3.5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

《水的净化与自制净水器》教学设计 科粤版（2024）九年级化学上册 第三单元 3.5 跨学科实践活动 一、教材分析 本节是科粤版（2024）九年级上册第三单元中的跨学科实践活动，紧承3.4水资源的学习内容，以“如何把浑浊的天然水净化为可安全饮用的水”这一真实问题为驱动，将沉淀、过滤、吸附等混合物分离方法与自制净水器的工程实践有机融合。教材从观察浑浊天然水出发，引导学生经历方法探究、工艺认识、装置设计、制作测试与优化改进的完整实践链条，渗透化学、技术、工程与环境保护等跨学科观念，具有鲜明的实践性、综合性与育人价值。 二、四维核心素养 化学观念：认识沉淀、过滤、吸附等混合物分离方法，形成“性质决定净化方法”的物质观与变化观。 科学思维：在方法比较与净水层序设计中运用比较、分类、归纳等方法，建构化学与工程融合解决问题的思维模型。 科学探究：经历提出问题、设计方案、制作装置、测试评价、优化改进的完整探究过程，提升动手实践与证据推理能力。 科学态度与责任：关注饮用水安全与水资源保护，体会化学技术对改善生活、守护健康的价值，形成节约用水、爱护水资源的社会责任。 三、教学重难点 教学重点：掌握沉淀、过滤、吸附等常用水的净化方法，理解混合物分离的一般思路；能设计并制作简易净水器。 教学难点：初步建构混合物分离与提纯的基本思路，合理安排净水器各层材料的顺序与作用，综合运用化学、技术与工程知识解决净水实际问题。 四、设计意图 本节课以真实问题“如何让浑浊的天然水变得可以安全饮用”为驱动，采用任务式活动设计，将学生带入自来水厂工程师与净水产品设计师的双重角色。设计遵循“做中学”“创中学”理念：先通过观察天然水激发认知冲突，再以系列探究活动建构沉淀、过滤、吸附等净化方法的科学认识，随后迁移到自来水厂真实工艺流程，最终落脚于自制净水器的设计、制作、测试与优化。整个过程让学生在手脑并用中经历完整的工程实践链条，既落实混合物分离的化学核心知识，又渗透技术设计、工程思维与社会责任，实现从知识习得向素养发展的跨越。 五、教学过程 本节课采用任务式活动设计，围绕“天然水的净化”这一核心任务，拆解为若干环环相扣的子任务，引导学生在完成真实任务的过程中自主建构知识、发展能力。 任务一：情境导入——一杯浑浊的天然水 【任务情境】 教师展示一杯从校园附近小河或池塘中取来的天然水，请学生观察并描述这杯水的外观：它清澈吗？水中有哪些肉眼可见的杂质？闻一闻有没有气味？教师提示：未经处理的天然水不能直接饮用。 【学生活动】 学生分组观察水样，用自己的语言描述天然水的特征：水中悬浮着泥沙、细小颗粒，水呈黄绿色或黄褐色，静置后杯底出现一层沉积物，水面漂浮着少量杂物。学生围绕“这杯水能不能直接喝”“为什么不能直接喝”“怎样才能把它变干净”等问题展开讨论。 【教师引导】 教师顺势提问：同学们在生活中见过哪些水变干净的例子？自来水厂是怎样把江河中的水变成我们家中流出的自来水的？如果让你们当一次小小净水工程师，能不能利用身边常见的材料，自己动手制作一台净水器，把这杯浑浊的水变清？由此引出本节课的核心任务——水的净化与自制净水器。 【设计意图】 从学生身边的真实水样出发，用直观的视觉与嗅觉冲击激发认知冲突，让学生意识到天然水中含有多种杂质，不能直接饮用，自然产生“让水变干净”的内在需求，为后续净化方法的学习和净水器的制作奠定动机基础。 任务二：方法探究——让水变清的“三板斧” 【任务情境】 教师提出驱动问题：要让一杯浑浊的天然水变得澄清透明，我们可以采用哪些方法？请各小组结合已学知识和生活经验，大胆猜想并设计验证方案。 【探究活动一：静置沉淀】 教师引导学生将浑浊的天然水分别装入两个烧杯，一杯静置不动，另一杯用玻璃棒轻轻搅拌后静置。学生观察两杯水中泥沙颗粒的变化：较大较重的泥沙颗粒在重力作用下逐渐沉降到杯底，上层水变得相对清澈。教师点拨：这种让水中较大颗粒不溶物在重力作用下沉降下来的方法，叫做沉淀法。沉淀可以除去水中较大颗粒的悬浮杂质，但沉降速度较慢，且细小颗粒不易沉降。 【探究活动二：加絮凝剂促进沉降】 教师演示：向一杯浑浊的天然水中加入少量明矾，用玻璃棒搅拌后静置。学生观察到水中细小的悬浮颗粒逐渐聚集形成较大的絮状物，沉降速度明显加快，上层水比单纯静置时清澈得多。教师讲解：明矾溶于水后形成的胶状物能够吸附水中细小的悬浮颗粒，使之聚集成较大颗粒而沉降，这种方法叫吸附沉淀，是自来水厂常用的预处理方法。教师提醒学生注意：明矾只起吸附沉降作用，并不能杀死水中的细菌，经过沉淀的水仍然不能直接饮用。 【探究活动三：过滤】 教师演示过滤操作：取一张滤纸，对折两次后放入漏斗，用水润湿使之紧贴漏斗内壁，将漏斗固定在铁架台上，下端紧靠烧杯内壁。将经过沉淀的上层水沿玻璃棒慢慢倒入漏斗中。学生观察：滤纸上留下了黄褐色的泥沙等不溶性杂质，而流入烧杯中的水变得澄清透明。教师引导学生总结过滤操作的要点——“一贴、二低、三靠”，并讨论：过滤能除去什么样的杂质？过滤后的水是不是就可以直接喝了？学生通过讨论认识到，过滤只能除去水中的不溶性杂质，水中的可溶性物质和细菌仍然存在，因此过滤后的水还不能直接饮用。 【探究活动四：吸附】 教师展示一块活性炭，请学生观察其外观特征：黑色、多孔、质地疏松。教师将活性炭放入一个简易过滤装置的中间层，让经过初步过滤的水缓缓通过活性炭层。学生惊奇地发现：原本带淡黄色的水经过活性炭后颜色明显变浅，水中的异味也消失了。教师讲解：活性炭具有疏松多孔的结构，表面积很大，能够吸附水中的色素、异味以及部分可溶性杂质，这种方法叫吸附法。吸附法主要除去的是水中有颜色、有气味的可溶性物质。 【归纳小结】 教师引导学生梳理四种净化方法及其除去的杂质类型：沉淀法除去大颗粒不溶物，过滤法除去细小的不溶性杂质，吸附法除去色素、异味和部分可溶性杂质。教师追问：经过这三步处理后的水，颜色清澈了、异味消失了，是不是就可以直接喝了？学生讨论后意识到，水中可能还存在肉眼看不见的细菌等微生物，还需要进行消毒处理。教师简要介绍自来水生产中常用的消毒环节，强调消毒是保障饮用水安全的重要步骤，但经过家庭自制净水器处理的水，仍需煮沸后才能饮用。 【设计意图】 通过四个层层递进的探究活动，学生在动手观察中亲历沉淀、吸附沉淀、过滤、吸附等净化方法的原理和效果，在比较与归纳中理解不同方法除去的杂质类型不同，初步建构起“根据杂质性质选择分离方法”的混合物分离思路，为后续设计净水器奠定知识基础。 任务三：工艺建模——走进自来水厂 【任务情境】 教师播放一段自来水厂生产流程的视频或展示流程图，提问：自来水厂是怎样把江河水一步步净化为自来水管网中的自来水的？各个环节分别起什么作用？请各小组对照刚才探究的净化方法，在学习任务单上用流程图的形式梳理自来水厂的净水工艺。 【学生活动】 学生小组合作，将自来水厂的净水过程概括为以下主要环节：取水——从江河湖泊引取原水；加絮凝剂——使细小悬浮颗粒聚集成絮状物沉降；反应沉淀池——沉淀除去大颗粒杂质；过滤池——除去细小的不溶性杂质；活性炭吸附池——吸附色素、异味和部分可溶性杂质；消毒——杀灭水中的细菌等微生物；配水泵站——将净化后的水送入城市供水管网。 【教师引导】 教师引导学生对比自来水厂工艺流程与刚才探究的净化方法：自来水厂把沉淀、过滤、吸附、消毒等方法按合理顺序组合在一起，形成一套完整的净水工艺。教师追问：为什么自来水厂要按这样的顺序排列各环节？能不能颠倒顺序？学生通过讨论认识到，先除去大颗粒杂质再除去小颗粒杂质，先处理不溶性杂质再处理可溶性杂质，是混合物分离的一般思路，顺序颠倒会降低净化效率、缩短过滤材料的使用寿命。 【设计意图】 将实验室中的净化方法迁移到真实的自来水生产工艺中，让学生体会化学知识在工业生产中的应用，理解工艺顺序背后的科学道理，建构“从粗到细、从不溶到可溶”的混合物分离思路，为自制净水器的层序设计提供工程范式。 任务四：方案设计——我的净水器我做主 【任务情境】 教师宣布本节课的核心工程任务：请各小组利用老师提供的材料（去底的塑料饮料瓶、小卵石、石英砂、活性炭、蓬松棉、纱布、玻璃导管等），设计并制作一台简易净水器，要求能将浑浊的天然水净化为清澈透明的水。设计之前，请各小组先在学习任务单上画出净水器的设计草图，标明各层材料的名称、厚度和顺序，并简要说明每一层的作用。 【学生活动】 学生以小组为单位讨论设计方案。教师巡回指导，引导学生思考以下关键问题：第一，水应该从净水器的哪一端流入、哪一端流出？为什么？第二，小卵石、石英砂、活性炭、蓬松棉这些材料，应该按什么顺序从上到下排列？为什么要这样排？第三，各层之间为什么要用纱布隔开？纱布太密或太疏会有什么影响？第四，出水口应该怎样处理才能让净化后的水顺畅流出？ 各小组在讨论基础上完成设计草图。多数小组设计出的方案为：倒置的塑料瓶瓶口朝下作为出水口，从上到下依次放入小卵石、石英砂、活性炭、蓬松棉，每层之间用纱布隔开。教师引导学生解释：先放小卵石除去较大颗粒，再放石英砂除去较小颗粒，然后放活性炭吸附色素和异味，最后放蓬松棉阻挡活性炭颗粒漏出，出水更清澈。教师特别强调：自制净水器只能起到初步净化作用，不能除去细菌，因此净化后的水必须煮沸后才能饮用。 【设计意图】 在动手制作之前先进行方案设计，让学生经历“先想后做”的工程设计过程。通过层层追问，引导学生将自来水厂的工艺思路迁移到自制装置的层序设计中，在设计决策中深化对混合物分离一般思路的理解，培养工程设计与批判性思维能力。 任务五：动手制作——组装简易净水器 【任务情境】 各小组按照自己设计的方案，领取材料，动手组装净水器。教师强调安全操作规范：玻璃导管要轻拿轻放，裁剪塑料瓶时注意不要划伤手，材料分层装入时要轻填轻压，不要把各层材料压实成板。 【学生活动】 学生分工协作：一人负责将塑料瓶去底、倒置固定在铁架台上；一人负责裁剪纱布；一人负责按设计顺序装入小卵石、石英砂、活性炭和蓬松棉；一人负责记录组装过程中的问题和调整。组装过程中，各小组会遇到各种实际问题：有的小组发现水从瓶壁与材料之间的缝隙流下去，净化效果大打折扣；有的小组发现活性炭层太薄，吸附效果不明显；有的小组发现水流太慢，一节课也接不出多少水。教师引导学生边做边调整：用玻璃棒轻轻压实材料、在瓶壁与材料之间填塞纱布密封缝隙、适当调整各层材料的厚度。 【教师引导】 教师在各小组间巡回指导，及时肯定规范操作，纠正危险动作，并鼓励学生把遇到的问题记录在任务单上，留待测试环节分析原因。教师特别提醒学生注意观察各层材料在净水前后的颜色变化，思考这些变化说明了什么。 【设计意图】 动手制作是本节课的核心实践环节。学生在真实的工程操作中体验材料选择、结构组装、问题排查与现场调整，将纸面设计转化为实体装置，在手脑并用中深化对各层材料作用的理解，培养动手实践能力和团队协作精神。 任务六：测试优化——让净水器更好用 【任务情境】 净水器组装完成后，各小组取一杯浑浊的天然水，从净水器上端缓缓倒入，观察下端流出的水的颜色、透明度和气味，并与原水进行对比。同时记录：净化速度如何？出水是否清澈？有没有材料颗粒随水流出来？ 【学生活动】 学生进行净水测试。各组的测试结果差异明显：有的小组流出的水清澈透明，与原水形成鲜明对比；有的小组流出的水仍略带淡黄色，说明活性炭层可能偏薄或安装位置不当；有的小组发现有黑色的活性炭粉末随水流出来，说明蓬松棉层没有起到阻挡作用；有的小组水流极慢，说明材料压得太实或层间缝隙未密封好。 【优化改进】 教师引导各小组针对测试中暴露的问题进行优化调整：水流仍发黄的小组加厚活性炭层；活性炭粉末漏出的小组在活性炭下方再加一层蓬松棉；水流太慢的小组重新松散材料、调整层间纱布密度；水从缝隙旁流走的小组在瓶壁与材料之间填塞纱布密封。调整后再次测试，观察净化效果是否改善。学生在“测试—发现问题—分析原因—调整改进—再测试”的循环中，体会工程优化的一般过程。 【设计意图】 测试与优化是工程实践中不可或缺的环节。学生通过对照原水与净化水的差异，用证据判断净水器的效果，在排查问题中深化对各层材料作用机理的理解，培养基于证据改进方案的科学思维和精益求精的工程态度。 任务七：展示评价——净水成果发布会 【任务情境】 各小组将自制净水器和净化前后的水样摆放在展示台上，轮流上台介绍本组的设计思路、制作过程、测试结果和优化经验，其他小组作为“评委”进行提问和评价。 【学生活动】 每个小组派代表上台展示：先展示浑浊的原水，再倒出经过本组净水器净化后的水，对比两杯水样的颜色和透明度。小组代表介绍本层净水器各层材料的设计意图、制作中遇到的困难以及如何通过测试发现问题并优化。其他小组认真倾听，提出有针对性的问题，如：你们为什么把活性炭放在石英砂的下面而不是上面？你们的水流速度为什么这么快？净化后的水真的可以直接喝吗？各小组现场答疑、互相学习。 【多元评价】 教师组织学生从以下几个维度进行小组互评：净水器结构是否合理、出水是否清澈、小组分工是否协作有序、展示表达是否清晰、优化改进是否有据。教师在点评中肯定各小组的创意和努力，强调：没有完美的净水器，只有不断优化的方案；工程设计永远在迭代中完善。教师再次强调，自制净水器只能除去不溶性杂质和部分色素异味，不能杀死细菌，净化后的水必须煮沸后才能饮用，不能把自制净水器等同于真正的饮用水净化设备。 【设计意图】 展示评价环节让学生学会表达、倾听和思辨。通过小组间的横向对比，学生发现不同设计方案的优劣，在互评中深化对净化原理和工程优化的理解，同时锻炼口头表达与批判性倾听能力。 任务八：拓展升华——守护每一滴饮用水 【任务情境】 教师呈现一组资料：我国水资源总量丰富但人均占有量不足，许多地区的饮用水源受到不同程度的污染；自来水从出厂到入户要经过漫长的管网输送，二次污染时有发生；家用净水器已经走进千家万户，但不同品牌、不同滤芯的净水效果和价格差异很大。教师提问：学完本节课，你能从化学的角度向家人介绍如何选择家用净水器吗？你认为在日常生活中应该怎样守护饮用水安全？ 【学生活动】 学生结合本节课所学展开讨论：选择净水器时要看滤芯的材料构成，是否有活性炭吸附层、是否有精细过滤层；要定期更换滤芯，否则吸附饱和的滤芯反而会成为污染源；净水器净化后的水仍建议煮沸后饮用；日常生活中要注意节约用水，不向河流中倾倒垃圾和污水，保护好饮用水源。教师引导学生认识到，化学不仅能帮助我们净化水，还能帮助我们理性消费、健康生活、守护水资源。 【课堂小结】 教师与学生共同回顾：本节课我们认识了沉淀、过滤、吸附等水的净化方法，了解了自来水厂的生产工艺，亲手设计、制作并优化了一台简易净水器。更重要的是，我们初步建立了“根据杂质性质选择分离方法、从粗到细层层递进”的混合物分离思路，体会到化学、技术、工程与生活之间的紧密联系。 【设计意图】 从课堂实践延伸到真实生活，引导学生用化学视角审视家用净水器选择、饮用水安全等现实问题，将课堂所学迁移为生活中的科学决策能力，落实科学态度与责任维度的素养目标，同时渗透节水护水、可持续发展的生态文明观念。 六、板书设计 3.5 水的净化与自制净水器 一、天然水中的杂质 不溶性杂质（泥沙）、可溶性杂质（色素异味）、微生物 二、净化方法 沉淀法 — 除去大颗粒不溶物 过滤法 — 除去细小不溶物 吸附法 — 除去色素、异味、部分可溶物 消毒 — 杀灭细菌 三、自来水厂工艺 取水 → 加絮凝剂 → 沉淀 → 过滤 → 活性炭吸附 → 消毒 → 供水 四、自制净水器 塑料瓶（去底倒置） 小卵石 → 石英砂 → 活性炭 → 蓬松棉 （纱布隔开各层） 净化后须煮沸方可饮用 五、混合物分离思路 从粗到细、从不溶到可溶、层层递进 学科网（北京）股份有限公司 $