专题4跨学科实践活动 水质检测及自制净水器教学设计--2026-2027学年八年级化学沪科版（五四学制）全一册

跨学科实践活动 水质检测及自制净水器（教学设计） 课题 课时安排 核心 素养目标 化学观念：认识天然水杂质构成，理解沉降、过滤、吸附的净水原理。 科学思维：对比不同净水方法差异，归纳净水流程逻辑。 科学探究：自主完成水质检测、净水器设计制作与实操验证。 科学态度与责任：感知水资源珍贵，树立科学用水、护水的环保意识与社会责任感。 重点 和难点 教学重点：掌握水质检测的常用指标与实操方法，理解沉降、过滤、吸附的净水原理，熟练掌握简易净水器的设计、组装与使用方法。 教学难点：结合水质问题优化净水装置结构，区分天然水、净化水、纯水的差异，实现多学科知识融合解决真实水质净化问题。 教学过程 教学环节 教学活动 设计意图 导入新课 展示生活中河水、自来水、纯净水的水样，呈现浑浊、有杂质的天然水体实景。提问学生天然水能否直接饮用，生活中如何处理脏水、保障饮水安全。结合当下水资源污染现状，引出水质检测的必要性与净水技术的实用价值，顺势导入本节课实践活动，开启水质检测与净水装置制作的探究学习。 以真实生活问题为驱动，依托任务式探究活动，融合多学科知识，让学生在实操中掌握净水原理与检测技能，夯实化学核心知识，培养实践能力与节水护水的责任意识。 讲授新课 任务一：情境感知，区分不同水体，明确实践探究主题 教师呈现提前准备的四种水样，分别是野外采集的河水、静置后的池塘水、家用自来水、超市购买的纯净水，将四种水样分别装入透明烧杯中，整齐摆放于实验操作台。引导学生以小组为单位，自主观察四种水样的外观特征，从颜色、浑浊程度、肉眼可见杂质、有无异味等方面进行细致对比记录。学生通过直观观察可清晰发现，河水与池塘水存在明显浑浊现象，水中悬浮大量细小颗粒杂质，部分水体带有轻微异色，静置后杯底会出现沉淀物质；自来水清澈透明，无肉眼可见杂质；纯净水外观最为洁净，通透无杂质、无异味。 在学生完成观察对比后，组织小组内部交流讨论，梳理不同水体的差异，思考核心问题：天然水体无法直接饮用的根本原因是什么。结合教材基础知识点，引导学生自主总结，天然水中含有多种杂质，主要分为不溶性杂质、可溶性杂质以及微生物三类。不溶性杂质会导致水体浑浊，肉眼可直接观察；可溶性杂质溶解于水中，无法通过肉眼识别，会影响水质口感与用水安全；微生物、细菌等有害物质会直接危害人体健康。 随后结合生活实际拓展延伸，引导学生联想生活场景，思考日常饮水安全的保障方式，梳理出自来水厂净水处理、家用净水设备过滤、煮沸饮水等常见净水方式。通过真实情境感知，让学生深刻认识到水质检测与水净化的现实意义，打破化学理论与生活实际的壁垒，正式确立本节课两大核心实践任务，分别是科学完成水质检测、自主设计并制作简易净水器，为后续探究活动开展奠定认知基础。本任务重在激发学生探究兴趣，培养学生观察辨析能力，帮助学生建立真实的水质认知，明确本节课的实践探究方向。 任务二：探究新知，梳理净水核心原理与常用方法 本任务聚焦教材核心理论知识，为后续实操实践筑牢理论基础，引导学生自主探究初中阶段核心的四种人工净水方法，系统梳理沉降、过滤、吸附、消毒的原理、作用及适用场景，区分物理净水与化学净水的差异。首先探究沉降净水法，教师展示浑浊水样静置前后的对比样品，引导学生观察水样变化，总结沉降的核心原理。沉降是利用重力作用，让水中颗粒较大的不溶性固体杂质自然下沉，与水体分离，该过程为物理变化，仅能去除大颗粒悬浮杂质，无法除去细小杂质与可溶性杂质。 同时介绍明矾辅助沉降的净水技巧，讲解明矾溶于水后会形成胶状物，可吸附水中悬浮的细小不溶性杂质，加速杂质沉降，大幅提升沉降净水的效果，这也是自来水厂初步净水的核心工艺。学生结合实验现象与教材内容，自主归纳沉降法的优缺点，优点是操作简单、无需复杂设备、成本低廉，缺点是净水精度低，仅能完成初步净水，净化后的水体仍较为浑浊，无法达到饮用标准。 其次重点探究过滤净水法，这是本节课的核心净水原理，也是自制净水器的核心工艺。教师结合教材图示，讲解过滤的核心原理，利用多孔过滤材料，阻隔水中不溶性细小杂质，让水分子通过过滤层，从而实现固液分离，彻底去除水中悬浮的不溶性杂质，该过程同样属于物理变化。随后引导学生梳理实验室标准过滤操作的核心要点，明确过滤所需的基础材料，包括滤纸、漏斗、玻璃棒、烧杯、铁架台等，理解玻璃棒引流、滤纸紧贴漏斗内壁、液面低于滤纸边缘等操作规范的原理，知晓违规操作会导致过滤失败、净水效果不佳的问题。 在理论梳理完成后，组织学生小组讨论，对比沉降与过滤两种净水方法的净化效果，总结得出过滤的净水精度远高于沉降，可有效去除水体中绝大部分不溶性杂质，让浑浊水体变得澄清。接着探究吸附净水法，讲解活性炭的净水特性，活性炭具有疏松多孔的结构，拥有极强的吸附性，可吸附水中残留的细小悬浮杂质、色素、异味，进一步优化水质，是深度净水的重要方法，该过程无新物质生成，属于物理变化。 最后补充消毒净水法，说明经过沉降、过滤、吸附后的水体虽清澈洁净，但仍含有细菌、病毒等有害微生物，无法直接饮用。常用的消毒方式为加入消毒剂，消毒剂会与水中微生物发生化学反应，杀灭有害菌群，该过程属于化学变化，也是自来水厂净水的最后一道核心工序。学生通过系统探究，完整梳理自来水厂全套净水流程，即原水静置沉降、明矾吸附沉降、过滤除杂、活性炭吸附、消毒杀菌，构建完整的净水知识体系，为后续水质检测与净水器制作提供理论支撑。 任务三：实操探究，完成水样全方位水质检测 本任务为核心实操任务，学生依托所学理论知识，分组对课前准备的河水、池塘水、自来水、纯净水四种水样进行全方位水质检测，掌握基础水质检测方法，学会分析水质数据，判断水体是否达标。首先明确教材规定的基础水质检测指标，包括水体浑浊度、色度、气味、pH值、TDS可溶性杂质含量五大核心指标，掌握对应的检测方法与判断标准。 第一步开展感官指标检测，学生以小组为单位，通过目视观察、鼻嗅辨别的方式，记录四种水样的浑浊度、颜色、气味。详细记录实验现象，河水浑浊度高、略带淡黄色、有轻微泥土异味；池塘水浑浊、静置后有沉淀、异味明显；自来水清澈无色、无异味；纯净水洁净通透、无色无味。通过感官检测，学生可直观区分不同水体的基础水质差异，初步判断水体洁净程度。 第二步开展精准仪器检测，教师讲解TDS水质检测笔、pH试纸的使用方法与读数规范，强调实操注意事项，杜绝操作误差。学生分组实操，先用TDS检测笔分别检测四种水样的可溶性杂质含量，记录对应数值，数值越高代表水中可溶性杂质越多，水质纯度越低。再使用pH试纸检测水样酸碱度，将试纸浸入水样后取出，对比标准比色卡，读取pH数值，判断水体是否符合生活饮用水酸碱度标准。 检测完成后，各小组整理实验数据，完成水质检测记录表，横向对比四种水样的各项检测数据。小组内部开展数据分析讨论，思考天然水体水质不达标的具体原因，分析浑浊、杂质超标、酸碱度异常的影响因素。同时结合生活饮用水卫生标准，判断四种水样是否可直接饮用，梳理天然水体与饮用水的水质差距。在实操过程中，教师巡回指导，纠正学生不规范操作，解答学生疑问，帮助学生熟练掌握水质检测的实操技能，培养学生严谨的科学探究态度与数据分析能力。 任务四：创新实践，自主设计并组装简易净水器 本任务是本节课的核心实践环节，学生结合前期所学的沉降、过滤、吸附净水原理，利用生活常见材料，自主设计、组装简易净水器，实现对浑浊天然水的净化处理，践行理论联系实际的探究理念。教师提前为学生准备充足的实验材料，包括塑料饮料瓶、蓬松棉、纱布、石英砂、鹅卵石、活性炭、滤纸、剪刀、胶带等生活与实验材料，引导学生结合净水原理，自主规划净水器的结构层级。 首先引导学生自主设计净水器结构，结合净水流程逻辑，确定由下至上的材料铺设顺序，核心遵循“精细过滤—吸附除杂—粗过滤—沉降预处理”的层级原则。学生小组合作绘制简易净水器设计图，明确每一层材料的作用，蓬松棉、纱布用于阻隔细小材料流失，初步过滤杂质；活性炭用于吸附色素、异味、细小悬浮杂质；石英砂用于过滤中小型不溶性杂质；鹅卵石用于过滤大颗粒杂质，同时支撑整体净水结构。 设计方案确定后，学生开始动手组装净水器，先将塑料饮料瓶从中间剪开，瓶口部分倒置在瓶底部分上方，形成漏斗式净水装置。依次在瓶口处铺设纱布、蓬松棉，逐层填充活性炭、石英砂、鹅卵石，每铺设一层材料，用纱布隔开，避免材料混合，保证净水层级清晰、结构稳定。组装完成后，各小组自查装置结构，检查是否存在材料铺设混乱、层级倒置、缝隙过大等问题，自主优化装置结构，确保净水器可正常净水。 装置组装完成后，开展净水实操实验，学生将前期检测的浑浊河水缓慢倒入自制净水器中，观察净水过程，仔细记录流出净化水的外观状态。学生可清晰观察到，原本浑浊发黄、含有大量杂质的河水，经过多层过滤吸附后，流出的水体变得清澈透明，无肉眼可见杂质。实验完成后，各小组对比净水前后的水样外观，直观感受净水装置的净化效果。 同时引导学生深度思考探究问题，自主净化后的水是否为纯水，能否直接饮用。结合所学知识，学生自主分析得出，自制净水器仅能去除水中不溶性杂质、色素、异味，无法除去可溶性杂质、细菌、病毒，因此净化后的水属于净化水，而非纯水，依旧不能直接饮用。通过该实操任务，全面锻炼学生的动手操作、方案设计、创新优化能力，让学生深度理解净水原理的实际应用价值。 任务五：对比优化，探究净水装置改进与净水效果提升方法 本任务重在培养学生的科学思维与创新探究能力，引导学生通过对比实验，发现自制净水器的不足，自主探究优化方案，提升净水效果。首先组织各小组展示自制净水器的净水成果，对比不同小组装置的净水效果，部分小组净化后的水体完全清澈，部分小组水体仍存在轻微浑浊。引导学生小组间对比装置结构、材料铺设厚度、操作方式，分析净水效果存在差异的原因。 学生通过对比探究总结出影响净水效果的核心因素，材料层级顺序是否正确、活性炭填充厚度是否充足、过滤层是否紧密、倒水速度是否平缓、装置密封性是否良好。层级倒置会导致精细过滤失效，活性炭过少无法有效吸附异味色素，倒水速度过快会导致杂质过滤不彻底，造成净水效果不佳。基于发现的问题，各小组自主开展装置优化改进，加厚活性炭过滤层、规整材料层级、收紧过滤缝隙、规范倒水操作。 优化完成后，再次进行平行净水实验，对比优化前后的净水效果，直观验证优化方案的有效性。随后教师拓展延伸，引导学生思考生活中商用净水器、自来水厂净水设备的优化原理，结合本节课所学知识，分析大型净水设备多层过滤、智能检测、消毒杀菌的设计逻辑，实现课堂实践与生活应用的深度衔接。同时组织学生小组讨论，总结简易净水器的优缺点，优点是材料易得、操作简便、便携实用，适合应急净水；缺点是净水精度有限，无法去除可溶性杂质和微生物，净水效率较低。 通过本任务的对比优化探究，打破学生固定的实操思维，让学生明白科学探究并非一次成型，需要不断发现问题、分析问题、优化改进，培养学生严谨求实、敢于创新的科学探究精神，提升学生分析问题、解决问题的综合能力。 任务六：总结升华，梳理知识体系，树立环保护水意识 本任务重在梳理本节课核心知识，构建完整知识体系，落实情感态度与价值观目标。首先组织学生以小组为单位，全面复盘本节课所有探究任务，系统梳理所学知识与实操技能。学生自主总结水质检测的核心指标与实操方法、四种净水方法的原理与差异、简易净水器的结构与净水逻辑、天然水与纯水的区别，形成系统化的知识框架。 随后教师进行整体总结，串联本节课重难点知识，强调沉降、过滤、吸附为物理净水，消毒为化学净水，明确不同净水方法的适用场景，重申自制净水器的净水原理与局限性，纠正学生知识误区。同时结合当下水资源现状，拓展全球水资源短缺、水体污染严峻的现实问题，结合本节课水质检测结果，让学生直观感受到天然水体污染的现状，深刻体会干净水资源的珍贵。 引导学生结合生活实际，交流日常节水、护水的具体做法，树立节约用水、保护水资源、科学用水的意识，将化学学习与社会责任紧密结合。让学生明白化学净水技术不仅是课本知识，更是保护水资源、保障人类饮水安全的重要手段，深刻体会化学学科的实用价值与社会价值。最后组织学生完成课堂知识梳理与实操总结，巩固本节课所学内容，实现知识掌握、能力提升、素养落地的三维教学目标。 本节课全程采用分层任务式活动教学，遵循“发现问题—探究原理—实操实践—优化总结”的认知逻辑。由浅入深设置递进式探究任务，先通过观察对比建立水质认知，再探究净水核心原理，随后开展水质检测实操、净水器制作与优化，最后拓展应用。全程凸显学生主体地位，摒弃被动听讲模式，让学生自主合作、动手实操、分析总结。同时融合多学科知识，衔接教材理论与生活实际，既巩固化学净水核心知识点，又锻炼学生动手探究、数据分析、创新优化能力，落实四维核心素养，实现知行合一的育人目标。 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 $