楊 征 李 焱 范雅冰 侯 彬

（1.石家莊市第11中學；2.石家莊市教育科學研究所；3.北京師范大學石家莊附屬學校；4.石家莊市第17中學 河北 石家莊 050000）

《義務(wù)教育化學課程標準（2022年版）》（以下簡稱“課標”）明確提出“要創(chuàng)設(shè)真實問題情境，倡導‘做中學’‘用中學’‘創(chuàng)中學’”。［1］如何創(chuàng)設(shè)學生熟悉的真實情境，并基于真實情境通過問題驅(qū)動引發(fā)學生進行深度思考，促進學生化學觀念、科學思維、科學探究和社會責任等初中化學學科核心素養(yǎng)的形成，是當前初中化學課堂教學中的重要任務(wù)。

一、教學分析

“水的凈化”隸屬于2022 年版課標學習主題2 物質(zhì)的性質(zhì)與應(yīng)用，本主題的大概念是物質(zhì)的多樣性，基于大概念統(tǒng)領(lǐng)的課標要求見表1。［1］

表1 石家莊市2019、2020年用水量

表1 本節(jié)課相關(guān)的課標要求

本節(jié)課是人教版九年級上冊第四單元課題2的教學內(nèi)容，教材通過對比純水和自然界的水認識自然界水中可能含有的雜質(zhì)，然后通過自來水廠的凈水過程介紹了沉淀、過濾和吸附的凈水方法，再基于硬水軟化介紹了煮沸和蒸餾，并在課后安排了“自制簡易凈水器”的課外實踐活動。

對于本節(jié)課的學習內(nèi)容，學生通過對教材的自主學習基本能達到課標的內(nèi)容要求，但要達到課標的學業(yè)要求則是學生自主學習不能完成的，需要教師創(chuàng)設(shè)真實的問題情境，引導學生在解決真實問題的過程中理解。

二、教學目標

1.通過對滹沱河水樣的分析和探究，了解沉降、吸附、過濾和煮沸等是凈化水的常用方法，初步體會物質(zhì)分離的一般思路和方法。

2.通過過濾的基本實驗技能認識混合物分離的方法；通過區(qū)分硬水與軟水的實驗方案，進一步體會控制變量思想的運用。

3.通過對自來水廠凈水流程的分析討論，加深對凈水原理的理解，建構(gòu)基于真實情境的凈水模型，提高解決實際問題的能力。

4.通過對本地區(qū)水資源狀況的了解，認識水的凈化在生活和生產(chǎn)中的意義；增強愛護水資源、保護環(huán)境的意識，提升社會責任感。

三、教學思路

本節(jié)課基于石家莊市水資源的現(xiàn)狀和利用，也就是學生自己身邊的真實問題情境引導學生開展學習活動，教學思路的設(shè)計如圖1所示。

四、教學過程

課前，教師給學生布置了如下自主學習任務(wù)：（1）自然界的水中常含有哪些雜質(zhì)？并對雜質(zhì)進行分類歸納。（2）去除水中不同雜質(zhì)的方法有哪些？并查閱資料說明其原理。（3）實驗室中過濾的實驗操作及注意事項。本節(jié)課就是在基于學生自主學習了上述內(nèi)容的基礎(chǔ)上展開的。

環(huán)節(jié)1：認識石家莊用水現(xiàn)狀——創(chuàng)設(shè)學習情境

一上課，教師首先提出問題：請觀看視頻，你從中獲取了哪些與水相關(guān)的信息？然后教師播放關(guān)于華北地下水降落導致漏斗區(qū)形成的短視頻資料。學生觀看視頻后從中提煉出信息：華北地區(qū)地下水位大幅下降；石家莊地處華北地區(qū)，地下水嚴重短缺。

教師給出石家莊市2019年和2020年全市用水總量數(shù)據(jù)（見表1），并追問：面對石家莊地下水短缺而用水總量卻很大的現(xiàn)狀，你能想到哪些解決辦法？學生經(jīng)討論提出“使用地表水”“對污水進行處理”“水的循環(huán)利用”等解決問題的辦法。

基于學生的回答，教師繼續(xù)給學生提供資料（見表2）肯定了學生分析，并繼續(xù)追問：你知道石家莊地表水的主要來源有哪些嗎？

表2 石家莊市2019-2020年不同水源供水量情況

學生在小組討論的基礎(chǔ)上，在石家莊市區(qū)域地形圖上標出了南北走向的滹沱河和東西走向的南水北調(diào)工程兩大主要地表水系（如圖2所示），教師用“江河之水都關(guān)情！這一江一河便是我們石家莊的命脈！”語言渲染，引導學生感受兩大水系對石家莊人民生活、生產(chǎn)的重要意義；并結(jié)合2019—2020年石家莊市用水的分布情況（見表3）引導學生認識兩大水系在生活生產(chǎn)中的主要用途，進而引發(fā)學生思考“水源不同，用途不同，用水的標準不同，水的凈化方法和過程也會不同”。提出問題：作為石家莊飲用水水源的兩大地表水系的水，需要經(jīng)過哪些凈化過程呢？將本節(jié)課引入到環(huán)節(jié)2的學習中。

圖2 石家莊市兩大主要地表水系

表3 石家莊市2019-2020年用水分布

設(shè)計意圖：這一環(huán)節(jié)主要是通過石家莊市地下水短缺及石家莊本土各種水資源的數(shù)據(jù)創(chuàng)設(shè)學習情境，用“石家莊面臨著地下水資源短缺問題”“滹沱河和南水北調(diào)兩大地表水系”引發(fā)學生的共鳴，激發(fā)學生作為石家莊人的主人翁意識，增強學生的社會責任感；用兩大地表水系的水源不同，面臨的凈水過程便會有所不同，進而為后面的學習埋下伏筆。

環(huán)節(jié)2：石家莊的水如何凈化？——探究水的凈化過程

教師展示從滹沱河取來的水樣，提出問題：滹沱河水中含有哪些雜質(zhì)？去除這些雜質(zhì)分別采用什么方法？

學生在預(yù)習的基礎(chǔ)上，能較快地回答出雜質(zhì)的種類有：不溶性、微生物和可溶性三大類雜質(zhì)。然后教師帶領(lǐng)學生探究三大類雜質(zhì)的去除方法。

任務(wù)一實驗室去除三大類雜質(zhì)的方法

探究1.去除水中難溶性雜質(zhì)的方法——沉淀和過濾

問題1：請列舉生活中有哪些過濾操作，并思考過濾的原理是什么。

【交流討論】教師先讓學生列舉了生活中的過濾，如茶漏濾茶、笊籬撈餃子、漁網(wǎng)撈魚等，基于生活中的過濾引導學生總結(jié)：過濾的目的——去除水中的難溶性雜質(zhì)；原理——利用過濾工具的孔徑小于難溶性固體的顆粒直徑。然后教師提供了三種型號濾紙的指標數(shù)據(jù)（如表4所示），通過“孔徑越小，過濾速率越慢，但難溶性雜質(zhì)去除的效果越好”，引導學生進一步加深對過濾原理的理解。

表4 三種不同型號濾紙的孔徑與濾速

問題2：實驗室過濾的操作及注意事項有哪些？

【演示實驗】請一名學生到講臺進行過濾實驗操作的演示（課前布置學生自主學習）。

【交流討論】在學生演示實驗的過程中，教師抓拍學生部分實驗操作，并上傳到大屏幕。然后組織學生基于學生的演示實驗進行充分討論，在自主學習的基礎(chǔ)上進一步深化對過濾器的制作、過濾操作“一貼二低三靠”注意事項等核心知識的落實。

問題3：一杯渾濁的河水，直接過濾速率會慢，那該如何加快其過濾的速率呢？

【演示實驗】靜置了一段時間的2份相同的水樣，底部有一定量沉淀，上層漂浮著一些細小的泥土顆粒。水樣A 用玻璃棒充分攪拌，水樣B 中加入明礬（如圖3所示）。學生觀察到：A中固體瞬間懸浮起來，B中上層的小顆粒逐漸變成大顆粒，并沉淀到燒杯底部，上層變得非常澄清。

圖3 沉淀實驗

【交流討論】學生基于上述現(xiàn)象，經(jīng)交流討論后認識到：（1）靜置可將大顆粒難溶物自然沉淀，加入明礬后可繼續(xù)將小顆粒聚集成大顆粒沉淀；（2）在過濾之前，應(yīng)先進行沉淀，否則大顆粒直接倒入過濾器，容易將濾紙的空隙堵塞，導致過濾速率減慢。

設(shè)計意圖：本環(huán)節(jié)通過三個問題和兩個實驗活動，引導學生不僅認識難溶物的去除方法，還要理解方法背后的原理，也就是知其然還要知其所以然，才能真正理解知識的內(nèi)在本質(zhì)，進而靈活運用知識解決實際問題。

探究2.去除水中可溶性雜質(zhì)的方法——吸附和蒸餾

問題4：生活中有哪些去除異味或色素的方法？

【演示實驗】教師用圖4所示裝置演示活性炭吸附作用，然后用水質(zhì)檢測筆檢測被活性炭處理后的水。

圖4 吸附實驗

【分析討論】教師引導學生從活性炭的結(jié)構(gòu)（如圖5所示）認識其具有吸附性的原因，并根據(jù)水質(zhì)檢測筆的檢測結(jié)果判斷活性炭吸附后的水中，仍然含有可溶性鈣鎂化合物等雜質(zhì)，于是教師順勢講解硬水與軟水及硬水的危害。

圖5 活性炭的結(jié)構(gòu)

【演示實驗】教師將剛才經(jīng)活性炭處理后的水分成三等份于A、B、C三支試管中，然后將試管B、C進行圖6 所示實驗；然后向圖7 中試管A、B、D 中加入等量肥皂水。觀察到：A 中大量浮渣，少量泡沫；B 中浮渣較少，泡沫較多；D中沒有浮渣，大量泡沫。

圖6 煮沸和蒸餾實驗

圖7 檢驗水的硬度實驗

【分析討論】學生基于上述實驗過程及現(xiàn)象的討論，認識到：（1）活性炭吸附只能去除水中有色有異味的可溶性物質(zhì)，不能去除可溶性的鈣鎂化合物，即不能降低水的硬度；（2）煮沸可以降低水的硬度，但不能將鈣鎂化合物完全去除；（3）蒸餾是利用物質(zhì)的沸點不同，可去除水中全部雜質(zhì)，得到的蒸餾水屬于純凈物。

設(shè)計意圖：本環(huán)節(jié)對活性炭吸附、煮沸和蒸餾三種凈水實驗進行了整合處理，可以更好地引導學生認識三種凈水方法的原理，以及三種凈水方法對水的凈化結(jié)果及凈化程度，為后續(xù)應(yīng)用凈水原理選擇合適的凈水過程奠定了基礎(chǔ)。

探究3.去除水中微生物的方法——煮沸和消毒

最后一個問題是：水中的細菌、病毒等微生物一類的雜質(zhì)如何去除？

學生根據(jù)已有認知和課前的自主學習，能順利地達成一致意見：（1）生活中煮沸的方法不僅可降低水的硬度，還可對水進行殺菌消毒，且殺菌消毒是其主要作用；（2）自來水廠常用的消毒劑有氯氣、次氯酸鈉、漂白粉和二氧化氯等。

設(shè)計意圖：任務(wù)一在學生課前預(yù)習的基礎(chǔ)上，通過三個探究活動對凈水方法進行了再認識。一是打破教材順序，沒有按照自來水廠的凈水過程認識幾種凈水方法，而是按照水中雜質(zhì)的類別，認識一類雜質(zhì)的去除方法，更有利于學生認識凈水方法的基本原理；二是對教材實驗的方案進行了改進，一方面促進學生對知識的理解，另一方面培養(yǎng)學生科學探究和創(chuàng)新意識。

任務(wù)二自來水廠的凈水方法

到此為止，學生只是清楚了水中每一類雜質(zhì)的去除方法，或者知道了每種凈水方法能去除什么雜質(zhì)，但是自然界的水中多種雜質(zhì)并存時，這些凈水方法的合理順序又該是什么？這便是下一個探究任務(wù)：自來水廠如何將水送到千家萬戶的？

探究4.假如你是自來水廠的工程師，你如何將自然界的水送到千家萬戶？

教師采用活動磁貼的方式，組織學生以小組為單位設(shè)計自來水廠凈水的流程，為進一步促進學生的深度思考，教師給的活動磁貼中增加了“蒸餾池”和“煮沸池”。

小組設(shè)計完成后，教師選擇有代表性的作品投影到大屏幕上（如圖8所示），請小組派代表進行分析評價。從圖8 中可看到，有小組將“活性炭吸附”與“過濾”的順序弄反了，并分析了二者順序反了不合理的原因；有小組將“蒸餾”或“煮沸”也作為自來水廠的凈水方法了。通過交流評價，學生再次結(jié)合實際進一步認識了幾種凈水方法的原理。

圖8 部分小組設(shè)計的凈水流程

探究5.圖9 是我市某自來水廠凈水過程的示意圖。請分析該自來水與大家設(shè)計的凈水流程有什么不同？并思考可能的原因是什么？

學生對比圖9與剛才討論得出的自來水廠合理的凈水流程，不難發(fā)現(xiàn)該自來水廠的凈水過程中竟然沒有使用“活性炭吸附”，這又引發(fā)了學生極大的好奇心，他們經(jīng)過討論后一致認為：可能是水源的水質(zhì)比較好，不需要活性炭吸附。是否如此呢？教師連線了該自來水廠的技術(shù)人員，技術(shù)人員說“同學們，我們廠的水源是南水北調(diào)的水，由于進入我們廠的水源中色素和異味這些指標符合居民飲用水標準，所以就不再需要活性炭吸附這個環(huán)節(jié)了”，學生們恍然大悟：原來不同的水源，其中所含雜質(zhì)不同，凈水所用的方法也不同。

設(shè)計意圖：這一環(huán)節(jié)通過一般自來水廠的凈水過程與某自來水廠的凈水過程的對比，不僅結(jié)合實際進一步深化了學生認識凈水方法和原理，促進了學生的深度思維；并引導學生認識到運用知識解決實際問題時，必須要具體問題具體分析，不能生搬硬套，才是真正的學以致用。

任務(wù)三生活中的凈水方法

探究6.從自來水廠出來的水，是否一定可以直接使用呢？又取決于什么因素呢？

新的問題又引發(fā)了學生的思考，經(jīng)討論后學生認識到：自來水廠的水是否可直接使用，取決于使用的目的。比如若用來洗菜、做飯、洗拖把等可直接使用；但要飲用，似乎一般要加熱煮沸進行消毒殺菌比較好；但如果是制藥廠、檢測化驗部門等用于配制藥品、試劑，甚至實驗室要配制一些化學試劑，也不能直接使用自來水，煮沸過的水有時候也不能滿足要求，要蒸餾水才可以。

教師肯定了學生們的討論結(jié)果，然后教師介紹隨著科技的發(fā)展，凈水的方法也在不斷出現(xiàn)新的技術(shù)，然后用圖10所示的一套自制反滲透膜凈水器現(xiàn)場演示讓滹沱河水秒變飲用水，并借助水質(zhì)檢測筆記錄凈化前后水質(zhì)數(shù)據(jù)來說明凈化效果。

圖10 自制凈水演示器

探究7.請根據(jù)本節(jié)課所學知識，用流程或思維導圖的方式總結(jié)凈水的一般思路和方法。

設(shè)計意圖：本環(huán)節(jié)的目的是結(jié)合生活實際，引導學生認識凈水方法的選擇除與水源地的水質(zhì)有關(guān)外，還需考慮用水的目的，水源、用水目的之間的路徑還與科技發(fā)展也有密切關(guān)系。既引導學生體會學習化學不是為了考試，而是為了解決生活中的實際問題；科學技術(shù)的進步會使人類生活更加美好，從而增強學生的社會責任感。

環(huán)節(jié)3：石家莊的水如何保護——提升社會責任

教師講述：不管是自山西一路向東而來的滹沱河水，還是千里迢迢南水北調(diào)的長江水，很多領(lǐng)域都需要對水進行凈化后才能利用?？捎弥畞碇灰?，面對石家莊嚴重缺水的現(xiàn)狀，你有哪些措施和建議？

學生思考、交流，給出可行性措施和建議。教師播放課的開頭視頻的后續(xù)“華北地區(qū)水資源的保護措施和成效介紹”，用以印證學生們提出的建設(shè)性意見大多都是可行的。

設(shè)計意圖：這一環(huán)節(jié)基于對自己家鄉(xiāng)水資源的保護，一方面提高學生對解決社會問題的參與意識，另一方面通過激發(fā)作為“石家莊人”的主人翁精神，來進一步增強學生的社會責任感。

環(huán)節(jié)4：課后實踐作業(yè)

設(shè)計制作一個簡易凈水器，用它對一些含有雜質(zhì)的水（如泥水、墨水等）進行凈化。要求：簡易凈水器要具有方便、快捷、高效、易攜帶等優(yōu)點，完成后相互比較自制凈水器設(shè)計方案的優(yōu)缺點。

五、教學反思

1.創(chuàng)設(shè)真實問題情境，增強學生社會責任

本節(jié)課的每一位學習者——生活在石家莊這塊土地上，都是滹沱河和來自長江南水北調(diào)兩大地表水系的受益者，以“江河之水都關(guān)情”這樣有情懷的視角切入本節(jié)課“水的凈化”這樣一個學習主題，賦予了抽象的學科知識以人文溫度。本節(jié)課以滹沱河水的凈化方法、自來水廠的凈水過程、生活醫(yī)療科學研究等不同行業(yè)對水的進一步處理為情境素材，挖掘其中蘊含的學科問題，實現(xiàn)了學科知識與生活、社會的緊密聯(lián)系，引導學生靈活運用化學學科知識，解決復雜的社會和生活問題，在凸顯了化學學科價值的同時，更增強了學生的社會責任。

2.基于學生已有認識，促進學生科學思維

很多老師在進行本節(jié)課教學時也會創(chuàng)設(shè)基于學生的真實情境，但多數(shù)教師會基于自來水廠（或教材上）凈水的合理過程認識水的凈化方法和原理。我們認為這不是學生真正的認識基礎(chǔ)，學生在沒學習本節(jié)課甚至學完本節(jié)課后，對凈水的合理順序可能還有困惑。那么，學生的認知基礎(chǔ)是什么呢？我們經(jīng)討論認為是散亂的凈水方法，也就是學生能知道某種雜質(zhì)如何去除，也能記住自來水廠的凈水過程，但難以弄清楚它們之間的邏輯關(guān)系。所以本節(jié)課，我們打破了以往的教學設(shè)計思路，以“自然界水中雜質(zhì)的種類”為主線，引導學生基于雜質(zhì)類別認識水的凈化方法和原理，然后在解決自來水廠凈化流程的實際問題中，再將學生頭腦中雜亂無序的凈水方法進行邏輯梳理，找到不同凈水方法之間的內(nèi)在邏輯關(guān)系，從而認識凈水方法的合理選擇和順序。在這個過程中，即便學生對教材進行了問題提綱式的充分預(yù)習，在學習本節(jié)課時仍然會有很多認知沖突，在學習的進程中不斷將這些認知沖突解決掉，就是學生形成科學思維的最好契機。

3.構(gòu)建問題解決思路，落實課程目標要求

新課標化學課程的內(nèi)容結(jié)構(gòu)的n.3 都是“……的思路和方法”，可見新課標特別強調(diào)對認知模型的建構(gòu)。本節(jié)課在真實情境中的問題驅(qū)動下，不斷引導學生認識凈水的方法和原理，最終形成了圖11所示的凈水的一般思路和方法，有效地落實新課標的目標要求，也較好地促進了學生核心素養(yǎng)的形成。

圖11 凈水的一般思路和方法