項目式學(xué)習(xí)：守護(hù)生命之源——水質(zhì)檢測與凈水系統(tǒng)設(shè)計探究一、教學(xué)內(nèi)容分析??本課立足于《義務(wù)教育化學(xué)課程標(biāo)準(zhǔn)（2022年版）》“科學(xué)探究與化學(xué)實驗”“身邊的化學(xué)物質(zhì)”及“化學(xué)與社會發(fā)展”主題，是“水”單元知識的綜合應(yīng)用與升華。從知識圖譜看，它以“水的凈化”（過濾、吸附、蒸餾等）及“硬水與軟水”的鑒別為核心技能點，向上銜接了“混合物分離”的物理方法認(rèn)知，向下為“溶液”及后續(xù)“探究水的組成”的化學(xué)本質(zhì)理解鋪墊了堅實的感性基礎(chǔ)與問題意識。過程方法上，本課是踐行“科學(xué)探究”與“跨學(xué)科實踐”的絕佳載體。它要求將化學(xué)實驗技能（水質(zhì)檢測、實驗操作規(guī)范）與工程設(shè)計的迭代優(yōu)化思想（凈水器設(shè)計）、數(shù)據(jù)分析與解釋能力深度融合，引導(dǎo)學(xué)生經(jīng)歷“發(fā)現(xiàn)問題→設(shè)計解決方案→制作模型→測試評估→改進(jìn)優(yōu)化”的完整項目流程。在素養(yǎng)價值層面，教學(xué)超越了技術(shù)操作本身，指向“科學(xué)態(tài)度與社會責(zé)任”的培育。通過聯(lián)系本地水資源狀況，引導(dǎo)學(xué)生理解化學(xué)在解決環(huán)境問題中的價值，培養(yǎng)節(jié)水、愛水的公民意識，以及運用學(xué)科知識服務(wù)社會的責(zé)任感。正所謂“紙上得來終覺淺，絕知此事要躬行”，本次實踐活動旨在將知識轉(zhuǎn)化為解決真實問題的力量。??九年級學(xué)生已初步掌握了過濾、吸附等基礎(chǔ)操作，并具備一定的實驗觀察與記錄能力。然而，將分散知識點整合應(yīng)用于一個復(fù)雜、開放的真實項目，對他們而言仍具挑戰(zhàn)。主要障礙可能體現(xiàn)在：其一，在設(shè)計凈水方案時，難以系統(tǒng)性地考慮各凈化步驟的順序邏輯與協(xié)同效應(yīng)；其二，在測試評估環(huán)節(jié)，可能僅關(guān)注“水是否變清”的直觀結(jié)果，而缺乏多指標(biāo)（如pH、可溶性雜質(zhì)）的系統(tǒng)評價意識；其三，小組協(xié)作中，可能出現(xiàn)任務(wù)分工不均或觀點沖突。基于此，教學(xué)將提供“設(shè)計思維腳手架”，如凈水流程排序卡，引導(dǎo)邏輯構(gòu)建；設(shè)計包含多維度指標(biāo)的評價量表，引導(dǎo)系統(tǒng)思維；并實施“角色認(rèn)領(lǐng)”與過程性協(xié)作評價，支持差異化參與。我們將通過觀察小組討論的熱點與盲點、分析設(shè)計方案初稿、點評實驗操作規(guī)范性等方式，動態(tài)評估學(xué)情，即時調(diào)整指導(dǎo)的側(cè)重點與深度。二、教學(xué)目標(biāo)??知識目標(biāo)：學(xué)生能系統(tǒng)闡述自來水廠凈水流程中各環(huán)節(jié)（如沉降、過濾、吸附、殺菌）所依據(jù)的化學(xué)與物理原理，并能辨析硬水與軟水的概念及鑒別方法。他們能夠解釋自制凈水器中每種材料（如石英砂、活性炭、紗布）的功能，并理解其排序的科學(xué)依據(jù)，構(gòu)建起“混合物分離方法—凈水原理—實際應(yīng)用”三位一體的知識網(wǎng)絡(luò)。??能力目標(biāo)：學(xué)生能夠以小組為單位，自主設(shè)計并繪制一份包含材料、步驟與原理說明的凈水器草圖；能安全、規(guī)范地完成渾濁水的配制、水質(zhì)簡易檢測（透明度、pH）及凈水器組裝與測試操作；能基于測試數(shù)據(jù)（如凈化前后水樣的對比）對自制凈水器進(jìn)行有效性評估，并提出至少一條具體的改進(jìn)建議，初步形成“設(shè)計—實踐—評價—改進(jìn)”的工程思維閉環(huán)。??情感態(tài)度與價值觀目標(biāo)：通過親歷凈水過程，學(xué)生能深刻體會潔凈水源的來之不易，增強節(jié)約用水、保護(hù)水資源的自覺意識。在小組合作中，能積極傾聽同伴意見，理性探討方案分歧，共同應(yīng)對挑戰(zhàn)，體驗團(tuán)隊協(xié)作攻克實際問題的成就感與責(zé)任感。??科學(xué)（學(xué)科）思維目標(biāo)：重點發(fā)展學(xué)生的“系統(tǒng)思維”與“模型建構(gòu)”能力。引導(dǎo)他們將一個復(fù)雜的凈水問題，分解為沉降、過濾、吸附等多個子任務(wù)（系統(tǒng)分析），并思考如何將這些子任務(wù)有序整合成一個有效的整體（系統(tǒng)綜合）。通過將抽象凈化原理轉(zhuǎn)化為具象的凈水器模型，體驗?zāi)Ｐ驮诮鉀Q實際問題中的價值。??評價與元認(rèn)知目標(biāo)：學(xué)生能夠依據(jù)教師提供的項目評價量規(guī)（涵蓋設(shè)計科學(xué)性、操作規(guī)范性、協(xié)作有效性、成果創(chuàng)新性等維度），對小組與他組的工作過程及成果進(jìn)行初步的、有依據(jù)的評價。在項目結(jié)束后，能通過反思日志，回顧自己在“遇到困難—尋求解決”過程中的策略選擇，總結(jié)本次項目學(xué)習(xí)的個人收獲與待改進(jìn)之處。三、教學(xué)重點與難點??教學(xué)重點：凈水原理的綜合應(yīng)用與凈水系統(tǒng)的初步設(shè)計。確立依據(jù)在于，該點是連接本單元核心知識（混合物的物理分離方法）與高階能力（跨學(xué)科項目實踐）的樞紐。它要求學(xué)生不是孤立地記憶過濾、吸附等概念，而是能根據(jù)水質(zhì)問題（如懸浮物多、有顏色異味）靈活選擇并排序凈化方法，這正是課標(biāo)所強調(diào)的“在真實情境中應(yīng)用知識解決問題的能力”，也是學(xué)業(yè)水平考試中考查學(xué)生綜合實踐能力的常見命題方向。??教學(xué)難點：基于多因素考量的凈水器優(yōu)化設(shè)計與系統(tǒng)性評價。難點成因在于，這要求學(xué)生克服線性思維，進(jìn)行多變量綜合思考。例如，在有限的瓶身空間內(nèi)，如何平衡各層濾料的種類、粒度與厚度？凈化效果、流速與成本如何兼顧？這不僅需要扎實的學(xué)科知識，還需要初步的工程權(quán)衡思維。常見的設(shè)計錯誤是簡單堆砌材料而忽略順序邏輯，或僅以“清澈度”為單一評價標(biāo)準(zhǔn)。突破方向是提供“設(shè)計挑戰(zhàn)單”，引導(dǎo)學(xué)生從“去除何種雜質(zhì)？”“每種材料如何發(fā)揮作用？”“如何知道它有效？”三個核心問題出發(fā)，進(jìn)行有依據(jù)的設(shè)計與多指標(biāo)測試。四、教學(xué)準(zhǔn)備清單1.教師準(zhǔn)備1.1媒體與教具：制作多媒體課件，包含本地水源圖片、自來水廠工藝微視頻、項目任務(wù)書、評價量規(guī)。準(zhǔn)備水質(zhì)檢測對比樣品（清澈、渾濁、有色）。1.2實驗器材（按小組配備）：空塑料瓶（制作凈水器主體）、剪刀、美工刀、熱熔膠槍；凈水材料包（活性炭顆粒、石英砂、細(xì)沙、鵝卵石、蓬松棉、紗布、橡皮筋）；檢測用具（燒杯、玻璃棒、滴管、pH試紙及比色卡、濁度比色卡或激光筆）；實驗水樣（模擬濁水：泥土、植物油、紅墨水配制）。1.3學(xué)習(xí)材料：“守護(hù)生命之源”項目學(xué)習(xí)任務(wù)單（含設(shè)計區(qū)、實驗記錄區(qū)、反思區(qū)）、小組角色卡（項目經(jīng)理、首席設(shè)計師、實驗安全員、首席匯報官）。2.學(xué)生準(zhǔn)備??復(fù)習(xí)教材“水的凈化”相關(guān)內(nèi)容；預(yù)習(xí)項目任務(wù)書；以4人小組為單位提前組建團(tuán)隊，并初步商議分工；攜帶科學(xué)記錄本。3.環(huán)境布置??教室桌椅調(diào)整為68個小組合作式島嶼狀；準(zhǔn)備23個公用材料臺和廢液回收區(qū)；黑板預(yù)留“核心問題區(qū)”、“設(shè)計原理區(qū)”和“成果展示區(qū)”。五、教學(xué)過程第一、導(dǎo)入環(huán)節(jié)1.情境創(chuàng)設(shè)與沖突激發(fā)：“同學(xué)們，請看我手中的兩瓶水。”（展示一瓶清澈礦泉水與一瓶自制的渾濁、略帶顏色的污水）“如果身處野外，你只有右邊這瓶‘天然河水’，你敢直接飲用嗎？為什么？”（等待學(xué)生回答：不干凈、有雜質(zhì)、可能有毒……）“是的，直覺告訴我們它不安全。但究竟哪里不‘凈’？我們能否用所學(xué)的化學(xué)知識，把它變成相對安全的飲用水呢？今天，我們就化身‘小小環(huán)境工程師’，接受一項挑戰(zhàn)：檢測水質(zhì)并設(shè)計制作一個簡易凈水裝置?！?.核心問題提出與路徑勾勒：“我們的核心驅(qū)動問題是：如何運用化學(xué)原理，設(shè)計和制作一個有效的簡易凈水系統(tǒng)？”“為了解決它，我們需要三步走：首先，當(dāng)好‘水質(zhì)檢測員’，學(xué)會用化學(xué)的‘眼睛’定量看待水質(zhì)；接著，成為‘系統(tǒng)設(shè)計師’，規(guī)劃我們的凈水藍(lán)圖；最后，動手‘建造與測試’，在實踐中檢驗并優(yōu)化我們的設(shè)計。大家準(zhǔn)備好了嗎？讓我們先從認(rèn)識手中的‘研究對象’開始?！钡诙⑿率诃h(huán)節(jié)任務(wù)1：化身檢測員——多維度初探水質(zhì)教師活動：首先，分發(fā)模擬濁水樣本至各組，并提問：“面對這瓶水，僅憑肉眼觀察，你能獲取哪些信息？”引導(dǎo)學(xué)生描述顏色、渾濁度、有無懸浮物。接著，引入科學(xué)檢測方法：“肉眼所見是有限的。化學(xué)家需要更精確的‘尺子’。”演示并講解pH試紙的使用方法，強調(diào)比色讀數(shù)規(guī)范。然后，介紹濁度概念，可用激光筆照射對比清濁水樣，直觀展示丁達(dá)爾效應(yīng)，或提供濁度比色卡?！艾F(xiàn)在，請各小組‘檢測中心’對領(lǐng)取的‘原水’進(jìn)行初步‘體檢’，記錄下它的‘相貌’（外觀）和‘體質(zhì)’（pH、濁度初步描述）?！毖惨曋笇?dǎo)，糾正不規(guī)范操作。學(xué)生活動：觀察并描述水樣的物理性狀。在教師指導(dǎo)下，學(xué)習(xí)使用pH試紙測定水樣酸堿度，并嘗試用激光筆照射或比色卡初步判斷濁度。小組協(xié)作完成學(xué)習(xí)任務(wù)單上“原水水質(zhì)初測記錄表”。即時評價標(biāo)準(zhǔn)：①觀察描述是否全面、客觀（如：淡黃色、渾濁、有懸浮顆粒）；②pH檢測操作是否規(guī)范（是否用潔凈干燥的滴管取樣，是否正確比色）；③記錄是否及時、準(zhǔn)確。形成知識、思維、方法清單：??★水質(zhì)評價多維性：評價水質(zhì)需綜合物理指標(biāo)（色、味、濁度）和化學(xué)指標(biāo)（如pH、硬度、重金屬含量等），單一指標(biāo)不能代表水質(zhì)全貌。這培養(yǎng)了系統(tǒng)看待問題的視角。??★pH與溶液酸堿性：pH是衡量溶液酸堿性強弱的常用指標(biāo)，范圍通常為014。pH=7為中性，小于7為酸性，大于7為堿性。大部分天然飲用水pH在6.58.5之間。??▲濁度與分散系：水的渾濁程度與其中懸浮的固體顆粒大小和數(shù)量有關(guān)，這關(guān)聯(lián)到懸濁液、膠體等分散系知識，激光筆的光路現(xiàn)象是鑒別膠體的簡易方法。任務(wù)2：解密凈水廠——原理遷移與方案構(gòu)思教師活動：播放一段簡化版自來水廠凈水流程動畫，并提問：“請大家當(dāng)一回‘流程分析師’，找一找視頻中包含了我們學(xué)過的哪些凈化方法？它們各自解決了什么問題？”（預(yù)計學(xué)生能找出沉降、過濾、吸附、消毒）。隨后，聚焦原理遷移：“如果我們用一個塑料瓶來模擬這個大型系統(tǒng)，哪些環(huán)節(jié)可以簡化保留？可以選用什么身邊的材料來實現(xiàn)類似功能？”組織小組進(jìn)行5分鐘的頭腦風(fēng)暴，在任務(wù)單上畫出初步的設(shè)計草圖，并標(biāo)注每層預(yù)計使用的材料及其作用原理。“想一想，材料擺放的順序可以隨意調(diào)換嗎？為什么？比如，能把鵝卵石放在最下面，蓬松棉放在最上面嗎？”以此引發(fā)對流程邏輯的思考。學(xué)生活動：觀看視頻，識別并回顧沉降、過濾、吸附等核心凈化步驟及其原理。小組展開討論，將大型水廠工藝遷移到微型凈水器設(shè)計中，初步商定材料選擇與分層結(jié)構(gòu)，繪制設(shè)計草圖。就教師提出的順序問題進(jìn)行組內(nèi)辯論，嘗試從“攔截顆粒大小”、“防止堵塞”等角度思考順序的科學(xué)性。即時評價標(biāo)準(zhǔn)：①能否準(zhǔn)確將水廠工序與化學(xué)原理對應(yīng)；②設(shè)計草圖中材料與功能的標(biāo)注是否清晰、有依據(jù)；③小組討論是否圍繞“原理”和“順序”展開，成員參與度如何。形成知識、思維、方法清單：??★凈水核心原理三要素：沉降（重力作用除去大顆粒）、過濾（根據(jù)顆粒大小分離，如紗布、砂層）、吸附（利用物質(zhì)表面作用力除去顏色、異味，如活性炭）。這是設(shè)計的基礎(chǔ)邏輯。??★凈水流程的順序邏輯：原則一般是“先粗后精，先物理后（特定）化學(xué)”。例如，先由大顆粒鵝卵石承托和初步攔截，再由石英砂、細(xì)沙進(jìn)行精細(xì)過濾，最后經(jīng)活性炭吸附。順序錯誤會導(dǎo)致小顆粒堵塞上層，降低效率甚至失效。??▲活性炭的吸附特性：活性炭具有疏松多孔的結(jié)構(gòu)，表面積巨大，能吸附色素、異味等小分子物質(zhì)，是常見的吸附劑。但它不能有效去除所有溶解性離子或微生物。任務(wù)3：巧手制濾器——模型構(gòu)建與工程實踐教師活動：在小組確定最終設(shè)計方案后，宣布進(jìn)入制作階段。首先進(jìn)行安全教育：“使用剪刀、美工刀時務(wù)必專注、小心；熱熔膠槍溫度很高，由老師或指定安全員操作?！比缓螅职l(fā)材料包。制作過程中，教師巡回指導(dǎo)，重點關(guān)注：①塑料瓶裁剪與組裝的安全性；②各層濾料填充的均勻度與緊實度；③層與層之間是否用紗布有效隔離，防止混料。針對遇到困難的小組，通過提問引導(dǎo)：“你們這層鵝卵石看起來有點少，想想它在整個結(jié)構(gòu)中主要起什么作用？這個量能‘撐’起上面的砂層嗎？”學(xué)生活動：小組根據(jù)最終設(shè)計圖，分工合作動手制作凈水器?？赡馨ǎ翰眉羲芰掀俊踩褂霉ぞ?、依次填充并固定各層濾料（如鵝卵石、石英砂、活性炭、蓬松棉等）。過程中不斷對照設(shè)計圖，檢查順序和填充質(zhì)量，并進(jìn)行組內(nèi)即時調(diào)整。即時評價標(biāo)準(zhǔn)：①工具使用是否安全、規(guī)范；②各層濾料填充是否與設(shè)計圖一致，順序是否正確；③團(tuán)隊分工是否明確，協(xié)作是否流暢、高效。形成知識、思維、方法清單：??★理論設(shè)計與工程實踐的差距：設(shè)計圖是理想化的，實踐中會遇到材料粒度不均、填充松散、接口漏水等實際問題。解決這些問題需要動手能力、耐心和臨場調(diào)整，這正是工程思維的重要體現(xiàn)。??★控制變量思想：在測試時，為了公平比較凈化效果，應(yīng)盡量讓除凈水器結(jié)構(gòu)外的其他條件（如原水水量、渾濁度、倒入方式）保持一致。這是科學(xué)實驗的基本思想。??▲簡易凈水器的局限性：自制凈水器主要去除物理雜質(zhì)和部分有機(jī)物，無法像專業(yè)設(shè)備一樣去除微生物、重金屬離子或徹底軟化硬水。因此，其產(chǎn)水不建議直接飲用，需煮沸殺菌。這體現(xiàn)了技術(shù)的邊界意識。任務(wù)4：實踐驗真知——測試、數(shù)據(jù)與初步評估教師活動：引導(dǎo)各小組使用自制凈水器凈化統(tǒng)一分發(fā)的模擬原水。明確測試要求：“請用燒杯承接過濾后的水，并與原水進(jìn)行‘三對比’：比外觀、比pH、再用激光筆照一照比濁度?！敝笇?dǎo)學(xué)生進(jìn)行規(guī)范測試并記錄數(shù)據(jù)。隨后，組織小組間初步展示與交流：“請‘首席匯報官’帶著你們的‘產(chǎn)品’和檢測數(shù)據(jù)，到相鄰小組進(jìn)行‘路演’，介紹設(shè)計亮點，并展示凈化效果。看看別組的設(shè)計，有沒有給你們帶來新的啟發(fā)？”學(xué)生活動：小組進(jìn)行凈化實驗，仔細(xì)觀察過濾過程（如流速快慢）和濾后水的性狀變化。規(guī)范完成凈化后水質(zhì)的檢測（外觀、pH、濁度），并與原水?dāng)?shù)據(jù)對比，記錄在任務(wù)單上。進(jìn)行組間參觀交流，觀察他組設(shè)計，聽取他組介紹，對比凈化效果，思考差異原因。即時評價標(biāo)準(zhǔn)：①實驗操作是否規(guī)范，觀察記錄是否細(xì)致；②能否基于檢測數(shù)據(jù)（而不僅僅是肉眼感覺）對凈化效果進(jìn)行客觀描述；③交流展示時，能否清晰說明本組設(shè)計思路。形成知識、思維、方法清單：??★硬水與軟水的簡易鑒別：可使用肥皂水。泡沫多、浮渣少的是軟水；泡沫少、浮渣多的是硬水。本實驗中原水若使用自來水（常為硬水），可作為一個拓展檢測點。??★數(shù)據(jù)驅(qū)動的評價：科學(xué)的評價依賴于客觀數(shù)據(jù)（如pH數(shù)值變化、濁度描述）而非主觀感受?！翱雌饋砀蓛簟焙汀皺z測數(shù)據(jù)合格”是不同層次的標(biāo)準(zhǔn)。這培養(yǎng)了實證意識。??▲影響凈水效率的因素分析：凈化效果差異可能源于濾料種類、順序、粒度、厚度、填充緊實度、原水水質(zhì)等多種因素。分析差異原因是進(jìn)行優(yōu)化的前提。任務(wù)5：迭代促優(yōu)化——反思、改進(jìn)與創(chuàng)意延伸教師活動：在測試交流后，引導(dǎo)學(xué)生進(jìn)入優(yōu)化環(huán)節(jié)。“各位工程師，根據(jù)測試數(shù)據(jù)和參觀見聞，你們的‘一代機(jī)’有沒有可以升級的地方？是過濾速度太慢，還是對顏色去除不明顯？”要求各小組在任務(wù)單的“優(yōu)化區(qū)”寫下至少一條具體的改進(jìn)設(shè)想，并簡述理由?？梢蕴岢鐾卣固魬?zhàn)：“如果目標(biāo)不僅是讓水變清，還想讓略帶咸味的水變淡，我們可能需要引入什么新的原理？（提示：海水淡化工廠用什么方法？）”將問題引向更前沿的分離技術(shù)（如蒸餾、膜分離）。學(xué)生活動：小組回顧整個設(shè)計、制作、測試過程，結(jié)合本組數(shù)據(jù)和他組經(jīng)驗，進(jìn)行反思討論，提出明確的優(yōu)化方案（如“增加活性炭層厚度以更好吸附色素”、“在底層增加一層更細(xì)的紗布防止細(xì)小活性炭漏出”）。思考教師提出的拓展問題，聯(lián)系已學(xué)或未學(xué)的知識（如蒸發(fā)），進(jìn)行開放性探討。即時評價標(biāo)準(zhǔn)：①提出的優(yōu)化建議是否針對本組實驗中發(fā)現(xiàn)的具體問題；②優(yōu)化理由是否結(jié)合了化學(xué)原理或工程考量；③是否積極參與拓展性問題的思考。形成知識、思維、方法清單：??★工程設(shè)計的迭代性：優(yōu)秀的設(shè)計rarelyesfromthefirsttry.“設(shè)計—實踐—評估—改進(jìn)”的循環(huán)是工程與產(chǎn)品開發(fā)的核心流程，不斷逼近最優(yōu)解。這培養(yǎng)了持續(xù)改進(jìn)、追求卓越的思維習(xí)慣。??▲其他凈水與海水淡化技術(shù)：除本節(jié)課涉及的物理方法外，還有蒸餾（利用沸點差異）、膜分離（如反滲透，利用半透膜）等更精密的分離技術(shù)，用于實驗室純水制備或海水淡化。這打開了學(xué)科視野。??▲項目式學(xué)習(xí)的核心價值：知識在應(yīng)用中鞏固，能力在挑戰(zhàn)中提升，素養(yǎng)在體驗中內(nèi)化。本次項目不僅是做一個凈水器，更是一次完整的科學(xué)探究與工程實踐體驗。第三、當(dāng)堂鞏固訓(xùn)練??基礎(chǔ)層：請根據(jù)所學(xué)，完成下列填空：自來水廠凈水過程中，明礬沉降利用的是______作用；活性炭池利用了其______性以除去異味；殺菌消毒屬于______變化（填“物理”或“化學(xué)”）。（針對全體，鞏固核心概念）??綜合層：某小組設(shè)計的凈水器流速非常慢，可能的原因有哪些？（至少列出兩點）如果你是該組顧問，會建議他們?nèi)绾握{(diào)整？（考察原理應(yīng)用與問題分析能力）??挑戰(zhàn)層：查閱資料，了解“反滲透”凈水技術(shù)的基本原理。與今天我們制作的“重力式”凈水器相比，它在原理、效果和能耗上有什么主要區(qū)別？（引導(dǎo)學(xué)有余力者進(jìn)行拓展探究，聯(lián)系科技前沿）??反饋機(jī)制：基礎(chǔ)層答案通過集體口答快速核對。綜合層問題，邀請23個小組分享他們的分析，由其他小組補充或質(zhì)疑，教師最后總結(jié)常見問題（如濾料太細(xì)、填充過緊、進(jìn)水口堵塞等）及解決思路。挑戰(zhàn)層作為課后延伸思考點，鼓勵學(xué)生將查閱結(jié)果在下節(jié)課用1分鐘進(jìn)行“微分享”。第四、課堂小結(jié)??“同學(xué)們，今天我們完成了一次從‘知水’到‘治水’的探索之旅?，F(xiàn)在，請大家用1分鐘時間，在筆記上以‘凈水’為中心，畫出本節(jié)課的知識方法思維導(dǎo)圖?！彪S后請一位學(xué)生上臺展示并講解其導(dǎo)圖結(jié)構(gòu)，其他學(xué)生補充。教師提升總結(jié)：“我們不僅復(fù)習(xí)了沉降、過濾、吸附等化學(xué)原理，更關(guān)鍵的是，我們體驗了像工程師一樣思考和工作：定義問題、基于原理設(shè)計、動手創(chuàng)造、測試數(shù)據(jù)、反思優(yōu)化。這就是解決真實世界復(fù)雜問題的‘法寶’?！弊詈蟛贾米鳂I(yè)：“今天的項目報告——完整的設(shè)計圖、實驗數(shù)據(jù)記錄和優(yōu)化反思，就是一份寶貴的成果。請各小組完善后提交。另外，必做作業(yè)是基礎(chǔ)訓(xùn)練題；選做作業(yè)是探究‘反滲透’技術(shù)或設(shè)計一個解決特定水質(zhì)問題（如除鐵銹）的凈水方案。期待大家更精彩的想法！”六、作業(yè)設(shè)計??基礎(chǔ)性作業(yè)（必做）：1.整理本節(jié)課核心知識筆記，清晰列出三種主要凈水方法（沉降、過濾、吸附）的原理、實例及在凈水器中的可能應(yīng)用材料。2.完成課后練習(xí)中關(guān)于硬水軟化及凈化方法選擇的3道基礎(chǔ)題目。??拓展性作業(yè)（建議大多數(shù)學(xué)生完成）：撰寫一份簡易的“家庭凈水方案建議書”。調(diào)查家中自來水水質(zhì)情況（觀察、聞味，有條件可測pH），結(jié)合本市水廠處理工藝，分析自來水可能存在的余氯或管道二次污染問題，并為家庭選購或使用凈水設(shè)備（如濾水壺）提出12條基于化學(xué)原理的科學(xué)建議。??探究性/創(chuàng)造性作業(yè)（選做，學(xué)有余力或興趣濃厚者完成）：二選一：1.微型研究：探究不同品牌活性炭（或比較活性炭與木炭）對同一種有色溶液（如稀釋的紅墨水）的脫色效果，設(shè)計對比實驗，記錄并分析結(jié)果。2.創(chuàng)意設(shè)計：設(shè)計一個適用于野外緊急求生的、能同時實現(xiàn)凈水與獲取飲用鹽（從海水中）的簡易聯(lián)裝裝置草圖，并說明其工作流程和涉及的化學(xué)原理。七、本節(jié)知識清單及拓展??★水的凈化：去除水中雜質(zhì)使其更適合使用的過程。方法包括靜置沉降、吸附沉降（如加明礬）、過濾、吸附、蒸餾、殺菌消毒等，需根據(jù)雜質(zhì)類型選擇。??★過濾：分離不溶性固體與液體的操作。要點：“一貼二低三靠”。濾紙孔徑有限，不能分離溶解在水中的物質(zhì)。??★活性炭吸附：利用其巨大表面積和疏松多孔結(jié)構(gòu)，物理吸附色素、異味等。是物理變化，飽和后需更換。??★硬水與軟水：含較多可溶性鈣、鎂化合物的水叫硬水，反之叫軟水。鑒別：加肥皂水，振蕩，觀察泡沫和浮渣多少。??★蒸餾：利用液體沸點不同進(jìn)行分離，可得純水。實驗室蒸餾裝置包括蒸餾燒瓶、冷凝管、接收器等。??▲明礬的凈水原理：明礬溶于水生成膠狀物[Al(OH)3]，吸附水中懸浮顆粒并沉降，屬吸附沉降。??▲自來水廠凈水流程：一般取水→加絮凝劑沉降→過濾→吸附（活性炭）→殺菌（氯氣或二氧化氯等）→配水。殺菌是化學(xué)變化。??▲簡易凈水器設(shè)計原則：遵循“先粗后精”順序，常用材料順序（自上而下）：蓬松棉（初濾）→石英砂（過濾）→活性炭（吸附）→鵝卵石（承托、粗濾）。順序錯誤會降低效率。??▲水質(zhì)指標(biāo)：包括物理指標(biāo)（色度、濁度、氣味等）、化學(xué)指標(biāo)（pH、硬度、余氯、重金屬含量等）、生物指標(biāo)（細(xì)菌總數(shù)）。全面評價需綜合考量。??▲pH與水體健康：大多數(shù)水生生物適宜在pH6.58.5的水體中生存。pH過低（酸雨）或過高都會破壞水生生態(tài)系統(tǒng)。??▲混合物分離方法體系：本節(jié)課涉及的過濾、吸附、蒸餾，與蒸發(fā)、結(jié)晶、層析等共同構(gòu)成混合物分離的方法網(wǎng)絡(luò)，選擇依據(jù)是物質(zhì)性質(zhì)的差異。??▲項目式學(xué)習(xí)(PBL)要素：包含驅(qū)動性問題、持續(xù)性探究、真實性、學(xué)生發(fā)言權(quán)與選擇權(quán)、反思、批判與修正、公開展示成果等關(guān)鍵要素。??▲反滲透技術(shù)：利用半透膜，在壓力驅(qū)動下使溶劑（水）透過而截留離子、小分子，是海水淡化和制備超純水的核心技術(shù)。比蒸餾能耗低。??▲“碳達(dá)峰、碳中和”與節(jié)水：水處理是高耗能過程。節(jié)約用水直接降低水廠能耗與碳排放，個人節(jié)水行動是助力“雙碳”目標(biāo)的具體實踐。??▲實驗中的變量控制：在對比凈水效果時，應(yīng)控制原水水質(zhì)、水量、傾倒速度等變量相同，只改變凈水器結(jié)構(gòu)，結(jié)論才可靠。??▲凈水技術(shù)的局限性：任何技術(shù)都有其適用范圍和成本。家用凈水器需定期更換濾芯，否則可能成為細(xì)菌滋生的溫床。??▲我國水資源現(xiàn)狀：總量豐富，人均不足，時空分布不均，污染問題仍存。珍惜水資源是基本國情要求。??▲STEM/STEAM教育理念：本課融合了科學(xué)(S)、技術(shù)(T)、工程(E)、數(shù)學(xué)(M)，亦可融入藝術(shù)(A，如設(shè)計草圖美學(xué))，是典型的跨學(xué)科整合案例。八、教學(xué)反思??(一)目標(biāo)達(dá)成度與證據(jù)分析本次教學(xué)基本實現(xiàn)了預(yù)設(shè)目標(biāo)。知識層面，從學(xué)生設(shè)計的凈水器圖紙和優(yōu)化建議中，可見他們對凈化原理及順序邏輯有了較深理解，例如有小組明確指出“將細(xì)沙層置于活性炭層之上是為了防止炭粉流失并先過濾大顆?！薄Ｄ芰用?，各小組均成功制作出能工作的凈水器模型，并在測試中積極對比數(shù)據(jù)，體現(xiàn)了工程實踐與數(shù)據(jù)分析能力的初步形成。情感與素養(yǎng)層面，課堂中“這水原來這么難變干凈”、“以后得節(jié)約用水”的感嘆不絕于耳，小組合作中雖有爭論但最終能達(dá)成共識，社會責(zé)任感和協(xié)作精神得以滋養(yǎng)。然而，部分小組在“基于數(shù)據(jù)進(jìn)行系統(tǒng)評價”方面仍顯薄弱，多停留在“看誰的水更清”的直觀比較。??(二)環(huán)節(jié)有效性評估導(dǎo)入環(huán)節(jié)的對比水樣迅速抓住了學(xué)生注意力，驅(qū)動性問題明確。新授的五個任務(wù)環(huán)環(huán)相扣，邏輯清晰。任務(wù)2（原理遷移）是承上啟下的關(guān)鍵，頭腦風(fēng)暴時間充足，確保了后續(xù)設(shè)計的科學(xué)性。任務(wù)4（測試評估）中增加組間“路演”，極大地激發(fā)了學(xué)生的展示欲和批判性思維，課堂氣