第四单元跨学科实践活动3水质检测及自制净水器作业设计--2026-2027学年九年级化学人教版上册

AI赋能万绿碧水 ——水质检测及自制净水器跨学科实践活动作业 应用场景：人教版（2024）九年级化学上册第四单元《自然界的水》跨学科实践活动3（水质检测及自制净水器），适配2026-2027学年上学期教学进度，适用于广东省河源市九年级学生。 作业总用时：书面作业约30分钟，动手实践约30分钟，总量约60分钟。 一、作业目标 1. 化学观念：能准确说出过滤、吸附、沉降等净水操作；能依据水中杂质颗粒大小和性质，正确选择净水方法。 2. 科学思维：能根据水厂流程图分析各步骤的作用；能根据硬度数据判断水质类别。 3. 科学探究与实践：能以小组合作的方式利用生活材料设计并制作简易净水器，能根据实验现象发现装置存在的问题并提出改进措施。 4. 科学态度与责任：能结合万绿湖真实监测案例，说出保护水资源的具体做法，增强社会责任感。 5. 跨学科融合与实践：能结合生活经验，分析净水器在制作或测试中遇到问题的原因；能运用图表数据判断水质类别；能结合“防重于治”的理念提出环保建议。 二、作业内容 （原创）万绿湖（新丰江水库）位于广东省河源市，水质常年保持地表水Ⅰ类标准，是粤港澳大湾区的重要饮用水源地。近年来，河源市已在万绿湖部署“5G+AI”高位视频监控系统，实现了智慧化的水质监测。某校九年级化学兴趣小组开展了一次“AI赋能碧水守护”的跨学科实践活动，请你一起参与。 任务一：调查参观（基础题，预计10分钟） 1. 参观自来水厂 下图为自来水厂从万绿湖取水生产自来水的工艺流程示意图。 （1）饮用水中含有的铁、锰、铜、锌、钙等多种矿物质，这里的“铁、锰、铜、锌、钙”是指____________（填“分子”“原子”或“元素”）。 （2）在净水过程中加入絮凝剂（如明矾），目的是_________________________________。 （3）活性炭吸附池可以除去水中的色素和异味，这利用了活性炭的__________性。 （4）自来水厂常用氯气（Cl₂）消毒，请标出氯气中氯元素的化合价______。 2. 调查生活水费单 下图是一张河源市居民生活水费单： （5）根据水费单可知，居民生活用水的总费用包括_____________和______________。 （6）河源市实行“阶梯水价”的目的是_______________________________________。 3. 探究污水处理 生活污水如果不经处理直接排放，会污染万绿湖等水源。下图是某污水处理厂的处理流程示意图。 （7）格栅和沉砂池能除去污水中的大块悬浮物和砂粒，这一步相当于化学实验中的______操作。该操作用到的玻璃仪器有烧杯、_________和玻璃棒，玻璃棒的作用是_________。 （8）曝气池中通入空气，利用微生物分解水中的有机物，生成二氧化碳和水等新物质，该过程属于___________（填“物理”或“化学”）变化。 （9）处理达标后的水除了排放，还可以用来___________________________（写出一个）。 任务二：水质检测（应用题，预计5分钟） （原创）小组成员利用AI监测仪获取了万绿湖水样的检测数据： 监测指标 AI系统显示数据 参考标准/备注 浑浊度（NTU） 1.2 国家Ⅰ类水标准 ≤3 总硬度（mg/L） 45 以CaCO₃质量浓度计 【查阅资料】国家有关水的硬度标准如下表。 类别 极软水 软水 中硬水 硬水 高硬水 以CaCO₃质量浓度计/(mg/L) 0~75 75~150 150~300 300~450 450~700 （10）该水样属于_________水。由此推测，该水样中钙、镁离子的含量较_________（填“多”或“少”）。 （11）我国部分地区的地下水硬度较高。生活中使用硬水会给人们带来许多麻烦，请写出一条：______________________________________________________。 （12）生活中，要将硬水转化为软水，常用的方法是______________。 任务三：动手制作（实践题） 请同学们以小组为单位，在课外合作自制一个简易净水器。 【材料建议】 · 空塑料瓶（剪去底部） · 纱布、棉花或咖啡滤纸 · 小卵石（或洗净的碎石子）、粗沙、细沙 · 活性炭（或洗净的木炭） 【温馨提醒】 1. 活性炭请选用“颗粒状”的，使用前需用清水反复冲洗几次。 2. 以上材料仅供参考，请同学们发挥创意，寻找生活中合适的替代品。 【操作要求】 1. 参照自来水厂的净水原理，将上述材料按一定顺序填入塑料瓶中，制作出你的简易净水器。 2. 用你自制的净水器净化一杯浑浊水样，观察并记录水变清的过程。 3.制作完成后，请将你的净水器作品带回学校，与同学们交流展示。 【制作记录】 （13）（原创）在制作或测试过程中，你遇到了什么困难？请简要分析原因，并写出你的改进措施。 任务四：展示与评价（拓展题，预计15分钟） 班级举办净水器设计大比拼，请带上你们小组的作品，与其他小组进行交流展示。 （14）在组间交流环节，请向其他小组简要介绍你们的设计思路。 （15）观摩其他小组的作品后，请组内讨论你们的设计还有哪些可以改进的地方。 （16）（原创）污染水易，净化水难。保护水资源，重在“防”而不在“治”。作为河源学子，请为保护万绿湖提出一条切实可行的建议：________________________________。 三、作业实施建议 1. 布置时机与使用建议：本作业可作为人教版（2024）九年级化学上册第四单元“跨学科实践活动3（水质检测及自制净水器）”的配套作业。建议结合班级实际灵活安排：任务一、任务二可作为课堂当堂检测或导学；任务三作为周末或课外的家庭动手实践，让学生亲身经历“动手—试错—改进”的过程；任务四作为课堂上的展示交流与评价环节。不必拘泥于固定的课时划分，核心是让学生在“做中学”。 2. 材料准备指南：活性炭请选用水处理专用的颗粒活性炭。注意不要买粉末状的，粉末会堵塞滤层，还会导致滤液发黑浑浊。使用前需用清水反复冲洗几次，洗掉表面的炭粉。小卵石和细沙也要反复淘洗，直到水变清为止。 3. 实操提醒：制作时将塑料瓶倒置，瓶口朝下作为出水口，剪去瓶底（朝上）作为进水口。剪开的塑料边缘十分锋利，请务必用胶带（电工胶带最佳）沿边缘贴上一圈，或佩戴手套，防止划伤手指。 4. 安全提示：切勿让学生品尝净化后的水。 四、作业评价标准 评价维度 评价标准 分值 自评 互评 师评 化学观念 能正确区分元素与原子；能标出常见物质中元素的化合价；能说出过滤、吸附等净水原理。 20分 科学思维 能根据硬度数据与资料卡判断水质类别；能通过水费单分析阶梯水价的作用。 20分 科学探究与实践 能积极参与小组合作，明确分工；完成净水器制作；能准确分析制作中遇到的困难并提出改进。 25分 科学态度与责任 能积极参与组间交流与展示；能提出切实可行的保护万绿湖的环保建议。 15分 跨学科融合与实践 能结合生活经验解释流速变化；能结合图表、经济学等知识解决真实问题。 20分 合计 100分 作业评价说明： 1. 分数等级：80-100分为“优秀”，70-79分为“良好”，60-69分为“合格”。 2. 分层评价指引： · 基础层（达到合格线）：能完成“化学观念”和“科学思维”维度的基础题和应用题，基本掌握过滤、吸附、硬水软化等核心知识。 · 提高层（达到良好线）：能在“科学探究与实践”维度中，与小组成员合作完成净水器制作，并准确分析遇到的困难。 · 拓展层（冲刺优秀线）：能在“科学态度与责任”和“跨学科融合与实践”维度中，展现出优秀的组间交流能力、跨学科思维和环保责任意识。 五、参考答案与解析 任务一：调查参观 （1）元素。 解析：物质是由元素组成的。饮用水中的“铁、锰、铜、锌、钙”等指的是这一类原子的总称，即元素，与它们以什么形式存在（离子或化合物）无关。 （2）溶于水后生成的胶状物吸附悬浮颗粒，使杂质沉降。 解析：明矾是常用的絮凝剂，其原理是溶于水后形成胶体，吸附水中悬浮的小颗粒，使其聚集成大颗粒而加快沉降。 （3）吸附。 解析：活性炭具有疏松多孔的结构，有很强的吸附能力，能吸附色素和异味，因此利用了它的吸附性。 （4） 解析：Cl₂是单质，单质中元素的化合价为0。 （5）水资源费；污水处理费。（两空顺序可互换） 解析：由表格可知，总费用由两项构成，即表格中列出的“水资源费”和“污水处理费”。 （6）引导居民节约用水，避免水资源浪费。（或：提高居民的节水意识，减少水资源浪费。） 解析：阶梯水价的核心意义在于用多少水付多少钱，用得越多单价越高，从而引导居民节约用水。 （7）过滤；漏斗；引流。 解析：格栅和沉砂池的原理是拦截大颗粒不溶物，相当于过滤。过滤操作用到的玻璃仪器有烧杯、漏斗、玻璃棒。其中玻璃棒的作用是引流，防止液体溅出。 （8）化学。 解析：微生物分解有机物，生成了二氧化碳和水等新物质，有新物质生成，属于化学变化。 （9）绿化浇灌（或工业冷却、道路冲洗等，写出一个即可）。 解析：处理达标的水可以用于非饮用用途，实现水资源的循环利用。 任务二：水质检测 （10）极软水；少。 解析：由表格可知该水样总硬度为45 mg/L，对照资料卡落在0~75区间，属于极软水，极软水中钙、镁离子含量较少。 （11）锅炉结水垢（或浪费肥皂、衣服变硬、浪费燃料等，写出一条即可）。 解析：硬水加热易产生水垢，导致管道堵塞、浪费能源；洗涤时与肥皂反应生成浮渣，浪费肥皂且使衣服变硬。 （12）煮沸。 解析：生活中通过煮沸可将可溶性钙镁化合物转化为水垢沉淀，从而降低硬度。 任务三：动手制作 （13）困难示例：水流速度越来越慢，甚至堵塞。 原因：泥沙或活性炭粉末堵塞了过滤层颗粒间的缝隙，导致水流通道变窄，阻力增大。 改进措施（答出一点即可）：① 增加隔离层：在细沙上方及粗细材料交界处加铺一层纱布或咖啡滤纸，防止泥沙和炭粉直接渗入缝隙； ② 先静置沉淀：将浑浊水样先静置一段时间，只取上层相对清澈的水进行过滤，避免大量泥沙直接涌入； ③ 优化滤层结构：适当减少细沙层的厚度，或增加粗沙层，让水流有更多通过的孔隙。 评分标准：此题言之有理即可。能准确写出困难、分析原因、给出改进措施，三个要素齐全给满分；缺一酌情扣分。 任务四：展示与评价 （14）展示思路（合理即可，如：我们小组经过讨论，决定将小卵石放在最上层，因为颗粒大，能先过滤掉大块杂质……）。 评分标准：表达清晰，能说明小组商定的材料顺序及理由即可。 （15）示例：组内讨论后，我们发现第二组在瓶口用了咖啡滤纸，滤出的水比我们更清澈，我们打算也尝试加一层。（或发现其他小组的活性炭洗得很干净，水没有发黑等，写出一条即可。） 评分标准：能客观评价其他小组作品，并经过组内讨论后提出具体的改进想法即可。 （16）不向湖中乱扔垃圾；节约用水，一水多用等（写出一条，言之有理即可）。 学科网（北京）股份有限公司 $