杨 征 李 焱 范雅冰 侯 彬

（1.石家庄市第11中学；2.石家庄市教育科学研究所；3.北京师范大学石家庄附属学校；4.石家庄市第17中学 河北 石家庄 050000）

《义务教育化学课程标准（2022年版）》（以下简称“课标”）明确提出“要创设真实问题情境，倡导‘做中学’‘用中学’‘创中学’”。［1］如何创设学生熟悉的真实情境，并基于真实情境通过问题驱动引发学生进行深度思考，促进学生化学观念、科学思维、科学探究和社会责任等初中化学学科核心素养的形成，是当前初中化学课堂教学中的重要任务。

一、教学分析

“水的净化”隶属于2022 年版课标学习主题2 物质的性质与应用，本主题的大概念是物质的多样性，基于大概念统领的课标要求见表1。［1］

表1 石家庄市2019、2020年用水量

表1 本节课相关的课标要求

本节课是人教版九年级上册第四单元课题2的教学内容，教材通过对比纯水和自然界的水认识自然界水中可能含有的杂质，然后通过自来水厂的净水过程介绍了沉淀、过滤和吸附的净水方法，再基于硬水软化介绍了煮沸和蒸馏，并在课后安排了“自制简易净水器”的课外实践活动。

对于本节课的学习内容，学生通过对教材的自主学习基本能达到课标的内容要求，但要达到课标的学业要求则是学生自主学习不能完成的，需要教师创设真实的问题情境，引导学生在解决真实问题的过程中理解。

二、教学目标

1.通过对滹沱河水样的分析和探究，了解沉降、吸附、过滤和煮沸等是净化水的常用方法，初步体会物质分离的一般思路和方法。

2.通过过滤的基本实验技能认识混合物分离的方法；通过区分硬水与软水的实验方案，进一步体会控制变量思想的运用。

3.通过对自来水厂净水流程的分析讨论，加深对净水原理的理解，建构基于真实情境的净水模型，提高解决实际问题的能力。

4.通过对本地区水资源状况的了解，认识水的净化在生活和生产中的意义；增强爱护水资源、保护环境的意识，提升社会责任感。

三、教学思路

本节课基于石家庄市水资源的现状和利用，也就是学生自己身边的真实问题情境引导学生开展学习活动，教学思路的设计如图1所示。

四、教学过程

课前，教师给学生布置了如下自主学习任务：（1）自然界的水中常含有哪些杂质？并对杂质进行分类归纳。（2）去除水中不同杂质的方法有哪些？并查阅资料说明其原理。（3）实验室中过滤的实验操作及注意事项。本节课就是在基于学生自主学习了上述内容的基础上展开的。

环节1：认识石家庄用水现状——创设学习情境

一上课，教师首先提出问题：请观看视频，你从中获取了哪些与水相关的信息？然后教师播放关于华北地下水降落导致漏斗区形成的短视频资料。学生观看视频后从中提炼出信息：华北地区地下水位大幅下降；石家庄地处华北地区，地下水严重短缺。

教师给出石家庄市2019年和2020年全市用水总量数据（见表1），并追问：面对石家庄地下水短缺而用水总量却很大的现状，你能想到哪些解决办法？学生经讨论提出“使用地表水”“对污水进行处理”“水的循环利用”等解决问题的办法。

基于学生的回答，教师继续给学生提供资料（见表2）肯定了学生分析，并继续追问：你知道石家庄地表水的主要来源有哪些吗？

表2 石家庄市2019-2020年不同水源供水量情况

学生在小组讨论的基础上，在石家庄市区域地形图上标出了南北走向的滹沱河和东西走向的南水北调工程两大主要地表水系（如图2所示），教师用“江河之水都关情！这一江一河便是我们石家庄的命脉！”语言渲染，引导学生感受两大水系对石家庄人民生活、生产的重要意义；并结合2019—2020年石家庄市用水的分布情况（见表3）引导学生认识两大水系在生活生产中的主要用途，进而引发学生思考“水源不同，用途不同，用水的标准不同，水的净化方法和过程也会不同”。提出问题：作为石家庄饮用水水源的两大地表水系的水，需要经过哪些净化过程呢？将本节课引入到环节2的学习中。

图2 石家庄市两大主要地表水系

表3 石家庄市2019-2020年用水分布

设计意图：这一环节主要是通过石家庄市地下水短缺及石家庄本土各种水资源的数据创设学习情境，用“石家庄面临着地下水资源短缺问题”“滹沱河和南水北调两大地表水系”引发学生的共鸣，激发学生作为石家庄人的主人翁意识，增强学生的社会责任感；用两大地表水系的水源不同，面临的净水过程便会有所不同，进而为后面的学习埋下伏笔。

环节2：石家庄的水如何净化？——探究水的净化过程

教师展示从滹沱河取来的水样，提出问题：滹沱河水中含有哪些杂质？去除这些杂质分别采用什么方法？

学生在预习的基础上，能较快地回答出杂质的种类有：不溶性、微生物和可溶性三大类杂质。然后教师带领学生探究三大类杂质的去除方法。

任务一实验室去除三大类杂质的方法

探究1.去除水中难溶性杂质的方法——沉淀和过滤

问题1：请列举生活中有哪些过滤操作，并思考过滤的原理是什么。

【交流讨论】教师先让学生列举了生活中的过滤，如茶漏滤茶、笊篱捞饺子、渔网捞鱼等，基于生活中的过滤引导学生总结：过滤的目的——去除水中的难溶性杂质；原理——利用过滤工具的孔径小于难溶性固体的颗粒直径。然后教师提供了三种型号滤纸的指标数据（如表4所示），通过“孔径越小，过滤速率越慢，但难溶性杂质去除的效果越好”，引导学生进一步加深对过滤原理的理解。

表4 三种不同型号滤纸的孔径与滤速

问题2：实验室过滤的操作及注意事项有哪些？

【演示实验】请一名学生到讲台进行过滤实验操作的演示（课前布置学生自主学习）。

【交流讨论】在学生演示实验的过程中，教师抓拍学生部分实验操作，并上传到大屏幕。然后组织学生基于学生的演示实验进行充分讨论，在自主学习的基础上进一步深化对过滤器的制作、过滤操作“一贴二低三靠”注意事项等核心知识的落实。

问题3：一杯浑浊的河水，直接过滤速率会慢，那该如何加快其过滤的速率呢？

【演示实验】静置了一段时间的2份相同的水样，底部有一定量沉淀，上层漂浮着一些细小的泥土颗粒。水样A 用玻璃棒充分搅拌，水样B 中加入明矾（如图3所示）。学生观察到：A中固体瞬间悬浮起来，B中上层的小颗粒逐渐变成大颗粒，并沉淀到烧杯底部，上层变得非常澄清。

图3 沉淀实验

【交流讨论】学生基于上述现象，经交流讨论后认识到：（1）静置可将大颗粒难溶物自然沉淀，加入明矾后可继续将小颗粒聚集成大颗粒沉淀；（2）在过滤之前，应先进行沉淀，否则大颗粒直接倒入过滤器，容易将滤纸的空隙堵塞，导致过滤速率减慢。

设计意图：本环节通过三个问题和两个实验活动，引导学生不仅认识难溶物的去除方法，还要理解方法背后的原理，也就是知其然还要知其所以然，才能真正理解知识的内在本质，进而灵活运用知识解决实际问题。

探究2.去除水中可溶性杂质的方法——吸附和蒸馏

问题4：生活中有哪些去除异味或色素的方法？

【演示实验】教师用图4所示装置演示活性炭吸附作用，然后用水质检测笔检测被活性炭处理后的水。

图4 吸附实验

【分析讨论】教师引导学生从活性炭的结构（如图5所示）认识其具有吸附性的原因，并根据水质检测笔的检测结果判断活性炭吸附后的水中，仍然含有可溶性钙镁化合物等杂质，于是教师顺势讲解硬水与软水及硬水的危害。

图5 活性炭的结构

【演示实验】教师将刚才经活性炭处理后的水分成三等份于A、B、C三支试管中，然后将试管B、C进行图6 所示实验；然后向图7 中试管A、B、D 中加入等量肥皂水。观察到：A 中大量浮渣，少量泡沫；B 中浮渣较少，泡沫较多；D中没有浮渣，大量泡沫。

图6 煮沸和蒸馏实验

图7 检验水的硬度实验

【分析讨论】学生基于上述实验过程及现象的讨论，认识到：（1）活性炭吸附只能去除水中有色有异味的可溶性物质，不能去除可溶性的钙镁化合物，即不能降低水的硬度；（2）煮沸可以降低水的硬度，但不能将钙镁化合物完全去除；（3）蒸馏是利用物质的沸点不同，可去除水中全部杂质，得到的蒸馏水属于纯净物。

设计意图：本环节对活性炭吸附、煮沸和蒸馏三种净水实验进行了整合处理，可以更好地引导学生认识三种净水方法的原理，以及三种净水方法对水的净化结果及净化程度，为后续应用净水原理选择合适的净水过程奠定了基础。

探究3.去除水中微生物的方法——煮沸和消毒

最后一个问题是：水中的细菌、病毒等微生物一类的杂质如何去除？

学生根据已有认知和课前的自主学习，能顺利地达成一致意见：（1）生活中煮沸的方法不仅可降低水的硬度，还可对水进行杀菌消毒，且杀菌消毒是其主要作用；（2）自来水厂常用的消毒剂有氯气、次氯酸钠、漂白粉和二氧化氯等。

设计意图：任务一在学生课前预习的基础上，通过三个探究活动对净水方法进行了再认识。一是打破教材顺序，没有按照自来水厂的净水过程认识几种净水方法，而是按照水中杂质的类别，认识一类杂质的去除方法，更有利于学生认识净水方法的基本原理；二是对教材实验的方案进行了改进，一方面促进学生对知识的理解，另一方面培养学生科学探究和创新意识。

任务二自来水厂的净水方法

到此为止，学生只是清楚了水中每一类杂质的去除方法，或者知道了每种净水方法能去除什么杂质，但是自然界的水中多种杂质并存时，这些净水方法的合理顺序又该是什么？这便是下一个探究任务：自来水厂如何将水送到千家万户的？

探究4.假如你是自来水厂的工程师，你如何将自然界的水送到千家万户？

教师采用活动磁贴的方式，组织学生以小组为单位设计自来水厂净水的流程，为进一步促进学生的深度思考，教师给的活动磁贴中增加了“蒸馏池”和“煮沸池”。

小组设计完成后，教师选择有代表性的作品投影到大屏幕上（如图8所示），请小组派代表进行分析评价。从图8 中可看到，有小组将“活性炭吸附”与“过滤”的顺序弄反了，并分析了二者顺序反了不合理的原因；有小组将“蒸馏”或“煮沸”也作为自来水厂的净水方法了。通过交流评价，学生再次结合实际进一步认识了几种净水方法的原理。

图8 部分小组设计的净水流程

探究5.图9 是我市某自来水厂净水过程的示意图。请分析该自来水与大家设计的净水流程有什么不同？并思考可能的原因是什么？

学生对比图9与刚才讨论得出的自来水厂合理的净水流程，不难发现该自来水厂的净水过程中竟然没有使用“活性炭吸附”，这又引发了学生极大的好奇心，他们经过讨论后一致认为：可能是水源的水质比较好，不需要活性炭吸附。是否如此呢？教师连线了该自来水厂的技术人员，技术人员说“同学们，我们厂的水源是南水北调的水，由于进入我们厂的水源中色素和异味这些指标符合居民饮用水标准，所以就不再需要活性炭吸附这个环节了”，学生们恍然大悟：原来不同的水源，其中所含杂质不同，净水所用的方法也不同。

设计意图：这一环节通过一般自来水厂的净水过程与某自来水厂的净水过程的对比，不仅结合实际进一步深化了学生认识净水方法和原理，促进了学生的深度思维；并引导学生认识到运用知识解决实际问题时，必须要具体问题具体分析，不能生搬硬套，才是真正的学以致用。

任务三生活中的净水方法

探究6.从自来水厂出来的水，是否一定可以直接使用呢？又取决于什么因素呢？

新的问题又引发了学生的思考，经讨论后学生认识到：自来水厂的水是否可直接使用，取决于使用的目的。比如若用来洗菜、做饭、洗拖把等可直接使用；但要饮用，似乎一般要加热煮沸进行消毒杀菌比较好；但如果是制药厂、检测化验部门等用于配制药品、试剂，甚至实验室要配制一些化学试剂，也不能直接使用自来水，煮沸过的水有时候也不能满足要求，要蒸馏水才可以。

教师肯定了学生们的讨论结果，然后教师介绍随着科技的发展，净水的方法也在不断出现新的技术，然后用图10所示的一套自制反渗透膜净水器现场演示让滹沱河水秒变饮用水，并借助水质检测笔记录净化前后水质数据来说明净化效果。

图10 自制净水演示器

探究7.请根据本节课所学知识，用流程或思维导图的方式总结净水的一般思路和方法。

设计意图：本环节的目的是结合生活实际，引导学生认识净水方法的选择除与水源地的水质有关外，还需考虑用水的目的，水源、用水目的之间的路径还与科技发展也有密切关系。既引导学生体会学习化学不是为了考试，而是为了解决生活中的实际问题；科学技术的进步会使人类生活更加美好，从而增强学生的社会责任感。

环节3：石家庄的水如何保护——提升社会责任

教师讲述：不管是自山西一路向东而来的滹沱河水，还是千里迢迢南水北调的长江水，很多领域都需要对水进行净化后才能利用。可用之水来之不易，面对石家庄严重缺水的现状，你有哪些措施和建议？

学生思考、交流，给出可行性措施和建议。教师播放课的开头视频的后续“华北地区水资源的保护措施和成效介绍”，用以印证学生们提出的建设性意见大多都是可行的。

设计意图：这一环节基于对自己家乡水资源的保护，一方面提高学生对解决社会问题的参与意识，另一方面通过激发作为“石家庄人”的主人翁精神，来进一步增强学生的社会责任感。

环节4：课后实践作业

设计制作一个简易净水器，用它对一些含有杂质的水（如泥水、墨水等）进行净化。要求：简易净水器要具有方便、快捷、高效、易携带等优点，完成后相互比较自制净水器设计方案的优缺点。

五、教学反思

1.创设真实问题情境，增强学生社会责任

本节课的每一位学习者——生活在石家庄这块土地上，都是滹沱河和来自长江南水北调两大地表水系的受益者，以“江河之水都关情”这样有情怀的视角切入本节课“水的净化”这样一个学习主题，赋予了抽象的学科知识以人文温度。本节课以滹沱河水的净化方法、自来水厂的净水过程、生活医疗科学研究等不同行业对水的进一步处理为情境素材，挖掘其中蕴含的学科问题，实现了学科知识与生活、社会的紧密联系，引导学生灵活运用化学学科知识，解决复杂的社会和生活问题，在凸显了化学学科价值的同时，更增强了学生的社会责任。

2.基于学生已有认识，促进学生科学思维

很多老师在进行本节课教学时也会创设基于学生的真实情境，但多数教师会基于自来水厂（或教材上）净水的合理过程认识水的净化方法和原理。我们认为这不是学生真正的认识基础，学生在没学习本节课甚至学完本节课后，对净水的合理顺序可能还有困惑。那么，学生的认知基础是什么呢？我们经讨论认为是散乱的净水方法，也就是学生能知道某种杂质如何去除，也能记住自来水厂的净水过程，但难以弄清楚它们之间的逻辑关系。所以本节课，我们打破了以往的教学设计思路，以“自然界水中杂质的种类”为主线，引导学生基于杂质类别认识水的净化方法和原理，然后在解决自来水厂净化流程的实际问题中，再将学生头脑中杂乱无序的净水方法进行逻辑梳理，找到不同净水方法之间的内在逻辑关系，从而认识净水方法的合理选择和顺序。在这个过程中，即便学生对教材进行了问题提纲式的充分预习，在学习本节课时仍然会有很多认知冲突，在学习的进程中不断将这些认知冲突解决掉，就是学生形成科学思维的最好契机。

3.构建问题解决思路，落实课程目标要求

新课标化学课程的内容结构的n.3 都是“……的思路和方法”，可见新课标特别强调对认知模型的建构。本节课在真实情境中的问题驱动下，不断引导学生认识净水的方法和原理，最终形成了图11所示的净水的一般思路和方法，有效地落实新课标的目标要求，也较好地促进了学生核心素养的形成。

图11 净水的一般思路和方法