探秘家乡水·行动护清流-九年级化学“水的净化”跨学科实践教学设计

探秘家乡水·行动护清流——九年级化学“水的净化”跨学科实践教学设计一、教学内容分析  本课以人教版九年级化学上册第四单元《自然界的水》中“水的净化”为核心知识锚点，深度整合物理、生物、地理、工程技术与人文社会等学科视角，设计为一项以“水质检测与净水器制作”为主线的项目式学习活动。从《义务教育化学课程标准（2022年版）》看，它隶属于“身边的化学物质”主题，明确要求学生“了解吸附、沉降、过滤和蒸馏等净化水的常用方法”，并“初步学习运用简单的装置和方法制取某些物质”。本活动不仅是对“混合物分离”这一核心概念的深化应用，更是将“科学探究与实践”素养落地的关键载体。学生需在真实问题驱动下，经历从水质指标分析（整合生物学的微生物概念、地理学的水源知识）、到净化方案设计与模型构建（应用物理的颗粒沉降与过滤原理、工程学的设计思维）、再到成果测试与社会倡议（融入环境保护的价值观）的完整探究链条，从而将书本静态知识转化为解决真实环境问题的综合能力。其育人价值在于引导学生从化学视角审视水资源问题，培养严谨求实的科学态度、技术应用创新意识以及爱护水资源的社会责任感，实现知识学习、能力发展与价值引领的有机统一。  教学对象为九年级学生，他们已初步掌握了物质分类、部分实验基本操作及简单的科学探究流程，对生活中的净水现象（如滤水壶、自来水厂）有感性认识。然而，将零散的生活经验系统化为基于物质分离原理的净水知识体系存在难度，特别是对吸附、消毒等过程的微观本质理解抽象。在设计层面，我们将采用“前测问卷”诊断学生对净水方法的已有认知与迷思概念；在课堂中，通过设置阶梯性任务、提供多样化的学习支架（如操作视频、原理动画、分层任务卡），并嵌入同伴互评、实验操作记录等多维形成性评价，动态把握学情。针对不同层次学生，预设差异化支持策略：对基础薄弱学生，提供操作流程图和关键步骤指导；对学有余力者，则引导其探究活性炭种类对吸附效果的影响或设计更复杂的多层净水装置，确保所有学生能在“最近发展区”内获得成功体验。二、教学目标  1.知识目标：学生能够从“去除杂质类型”与“分离原理”两个维度，系统建构包括沉降、过滤、吸附、蒸馏等在内的水的净化方法知识体系；能辨析明矾、活性炭、氯气等常见净水剂的作用原理与应用场景；并能用化学语言解释自制净水器中各层材料的功用。  2.能力目标：学生能小组协作，依据特定水质（如模拟河水），设计并动手制作一款简易净水器原型；能规范进行过滤、吸附等基本实验操作，并运用对比实验思想，通过观察与简易水质检测（如浑浊度、pH）定性评估净水效果，初步形成“设计实施评价优化”的工程实践能力。  3.情感态度与价值观目标：通过亲历净水过程，学生深刻体会洁净水资源的来之不易，增强节水爱水的意识与社会责任感；在小组合作设计与制作中，培养团队协作、耐心细致、敢于创新的科学态度与工匠精神。  4.科学思维目标：发展“模型认知”与“证据推理”思维。引导学生将复杂的实际净水工程，简化为可模拟的物理化学过程模型（净水器）；并能根据实验现象（如水的澄清度变化）与检测数据，推理、论证各净化步骤的有效性，形成基于证据得出结论的科学思维习惯。  5.评价与元认知目标：引导学生依据清晰量规（如净水效果、设计合理性、协作性）对自制净水器进行小组自评与互评；并能反思制作过程中遇到的困难与解决方案，总结项目学习中的经验与策略，提升自主学习与批判性反思能力。三、教学重点与难点  教学重点：基于混合物分离原理的常见水的净化方法（特别是过滤与吸附）及其在实际中的应用。确立依据在于，这是课标规定的核心知识与技能，是理解复杂水处理工艺的认知基础，也是学生进行项目设计与实践的理论支柱。从中考命题视角看，该知识点常与实验操作、物质性质结合，考查学生的理解与应用能力。  教学难点：理解活性炭吸附过程的微观本质，以及从系统视角综合运用多种净化方法设计解决方案。难点成因在于，吸附作用涉及微观表面结构，对学生空间想象力要求较高；而方案设计需要学生打破知识模块壁垒，进行创造性整合与迁移应用，这对逻辑思维和系统思维提出了挑战。突破方向在于：利用动画模拟展示活性炭多孔结构；通过搭建“问题链”和提供“设计思维框架”作为脚手架，降低综合应用的门槛。四、教学准备清单  1.教师准备    1.1媒体与教具：多媒体课件（含水质污染新闻短片、净水厂流程动画、活性炭吸附微观模拟）；《项目学习任务单》（含分层任务卡）；自制净水器评价量规表。    1.2实验器材与药品（小组份）：浑浊模拟河水（含泥沙、有色染料）、明矾溶液、活性炭颗粒/粉末、蓬松棉、石英砂、小石子、滤纸、漏斗、烧杯、玻璃棒、pH试纸、滴管；用于制作净水器的塑料瓶（去底）、剪刀。  2.学生预习    2.1知识预习：阅读教材“水的净化”部分，列举生活中你知道的3种让水变干净的方法。    2.2物品准备：鼓励携带一个废弃塑料瓶。  3.环境布置    课桌按46人小组拼接，形成合作岛；预留作品展示区。五、教学过程第一、导入环节  1.情境创设，引发认知冲突    “同学们，请看老师手中的这杯水。（出示一瓶高度浑浊、含有色物质的模拟河水）这是我们通过环保组织获取的一段本地某支流的模拟水样。如果口渴时只有这样的水，你敢直接喝吗？为什么？”（学生普遍回答不敢，因为脏、有细菌。）“是的，直观的浑浊和颜色就告诉我们它不安全。但大家再想想，我们家里的自来水，最初可能也来自江河湖泊，它是如何从‘不堪饮用’变得‘清澈安全’的呢？”  2.提出核心驱动问题    “今天，我们就化身成为‘小小水质工程师’，接受一项挑战任务：利用有限的材料，设计并制作一个简易净水装置，尽可能净化这杯‘问题水’。我们的目标是：让水变清、去色、更安全！”  3.明晰探究路径    “要完成这个挑战，我们需要三步走：第一步，当好‘分析师’，先搞清楚水里有什么杂质；第二步，成为‘设计师’，规划净化路线图；第三步，动手做‘工程师’，把图纸变成实物，并检验成果。让我们带着这个激动人心的任务，开启今天的探究之旅吧！”第二、新授环节  任务一：水质“初诊”——辨析杂质类型  教师活动：教师展示浑浊水样，引导学生从感官和已有知识出发进行分析。“请大家静置观察这杯水，你能看到哪些类型的杂质？除了这些看得见的，还可能存在哪些看不见的‘隐患’？”（预设：学生能指出泥沙等不溶性固体，可能提到颜色、气味。教师需引导：“对，颜色可能是溶解了的染料或矿物质。那看不见的呢？比如，我们生物课上学过的……”（提示微生物）。随后，教师归纳并板书杂质分类：不溶性固体、可溶性有色/有味物质、微生物。  学生活动：观察水样，小组讨论并汇报观察到的现象。结合生活经验和跨学科知识（如生物中的细菌、地理中的水土流失），尝试对水中可能的杂质进行分类归纳。  即时评价标准：①观察是否细致，描述是否准确（如“有沉淀”比“很脏”更科学）；②能否从多学科角度思考问题，提出“微生物”等不可见杂质；③小组讨论时能否倾听并整合他人意见。  形成知识、思维、方法清单：★天然水中的杂质大致分为不溶性杂质、可溶性杂质和微生物三类。▲分析问题要有系统视角，从“可见”与“不可见”、“物理存在”与“生物存在”多维度思考。（教学提示：此为净化方案设计的逻辑起点，务必厘清。）  任务二：策略“会诊”——匹配净化方法  教师活动：教师提出核心问题：“针对这三类‘敌人’，我们有哪些‘武器’可以逐个击破呢？请大家结合预习和材料区的物品，小组讨论，绘制一张‘净化策略匹配图’。”教师巡视，对陷入困难的小组进行启发式提问：“让泥沙沉下来，可以用什么方法加速？……对付颜色和异味，生活中用什么？……最后如何确保安全，杀灭微生物？”随后，请小组代表分享，教师汇总并精讲：沉降（明矾加速）、过滤（去除固体）、吸附（活性炭去色味）、消毒（蒸馏或化学消毒，本节课聚焦前三种）。播放自来水厂流程动画，建立联系。  学生活动：小组合作讨论，尝试将杂质类型与可能的净化方法（沉降、过滤、吸附等）进行匹配，形成初步方案。观看动画，理解工业应用，并与自己的策略进行对比验证。  即时评价标准：①“匹配图”逻辑是否清晰，方法选择是否有依据；②讨论中能否运用“如果……那么……”的推理句式；③能否从动画中提取关键信息，建立知识联系。  形成知识、思维、方法清单：★不同净化方法对应去除不同杂质：沉降/过滤针对不溶性杂质；吸附针对部分可溶性杂质（如色素、异味）；消毒针对微生物。★明矾溶于水生成胶状物吸附杂质沉降，是化学变化；过滤是物理分离。▲解决复杂问题常用“分析匹配”策略，即先分解问题要素，再寻找对应解决方案。  任务三：工程“蓝图”——设计净水器方案  教师活动：教师展示塑料瓶、砂石、活性炭等材料。“材料有限，创意无限！怎样安排这些材料的顺序，才能达到最佳净化效果？请各小组绘制设计草图，并说明每一层的设计理由。”教师提供设计支架（如：“建议思考：哪一层应该先放，哪一层后放？为什么？颗粒大小如何排列？”），并强调工程设计的核心：高效、合理。引导思考活性炭放置位置的关键性。  学生活动：各小组基于“杂质去除顺序”的思考，合作绘制净水器内部结构设计草图，并协商确定材料填充的先后顺序，准备用语言阐述设计理念。  即时评价标准：①设计草图是否清晰标明材料与顺序；②设计理由是否紧扣净化原理（如“先大石子后细砂，形成梯度过滤”）；③小组内分工是否明确，能否达成共识。  形成知识、思维、方法清单：★简易净水器一般按“颗粒由大到小”分层填充，形成梯度过滤，防止堵塞。★活性炭层通常放在粗过滤之后、精过滤（如蓬松棉）之前，以充分发挥其吸附作用且不易流失。▲工程设计需兼顾原理正确性与实践可行性，需进行系统思考与优化权衡。  任务四：动手“建造”——制作与调试装置  教师活动：教师宣布开始制作，强调安全规范（剪刀使用）。巡视指导，对操作进行个性化支持：对基础组，指导其严格按图施工，确保各层压实；对进阶组，鼓励其尝试不同活性炭形态（颗粒vs粉末）的效果差异。适时提醒：“注意，每一层之间可以用蓬松棉隔开，防止材料混合。”“倒入水的时候要慢，沿着瓶壁流下。”  学生活动：小组分工协作，动手裁剪塑料瓶，按设计图依次填充材料，组装成简易净水器。在制作过程中可能遇到问题（如漏水、流速过慢），尝试小组内调试解决。  即时评价标准：①实验操作是否规范、安全；②装置组装是否与设计图基本一致，结构是否稳固；③遇到问题能否尝试协作解决，而非立刻求助。  形成知识、思维、方法清单：★实践是检验真理的唯一标准，设计需通过制作来实现和修正。★活性炭粉末吸附速度快但易随水流出，颗粒则相反，各有利弊。▲在动手实践中培养技术素养和解决实际问题的能力，体验“做中学”。  任务五：成果“验收”——测试与效果评估  教师活动：教师组织各小组用自制净水器净化定量的模拟污水，并将净化前后的水样进行对比展示。“让我们来看看各组的‘战果’！请从浑浊度、颜色、气味等方面进行观察对比。也可以用pH试纸测测前后pH值有无变化。”引导学生关注净水效果差异，并思考原因。分发《评价量规表》，组织小组自评与互评。  学生活动：进行净水实验，收集过滤后的水。观察、比较并记录净化效果。使用pH试纸进行简易检测。依据量规从“净水效果”、“设计创新”、“合作表现”等方面评价自己和他组的作品。  即时评价标准：①观察记录是否客观、详细；②能否根据效果差异分析可能的设计或操作原因（如“我们的水还有颜色，可能是活性炭量不够或接触时间短”）；③评价是否基于量规，既肯定优点也提出建设性意见。  形成知识、思维、方法清单：★评价一个净水方案需多指标综合考量（澄清度、色度、酸碱度等）。★任何技术产品都需要经过测试和评估环节，这是优化改进的基础。▲建立基于证据的评价观，学会客观、全面地看待成果。第三、当堂巩固训练  1.基础层（全员参与）：“如果有一杯仅含有大量细沙的浑浊水，不使用滤纸，你能利用身边哪些常见物品（如纱布、空瓶、棉花）设计一个过滤装置？请简述步骤。”此题为直接应用过滤原理，强调方法的迁移。  2.综合层（多数学生挑战）：呈现一个新情境：“野外生存时，找到的水源浑浊且有土腥味，你携带了明矾、一块棉布、一个水壶和少量活性炭（药用炭片）。请设计净水流程并说明每一步的目的。”此题需在复杂情境中综合运用沉降、吸附、过滤，并考虑实际操作顺序。  3.挑战层（学有余力选做）：“查阅资料，了解‘超滤膜’或‘反渗透’技术的净水原理。试比较它们与我们今天制作的净水器在原理、去除杂质能力上的异同，并以简短报告形式分享。”此题引导学生接触前沿技术，进行对比分析，实现跨课时的延伸探究。  反馈机制：基础层与综合层问题通过小组讨论后随机抽取学生回答，教师点评并澄清误区；挑战层任务作为课后拓展，优秀报告将在班级科学角或下节课展示。第四、课堂小结  “同学们，今天这场‘净水挑战赛’到了复盘时刻。请大家以小组为单位，用一句话总结我们今天探究的核心原理，或者分享一个最深刻的体会。”（学生可能回答：“不同的杂质要用不同的方法对付”，“设计净水器要考虑顺序和材料”等。）教师随后用概念图形式进行结构化总结，梳理“杂质识别方法匹配方案设计制作测试评价反思”的完整项目逻辑线与对应的知识、方法、素养增长点。“课后的实践作业将把我们的思考延伸得更远。”作业布置：必做作业（基础+拓展）：1.绘制本课知识思维导图；2.撰写一份简易净水器使用说明书，并为其设计一句保护水资源的宣传标语。选做作业（探究）：尝试改进课堂上的净水器设计（如增加层数、更换部分材料），并进行二次测试，记录对比结果，形成改进报告。六、作业设计  基础性作业：  1.完成课后练习，巩固沉降、过滤、吸附等基本概念的定义与实例。  2.列举家中三种与水的净化原理相关的物品或现象（如滤水壶、鱼缸过滤泵、水垢清除剂），并简要说明其涉及的净化原理。  拓展性作业：  3.（接课堂必做）撰写一份给社区居民的《家庭简易水质观察与节水建议》小贴士（200字以内），将化学知识应用于生活宣传。  4.以“一滴水的旅程”为题，创作一幅漫画或一个小故事，描述从自然界浑浊河水变为家庭自来水的可能过程。  探究性/创造性作业：  5.项目延伸：调查你所在小区或学校周边的一条河流/水域的水质状况（可观察颜色、气味、漂浮物，有条件可测试pH），结合所学分析可能的主要污染源，并提出几条保护该水体的具体建议，形成一份微型调研报告。  6.创意设计：设计一个“未来概念净水装置”，可以结合太阳能、物联网等设想，画出设计图并说明其创新点和工作原理。七、本节知识清单及拓展  ★水的净化基本方法：指去除水中杂质使其洁净的过程，主要包括静置沉降、吸附沉降、过滤、吸附、蒸馏及消毒等。核心思想是利用杂质与水的物理或化学性质差异进行分离。  ★过滤：分离不溶性固体与液体的操作。要点：一贴二低三靠。滤纸孔隙只允许液体及极小颗粒通过，是物理变化。实验室与生活中（筛子、滤网）广泛应用。  ★吸附：利用物质（如活性炭）疏松多孔的表面结构，将色素、异味等可溶性杂质吸引并附着在其孔隙内的过程。是物理变化。活性炭吸附性是评估其优劣的关键指标。  ▲明矾的净水原理：明矾溶于水后生成胶状物氢氧化铝，该胶状物能吸附水中悬浮的细小颗粒并沉降下来，从而加速杂质的沉淀。此过程涉及化学变化。  ★净水流程的合理顺序：一般遵循“先易后难、先粗后精”原则。典型顺序为：静置/沉降（去大颗粒）→过滤（去小颗粒）→吸附（去色、味）→消毒（杀菌）。顺序错误可能导致后续步骤堵塞或失效。  ▲简易净水器设计模型：将复杂工程简化为可操作的层叠模型。常见结构（自上而下）：入水口→大石子（初滤）→小石子→细沙（精滤）→活性炭（吸附）→蓬松棉/滤纸（防炭漏）→出水口。体现了梯度过滤思想。  ▲水质简易检测指标：除肉眼观察的浑浊度、颜色外，pH值（酸碱度）是重要化学指标。pH试纸可快速测定，正常饮用水pH通常在6.58.5之间。了解TDS（溶解性总固体）等概念可作为拓展。  ★混合物分离方法关联：水的净化本质是混合物分离的具体应用。沉降（密度差异）、过滤（颗粒大小差异）、吸附（表面性质差异）、蒸馏（沸点差异）构成了一个方法网络。  ▲自来水厂生产流程：取水→加絮凝剂沉降→过滤池过滤→活性炭吸附池吸附→氯气等消毒→配水入户。是本节课知识的规模化、工业化应用实例。  ▲硬水与软水：含较多可溶性钙、镁化合物的水为硬水，反之则为软水。硬水煮沸易产生水垢，区分常用肥皂水法（泡沫少、浮渣多为硬水）。此概念为“水的净化”深度拓展，与蒸馏、离子交换等深度净化方法相关。  ▲项目式学习（PBL）循环：本课实践了“真实问题驱动知识探究方案设计产品制作测试评价反思优化”的PBL基本流程，是深度学习的重要方式。  ★爱护水资源：包括节约用水和防治水体污染两方面。了解水污染的来源（工业、农业、生活），树立“绿水青山就是金山银山”的生态理念，是化学学习的重要价值归宿。八、教学反思  （一）目标达成度评估本节课预设的多维目标基本达成。知识层面，通过项目任务驱动，学生能清晰表述各净化方法的作用，并在设计图中准确应用。能力层面，所有小组均成功制作出能工作的净水器原型，尽管净化效果有差异，但“设计制作测试”的工程实践环节完整。情感与素养层面，在展示浑浊水变清的那一刻，学生眼中闪现的惊奇与自豪，以及后续讨论中自发提到的“要珍惜自来水”，都是目标达成的生动注脚。然而，通过课堂观察和任务单分析发现，仍有约20%的学生对“吸附”的微观理解停留在表面，未能深入与活性炭结构关联，这提示微观想象力的培养需要更长期、多形式的支持。  （二）教学环节有效性分析导入环节的真实情境迅速抓住了学生注意力，驱动性问题明确有力。新授环节的五个任务环环相扣，逻辑链条清晰。“任务二”的“匹配图”活动是关键的思维枢纽，成功促进了知识的结构化。“任务四”的动手制作是高潮，学生参与度极高，但也暴露出一些问题：部分小组急于动手而忽视设计审议，导致返工；对剪刀等工具的安全使用需更强化提醒。巩固训练的分层设计满足了不同需求，但课堂上对挑战层问题的交流时间稍显不足。  （三）学生表现与差异化关照小组合作中，能力较强的学生自然成为“设计师”