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視頻課題：第五屆全國初中化學實驗教學說課視頻《水的凈化》-北京

教學設計、課堂實錄及教案：第五屆全國初中化學實驗教學說課《水的凈化》-楊艷偉北京市大興區紅星中學初中化學

水的凈化
北京市大興區紅星中學 楊艷偉
一、使用教材
北京出版社義務教育教科書《化學》九年級上冊
第四章《最常見的液體-水》第一節《水的凈化》
二、實驗器材
1． 模擬自來水廠水凈化實驗
長頸漏斗、具上下嘴抽濾瓶（250mL）、抽濾瓶（250mL）、抽濾瓶（125mL）、注射器（100mL）、輸液器、膠塞、乳膠管、止水夾、磁力攪拌器、微型水泵、微型氣泵。
氯化鐵溶液、高錳酸鉀溶液、活性炭（粉末）、石英砂（40-70目）、次氯酸鈉溶液、棉花、濾膜、紗布。
2． 簡易蒸餾實驗
漏斗（截去下端玻璃管且封口，外徑9cm）、燒杯（250mL）、燒杯（10mL）、石棉網、三腳架、酒精燈、火柴。
三、實驗改進要點
1． 模擬自來水廠水凈化的思路來源于自來水生產工藝，把復雜的工藝流程轉化為簡易的裝置進行模擬演示。裝置主要包含攪拌池、澄清池、過濾吸附池、消毒池、清水池五部分，配有微型水泵和氣泵。裝置所用儀器主要選用化學實驗室的常用儀器，例如：磁力攪拌器，長頸漏斗、抽濾瓶等；還有生活中常見物品，例如：注射器、輸液器、微型水泵、微型氣泵。該模擬實驗的步驟與自來水廠水凈化（如圖1）的步驟是一一對應的，每一步驟可學習1-2種凈化方法。在攪拌池中初步認識過濾和混凝，在澄清池中學習沉降，在過濾吸附池中學習過濾和吸附，在消毒池中學習消毒，最后對所得水進行初步檢測。整個實驗裝置簡約化、微型化、可視化，給予學生三維表現力的體驗。實驗裝置如圖2所示。

圖1　　　　　　　　　　　　　　　　　　　圖2
2． 簡易蒸餾實驗的思路來源于野外生存時制備飲用水的方法，利用蒸餾原理簡化蒸餾裝置，課堂教學用于學習蒸餾凈化水的方法。所用儀器全部是化學實驗室常用儀器，包含漏斗、燒杯、酒精燈、石棉網。將漏斗（截去下端玻璃管且封口，外徑9cm）里面放入冰塊（或冷水）作為冷凝裝置，相當于實驗室常用蒸餾裝置的冷凝管。大燒杯盛放待蒸餾液進行加熱，相當于實驗室常用蒸餾裝置的蒸餾燒瓶。將小燒杯放在大燒杯內（漏斗下端正中），盛接所得液體，相當于實驗室常用蒸餾裝置尾接的錐形瓶。裝置小巧，實驗簡單易行，適于初中學生進行實驗。裝置如圖3所示。

圖3
四、實驗設計思路
1． 模擬自來水廠水凈化實驗
自來水的生產工藝是課程標準一級主題 “身邊的化學物質”下二級主題 “水與常見的溶液”中可供選擇的學習情境素材，是學習吸附、沉降、過濾等凈化水常用方法的經典素材。自來水的生產工藝在教科書中僅以圖片形式出現，而沉降、過濾、吸附等凈化方法以單個實驗形式呈現。實驗比較零散，缺乏整體性，與實際自來水廠凈化過程距離較遠。本實驗通過深入挖掘自來水生產工藝這一素材，將各種凈化方法濃縮設計為一個整體實驗來模擬并重現自來水廠的實際生產工藝，體現了化學、技術、社會、環境的相互聯系。本實驗落眼點在于整合分環節實驗為整體微縮重現，將教材中單個的不連續的幾種凈化方法實驗濃縮為一個整體實驗，化繁為簡，優化教材。將課標、教材中“自來水的生產工藝”這一經典素材由靜態圖片展示轉化為動態實驗展示。通過一個實驗可以引導學生學習沉降、過濾、吸附等多種水的凈化方法，還能了解每種方法的凈化程度以及綜合處理水凈化問題時凈化方法、順序的選擇。并且充實了“水與常見的溶液”這一部分的實驗資源，為后續的實踐活動“走進自來水廠”打下基礎。該縮微重現實驗便于學生整體觀察自來水的實際凈化過程，給予學生三維表現力的體驗，可滿足學生對自來水生產工藝的好奇心，同時提升學生思維的有序性和邏輯性。
2． 簡易蒸餾實驗
蒸餾是課程標準一級主題“身邊的化學物質”下二級主題“水與常見的溶液”中要求學生了解的凈化水的常用方法，出現在教科書北京版上冊第四章第一節和人教版上冊第三單元課題3 中。蒸餾是制備純水的一種重要方法，而實驗室常用的蒸餾裝置比較復雜，初中學生操作困難。將實驗室常用的蒸餾裝置進行簡化，采用簡易蒸餾實驗裝置，操作簡單，易于開展初中學生實驗，而且降低了對蒸餾原理的理解難度。對比學習實驗室常用蒸餾裝置時，可以引導學生對比找出與簡易蒸餾裝置一一對應的儀器和作用，從而促進理解實驗室蒸餾裝置的原理和作用。感受蒸餾也可以很簡單地操作，啟發學生在野外生存和發生地質災害時利用有限資源制備飲用水，并培養他們的創新精神和實踐能力。
五、實驗教學目標
1． 通過模擬自來水廠水凈化實驗，了解吸附、沉降、過濾等凈化水的常用方法；培養思維的有序性和邏輯性；感受水被污染容易凈化難，激發愛護水資源和節約用水的社會責任意識。
2． 通過簡易蒸餾實驗，了解蒸餾凈化水的方法和原理，啟發在野外生存和地質災害時尋找飲用水，培養創新精神和實踐能力。
  3． 通過自來水的生產工藝體會化學、技術、社會、環境的相互聯系。
六、實驗教學內容
通過模擬自來水廠水凈化實驗，了解吸附、沉降、過濾等凈化水的常用方法。通過簡易蒸餾實驗，了解蒸餾凈化水的方法和原理。
七、實驗教學過程

環節	教師活動	學生活動	設計意圖
水   的   凈   化	【問題二】如何對含有雜質的水進行凈化處理呢？ 【展示】自來水圖片 【展示】自來水廠水凈化過程圖 【引出】根據自來水廠水凈化過程圖我們來進行模擬實驗： 【提問】水庫水中含有什么物質？ 【板書】       【演示實驗】利用自來水廠水凈化模擬實驗裝置凈化水庫水。 【操作1】將水庫水從入水口經過隔網注入攪拌池。加入適量藥品：高錳酸鉀進行預氧化，活性炭粉提高凈化效果，氯化鐵進行混凝。   【操作2】打開磁力攪拌器，待混合物充分混合、反應后，關閉攪拌，打開止水夾，通過重力作用使混合物流入澄清池。（為節約時間，提前做好一份） 【提問】在澄清池里混合物發生了什么變化？       【指出】在澄清池里利用了沉降的凈化方法。   【問題1】沉降的原理和作用是什么？         【操作3】利用水泵將澄清池中上層清液調入過濾吸附池。           【提問】石英砂的作用是什么？ 【問題2】過濾的原理和作用是什么？ 【提示】 【結論】沉降和過濾可以除去水中不溶性物質。 【板書】 【引導】學生觀察通過活性炭的水有什么變化？ 【問題3】活性炭的作用是什么？ 【追問】活性炭是如何吸附雜質的？ 【提示】 【指出】吸附主要是除去水的的顏色和異味。 【結論】吸附可以除去水中某些可溶性物質。 【板書】 【操作4】用注射器吸取消毒劑次氯酸鈉溶液注入消毒池中對水進行消毒。   【問題4】消毒的作用是什么？   【結論】消毒可以除去水中細菌、病毒、寄生蟲。 【板書】 【引導】觀察清水池的現象 【操作5】打開連接在清水池的微型氣泵，利用負壓加快流速。 【講述】進入清水池的水經檢測合格就可以流入千家萬戶了。 【提問】我們生產出的自來水合格嗎？ 【給出】國標。 【講述】國標有一百多項指標，我們今天選出簡單的幾項進行初步檢測。 【操作6】與原水對比，檢測所得“自來水”是否合格。             【提問】自來水是純凈物嗎？為什么？     【指出】水垢是水中可溶性鈣、鎂化合物轉化成沉淀形成的。含有較多可溶性鈣、鎂化合物的水稱為硬水。不含或含較少可溶性鈣、鎂化合物的水稱為軟水。長期飲用硬水對健康不利。 【過渡提問】在實驗室中如何得到純水？ 【提示】剛才我們都是以除去水中雜質的思路在凈化水，讓我們換個角度想一想，能不能把水這種純凈物從混合物中提取出來而得到純水呢？ 【展示】簡易蒸餾實驗       【提問】用這套裝置進行實驗能得到純水嗎？請你分析這套裝置的原理和作用。 【檢測】分別向原水、自來水、小燒杯中所得水中加入硝酸銀，原水、自來水生成白色沉淀，小燒杯中水無明顯變化。 【結論】這樣的方法可以除去水中不溶性物質和可溶性物質。 【展示】實驗室常用蒸餾裝置圖。 【提問】這套裝置的原理和作用？ 【引導】學生分析：對比找出實驗室常用蒸餾裝置圖與簡易蒸餾裝置一一對應的儀器和作用。   【問題5】蒸餾的原理和作用是什么？ 【結論】蒸餾可以除去水中不溶性和可溶性雜質。 【板書】	◆思考、回答： 過濾；凈水機 ◆思考：自來水是生活中常見的水，如何得到自來水？   ◆讀圖，初步知道自來水廠水凈化的過程和步驟。               ◆觀看模擬實驗裝置，初步了解大致流程和步驟：攪拌池、澄清池、過濾吸附池、消毒、清水池。   ◆展示：自己帶來的水庫水   ◆觀察、思考、回答：水庫水中含有水、不溶性物質、可溶性物質、細菌病毒等。 ◆觀察：原水情況。 ◆將所做模擬實驗的步驟與自來水廠水凈化的步驟一一對應： ◆觀察：凈化步驟和方法。 ◆初步知道混凝是利用生成的膠狀物質吸附水中雜質達到凈化目的。 ◆觀察澄清池里混合物發生的變化：大量固體物質沉降下來，上層液體比較澄清了。 ◆分析討論，得出結論： ◆注意觀察：過濾吸附池主要由石英砂和活性炭兩部分組成。 ◆回答：過濾。 ◆小組討論，得出結論：               ◆觀察：通過活性炭的水變得無色透明了。 ◆思考并回答：過濾、吸附。 ◆引發想象：活性炭利用微孔結構將雜質吸附在其表面，除去雜質。 ◆小組討論分析，得出結論：         ◆觀察： ◆思考并回答：         ◆觀察：進入清水池的水流很緩慢。 ◆猜測：合格/不合格。     ◆（1）通過觀察對比方法初步判斷色度、濁度、肉眼可見物、異味幾項是否合格。（2）通過pH試紙檢測初步判斷pH值是否合格。（3）通過自來水廠檢測試劑檢測初步判斷消毒是否合格。 ◆初步判斷：這幾項檢測指標基本合格。 ◆思考并回答：水燒開后會結出水垢，說明自來水不是純凈物，還含有我們看不見的某些可溶性物質。 ◆了解：硬水、軟水。   ◆實驗：用肥皂水鑒別硬水、軟水。 ◆結論：產生泡沫多的是軟水。 ◆思考，但不知道實驗室如何得到純水。       ◆思考：如何得到純水 ◆小組實驗：用自己帶來的自來水或水庫水進行簡易蒸餾實驗制備蒸餾水。 ◆描述現象：有水珠順漏斗外壁滴入小燒杯中。 ◆檢測：取等量所得水與自來水對比，分別加入一滴管肥皂水，振蕩，觀察現象。 ◆結論：所得水是軟水。 ◆思考并回答：大燒杯中的原水加熱蒸發變成水蒸氣，水蒸氣遇冷凝結成水，順漏斗外壁滴入小燒杯中。水在100℃變成水蒸氣，后遇冷凝結成水，所以流入小燒杯的水應該是純水。 ◆觀察小燒杯中所得的水。 ◆結論：初步判斷小燒杯中所得水比較純凈。   ◆分析并得出結論： ◆總結蒸餾的原理和作用	★將認識水的角度從社會轉入化學學科。 ★提高運用觀察圖片獲取信息能力。         ★通過工藝流程培養思維的有序性和邏輯性。               ★提高運用比較對信息整合的能力。 ★提高運用觀察實驗獲取信息能力。       ★提高運用語言描述現象能力。   ★提高有目的的觀察能力。   ★提高能用表格表達所獲取的信息能力。 ★通過學生分析討論提高與他人交流信息的能力。       ★使用對比的方法，引導深入思考，針對不同目的采用不同凈化方法達到不同的效果。提高運用對比對獲取信息進行處理的能力。 ★通過水中雜質去除過程分析提高用圖示的方式表達獲得信息能力。 ★小組討論、實驗、圖片、想象合力突破難點，有助于理解吸附原理和作用。 ★板書使整個凈化過程可視化，也可以明確每種凈化方法可以除去的雜質類別 ★觀察到流速很緩慢，引導學生體會水被污染容易凈化難，激發節水愛水的社會責任意識。                 ★了解通過檢測的方法可以初步判斷樣品是否合格。提高運用閱讀、實驗等方法獲取化學信息的能力；提高運用比較、概括等方法對獲取的信息進行處理的能力。                 ★啟迪思維，多角度思考問題。   ★初步養成樂于實踐、善于合作的科學品質。 ★利用簡易蒸餾實驗在操作上簡化實驗室蒸餾實驗，在理解上降低了難度，幫助理解蒸餾原理。提高了基本化學實驗技能，提高與他人合作進行簡單實驗與探究能力，提高進行簡單物質檢驗和區別的實驗能力。   ★多次使用對比方法，培養對比思維。
小結	【引導】小結今天你的收獲 ◆學生交流表達： 1.沉降、過濾除去水中不溶性物質，吸附除去水中某些可溶性物質，消毒除去細菌、病毒、寄生蟲，蒸餾除去水中可溶性和不溶性雜質。 2.其中蒸餾的凈化程度最高。 3.水被污染容易凈化難，我們要節約用水，愛護水資源，為社會做貢獻。		★使所學知識系統化。提高將所學化學知識進行整理并用關系圖表達出來的能力。提升思維有序性邏輯性。 ★落實學科素養。

附：學生評價
◆活動表現評價

評價標準	評分
	自評	組長	教師
1.是否積極參與實驗操作活動，并善于與他人合作 2.是否客觀、準確地觀察和描述實驗現象 3.是否積極思考，深入探討 4.能否主動、流暢地交流自己的見解 5.是否體驗到探究活動的樂趣

◆動手實踐：設計制作一個簡易凈水器，用它對一些含有雜質的水（如泥水、墨水）進行凈化。還可以和你的同學比一比誰的凈水器凈水效果更好。
思考：
1. 簡易凈水器每部分的功能和作用是什么？
2. 小石頭、石英砂和棉花同樣是過濾作用，有哪些不同？在容器中疊放的順序是什么？ 活性炭最好放在哪一層？
3. 哪些因素會影響凈水效果？
4. 如何科學、綜合地評價凈水效率（材料成本、凈水速率、凈水程度等）？
八、實驗效果評價
從整體上看，兩個創新實驗一氣呵成的完成了《水的凈化》一課教學內容，學習了沉降、過濾、吸附、消毒、蒸餾等多種凈化水的方法，達成了教學目標。
1．模擬自來水廠水凈化實驗
通過模擬自來水廠水凈化實驗在知識方面了解吸附、沉降、過濾等凈化水的常用方法；能力方面提高思維的有序性和邏輯性，提高綜合處理實際問題能力；素養方面激發愛節水的社會責任意識。
2．簡易蒸餾實驗
通過簡易蒸餾實驗在知識方面了解蒸餾的方法和原理；能力方面提高了基本化學實驗技能，提高與他人合作進行簡單實驗與探究能力，提高進行簡單物質檢驗和區別的實驗能力。素養方面激發實驗探究與創新意識。
3． 教學過程
使用對比的方法，引導深入思考，針對不同目的采用不同凈化方法達到不同的效果。提高運用對比對獲取信息進行處理的能力。提高運用觀察實驗獲取信息能力。提高有目的的觀察能力。通過學生分析討論提高與他人交流信息的能力。提高運用語言描述現象能力。提高能用表格表達所獲取的信息能力。
九、實驗教學反思
本節課教學目標設立得當，針對目標所采取的教學策略有效。通過模擬自來水廠水凈化實驗，了解了吸附、沉降、過濾等凈化水的常用方法，并提升思維的有序性和邏輯性；凈化過程復雜和流速緩慢，感受到水被污染容易凈化難，樹立愛護水資源和節約用水的社會責任意識。通過簡易蒸餾實驗，了解了蒸餾凈化水的方法和原理，啟發在野外生存和地質災害時尋找飲用水，培養創新精神和實踐能力。通過自來水的生產工藝初步體會了化學、技術、社會、環境的相互聯系。
本節課突出化學學科特色—以實驗引領教學。教學過程包含五個環節，以視頻《水是人類寶貴的資源》引入，探討天然水不是純水，通過兩個實驗學習水的凈化方法及原理。其中水的凈化環節中以模擬自來水廠水凈化為線索串聯本節課所有凈化方法，環環相扣，逐步推進。該模擬實驗不但滿足了學生對自來水生產工藝的好奇心，同時為后續的“走進自來水廠”社會實踐活動打下基礎。簡易蒸餾實驗為學生提供了動手參與的機會，促進實驗能力的提升。
本節課采取有效的教學策略突出重點、突破難點。如針對蒸餾原理的理解這一難點，采用實驗探究，對比分析，小組討論的教學策略有效的突破了難點，其中學生親手進行簡易蒸餾實驗的探究，通過親眼觀察和親身的體會，很容易說出蒸餾的原理。針對吸附原理的理解這一難點，采用演示實驗、引發想象、小組討論、圖片展示分析的教學策略合力突破了難點。對于過濾的作用和原理，采用石英砂進行過濾，比起濾紙進行過濾，學生更容易理解其原理，認識過濾的實質，達到了突出重點的目的。在突出重點、突破難點過程中，更加關注的是學生的活動，如模擬自來水廠凈化水實驗雖然是教師進行演示，但通過一系列的問題引領，組織學生小組討論分析與匯報等活動，促進學生思維品質的提升。
本節課仍存在不足之處，一是模擬自來水廠水凈化實驗過濾吸附池中過濾與吸附沒有分開，不利于學生觀察單獨實驗的現象。二是對學生評價方式在多元化的基礎上可以再細化一些，如學生動手操作蒸餾實驗，活動表現評價可增加一些指標，真正地考查學生在實驗過程中的參與意識、合作精神、描述和分析實驗現象的能力以及實驗習慣和科學態度等，從而有針對性的提高學生實驗的實效性。
 

 
 
作者信息
作者姓名：楊艷偉
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