基于核心素养的初中化学教学设计-以“自然界中的水”为例

基于核心素养的初中化学教学设计——以“自然界中的水”为例一、教学内容分析  本课隶属于初中化学（九年级上册）课程标准中“身边的化学物质”这一主题，其内容不仅是学生系统认识纯净物与混合物的逻辑起点，更是构建“物质组成与结构决定性质与用途”这一化学基本观念的重要载体。从知识图谱看，它上承“空气”中对于混合物的初步感知，下启“水的组成”这一对纯净物的微观探析，处于宏观现象向微观本质过渡的关键节点。核心知识技能包括：认识水在自然界的分布与循环，理解天然水作为混合物的本质；掌握过滤这一分离混合物的基本实验操作，并能解释其原理；初步了解硬水与软水的概念及简易鉴别方法。其中，过滤操作是本单元首次系统训练的实验技能，其规范掌握直接影响后续化学实验的科学性与安全性。过程方法上，本课强调通过模拟净水实验，体验从真实问题（如何获取净水）出发，进行实验设计、动手操作、观察记录、分析解释的科学探究完整流程，培养证据推理与模型认知素养。其素养价值渗透于水资源现状的分析讨论中，旨在引导学生从化学视角理解水资源保护的重要性，培养节约用水的社会责任感与可持续发展意识，实现知识学习与价值引领的统一。  九年级学生已具备一定的生活经验与物理知识基础，知道水的重要性，对“浑浊的水变清”有直观感受，但多停留于感性认识，对“为何能变清”的化学原理（如吸附、过滤）及“清是否等于纯”缺乏科学理解。认知难点在于：其一，对混合物概念的深化，需克服“看起来均匀就是纯净物”的前概念；其二，将宏观的过滤现象与微观的颗粒大小差异建立关联的抽象思维能力；其三，实验操作中细节（如“一贴二低三靠”）的规范记忆与协调执行。教学对策上，需从学生熟悉的河水、自来水入手，创设“野外净水”的真实情境，激发探究欲。通过提供结构化的实验导学案、关键操作微视频作为“脚手架”，降低认知负荷与操作难度。设计分层探究任务，如基础组完成标准过滤，提高组尝试改进滤材或设计多级净水装置，满足不同层次学生的挑战需求，并在巡视中通过针对性提问与即时评价，动态诊断学情，调整指导策略。二、教学目标  知识目标：学生能系统阐述水在自然界中的循环与存在形式，理解天然水作为混合物的组成；能准确描述过滤操作的原理、装置与关键步骤（一贴二低三靠），并区分硬水与软水的概念及鉴别方法；能运用上述知识解释生活中常见的净水现象与水资源保护措施。  能力目标：学生能够独立或协作完成“模拟天然水净化”的实验操作，规范使用过滤装置；能基于实验现象和数据（如过滤速度、滤液澄清度），比较不同滤材或方案的优劣，并进行简单的实验报告撰写；初步具备从化学视角分析水资源相关社会议题（如南水北调、海水淡化）的信息处理与逻辑表达能力。  情感态度与价值观目标：通过探究水净化的不易，学生能深切体会淡水资源的宝贵，在课堂讨论与课后行动中自然流露出珍惜水资源、爱护水环境的情感认同与社会责任感，愿意在生活中践行节水护水行为。  科学（学科）思维目标：重点发展学生的“宏观辨识与微观探析”及“证据推理”思维。通过观察浑浊水的净化过程，能推理出混合物分离的物理原理（颗粒大小差异）；通过对比硬水与软水的现象差异，初步建立“物质组成差异导致性质不同”的化学观念。  评价与元认知目标：引导学生依据实验操作评价量表，对自身或同伴的实验规范性进行客观评价；在课堂小结环节，能运用思维导图等工具自主梳理本课知识脉络，并反思“本节课我最大的收获是什么？哪个环节我还存在困惑？”，培养自我监控与反思的学习习惯。三、教学重点与难点  教学重点：本课的教学重点为“过滤的原理与规范操作”以及“认识天然水是混合物”。过滤作为分离不溶性固体与液体的基本实验方法，是初中化学实验技能体系的基石，其操作规范直接影响实验安全与效果，亦是学业水平考试中的高频考点。确立为“大概念”层面的重点，是因为它深刻体现了“利用物质性质的差异实现分离”这一核心化学思想，是后续学习结晶、蒸馏等分离方法的思想原型。对“天然水是混合物”的深入理解，则是学生从宏观角度建立纯净物与混合物分类标准的关键，为后续从微观角度理解水的组成（H₂O）做好铺垫。  教学难点：教学难点在于“过滤操作中各项细节要求的原理理解与协调应用”以及“硬水与软水概念的生活化理解与迁移”。难点成因在于：过滤的“一贴二低三靠”涉及多个操作要点，学生易记混或仅机械记忆而不明其所以然（如为何要液面低于滤纸边缘？）；硬水与软水涉及可溶性钙镁离子这一不可见的微观成分，与学生已有生活经验（水垢）的联系需要教师搭建认知桥梁，且“硬度”概念本身具有一定抽象性。预设突破方向：通过正误操作对比演示、微课慢动作分解，将原理可视化；联系家中水壶结垢、肥皂起泡多少等生活实例，化抽象为具体。四、教学准备清单  1.教师准备  1.1媒体与教具：制作多媒体课件，内含自然界水循环动画、自来水厂净水流程示意图、过滤操作规范微视频、硬水软化生活实例图片。准备过滤实验演示装置一套（用于正误对比）。  1.2实验器材与药品（分组，46人/组）：每组：铁架台（带铁圈）、漏斗、玻璃棒、烧杯（2个）、胶头滴管；滤纸、活性炭颗粒、石英砂、小卵石；模拟浑浊天然水（泥土悬浊液）、肥皂水。另备：硬水样品（配制）、软水样品（蒸馏水）。  1.3学习材料：设计并印制“水侦探任务卡”（导学案），内含实验记录表、操作要点提示与分层探究问题。设计课堂形成性评价量表（自评与互评用）。  2.学生准备  2.1预习任务：阅读教材，思考“我们每天用的自来水从哪里来？经历了哪些处理？”观察家中烧水壶内壁是否有水垢，并尝试与家长交流原因。  2.2物品准备：携带教材、笔记本。  3.环境布置  3.1座位安排：实验课小组合作式座位，便于讨论与操作。  3.2板书记划：左侧主板书用于呈现知识逻辑框架，右侧副板书用于记录学生生成性观点与问题。五、教学过程  第一、导入环节  1.情境创设与问题驱动：（教师展示一幅壮丽的江河图片，随后切换至一瓶浑浊的泥水）“同学们，这浩瀚的江河与这瓶泥水，看似天差地别，但却是水在自然界中不同的‘妆容’。我们每天打开水龙头就有清澈的自来水，大家有没有想过，大自然是如何将浑浊的江河湖水‘变成’我们能用的水？而我们的自来水厂又扮演了怎样的角色？”（停顿，让学生思考）“今天，就让我们化身‘水侦探’，一起破解水的奥秘，首先就从‘如何让一杯浑浊的水变清’开始我们的探究之旅。”  1.1明确探究路径：“要当好侦探，我们需要一些工具和方法。本节课，我们将首先动手实验，探索净化的魔法——过滤；然后像科学家一样分析，为什么过滤能成功；最后，我们还要面对一个生活中常见的问题：水‘硬’还是‘软’，有什么区别？准备好了吗？我们的探索，现在开始！”第二、新授环节  任务一：聚焦核心问题——天然水为什么需要净化？  教师活动：引导学生观察课前准备的模拟浑浊天然水样品。“请大家仔细观察这杯水，描述它的特点。想一想，自然界中的河水、湖水是否都如此清澈？根据你的生活经验和预习，说说天然水中可能含有哪些物质？”（板书学生回答：泥沙、细菌、可能溶解的矿物质等）。随后播放自来水厂净水工艺简化流程图（混凝沉降→过滤→吸附→消毒）。“大家看，自来水厂的处理过程，其实是对自然界净化能力的一种‘加速’和‘加强’。那么，其中最核心的物理分离步骤——过滤，究竟是如何工作的？我们能否在实验室里模拟？”  学生活动：观察样品，描述其浑浊、有悬浮物的特征。结合预习和生活经验，讨论并列举天然水中可能含有的杂质。观看流程图，初步建立“多步处理”的概念，并对“过滤”环节产生具体探究兴趣。  即时评价标准：1.观察描述是否细致、准确（如“有固体颗粒悬浮”而非简单的“脏”）。2.能否联系生活，列举出天然水中的杂质类别（不溶性、可溶性、微生物）。3.是否对流程图呈现的序列过程表现出好奇与疑问。  形成知识、思维、方法清单：★天然水是混合物，含有不溶性杂质（如泥沙）、可溶性物质（如矿物质）、微生物等。★自来水厂净水是一个多步骤的物理、化学过程，旨在去除不同性质的杂质。▲建立从“生活现象”到“化学问题”的转化意识，学会从化学视角审视日常生活。  任务二：构建分离模型——实验室过滤操作初体验  教师活动：“要想分离这些看得见的固体颗粒，我们需要请出今天的主角——过滤装置。”（展示组装好的正确装置）“别着急动手，先当一回‘挑剔的评委’。请看老师两种组装和操作方式（一种正确，一种常见错误，如滤纸未紧贴漏斗），火眼金睛的你们，能发现其中的区别吗？猜猜哪种效果更好？为什么？”引导学生比较后，播放过滤操作微视频，重点慢放“一贴二低三靠”细节。“好，原理看明白了，现在轮到各位‘水侦探’大显身手了！请根据任务卡提示，小组合作，完成将这杯浑浊水过滤的任务。比一比，哪个小组操作最规范，得到的滤液最清澈！”  学生活动：观察教师的正误操作演示，积极参与辨析讨论，尝试解释正确操作的优势（如滤纸紧贴利于形成连续水柱，加快过滤）。观看微视频，强化记忆关键要点。小组分工协作，动手组装过滤装置，进行过滤操作，观察并记录过滤前后液体的变化以及过滤速度。  即时评价标准：1.装置组装顺序是否合理、稳定。2.是否尝试贯彻“一贴二低三靠”操作要点（教师巡视重点）。3.小组内是否有明确分工（如谁组装、谁倾倒、谁记录）与合作交流。4.实验后能否保持桌面整洁，正确处理废液。  形成知识、思维、方法清单：★过滤适用于分离不溶性固体与液体。★过滤操作要点“一贴二低三靠”：“一贴”指滤纸紧贴漏斗内壁（排尽空气，加快流速）；“二低”指滤纸边缘低于漏斗口、液面低于滤纸边缘（防溢漏、防冲破）；“三靠”指烧杯尖嘴靠玻璃棒、玻璃棒下端靠三层滤纸处、漏斗下端靠烧杯内壁（防溅、防破、防滴溅）。▲实验技能的学习需“手脑并用”，明白每一个操作细节背后的科学原理，才能做到规范且高效。  任务三：深化原理认知——滤液澄清是否等于纯净？  教师活动：在各小组基本完成过滤，获得澄清滤液后，提出进阶问题：“祝贺各位，‘泥水’变‘清水’了！但请大家思考一个更深层的问题：我们现在得到的这杯滤液，是纯净的水吗？你的判断依据是什么？”（引导学生回顾混合物定义，并思考溶解在水中的物质是否被除去）。随后，演示向两杯水中（一杯为蒸馏水，一杯为过滤后的滤液或自来水）分别加入等量肥皂水，振荡。“大家看，现象有什么不同？这说明了什么？”引出硬水与软水的初步概念。“看来，过滤这位‘勇士’能打败不溶性的‘泥沙大军’，但对溶解在水里的‘钙镁离子小分队’却无能为力。这些‘小分队’就是导致水‘硬’的元凶。”  学生活动：观察自己得到的澄清滤液，思考并讨论其纯度，意识到过滤只能除去不溶性杂质。观察教师演示的肥皂水实验，描述现象差异（硬水中泡沫少、浮渣多；软水中泡沫丰富）。根据现象推理，得出过滤后的水仍含有可溶性物质的结论，初步建立硬水与软水的感性认识。  即时评价标准：1.能否基于混合物定义和实验事实（过滤只除去了固体），理性判断滤液仍为混合物。2.观察演示实验是否细致，能否准确描述对比现象。3.能否将“泡沫多少”的现象差异与“水中所含物质不同”进行初步关联推理。  形成知识、思维、方法清单：★过滤不能除去可溶性杂质。★含有较多可溶性钙、镁化合物的水叫硬水，反之叫软水。★可用肥皂水简易鉴别硬水和软水：泡沫多、浮渣少的是软水；泡沫少、浮渣多的是硬水。▲科学探究需要不断追问，宏观的“清”不等于微观的“纯”，培养严谨、深入的思维习惯。  任务四：拓展工业应用——吸附与硬水软化的初步了解  教师活动：“面对溶解在水里的杂质，我们还有别的‘法宝’吗？”展示活性炭颗粒，并演示在过滤后的水中加入活性炭，稍作振荡后再过滤一次，对比前后颜色或气味（若原水有颜色或气味）的变化。“这个‘黑家伙’有什么本事？”讲解吸附原理。接着，联系生活：“家里的水壶用久了，为什么会有一层厚厚的水垢？这和硬水有什么关系？”展示水垢图片，讲解硬水加热易形成水垢（碳酸钙、氢氧化镁沉淀）的原理、危害（浪费燃料、堵塞管道），并简要介绍生活中降低水硬度的方法（煮沸）及工业上的软化方法（如离子交换法）。“大家看，从实验室的过滤、吸附，到家里的煮沸，再到工厂的离子交换，化学知识和技术一直在为我们创造更优质的生活用水。”  学生活动：观察活性炭吸附演示实验，感受其去除颜色或气味的能力，理解吸附是另一种净水原理。联系家中水壶结垢的实例，倾听教师讲解，理解硬水在生活中的具体影响（利弊：长期饮用硬水是否一定有害？可简单提及矿物摄入），形成对硬水软化必要性的认识。  即时评价标准：1.能否通过实验现象，理解吸附作用的概念。2.能否将课堂所学的硬水知识与生活实例（水垢）有效关联。3.是否对化学技术在解决实际问题中的应用表现出兴趣。  形成知识、思维、方法清单：★活性炭等物质具有吸附性，可用于去除水中的色素和异味。★硬水加热易形成水垢，主要成分是碳酸钙和氢氧化镁。★降低水硬度的方法：生活中常用煮沸，工业上可用离子交换法等。▲认识化学原理的多样性（过滤、吸附）及其在解决实际问题中的综合应用，体会科学技术的社会价值。  任务五：整合与升华——守护生命之源  教师活动：引导学生回顾整个探究过程：“我们从一杯浑浊的水出发，经历了动手过滤、动脑辨析，认识了硬水与软水。现在，让我们把视野放宽。地球被称为‘水球’，但可供我们直接利用的淡水资源却非常有限。”（展示全球及我国水资源分布与短缺数据图表）“学习了水的净化如此不易，面对水资源短缺的现状，作为一名初中生，我们能做些什么？请小组讨论，制定一份‘班级节水护水微公约’。”组织各小组简要分享观点。  学生活动：结合本课所学（净化的复杂性、水资源的有限性），进行小组讨论，从“认知”和“行动”两个层面探讨节水护水的具体做法，如随手关紧水龙头、一水多用、宣传保护水资源知识等，并合作拟出几条公约要点。派代表进行简短分享。  即时评价标准：1.讨论是否紧扣“化学知识”与“社会责任”的结合点。2.提出的建议是否具体、可行。3.小组内参与讨论的广泛性。  形成知识、思维、方法清单：★地球水资源丰富，但可利用的淡水资源有限且分布不均。★爱护水资源包括两方面：节约用水和防治水体污染。★树立珍惜水资源、保护水环境的意识，并转化为具体的行动，是化学学习价值的重要体现。▲培养运用学科知识分析和参与社会议题的意愿与能力，实现从知识学习到素养提升的飞跃。第三、当堂巩固训练  1.基础层（全体必做）：(1)判断：过滤后的液体一定是纯净物。（）并说明理由。(2)填空：过滤操作中，玻璃棒的作用是____；若过滤后滤液仍浑浊，可能的原因有____（至少写出一点）。  2.综合层（多数学生挑战）：提供一份简易净水装置示意图（内含卵石、石英砂、活性炭等），请学生分析各层材料的作用，并解释其净化原理。情境应用题：野外生存时，只有一些纱布、空塑料瓶、沙子和木炭，如何设计一个简易净水装置？  3.挑战层（学有余力选做）：思考与辩论：有人说“长期饮用纯净水（几乎不含矿物质）对身体不好，喝硬水可以补充矿物质”，也有人说“硬水水垢多，对身体有害”。请结合本课知识，查阅相关资料，谈谈你的初步看法（不作为结论，鼓励探究）。  反馈机制：基础题通过集体口答或手势判断快速反馈；综合层题目抽取学生设计方案进行投影展示，引导同伴互评，教师重点点评原理阐述的准确性；挑战层问题作为课后延伸思考的引子，鼓励学生课后查阅资料，下节课预留时间分享。第四、课堂小结  “同学们，今天的‘水侦探’之旅即将结束。现在，请大家不要看笔记，尝试用自己喜欢的方式（比如画思维导图、列关键词关系图）花两分钟时间，梳理一下本节课我们探索了水的哪些奥秘？从知识到方法，再到观念，你收获了什么？”邀请12名学生分享其知识结构图。教师随后进行精要总结：“我们从宏观的净化方法（过滤、吸附），认识了微观的物质差异（颗粒大小、可溶性离子），并由此理解了水的宝贵。化学，就是这样一门在微观与宏观之间架起桥梁的学科。”  作业布置：必做作业：1.规范书写过滤操作步骤及注意事项。2.调查家庭月用水量，并提出两条可行的节水建议。选做作业：设计一个科普小海报，主题为“自来水不自来”，向家人介绍自来水的由来。六、作业设计  基础性作业：  1.完成课后练习题中关于过滤原理、硬水软水鉴别的相关题目。  2.绘制过滤装置图，并用文字标注主要仪器名称及“一贴二低三靠”的关键点。  拓展性作业：  3.【家庭小实验】取等量的自来水、纯净水（超市购买）、煮沸冷却后的自来水各50mL，分别加入等量（如2滴）肥皂水，盖紧瓶盖后用力振荡相同次数，观察并记录泡沫的多少和持久时间，比较三种水的硬度差异，尝试解释原因。  4.撰写一份简单的调查报告：记录你家一周的用水情况（大致估算），并基于“循环用水”的思路，设计一个改进方案，力争让家庭日均用水量减少10%（虚拟或实践均可）。  探究性/创造性作业：  5.【微型项目设计】查阅资料，了解一种先进的净水技术（如反渗透、超滤、光催化等），用图文并茂的方式制作一份简易介绍页，说明其原理、主要用途及优缺点。  6.创作一份“校园节水倡议书”或一则保护水资源的公益广告文案（文字或图画形式），要求融入至少一个本节课学到的化学知识点。七、本节知识清单及拓展  ★1.水的分布与循环：水是地球上最常见的物质之一，分布广泛，但可供人类直接利用的淡水资源不足总水量的1%。自然界中的水通过蒸发、降水、径流等环节不断循环。理解循环是理解水资源可再生性与有限性的基础。  ★2.天然水是混合物：自然界中的水（河水、湖水、井水等）含有可溶性杂质（如钙镁化合物、其他矿物质）、不溶性杂质（泥沙、悬浮物）和微生物等，因此属于混合物。这是进行水净化处理的前提认知。  ★3.自来水厂净水流程：一般包括取水、混凝沉淀（使细小颗粒凝聚成大颗粒沉降）、过滤（除去沉淀及不溶物）、吸附（常用活性炭，除去颜色和异味）、消毒（如用氯气，杀灭细菌病毒）等步骤。这是一个综合运用物理和化学方法的典型过程。  ★4.过滤的原理与操作：原理：利用混合物中各组分颗粒大小的差异，使液体和不溶性固体分离。核心操作要点“一贴二低三靠”必须理解其原理并熟练掌握：滤纸紧贴漏斗壁（引流并加快速度）；滤纸边缘低于漏斗口、液面低于滤纸边缘（防外溢、防冲破）；烧杯尖嘴靠玻璃棒、玻璃棒下端靠三层滤纸处、漏斗下端紧靠烧杯内壁（防溅、防破、防滴溅）。玻璃棒的作用是引流。  ★5.过滤的适用范围与局限：仅能分离不溶性固体与液体。对于已溶解在水中的物质，过滤无法除去。因此，过滤后的水仍然是混合物。  ★6.硬水与软水：这是根据水中所含可溶性钙、镁化合物的多少来划分的。含有较多此类物质的水叫硬水，较少或不含的叫软水。这是一个定性而非绝对精确的分类概念。  ★7.硬水与软水的鉴别：常用简易方法是加入肥皂水，观察泡沫和浮渣情况。软水：泡沫丰富，浮渣少。硬水：泡沫少，易起浮渣。实验室可用蒸馏水作为软水参照。  ▲8.硬水的形成与危害：硬水主要因水流经石灰岩（主要成分碳酸钙）等地层溶解了钙镁化合物形成。危害：加热时易形成水垢（主要成分碳酸钙和氢氧化镁），浪费燃料，堵塞管道；长期使用硬水洗涤会使衣物变硬、变色。  ▲9.硬水的软化：降低水中钙、镁离子含量的过程。生活中常用煮沸法，可使部分钙、镁离子转化为沉淀（水垢）而降低硬度。工业上和实验室可用蒸馏法、离子交换法等得到纯度很高的软水或纯水。  ▲10.吸附净水：利用活性炭等多孔性物质的吸附作用，可以去除水中的色素、异味以及某些可溶性杂质。这是过滤之外的另一种重要物理净水方法，常用于家庭净水器和自来水厂深度处理环节。  ★11.爱护水资源：包括节约用水和防治水体污染两方面。化学在污水处理（如中和、沉淀、降解有毒物质）、海水淡化、提高工业用水循环率等方面发挥着关键作用。  ▲12.学科思想方法提炼：本节课深刻体现了“根据物质性质的差异进行分离提纯”的化学核心思想（如利用溶解性、颗粒大小、吸附性差异）。同时，贯穿了“宏观现象微观本质符号表征（后续）”的化学学习思维模型，以及从“生活问题”到“化学探究”再回归“社会应用”的学习路径。八、教学反思    (一)目标达成度与证据分析    本课预设的知识与技能目标基本达成。证据在于：在当堂巩固训练中，绝大多数学生能准确判断过滤后液体的混合物属性，并能列举过滤操作的关键要点；在分组实验中，超过80%的小组能较为规范地完成过滤操作，获得澄清滤液。能力目标方面，学生通过“任务卡”引导，经历了完整的“明确问题设计方案动手操作观察记录分析结论”的微型探究过程，小组合作中的分工与讨论也较为有序。情感态度目标在“守护生命之源”任务的小组讨论与公约制定环节得到显性体现，学生提出的节水建议具体且贴近生活，显示了初步的责任意识。科学思维目标的达成有一定梯度，从宏观过滤现象辨识到微观原理推理（为何能分离）较为顺畅，但对硬水成分的微观想象仍是难点，需后续学习离子概念后深化。    (二)核心教学环节有效性评估    1.导入与任务一：以“大自然与自来水厂的净水魔法”设问，成功激发了学生的好奇心和角色代入感。“化身水侦探”的提法符合九年级学生的心理特点，驱动性较强。    2.任务二（过滤操作）：采用“正误对比演示→微视频精讲→小组实践”的递进支架，有效突破了操作规范难点。巡视中发现，学生对“为什么液面要低于滤纸边缘”这类原理性提问，能从“防止液体从滤纸和漏斗壁之间流下，使过滤失效”的角度进行解释，说明理解了而非死记。内心独白：“这个‘先辨错再学对’的策略效果不错，学生犯错再纠正的印象比直接告知深刻得多。”    3.任务三（滤液纯度辨析）：这是思维跃升的关键点。当学生看着自己得到的清澈滤液，几乎脱口而出“干净了”时，追问“是否等于纯净”，成功制造了认知冲突。随后的肥皂水对比演示，证据直观有力，使学生深刻认识到“清≠纯”。这个环节的设计较好地培养了学生的证据意识和批判性思维。    4.任务五（整合升华）：将知识学习引向社会责任，是素养落地的关键一步。学生讨论热烈，但部分讨论容易脱离化学视角，泛化为一般性环保呼吁。教师需加强引导，如追问：“我们学过的过滤、吸附，在污水处理厂会如何应用？”“你能用硬水知识解释为什么有些地区要推广使用软水机吗？”    (三)学生表现的差异化剖析    在分组实验中观察发现：约20%的“领先组”能快速、规范完成基础过滤后，主动尝试改进（如探索不同材料叠放顺序对流速和澄清度的影响），并对硬水软化方法提出更深入问题（如离子交换的原理是什么）。约60%的“主