教学难点 1、分层设计中材料顺序与功能的对应关系的理解：为什么石子在下、活性炭在中上部、蓬松棉在上，层序颠倒会出现什么问题。 2、客观评价净化效果并基于证据进行迭代改进，克服“做出装置即完成任务”的浅层实践倾向。 3、跨学科知识的综合运用与工程制作的规范化，如材料清洗、填充密实度、防漏处理等细节的把控。 五、教学方法与教具准备 类别 具体内容 教学方法 项目式学习法；工程实践法；小组合作学习法；对比测试法；展示评价法 教具准备 大号塑料瓶（剪去底部倒置作滤柱）或自制容器；小卵石、石子、石英砂、活性炭、蓬松棉、纱布、滤纸；浑浊水样（含泥沙）、烧杯、玻璃棒、剪刀、胶带；多媒体课件、净水器分层设计示意图、评价量表 六、教学过程 教学环节 教师活动 学生活动 设计意图 热身环节（约5分钟） 教师以一段情境视频导入：野外探险者、灾区救援、缺水地区的人们如何利用简易装置净化水源。设问：“在没有自来水厂、没有专业净水设备的情况下，我们能否利用身边的材料自制一个净水器，把浑浊的水变清？”接着回顾上节课所学，提问：“水的净化有哪几种方法？分别用什么材料？”引导学生答出沉淀（明矾）、过滤（滤纸、砂石）、吸附（活性炭）、消毒等。教师出示一个自制的简易净水器成品并现场演示：将浑浊水从上方倒入，下方流出较为澄清的水，引起学生的惊叹和制作欲望。随后揭示课题，展示本课任务：以小组为单位，运用所学知识，用提供的材料设计并制作一个简易净水器，比一比哪个组的净水器净化效果好、出水快、设计巧。教师明确评价标准和活动流程，激发学生的探究热情和创作欲望。 学生观看野外净水、灾区供水的情境视频，感受到在没有现代净水设备时自制净水器的实用价值，产生强烈的制作兴趣。学生回顾上节课知识，回答水的净化方法：沉淀、过滤、吸附、消毒，并说出对应的材料：明矾、滤纸和砂石、活性炭等。学生观察教师演示的净水器成品，看到浑水变清的直观效果，跃跃欲试，明确本节课的项目任务是分组设计并制作简易净水器。学生了解本课的活动流程（设计方案—制作—测试—改进—展示评价）和评价标准，与组员初步商议分工，做好动手实践的准备，形成积极的项目参与状态。 以真实的野外净水、灾区供水情境激发学生的制作欲望和学习动机，让实践活动具有明确的应用价值和意义；通过回顾旧知激活沉淀、过滤、吸附等净化方法和材料知识，为设计制作提供知识支架；教师演示的成品净水器形成直观的榜样和目标，明确项目任务和评价标准，使学生带着清晰的目标进入实践，体现项目式学习以真实问题驱动的特点。 讲授环节（约20分钟） 教师首先组织学生进行方案设计。出示净水器分层设计示意图和材料功能表，引导学生讨论：提供的材料（小卵石、石子、石英砂、活性炭、蓬松棉、纱布）各自起什么作用？应该按什么顺序填充？教师引导归纳：净水器的填充应遵循“先粗后细、先过滤后吸附”的原则，从进水口往下依次为——纱布或蓬松棉（拦截较大悬浮物、初步过滤）、石英砂（过滤较小颗粒）、活性炭（吸附色素和异味）、小卵石或石子（支撑并进一步拦截大颗粒，也便于排水）。教师用问题启发学生思考层序的科学性：“如果把活性炭放在最上层会怎样？”（很快被大颗粒杂质堵塞，失去吸附能力，浪费材料）；“蓬松棉为什么放在最上面？”（先拦截大颗粒，保护下层精细材料）。强调每一层材料都要事先清洗干净，填充要均匀、分层要清晰，避免材料混杂。教师讲解制作要点：塑料瓶剪去底部、倒置（瓶口朝下），瓶口塞少量蓬松棉或纱布防止材料漏出，各层材料从下到上（即从瓶口往上）依次填充卵石、活性炭、石英砂、蓬松棉纱布，各层之间可用纱布隔开。随后教师介绍测试与评价方法：用等量、等浑浊度的水样从顶部缓慢注入，用烧杯承接滤液，从“澄清度（是否变清）”“出水速度”“是否有异味色素去除”三方面评价净化效果，并强调净化后的水仍是含可溶性杂质的混合物，不能饮用，消毒还需另外进行。教师发放评价量表，明确小组合作要求和时间安排，然后进入学生制作环节。 学生围绕材料功能展开小组讨论，对照材料功能表填写每种材料的作用：小卵石和石子拦截大颗粒并起支撑作用，石英砂过滤较小颗粒，活性炭吸附色素和异味，蓬松棉和纱布初步过滤、拦截悬浮物。学生在教师引导下理解“先粗后细、先过滤后吸附”的填充原则，思考层序颠倒的后果：活性炭放最上层会被大颗粒堵塞失效，蓬松棉放最上面能保护下层材料。学生以小组为单位绘制本组净水器的分层设计草图，标注每层材料、厚度顺序和功能，并在班级交流设计思路，互相提出改进建议。学生明确制作要点：塑料瓶倒置、瓶口塞棉花防漏、材料清洗干净、分层填充、层间用纱布隔开。学生学习测试评价方法，理解要从澄清度、出水速度、除色除味三方面客观评价，并牢记净水器出水仍是混合物不能饮用。学生完成小组分工：设计员、材料员、制作员、记录员、汇报员各司其职，为动手制作做好准备。 方案设计环节提供分层示意图和材料功能表等支架，帮助学生理解净水器结构与功能的对应关系，突破分层设计这一难点；通过“活性炭放最上层会怎样”等追问，引导学生运用逆向思维理解层序的科学依据，发展工程思维和证据推理能力；让学生先画图设计、交流完善再动手制作，体现工程设计“先方案后实施”的规范流程；测试评价方法的讲解和评价量表的发放，引导学生树立客观评价、迭代改进的意识，避免浅层实践，落实科学探究与科学思维目标。 实践环节（约15分钟） 教师组织学生分组动手制作净水器。制作前提醒安全事项：使用剪刀剪塑料瓶时注意安全，不要划伤手；材料清洗时节约用水。教师巡回指导，逐组检查：塑料瓶是否正确倒置、瓶口是否塞棉花或纱布防止漏料、各层材料是否清洗干净、填充顺序是否科学合理、分层是否清晰、各层厚度是否适当，及时纠正材料混杂、层序颠倒、填充过松等问题，并引导学生思考改进方法。制作完成后，教师组织测试环节：为各组提供等量、浑浊度一致的水样，指导学生从顶部缓慢注入，用烧杯承接滤液，观察并记录滤液的澄清度、出水速度和颜色气味变化。教师引导学生对比各组效果，组织分析：有的组滤液澄清效果好，有的组出水太慢或仍浑浊，原因是什么？指导效果不佳的组找出问题（材料太细导致堵塞、层序不当、填充过实影响流速等）并进行迭代改进，重新测试。最后组织展示评价：各组展示净水器成品和滤液，汇报设计思路、制作过程、测试结果和改进措施，师生依据评价量表从设计科学性、净化效果、制作规范、团队合作、创新改进五个维度打分评价，评选出“最佳净水奖”“最佳设计奖”“最佳合作奖”。教师进行总结提升，强调变废为宝、节水护水的理念，并指出净水器出水仍不能直接饮用，联系灾区供水仍需消毒等知识，布置课后拓展任务。 学生小组分工协作动手制作净水器：材料员清洗小卵石、石英砂、活性炭等材料，制作员将塑料瓶剪去底部倒置固定，在瓶口塞入蓬松棉或纱布防止漏料，然后按照设计方案自下而上（从瓶口往上）依次填充小卵石、活性炭、石英砂、蓬松棉，各层之间用纱布隔开，记录员记录材料填充顺序和厚度。制作中学生遇到材料漏出、填充不实、层序混乱等问题，及时请教教师或与组员商量解决。测试环节，学生将等量浑浊水样从顶部缓慢注入净水器，用烧杯承接滤液，仔细观察并记录：滤液是否变澄清、出水速度快慢、颜色和气味是否改善，填写测试记录表。学生对比本组与其他组的效果，分析本组净水器出水慢或滤液浑浊的原因，如材料过细堵塞、活性炭层太厚影响流速、填充过实等，并进行改进——调整材料粗细搭配、优化各层厚度、重新排列，然后再次测试，体验“测试—反思—改进”的迭代过程。展示评价环节，学生汇报本组的设计思路、制作过程、测试结果和改进措施，接受师生依据量表的评价，客观地为其他小组打分，分享经验教训，深化对净水器原理和节水护水的认识，课后完成拓展任务：调查家用净水器的工作原理，或思考如何让自制净水器具备消毒功能。 分组制作将设计方案转化为实体装置，学生在动手实践中综合运用净化知识，发展工程实践能力和劳动技能；测试环节引导学生用等量同浑浊度水样客观比较，培养控制变量和基于证据评价的意识；迭代改进环节让学生经历“发现问题—分析原因—优化设计—重新测试”的工程循环，突破浅层实践的难点，发展问题解决能力；展示评价环节通过量表多元评价和奖项激励，培养学生表达交流、客观评价和团队协作的品质，深化变废为宝、节水护水的环保责任，全面实现跨学科实践活动的育人价值。 七、教师活动详细设计 1. 步骤一 情境导入，明确项目任务 教师播放一段精心选取的情境视频：野外探险者用砂石和布片制作简易过滤器净化溪水，地震灾区救援人员分发便携式净水设备，非洲缺水地区的儿童用塑料瓶自制净水装置。视频结束后教师提问：“在这些没有自来水厂、没有专业净水设备的地方，人们是怎样想办法获得干净的水的？我们能不能也利用身边的材料，自己动手做一个净水器？”学生议论纷纷，制作欲望被点燃。教师随即回顾旧知：“上节课我们学习了水的净化，谁能说说有哪几种方法，分别用什么材料？”学生回答沉淀用明矾、过滤用滤纸砂石、吸附用活性炭、消毒用氯气等。教师拿出一个提前制作好的简易净水器成品（透明塑料瓶分层填充），当堂演示：将一杯浑浊的泥水从瓶口上方缓缓倒入，片刻后瓶口下方流出了明显变清的水，全班发出惊叹。教师借此揭示课题“3.5 跨学科实践活动：水的净化与自制净水器”，并宣布项目任务：以小组为单位，用提供的材料设计、制作一个简易净水器，测试其净化效果，并不断改进，最终展示评比。教师出示本课活动流程图和评价量表，让学生对整节课的任务、流程和评价标准心中有数。 2. 步骤二 引导方案设计，突破分层设计难点 教师不直接给出标准答案，而是提供设计支架引导学生自主探究分层方案。教师出示材料功能提示表和几种候选材料（小卵石、石子、石英砂、活性炭、蓬松棉、纱布、滤纸），提出核心问题：“这些材料各起什么作用？净水器里应该按什么顺序填充它们？”组织学生小组讨论并填写学案。学生汇报后，教师引导归纳每种材料的功能：小卵石和石子颗粒大，用于拦截最大的杂质并支撑整个滤层、便于排水；石英砂颗粒较小，用于过滤较小的不溶性颗粒；活性炭疏松多孔，用于吸附水中的色素和异味；蓬松棉和纱布纤维细密，用于初步拦截悬浮物、精细过滤。随后教师抛出关键问题引发深度思考：“如果把活性炭放在最上层，直接接触倒入的浑水，会发生什么？”学生分析：大颗粒泥沙会迅速堵塞活性炭的孔隙，使它失去吸附能力，还造成浪费。教师追问：“那蓬松棉、纱布为什么要放在最上面？”学生回答：先拦截大颗粒，保护下层的精细材料不被堵塞。教师总结分层设计的科学原则：“先粗后细、先过滤后吸附”，即从进水口往下，材料颗粒由粗到细排列，先用物理拦截去除大颗粒，再用活性炭吸附去除色素异味。教师请各组据此绘制本组净水器的分层设计草图，标注每层材料、顺序、厚度和功能，并组织小组间交流互评，完善设计方案，为制作奠定基础。 3. 步骤三 讲解制作要点与测试评价方法 在制作前，教师详细讲解制作工艺要点，确保实践活动规范有序。第一，容器的处理：选用大号塑料瓶，用剪刀剪去底部（提醒安全，剪口朝外，防止划伤），将瓶子倒置，瓶口朝下作为出水口。第二，防漏处理：在瓶口处塞入一团蓬松棉或几层纱布，既防止下层材料从瓶口漏出，又不影响水流出。第三，材料的预处理：所有填充材料（卵石、石英砂、活性炭等）都要事先用清水冲洗干净，去除表面的粉尘和杂质，否则会影响净化效果，第一次过滤的水会发黑（活性炭掉色）。第四，分层填充：从瓶口往上（即水流的反方向）依次填充小卵石、活性炭、石英砂、蓬松棉纱布，每层之间可用纱布隔开，防止材料混杂，各层填充要均匀、适度压实但不过紧，保证水流能通过。第五，固定：用胶带或支架将净水器固定在铁架台或桌面上，下方放烧杯承接滤液。讲解完制作要点后，教师介绍测试与评价方法：为保证公平比较，各组要使用等量、浑浊度基本一致的水样，从净水器顶部缓慢注入，避免水流冲击破坏滤层，用烧杯承接滤液，从三个方面评价净化效果：①澄清度——滤液是否由浑浊变澄清；②出水速度——单位时间流出的水量是否合理（太慢影响使用，太快可能过滤不充分）；③除色除味——有色有味的水样经过后颜色气味是否改善。教师发放评价量表，明确将从设计科学性、净化效果、制作规范、团队合作、创新改进五个维度进行评价。教师特别提醒：自制净水器净化后的水仍然含有可溶性杂质和微生物，是混合物，绝对不能直接饮用，要饮用还需消毒，联系灾区供水仍需煮沸消毒的事实，强化安全意识和混合物概念。 4. 步骤四 巡回指导制作，组织测试与迭代改进 学生分组制作期间，教师巡回指导，重点关注各组的规范性和科学性。检查塑料瓶是否正确倒置固定、瓶口防漏材料是否塞好、材料是否清洗干净、分层顺序是否符合“先粗后细、先过滤后吸附”原则、各层是否清晰不混杂、填充密实度是否适当。发现问题及时引导：对层序颠倒的组，提问“活性炭放在最上层会被什么堵塞”，引导其调整；对填充过实导致不出水的组，引导适当减少填充量或调整粗细搭配；对材料未清洗导致滤液发黑的组，说明活性炭等需要预洗。制作完成后，教师统一组织测试：分发等量、浑浊度一致的水样（可预先用泥沙配制），要求各组同步从顶部缓慢注水，用烧杯承接滤液，观察记录澄清度、出水速度和除色除味效果，填写测试记录表。测试后教师组织对比分析：将各组滤液并排展示，让学生直观比较澄清度差异，引导效果不佳的组反思原因——是材料太细堵塞、活性炭层太厚影响流速，还是填充过实、层序不当？教师指导学生进行迭代改进：调整材料颗粒的粗细搭配、优化各层厚度、重新排列层序、松紧适度重填，然后再次测试，直到净化效果满意。教师强调工程实践就是在“测试—发现问题—改进—再测试”的循环中不断优化的，鼓励学生不怕失败、勇于改进。 5. 步骤五 组织展示评价，总结提升 教师组织成果展示与多元评价活动。各小组依次上台展示自制净水器成品和过滤后的滤液，由汇报员介绍本组的设计思路（分层方案及依据）、制作过程、测试结果（澄清度、出水速度、除色除味）以及改进措施和心得体会。其他小组和教师依据评价量表，从设计科学性（分层是否合理、材料功能是否对应）、净化效果（滤液澄清度、流速）、制作规范（材料清洗、防漏、分层清晰）、团队合作（分工是否明确、协作是否顺畅）、创新改进（是否有独特的设计或有效的改进）五个维度进行打分和点评。教师根据综合评分评选出“最佳净水奖”（净化效果最好）、“最佳设计奖”（分层设计最科学）、“最佳合作奖”（团队协作最佳）、“最佳创新奖”（改进最有创意）等奖项，予以表彰激励。随后教师引导全班总结提升：净水器是如何综合运用沉淀、过滤、吸附等原理的？分层设计遵循什么原则？我们利用废旧塑料瓶制作净水器体现了什么理念（变废为宝、绿色低碳）？通过本次活动，你对节约用水、保护水资源有了哪些新的认识？教师再次强调净化后的水仍是混合物、不能直接饮用，联系真实生活中饮用水安全的复杂性。最后布置课后拓展任务：①调查家用净水器或滤水壶的内部结构和工作原理，比较与自制净水器的异同；②思考如何给自制净水器增加消毒环节，设计改进方案；③撰写一份实践活动报告，记录设计、制作、测试、改进的全过程和收获。 八、学生活动详细设计 1. 步骤一 进入情境，明确任务，做好分工 学生观看野外净水、灾区供水、缺水地区自制净水装置的情境视频，感受到在没有现代净水设备时自制净水器的实用价值，产生强烈的制作兴趣和动手欲望。学生回顾上节课所学，回答水的净化方法（沉淀、过滤、吸附、消毒）和对应材料（明矾、滤纸砂石、活性炭、氯气），激活已有知识储备。学生聚精会神观察教师当堂演示的成品净水器，看到浑浊泥水经过装置后流出明显变清的水，惊叹之余更加跃跃欲试。学生明确本节课的项目任务是分组设计、制作、测试并改进一个简易净水器，了解活动流程（方案设计—制作—测试—改进—展示评价）和五维评价标准。学生在小组内初步商议分工，确定设计员、材料员、制作员、记录员、汇报员的角色，检查桌上提供的材料清单，做好动手实践的各项准备，形成积极、有序的项目参与状态。 2. 步骤二 讨论材料功能，设计分层方案 学生围绕教师提供的材料功能提示表和候选材料展开小组讨论，逐一分析每种材料的作用：小卵石和石子颗粒大，能拦截最大的杂质并支撑滤层、便于排水；石英砂颗粒较小，能过滤较小的不溶性颗粒；活性炭疏松多孔、表面积大，能吸附水中的色素和异味；蓬松棉和纱布纤维细密，能初步拦截悬浮物、进行精细过滤。学生填写学案上的材料功能表。在教师追问下，学生深入思考层序的科学性：如果活性炭放最上层，大颗粒泥沙会迅速堵塞其孔隙，使它失效并浪费材料；蓬松棉放最上面能先拦截大颗粒，保护下层精细材料。学生由此理解并归纳分层设计原则——“先粗后细、先过滤后吸附”，从进水口往下材料颗粒由粗到细排列。各组根据这一原则绘制本组净水器的分层设计草图，标注每层材料的名称、填充顺序、厚度和对应功能，并派代表在班级交流设计思路，听取其他小组的建议和教师的点评，修改完善本组方案，明确制作的图纸依据，为动手制作做好充分准备。 3. 步骤三 动手制作净水器，规范操作 学生按照设计草图和教师讲解的制作要点，小组分工协作动手制作净水器。材料员用清水将小卵石、石英砂、活性炭等材料冲洗干净，去除表面粉尘杂质，避免影响净化效果。制作员用剪刀剪去塑料瓶底部（注意安全，剪口朝外），将瓶子倒置固定在铁架台或桌面上，瓶口朝下作为出水口，在瓶口处塞入一团蓬松棉或几层纱布防止材料漏出。随后按照“先粗后细、先过滤后吸附”的原则，从瓶口往上（水流反方向）依次填充小卵石、活性炭、石英砂、蓬松棉纱布，每层之间用纱布隔开防止材料混杂，填充均匀、适度压实但不过紧。记录员记录每层材料的填充顺序、厚度和功能。制作过程中，学生遇到材料漏出、填充不实、层序混乱、活性炭掉色使水发黑等问题，先组内商量，解决不了的及时请教教师，如得知活性炭等需要预先充分清洗。学生在动手实践中综合运用净化知识，体会工程制作的细节把控，发展劳动技能和团队协作能力。 4. 步骤四 测试净化效果，分析改进 净水器制作完成后，学生参与统一测试。各组领取等量、浑浊度基本一致的水样（泥沙水），从净水器顶部缓慢注入，避免水流冲击破坏滤层，用烧杯承接下方流出的滤液。学生仔细观察并记录三个方面的净化效果：澄清度——滤液是否由浑浊变得澄清透明；出水速度——单位时间流出水量是否合理；除色除味——若用有色有味水样，颜色气味是否改善，填写测试记录表。测试后学生将本组滤液与其他组并排对比，直观感受澄清度差异，效果不佳的小组在教师和同伴帮助下反思原因：是材料太细导致堵塞、活性炭层太厚影响流速，还是填充过实、层序不当、材料未洗净。学生针对问题迭代改进：调整材料颗粒的粗细搭配、优化各层厚度、重新排列填充层序、松紧适度重填，然后再次测试，直到净化效果满意。学生在“测试—发现问题—分析原因—改进—再测试”的循环中，体验工程实践不断优化迭代的过程，培养基于证据分析问题和解决问题的能力，克服“做出装置即完成”的浅层实践倾向。 5. 步骤五 展示汇报，多元评价，拓展延伸 学生参与成果展示与评价活动。各组汇报员上台展示本组净水器成品和过滤后的滤液，介绍设计思路（分层方案及科学依据）、制作过程、测试结果（澄清度、出水速度、除色除味）以及改进措施和心得体会。其他小组学生和教师依据评价量表，从设计科学性、净化效果、制作规范、团队合作、创新改进五个维度为各组打分并点评，学生学会客观公正地评价自己和他人。获奖小组（最佳净水奖、最佳设计奖、最佳合作奖、最佳创新奖）分享成功经验，学生在全班交流中相互学习、共同提高。总结环节，学生回答教师提问，梳理净水器如何综合运用沉淀、过滤、吸附原理，分层设计遵循的原则，体会利用废旧塑料瓶制作净水器所体现的变废为宝、绿色低碳理念，深化节约用水、保护水资源的责任感，并牢记净化后的水仍是混合物、不能直接饮用。课后学生完成拓展任务：调查家用净水器或滤水壶的结构原理并与自制净水器比较；思考如何给自制净水器增加消毒环节并设计改进方案；撰写一份完整的实践活动报告，记录设计、制作、测试、改进的全过程和收获反思，把课堂实践向课外延伸。 九、作业设计 （一）书面作业 1、撰写本次跨学科实践活动报告，包括设计思路、分层方案及依据、制作过程、测试结果、改进措施和活动心得，绘制净水器的分层结构图并标注各层材料和功能。 2、完成练习册相关习题，巩固净水器各层材料与沉淀、过滤、吸附等净化方法的对应关系，以及净化后水的类别判断。 （二）口头作业 1、向家人介绍自制净水器的分层设计原理，解释为什么活性炭不能放在最上层、蓬松棉为什么要放在最上面。 2、说明自制净水器净化后的水为什么不能直接饮用，还需要经过什么处理才能饮用。 （三）实践作业 1、调查家中或商场里家用净水器、滤水壶的内部结构和工作原理，比较它与自制净水器的异同；思考并设计一个为自制净水器增加消毒功能的改进方案。 十、板书设计 板书区域 板书内容 主板书区 3.5 跨学科实践活动：水的净化与自制净水器 一、项目任务：设计制作简易净水器，测试并改进净化效果 二、分层设计原则：先粗后细、先过滤后吸附（从进水口往下） 　　纱布/蓬松棉（拦截悬浮物、精细过滤） 　　↓ 石英砂（过滤较小颗粒） 　　↓ 活性炭（吸附色素、异味） 　　↓ 小卵石/石子（拦截大颗粒、支撑排水） 三、制作要点：塑料瓶倒置；瓶口塞棉防漏；材料洗净；分层清晰、层间隔纱布；适度压实 四、测试评价：澄清度＋出水速度＋除色除味（等量同浑浊度水样对比） 五、重要提示：净化后水仍是混合物，含可溶性杂质和微生物，不能直接饮用，需消毒 六、理念：变废为宝、绿色低碳、节约用水、保护水资源 副板书区 1、净水器分层结构示意图（剖面图，标注各层材料） 2、材料功能对应表：材料—净化方法—去除杂质 3、评价量表五维度：设计科学性／净化效果／制作规范／团队合作／创新改进 4、测试记录表：澄清度、出水速度、除色除味对比栏 十一、教学反思 （一）成功之处 以自制净水器为项目载体，学生全程经历设计—制作—测试—改进—展示的完整工程实践过程，动手热情高涨，综合能力得到充分锻炼，跨学科实践活动的育人价值得到体现。 通过“活性炭放最上层会怎样”等追问引导学生自主探究分层设计的科学依据，学生真正理解了结构与功能相适应的观念，突破了分层设计这一教学难点。 测试环节的迭代改进让学生亲历“发现问题—分析原因—优化设计—再测试”的工程循环，多数小组在改进后净化效果明显提升，培养了基于证据分析和解决问题的能力。 （二）不足之处 一课时内完成设计、制作、测试、改进、展示全流程时间偏紧，部分小组制作仓促、改进环节未充分展开，今后可考虑安排两课时或让学生课前完成设计草图。 个别小组活性炭未充分清洗导致滤液发黑，暴露出材料预处理指导不够细致的问题，今后应在活动前统一强调并示范材料清洗方法。 展示评价环节因时间关系各组汇报不够充分，评价量表的使用还不够熟练，可提前培训评价员或采用组间互评与师评相结合的方式提高评价效率。 学科网（北京）股份有限公司 $