“跨學科實踐—水質檢測及自制凈水器”教學設計

王軍海　周晨輝　張軍民

關鍵詞：初中化學；自制凈水器；實踐活動

中圖分類號：G633.8? ? 文獻標識碼：B? ? 文章編號：1009-010X（2023）29-0062-03

一、教學目標

化學觀念：了解本地天然水的組成成分；認識小卵石、石英砂、活性炭等凈水材料的性質與用途。

科學探究與實踐：通過“自制凈水器”的方案設計、動手制作、展示交流、反思改進等環節認識到“天然水”向“凈水”變化的實質，增強“凈水方法”與“實際運用”的聯系。

科學態度與責任：培養學生節約用水，愛護淡水的意識，使學生認識到化學知識的應用保障了當地的用水需求。

二、教材分析

新課標在“課程內容”當中再次凸顯了“化學與社會·跨學科實踐”的重要性，明確要求其所用課時不少于化學學科總課時的10%。所以在完成“4·1我們的水資源”學習后，我們及時開展了“水質檢測及自制凈水器”的實踐活動。

三、學情分析

學生雖然已經有了一定的理論知識儲備，但是對于“天然水與凈水”“過濾”“吸附”等概念沒有真實的感受，所以只有讓學生親手檢測水質、凈化天然水，才能真正地完成新課標的學業要求。

學生對我國水資源概況、水污染及其防治、水的凈化和純化等知識有了初步的掌握，為實踐活動的開展提供了理論保障。

四、教學重、難點

重點：對當地玉帶河水質進行分析，設計制作凈水器，完成河水凈化。

難點：認識“凈水變化”的實質。

五、教學過程

（一）課前調查活動

1.學生在家長的陪同下到附近的玉帶河流域取水樣；

2.觀察水樣的顏色，嗅聞水樣的氣味；

3.用漏勺或紗網將水樣過濾一遍，觀察漏勺或紗網上的殘留物；

4.用手電筒照射水樣，觀察水樣中的懸浮物質；

5.上網搜索玉帶河的源頭及其流經區域；

6.將以上收集到的信息匯總。

設計意圖：玉帶河是涉縣為居民營造良好生活環境而打造的人工河，流域覆蓋全縣，學生們便于獲得水樣。通過對身邊物質的探究，可以拉近學生與知識間的距離，激發學生的探究欲望。在經過了對水質的初步檢測之后，學生便會對雜質的種類有了較為明確的認知，這也為接下來的實踐環節做好了鋪墊。

（二）課中實踐活動

1.水質初檢交流環節：學生對課前的檢測情況進行匯報，將河水的雜質分為：大顆粒不溶性固體、色素、異味和小顆粒懸浮物等四類。

2.播放“水質指標”科普視頻，使學生認識到水質還可以從清澈度、酸堿度、氨氮含量、COD評估、溶解氧評估等方面更為科學、系統的評價，激發學生的學習熱情。

3.探討雜質去除的方法：在發現利用漏勺或紗網的方法無法去除色素、異味、懸浮物這幾類雜質后，學生通過自主探討確定凈水材料和凈水方法，教師將最終結論匯總到黑板上。

4.播放《荒野求生》的取水片段，觀察視頻當中所用的凈水方法，為凈水器的制作提供切實可行的思路。

5.以小組為單位列出自制凈水器所需的材料，并繪制出安裝原理圖。教師對完成設計的小組進行檢查，并提出問題，例如“活性炭粉會不會成為新的雜質”“如何防止石英砂掉落”“除雜的順序是否最優”等，使方案能夠切實可行。

6.從講臺上選取凈水材料，以小組為單位進行安裝，并用事先準備好的玉帶河水檢驗自制凈水器的效果，對于效果不理想的凈水器教師要對裝置是否漏水、材料填充是否充分等方面給予引導，確保學生能夠在實踐中獲得成就感。

7.教師取幾組學生處理后的水，蒸發結晶，發現蒸發皿中均有白色物質出現，證明水中還有能溶于水的雜質。從而總結出自制凈水器通過砂石過濾、活性炭吸附、蓬松棉防漏的措施去除了水中的大顆粒不溶性固體、色素、異味、小顆粒懸浮物這四類雜質，可溶性雜質不能完全去除。整個凈水過程發生的是物理變化，但凈水器凈化能力有限，并不能得到純水，凈化后的水也不能直接飲用，還有肉眼看不到的微生物或者細菌。

設計意圖：實踐活動要體現學生的主體性，教師要以問題和總結的形式，做好引導工作。無論是水質初檢的交流環節，還是小組的設計安裝環節都要留出足夠的時間讓學生充分表達與交流，這樣才能讓學生明白知識與實踐之間的距離。最后的蒸發結晶過程揭示了凈水器采用物理變化凈水的本質，也明確了自制凈水器的局限性。

（三）課后交流活動

1.以小組為單位，用自己的語言描述小卵石與石英砂的凈水原理及區別，教師給出總結“小卵石之間縫隙較大，用于過濾大顆粒不溶物；石英砂縫隙較小，用于過濾小顆粒懸浮物。”

2.以小組為單位掰碎活性炭，觀察內部結構，猜想活性炭的吸附作用為什么是物理變化。教師總結“活性炭具有疏松多孔的結構，能夠將色素與異味吸附到活性炭的內部，并沒有新的物質生成”。然后播放活性炭吸附的動畫視頻，幫助學生更直觀的認識其吸附本質。

3.請實驗效果較好小組對凈水器的制作要點進行講解，便于其他小組發現問題；同時，向學生征求改進意見，例如“凈水速率過慢適當減少蓬松棉數量”“傾倒河水時取上層清液防止堵塞凈水器”等，并及時給予評價。

4.將多余的材料歸還到指定位置，整理好實驗臺，將做好的凈水器放置到展示臺上，供學生課后學習交流。

設計意圖：在實踐的基礎上對知識的表達進行規范化演示，杜絕“只理解不表達”的情況發生，同時實踐活動的反思有助于學生發散思維的培養，最后的整理環節有助于培養學生實驗探究的條理性。

（四）實踐總結

設計意圖：通過邊板書邊回憶的方式將科學探究的過程簡潔地展示出來，使學生認識到調查與交流在實踐活動中的重要性，培養學生的探究素養。

六、實踐探究訓練

（一）實際運用訓練

機場、車站等公共場所設有許多直飲水機，能將自來水進一步凈化處理得到可直接飲用水，其處理水的過程如圖所示。

吸附罐中固體顆粒的主要作用是吸附雜質，固體顆粒可選用（? ?），紫外線燈管照射的作用是（? ?）。

（二）能力提升訓練

以小組為單位解釋下圖如何將可溶性雜質去除，實現海水淡化的。

（三）素養拓展訓練

為保護水資源，1993年1月18日，第四十七屆聯合國大會作出決議，確定將每年的3月22日作為世界水日。請結合我縣自來水廠凈水流程，根據所學知識，以“淡水守護者”為題寫一篇科普小短文。

七、教學反思

本節跨學科實踐課在新課標的引導下，結合“玉帶河水質檢測與凈化”這個實例，從“水質變化”的視角培養學生變化觀。在經歷了調查探究、方案設計、動手制作、展示表達、反思改進等多樣化的活動之后，學生對凈水材料的性質與運用、凈水器中的物理變化有了切實的認識，同時能夠充分認識到化學是推動人類可持續發展的重要力量，每個人都該主動踐行節約資源的生活方式。

實踐課雖然突出了學生的主體性和教師的引導性，但不該回避教師的講授性。本節課有比較清晰的問題線，但是對于知識的邏輯線沒有進行很好的梳理，不利于學生知識網絡的建立，這是今后要改進的一個方向。其次，在授課過程中應該發掘使用計時器、課堂投屏、小組積分等信息2.0工具，創造小組之間的良性競爭環境，烘托課堂氛圍，培養學生的協同能力與團結意識。

【責任編輯 史? ?盼】