第2章跨学科实践活动2自制净水器教学设计--2026-2027学年九年级化学沪教版上册

跨学科实践活动2 自制净水器 教学设计 沪教版（2024）九年级化学上册 第2章 空气与水资源 一、课标分析 《义务教育化学课程标准（2022年版）》在“物质的性质与应用”主题中明确要求，学生应了解吸附、沉降、过滤和蒸馏等净化水的常用方法，认识水是宝贵的自然资源，形成保护水资源和节约用水的意识。同时，课标在“跨学科实践活动”板块将“水质检测及自制净水器”列为九年级必做的跨学科实践项目，强调以真实问题为驱动，融合化学、物理、生物与工程技术等学科，引导学生在动手实践中体验科学探究的完整过程。本活动正是对标课标要求，让学生在设计、制作、测试、改进净水器的真实任务中，将水的净化知识转化为解决实际问题的能力，落实从“知识习得”到“实践创新”的育人转变。 二、四维核心素养 化学观念：通过过滤与吸附的实践，建立“物质分离需要依据性质差异选择方法”的分类观与转化观。科学思维：在材料选择与装置优化中发展比较、归纳与控制变量的逻辑推理能力。科学探究：亲历设计方案、动手制作、测试评价与迭代改进的完整探究链条。科学态度与责任：在净水实践中体会饮用水安全的社会意义，增强节水护水的责任意识。 三、教学重难点 教学重点：理解沉降、过滤、吸附各层材料的净水原理，掌握简易净水器的设计思路与制作方法，能从净水效果、材料成本等维度对装置进行评价。教学难点：综合运用化学净化原理与工程设计思维，合理安排材料堆叠顺序以实现分层净水，并在探究净水效率影响因素时严格控制变量，完成从理论设计到实际效果的优化迭代。 四、设计思路 本活动以“野外生存饮水困境”为真实任务情境，按照“提出问题—分析水质—设计方案—动手制作—测试评价—探究优化—迁移反思”的实践主线展开。整个教学过程采用任务驱动方式，将课堂划分为递进式的学习任务群：先让学生带着问题去认识天然水中的杂质类型，再引导他们像工程师一样选材、画图、搭建，接着通过组间互评发现差异，进而用控制变量法探究影响净水效率的关键因素，最后联系自来水厂工艺与家庭净水设备，实现从课堂实践到社会生活的迁移。设计中始终把学生放在主体位置，教师只在关键节点提供脚手架式支持，让学生在“做中学、评中思、改中进”中完成跨学科素养的整合发展。 五、教学过程 任务一 情境导入：野外饮水的困境 【任务情境】教师播放一段户外探险短视频：探险者在山脚下发现一条浑浊的小溪，周围没有商店，也没有自来水，天色渐晚，他急需补充水分。画面停在探险者看着浑浊溪水犹豫的表情上。 【教师活动】教师提问：“如果是你站在这条小溪边，你会直接捧起水喝吗？为什么？”等待学生自由发言后，教师追问：“看起来浑浊的水里到底藏着哪些肉眼可见或看不见的脏东西？我们能不能用身边常见的东西，把这些脏东西尽量去掉，让水变得干净一些？”由此引出本节课的核心任务——自制一个简易净水器。 【学生活动】学生结合生活经验和已有知识，纷纷表达自己的看法：有人说水里有泥沙和落叶，有人说可能有细菌和小虫子，有人说闻起来有土腥味。在教师引导下，学生初步意识到天然水中的杂质是多样的，去除方法也应该是分层的、有针对性的。学生产生强烈的探究欲望，自然进入本课的实践任务。 【设计意图】用真实的野外生存场景制造认知冲突，让学生在“想喝水但又不敢喝”的矛盾中体会净水的必要性。从学生已有的生活经验出发，自然过渡到“我们能不能自己做一个净水器”的任务驱动，避免了枯燥的知识回顾，使后续的选材与制作环节有明确的问题指向。 任务二 分析水质：水里到底有什么 【任务情境】教师拿出一杯提前配制好的模拟“河水”——水中混有泥沙、细土，滴入几滴红墨水使水呈淡红色，还可以闻到淡淡的泥土味。教师把杯子放到展示台上，请学生近距离观察并描述。 【教师活动】教师引导学生从三个维度观察这杯模拟水样：一是用眼睛看——水里有哪些肉眼可见的东西？二是用鼻子闻——水有没有气味？三是用手指沾一点轻轻捻——水里的颗粒摸起来是粗的还是细的？在学生描述后，教师帮助他们把杂质归为三类：大颗粒不溶物（如泥沙、落叶碎屑）、细小悬浮颗粒（如黏土、微尘）、有颜色有气味的可溶性或微小物质（如色素、异味分子）。教师进一步追问：“这三类杂质，我们分别用什么办法对付它们？” 【学生活动】学生分组观察水样，有的小组发现大颗粒泥沙沉在杯底，有的发现水面飘着细小的碎屑，还有的小组注意到水整体偏红。在教师引导下，各组讨论并归纳出杂质的不同类型，并初步联想：大颗粒的可以靠沉降和大孔径过滤去掉，细小颗粒的需要更细密的过滤材料，而颜色和气味可能需要用吸附性强的材料来处理。学生在讨论中自然联想到自来水厂的净水流程，把沉降、过滤、吸附三个步骤与三类杂质一一对应起来。 【设计意图】这一环节是从“感性观察”走向“理性分析”的关键一步。让学生先亲眼看、亲手摸、亲鼻闻，建立对“天然水中有多种杂质”的直观认识，再引导他们按颗粒大小和性质分类，为后续“分层选材、逐级过滤”的设计思路埋下伏笔。这一过程体现了化学中“分类是研究物质的基本方法”的观念。 任务三 方案设计：选材与排列 【任务情境】教师展示实验台上的材料：去底的矿泉水瓶、纱布、棉花（蓬松棉）、活性炭颗粒、细沙、小卵石（鹅卵石）、小烧杯、玻璃棒等。每组一套材料，但材料的种类和数量各不相同，有的组活性炭多一些，有的组小卵石多一些。 【教师活动】教师抛出三个关键设计问题，引导学生小组讨论：第一，这些材料各自能起到什么作用？小卵石、细沙、活性炭、棉花、纱布分别适合去除哪一类杂质？第二，这些材料应该按什么顺序从上到下堆叠？为什么不能把活性炭放在最上面？第三，矿泉水瓶怎么用？瓶口朝下还是朝上？水从哪里进、从哪里出？教师特别强调“先大后小”的排列原则：先拦大颗粒，再拦小颗粒，最后做吸附，这样每一层材料才不会被大颗粒迅速堵塞，净水器才能用得久一些。 【学生活动】各组围绕三个问题展开热烈讨论。有小组认为小卵石应该放在最上面，因为它颗粒最大，能先拦住大的泥沙和碎屑；细沙放在第二层，拦住更细的悬浮颗粒；活性炭放在第三层，吸附颜色和气味；棉花和纱布放在最底下，进一步挡住细小的炭粉和沙粒，让流出的水更清澈。也有小组提出不同意见，认为活性炭应该放在上面，理由是吸附作用最关键。教师不急于评判对错，而是引导学生思考：“如果活性炭在最上面，大颗粒泥沙直接覆盖在活性炭表面，活性炭还能充分接触水里的色素和异味吗？”学生立刻意识到问题所在，修正了自己的方案。随后各组在任务单上画出净水器的设计草图，标明每一层的材料名称和预期作用，标注水流方向。 【设计意图】设计环节是工程思维的集中体现。让学生先讨论再画图，而不是直接动手做，目的是培养“先想清楚再动手”的工程习惯。通过“为什么不能把活性炭放在上面”的认知冲突，让学生真正理解“先粗后细、逐级净化”的设计逻辑，而不是机械记忆教材上的固定顺序。绘制草图的过程，也是把抽象思路可视化、便于组间交流和互评的过程。 任务四 动手制作：搭建净水器 【任务情境】各组根据自己画好的设计草图，利用面前的材料开始组装净水器。教室中充满了小组合作的忙碌氛围。 【教师活动】教师巡视各组，在关键处给予指导：提醒学生把矿泉水瓶去底后倒置，瓶口朝下作为出水口；在瓶口处先塞一团棉花或纱布，防止材料漏出；每铺一层材料，都要在两层之间夹一层纱布，避免不同材料混在一起。教师特别提醒安全事项：使用小刀裁剪塑料瓶时要小心，不要割到手；材料要轻轻倒入，不要用力按压，保持材料之间有适当空隙，水才能顺利通过。对于材料堆叠顺序有偏差的小组，教师不直接纠正，而是问：“你这一层打算拦什么？下一层呢？水流顺序对得上吗？”让学生自己发现并调整。 【学生活动】小组成员分工合作：有的负责裁剪塑料瓶，有的负责清洗和称量材料，有的负责铺层，有的负责记录。一组学生按照“小卵石→细沙→活性炭→棉花”的顺序，每层之间夹纱布，小心地把矿泉水瓶倒置固定在铁架台上或烧杯上。有的小组在铺细沙时发现沙子从纱布缝隙漏下去了，于是赶紧多垫两层纱布。有的小组发现活性炭颜色很黑，担心把水染黑，于是在活性炭层上下都加厚了棉花层。制作过程中，各组不断对照自己的设计草图，发现实际操作与图纸不符的地方就及时调整。完成后，每组都在装置旁边贴上标签，写上小组名称和各层材料的顺序。 【设计意图】动手制作是本活动的核心实践环节。让学生在真实操作中体会“设计图—实物”之间的差距，培养解决实际工程问题的能力。教师采用“延迟评判”策略，不直接纠正学生的错误，而是用提问引导学生自我修正，保护他们的探究主动性。材料漏出、炭粉染色等实际问题，恰恰是课堂上最有价值的生成性教学资源。 任务五 测试效果：净化前后大比拼 【任务情境】各组净水器都已搭建完毕，接下来要接受“实战检验”。教师给每组发放相同体积的模拟浑浊河水，要求缓缓倒入本组净水器，收集流出的净化水。 【教师活动】教师引导学生从三个角度对比净化效果：一是看颜色——净化前后的水样放在一起，浑浊度和红色有没有明显变浅？二是闻气味——净化前后分别闻一下，泥土味和墨水味有没有减轻？三是看流速——水从倒入到流出，速度快不快？有没有堵塞的情况？教师还可以用透明度比较的方法：在两张相同的白纸上写相同的字，把净化前和净化后的水样分别倒入透明杯中，隔着杯子看字，哪杯能看清字就说明哪杯更清澈。教师提醒学生做好观察记录，把现象写在任务单上。 【学生活动】各组小心翼翼地把浑浊河水缓缓倒入净水器顶部。一开始，流出的水还有些浑浊，流了一小段后水渐渐变清。学生们惊喜地发现，原本红色的水样经过活性炭层后，红色明显褪去了不少；杯底的泥沙被小卵石和细沙挡住，没有随水流出来。有的小组净化后的水几乎透明，隔着杯子能清楚地看到纸上的字；有的小组效果差一些，流出的水还略带浑浊。学生们把净化前后的水样并排放在一起，用手机拍照记录对比效果，并在任务单上写下自己的观察：“颜色明显变浅了”“泥沙被挡住了”“水流有点慢，可能是棉花塞太紧了”“活性炭好像用少了，颜色没完全去掉”。 【设计意图】测试环节让学生亲眼看到自己劳动的成果，获得强烈的成就感。同时，各组之间效果的差异，为接下来的交流互评和探究活动提供了真实的素材。引导学生从颜色、气味、流速等多个维度观察，也是在培养他们“多指标评价”的科学思维，而不是只看“水变清了没有”这一个单一指标。 任务六 交流互评：他山之石可以攻玉 【任务情境】教师组织全班展示交流，每组派代表上台，用实物投影展示本组的净水器和净化前后的水样对比。 【教师活动】教师引导展示组从四个方面介绍：第一，我们选了哪些材料，各有什么作用；第二，材料是按什么顺序排列的，为什么这样排；第三，我们的净水器净化效果怎么样；第四，制作过程中遇到了什么困难，是怎么解决的。同时要求其他小组认真倾听，从“净水原理是否合理、材料选择是否恰当、成本是否经济、使用效果是否明显”四个维度给出反馈，并至少提一条改进建议。教师特别强调：评价要具体，不说“你们做得很好”这种空话，要说“你们把活性炭放在了细沙上面，这样沙子会不会堵住活性炭？”这种有依据的建议。 【学生活动】各组代表轮流上台展示。有的小组设计精巧，用了两层活性炭夹一层细沙的结构，净化效果非常明显，引来同学们的赞叹；有的小组材料顺序放反了，先过活性炭再过细沙，结果细沙把活性炭层堵住了，水流很慢，流出的水还略带炭黑色。台下同学纷纷提出建议：“你们应该把细沙放在活性炭上面，先把大颗粒拦住，再让活性炭接触干净一些的水。”展示小组虚心接受，并在任务单上记下了改进方向。还有同学提出：“我们组的棉花塞太紧了，水流不下来，能不能少塞一点？”另一个同学马上回应：“棉花少了沙子会漏下去，我觉得应该把棉花换成纱布叠几层，这样既透气又能挡住细沙。”整个交流过程气氛热烈，学生们在互相评议中不知不觉地深化了对净水原理的理解。 【设计意图】互评环节是本活动的深度学习节点。通过四个维度的结构化评价，学生学会用理性的眼光审视自己和他人的作品，而不是停留在“好看/不好看”的直观判断上。同伴之间的建议往往比教师直接讲解更有说服力，也更能激发学生的改进欲望。这一环节同时锻炼了学生的口头表达能力和批判性思维。 任务七 探究拓展：哪些因素影响净水效率 【任务情境】教师引导学生回顾刚才的交流：“大家发现没有，不同小组做出来的净水器，效果差别还挺大的。有的净化得很干净，有的效果一般。那么，到底哪些因素会影响净水器的效果呢？” 【教师活动】教师先引导学生大胆提出猜想。学生们你一言我一语，列举出很多可能的因素：有没有放活性炭、活性炭放多放少、材料排列顺序对不对、水倒得快还是慢、材料有没有清洗干净、小卵石和细沙的粗细程度等等。教师在黑板上把学生的猜想一一列出来，然后重点讲解科学探究中最重要的方法——控制变量法：当我们想研究其中某一个因素的影响时，必须只改变这一个因素，其他所有条件都保持完全相同，这样得出的结论才可靠。教师以“水流速度对净水效果的影响”为例，带着学生一步步设计探究方案：研究的问题是什么、要改变哪个条件、要控制哪些条件不变、怎么判断效果好不好。 【学生活动】各组从黑板上列出的因素中，选择一个自己最感兴趣的因素进行探究方案设计。有的小组选择探究“活性炭用量多少对脱色效果的影响”：用同一个净水器，第一次放少量活性炭，第二次放多一些活性炭，其他条件完全一样，倒入相同的红色水样，比较两次流出的水哪个更清。有的小组选择探究“材料排列顺序的影响”：先按“卵石→沙→炭”的顺序测一次，再按“炭→沙→卵石”的顺序测一次，比较哪种顺序净化效果更好。还有的小组想探究“水流速度的影响”：同样的水样，一次快速倒入，一次缓慢倒入，看流出的水有没有差别。各组在任务单上写出自己的探究计划，明确变量、控制条件和观察指标。由于课堂时间有限，教师鼓励各组课后继续完成探究实验，下次课分享结果。 【设计意图】从“做净水器”上升到“研究净水器”，是从工程实践走向科学探究的关键一步。控制变量法是初中化学最重要的科学方法之一，让学生在真实情境中设计对比实验，比教师单纯讲解“什么是控制变量”要深刻得多。这一环节也为后续化学实验探究打下方法论基础。 任务八 优化改进：让净水器更好用 【任务情境】结合互评反馈和探究猜想，各组重新审视自己的净水器，思考还可以怎么改进。 【教师活动】教师给出几个改进方向供学生参考：第一，材料层序是否合理？要不要调整顺序或增加某一层？第二，水流是否通畅？堵塞了怎么办？第三，装置是否稳固？倒的时候会不会倒？第四，成本能不能再降低？有没有更便宜易得的替代品？教师鼓励学生大胆想象，比如“如果在外面加一个收集水箱，是不是更方便”“如果用多层纱布代替棉花，过滤效果会不会更好”。 【学生活动】各组围绕自己的问题讨论改进方案。第一组发现活性炭用少了，决定下次多加一些，并且把活性炭层夹在两层纱布之间，防止炭粉漏出。第二组发现棉花塞太紧导致水流太慢，决定减少棉花用量，改用折叠的纱布代替。第三组想到可以在净水器出水口下面接一个小杯子，这样净化后的水不会洒出来。第四组提出，可以把多个净水器串联起来，一级一级净化，效果肯定更好。学生们把改进方案写在任务单上，有的还画出了改进后的新设计图。虽然课堂上没有时间重新制作，但学生们已经在脑海中完成了一次完整的“设计—评价—改进”的工程迭代循环。 【设计意图】工程设计的本质是迭代改进，而不是一次成功。让学生在评价之后回过头来修改自己的作品，体会“好产品是改出来的”这一工程思维。这一环节也培养了学生根据反馈持续优化的习惯，而不是做完就扔。 任务九 迁移反思：从课堂到社会 【任务情境】教师展示自来水厂净水流程的示意图，以及家用净水器、反渗透净水设备的图片资料，请学生对比：我们课堂上做的简易净水器，和真实的自来水厂、家用净水设备相比，有哪些相同和不同？ 【教师活动】教师引导学生发现：自来水厂的净水过程——取水、沉降、过滤、吸附、消毒——和我们课堂上做的步骤非常相似，只是规模更大、工艺更精密。但自来水厂最后还有一个消毒步骤，这是我们课堂上的简易净水器做不到的。教师追问：“那是不是说，我们做出来的水就可以直接喝了？”学生立刻意识到：不行，因为我们的装置只能去掉不溶物和部分颜色气味，水里可能还有看不见的细菌和病毒，必须经过消毒才能安全饮用。教师进一步拓展：现在很多家庭都装了净水器，有超滤的、有反渗透的，它们和我们做的简易净水器在原理上有什么联系和区别？让学生课后去了解家里或小区的净水设备，下节课分享。 【学生活动】学生通过对比发现，课堂上的简易净水器虽然简陋，但核心原理和自来水厂是一致的，都是利用不同材料逐级过滤和吸附。有学生恍然大悟：“原来我们做的就是一个迷你版的自来水厂！”也有学生提出疑问：“那为什么我们家里的净水器那么贵，我们用瓶子和沙子做的就不行？”教师引导：“好问题，这就涉及更精密的过滤技术和杀菌技术了，我们以后会继续学习。”在课堂的最后，教师引导学生思考：“地球上的淡水资源其实非常有限，很多地方的人连干净的饮用水都喝不上。我们今天学习净水，除了学会做一个净水器，还应该明白什么道理？”学生们纷纷表示要节约用水、保护水源。 【设计意图】迁移环节把课堂上的小制作与真实的社会生活连接起来，让学生看到化学知识在日常生活中的广泛应用。通过“我们做的水能不能直接喝”的追问，引导学生认识到简易净水器的局限性，培养严谨的科学态度，而不是盲目认为“过滤过的水就干净了”。最后的节水护水讨论，自然落回科学态度与责任的核心素养目标。 六、板书设计 跨学科实践活动2 自制净水器 一、天然水中的杂质 大颗粒泥沙 → 细小悬浮颗粒 → 色素与异味 二、净水原理（逐级净化） 沉降 → 过滤 → 吸附 （大颗粒） （细小颗粒） （颜色气味） 三、材料选择与排列（先粗后细） 上层：小卵石 —— 拦大颗粒 中层：细沙 —— 拦细颗粒 中下层：活性炭 —— 吸色素、去异味 下层：棉花/纱布 —— 挡炭粉、精滤 四、探究方法 控制变量法：只改变一个因素，其余条件相同 五、安全提醒 自制净水器的水不能直接饮用，须经消毒处理 学科网（北京）股份有限公司 $