第2单元跨学科实践活动1自制简易净水器教学设计--2026-2027学年八年级化学鲁教版（五四学制）全一册

跨学科实践活动1 自制简易净水器 鲁教版（五四学制）初中化学 八年级全一册 一、教材分析 本活动是鲁教版（五四学制）八年级全一册的跨学科实践活动，安排在水的相关知识学习之后。教材以“如何把浑浊的水变清澈”为真实任务，引导学生综合运用过滤、吸附等净水方法，利用生活中的易得材料设计并制作简易净水器。活动将化学原理与工程设计、动手实践紧密结合，既是对水净化知识的应用迁移，也为后续认识水资源保护奠定实践基础，具有较强的综合性和探究性。 二、四维核心素养 化学观念：通过制作净水器，深化对过滤、吸附等物质分离方法的认识，建立“混合物可以通过不同方法分离”的物质变化观念。 科学思维：在方案设计与比选中，发展比较、分析、归纳和推理能力，能根据材料特性推断净水效果。 科学探究与实践：经历明确问题、设计方案、动手制作、测试改进的完整探究过程，提升实验操作与合作实践能力。 科学态度与责任：在实践中体会水资源珍贵，增强节约用水、保护水环境的责任意识和创新精神。 三、教学重难点 教学重点：理解过滤与吸附的净水原理，合理选择材料并设计制作简易净水器。 教学难点：根据不同材料的净化功能科学安排过滤层顺序，并能依据净水效果分析原因、迭代改进。 四、新课导入 教师展示两杯外观差异明显的水：一杯是浑浊发黄的池塘水，一杯是澄清透明的自来水。提问引导学生观察对比：同样是水，为什么一杯浑浊一杯清澈？浑浊的水中可能混有哪些杂质？如果野外只有这样一杯浑浊的水，怎样才能把它变成可以安全观察甚至接近澄清的水？由此引出本节课任务——利用身边材料，自制一个简易净水器。 五、设计意图 以真实生活问题驱动学习，让学生在“做中学”，将净水原理转化为可操作的工程方案，培养实践创新与合作意识。 六、上课过程设计意图 本课以“自制简易净水器”为核心任务，按照“明确任务—探究原理—设计方案—动手制作—测试评估—改进优化—展示交流—拓展反思”的任务链条展开。学生在真实问题情境中扮演“小小净水工程师”，从分析浑浊水中的杂质入手，逐步认识沉降、过滤、吸附等净水方法的作用，再以小组合作方式完成材料选择、分层设计和装置组装。测试环节引导学生用肉眼观察、对比滤液澄清程度等直观证据评价净水效果，反思材料层序和填充厚度对净化效果的影响。整个过程不追求标准答案，而是让学生在试误与迭代中理解科学原理，发展工程思维与团队协作，同时渗透珍惜水资源、保护水环境的情感态度。 七、上课过程 （一）任务情境：一杯浑浊的水 教师活动：教师端出事先准备好的浑浊水样，其中混有泥沙、树叶碎屑等可见杂质，请学生近距离观察并描述水中“能看到什么”。随后提出核心任务：今天我们不做纸笔练习，而是要当一回“小小净水工程师”——用老师提供和自己带来的生活材料，制作一个简易净水器，让这杯浑浊的水经过装置后变得尽量清澈。 学生活动：学生观察浑浊水样，用自己的语言描述水中看到的现象：有悬浮的泥沙颗粒、有浮在水面的碎屑、水发黄发暗。小组讨论：这些杂质可以分成哪几类？分别用什么办法可以除去？ 教师追问：如果让这杯水先静置一段时间，底部会出现什么变化？上层水和下层水有什么不同？这一步利用了什么方法？ 学生活动：学生结合生活经验回答：静置后泥沙会沉到底部，上层水相对清澈，这是沉降。教师顺势在黑板上画出“沉降—过滤—吸附”的净水思路主线。 （二）任务一：认识净水材料 教师活动：教师在讲台上依次展示本节课用到的材料：纱布、石英砂、活性炭、蓬松棉（或棉花）、小卵石、细沙、剪去底部的塑料饮料瓶、烧杯、漏斗、铁架台等。每展示一种材料，请学生先用手摸一摸、用放大镜看一看，再猜测它在净水中可能起什么作用。 学生活动：学生分组观察材料，填写“材料观察记录单”： 小卵石——颗粒大、表面粗糙，可能挡住较大的杂质；石英砂——颗粒较小，缝隙细密；活性炭——黑色、质地疏松，有很多小孔，可能吸附有颜色和异味的物质；蓬松棉——柔软、纤维细密，可能挡住细小颗粒；纱布——网状结构，起到隔开不同层材料的作用。 教师引导：如果把材料直接堆在一起会怎样？为什么需要用纱布把不同材料层隔开？引导学生说出：分层可以避免材料混杂，每一层各司其职，同时让水缓慢穿过各层，保证净化充分。 学生活动：小组讨论后达成共识：净水器内部需要分层，先除大杂质，再除细小颗粒，最后用活性炭吸附色素和异味，最上层用蓬松棉或纱布做缓冲，防止倒水时冲散材料。 （三）任务二：设计净水器方案 教师活动：教师发放设计任务单，请各小组在饮料瓶示意图上画出自己组的净水器内部结构，标明每一层放什么材料、大约多厚、从哪一端进水、从哪一端出水，并简单写出设计理由。教师巡视，倾听各组思路，适时提出质疑：“如果先放活性炭再放小卵石，会发生什么？”“水从上往下流还是从下往上流更合理？为什么？” 学生活动：小组合作绘制设计图。常见方案如下： 瓶子倒放，瓶口朝下接烧杯。从靠近瓶口一端向上依次为：第一层蓬松棉（防止细小颗粒漏出），第二层活性炭（吸附色素和异味），第三层细沙（过滤细小悬浮颗粒），第四层小卵石（拦截较大的碎屑和泥沙），最上层纱布（缓冲进水，防止冲乱料层）。 组间交流：请两到三个小组上台展示设计图，说明层序理由。其他组提出疑问或建议。例如有小组提出“活性炭放在最下面会不会被沙子堵住”，引发全班讨论。教师不急于给出结论，而是把问题留给制作和测试环节去验证。 教师小结：合理的净水器层序应遵循“先粗后细、先滤后吸”的思路：先把大的杂质挡住，再滤掉细小颗粒，最后用活性炭处理色素和异味；材料之间用纱布隔开，防止混杂；水流方向从上到下，借助重力自然流过各层。 （四）任务三：动手制作净水器 教师活动：教师讲解制作步骤与安全注意事项： 第一步，把饮料瓶底部剪去，瓶口朝下倒放在铁架台的铁圈上，瓶口下方放一只烧杯接水；第二步，从瓶口内侧开始，依次向瓶内铺放各层材料，每铺完一层垫一层纱布；第三步，轻敲瓶壁让材料自然压实，但不要用力按压；第四步，用滴管或烧杯沿瓶壁缓慢倒入少量清水，先湿润各层材料，观察是否有材料随水漏下；第五步，正式测试前用透明塑料膜盖住瓶口，防止灰尘落入。 安全提示：使用剪刀时注意刀口方向，不要对着同学；玻璃仪器轻拿轻放；材料不要放入口中；实验结束后洗手。 学生活动：各组按自己的设计图组装净水器。组装过程中不断对照图纸，遇到问题小组内协商解决。常见问题包括：活性炭颗粒太细从纱布缝隙漏出，学生通过多加几层纱布解决；水倒下去水流太慢，学生适当减少材料厚度或换用更粗的石英砂；各层材料分不清，学生在瓶壁外贴上标签标明层序。教师巡视，对动手有困难的小组给予示范，但不替代学生操作。 制作完成：每组都得到一个倒置饮料瓶式简易净水器，瓶内分层装填好净水材料，瓶口下方正对接水烧杯。 （五）任务四：测试与评估净水效果 教师活动：教师取出浑浊水样，请各组组长领取一杯等量的浑浊水，沿净水器瓶壁缓慢倒入。提醒学生观察并记录：倒入前浑浊水的外观；过滤后烧杯中水的颜色、透明度；是否还有悬浮颗粒；闻到的气味有无变化。同时请学生把过滤前后的水样并排放在白纸上，从侧面光照对比。 学生活动：各组开始测试。倒完水后安静等待水流完毕。观察后在记录单上用文字描述现象： 有的组滤液明显变清，杯底没有明显沉淀；有的组滤液仍然发黄，说明活性炭层可能太薄或没有装紧；有的组滤液中混有黑色炭粒，说明纱布层数不够或活性炭颗粒漏出；有的组水流极慢，很长时间还没滴完，说明材料装得太实。 组间对比：教师请各组把烧杯放到展示台上，全班一起比较：哪一组的滤液最清澈？哪一组的滤液颜色变化最大？哪一组的装置漏炭？引导学生从材料种类、层序、厚度、紧实程度四个方面分析原因。 教师引导分析：为什么有的组滤液仍然发黄？——活性炭层太薄，吸附色素不充分；为什么有的组漏炭？——纱布层数不够，活性炭颗粒比纱布网眼还小；为什么水流太慢？——材料压得太实，水难以通过。通过对比，学生逐步理解每一种材料和每一个设计细节都直接影响最终净水效果。 （六）任务五：改进优化 教师活动：教师提出改进任务：根据测试中发现的问题，各组在原有装置上做一次迭代改进。可以增减材料、调整层序、更换纱布层数或改变材料厚度。改进后再次用相同的浑浊水样测试一次，比较前后两次滤液的差异。 学生活动：各组讨论改进方案并实施： 漏炭的小组在活性炭下方增加两层纱布，问题解决；滤液发黄的小组加厚活性炭层，第二次测试时水的颜色明显变浅；水流过慢的小组把石英砂层稍微松一松，水流恢复正常；层序颠倒的小组重新组装，把小卵石放在最上层，细沙放在中间，活性炭放在最下层靠近瓶口处。 二次测试：各组完成改进后再次倒入等量浑浊水，观察并记录改进后的滤液外观。多数小组第二次的滤液比第一次更清澈，漏炭问题消除，水流速度也更合理。学生在对比中体会到“工程设计需要反复迭代”的道理。 （七）任务六：展示交流 教师活动：组织“净水器博览会”。每组推选一名讲解员，站在本装置旁，向其他同学介绍：我们组的设计思路、第一次测试出现了什么问题、我们做了哪些改进、改进后的效果如何。其他组同学可以自由提问，也可以把自己的装置和邻组对比。 学生活动：讲解员介绍设计图和改进过程，回答同学提问。有同学问“你们为什么把活性炭放在最下面”，讲解员解释：因为活性炭颗粒最细，放在靠近出水口一侧，可以在水流出之前最后一次吸附色素和异味，同时用上层的石英砂和小卵石预先拦住大颗粒，避免活性炭层很快堵塞。其他组同学点头认同，也有小组提出“我们把活性炭放在中间，效果也不错”，引发进一步讨论。 教师点评：肯定各组的探究过程，强调没有唯一正确的“标准答案”，关键是设计要有理由、测试要有证据、改进要有依据。表扬在失败后主动调整、不气馁的小组。 （八）任务七：拓展反思 教师活动：教师提出三个拓展问题，请学生小组讨论后全班分享： 第一个问题：我们制作的净水器得到的水，是不是就可以直接饮用了？引导学生认识到：我们的装置只能除去不溶性杂质和部分色素、异味，水中还可能溶解着肉眼看不见的物质，也可能含有细菌，所以不能直接饮用，真正的饮用水还需要经过沉淀、过滤、消毒等多道工序。 第二个问题：自来水厂的净水过程和我们做的有哪些相似和不同？引导学生把自制装置与工业净水流程对应起来：取水—沉淀—过滤—吸附—消毒—配水。让学生体会到课堂上的小小装置其实是工业净水厂的缩影。 第三个问题：地球上的水很多，为什么还要节约用水？引导学生从淡水资源有限、水污染加剧等角度思考，结合本课制作净水器的经历，谈一谈作为中学生可以怎样从身边小事做起保护水资源。 学生活动：小组讨论后代表发言。有的学生说“以后看到水龙头滴水会主动拧紧”，有的说“洗衣服的水可以用来冲厕所”，有的说“不能把垃圾扔到河里”。教师把学生的发言简要记录在黑板一侧，作为情感升华的收束。 （九）课堂小结 教师活动：教师带领学生回顾本课任务链条：从一杯浑浊的水出发，我们认识了沉降、过滤、吸附三种净水方法，用生活中的材料设计并制作了简易净水器，经过测试和改进让水变得更清澈，最后还联想到自来水厂和水资源保护。 学生活动：学生用一句话总结自己本节课最大的收获。有的说“原来一层一层放材料是有道理的”，有的说“失败了改一改就能变好”，有的说“干净的水来之不易，要珍惜”。教师把这些发言与板书上的关键词对应，帮助学生形成完整的认知图式。 八、板书设计 跨学科实践活动1 自制简易净水器 一、浑浊水中的杂质： 不溶性杂质 色素异味 二、净水方法： 沉降 → 过滤 → 吸附 三、净水器层序（从上到下）： 纱布（缓冲） 小卵石（挡大颗粒） 石英砂（滤细小颗粒） 纱布（隔离） 活性炭（吸色素异味） 蓬松棉/纱布（防漏炭） 四、测试改进： 观察颜色 → 对比澄清度 → 分析原因 → 迭代优化 五、拓展： 自来水厂净水流程 · 珍惜水资源 学科网（北京）股份有限公司 $