1、泉水的生态足迹与循环过程探究模拟一、设计理念在义务教育新课程语境下，跨学科主题学习活动与学科主题学习活动相对应，重视综合素质培养，强调知识整合、问题解决和价值关切，带动课程综合化实施，成为培育核心素养的重要育人载体。据此，本课程设计以学生为中心，倡导探究式学习，强调知识与实践的结合以及跨学科知识的综合运用。通过创设情境、提出问题、实验设计探究和反思讨论等教学活动，激发学生的好奇心和求知欲,培养学生的科学探究素养和创新能力。同时，注重学生思维能力的培养，引导学生从抽象到具象，从理论到实践，逐步构建完整的知识体系。二、教学目标（I）通过对农夫山泉嗅酸盐超标热点的引入讨论，创设真实情景，培养思维发散
2、联系实际和准确表述的能力；（2）掌握“水循环”的基本过程，并用图像模型表示水循环”臼然过程，培养从抽象到具体、从理论到模型的问题具象能力：（3）利用实验室和日常生活中的简单器具和材料设计和搭建模拟水循环的简易实验装置，促进学生实践模拟、严谨观察、细致记录、科学分析的实验探究能力。三、教学方法和工具教法：PB1.教学：STEM教学；探究式学习；合作学习：引导探索；真实实验模拟学法:实验操作：H主探窕；观察记录；合作讨论教学工具I多媒体课件；实验器材（铁架台、不锈钢托盘、三口烧瓶及导管、酒精灯等）：模型制作材料（彩色橡皮泥、塑料托盘、型料盒等）。四、教学流程JR焦何创设情境自主思考概念初实验设计
3、记录1作知识巩IIB考点冏履讨论总站拓JR实践问题情境索养达成五、教学过程环节教师活动【教师提问】同学们，我们都知道水是生命之源、生态之基、生产之耍，我国自古以来就特别注重对水的尊重、利用与保护，更是修建了一系列的水利工程，大禹治水的故事、都江堰等工程更是闻名天下。当然，这些只是我们与水关系的小聚焦问题，创设情境7min部分体现，除了这些之外，同学们还能想到哪些与水相关的事与物呢？【教师回应与追问】嗯，同学们说的都很好。正因为我们与水的关系如此密切，如何用水、安全用水更是我们关注的重点。如果同学们关注新闻热点的话，或许会知道前段时间爆出的农夫山泉溪酸盐超标的新闻报道引发r社会广泛关注【展示新闻
4、资料1.同学们对此有什么看法？【热点聚焦】近期，农夫山泉浪酸盐超标的新闻报道引发社会关注，作为饮用水源，矿泉水浸酸盐超标引发人们时健康的担忧。【资料展示】相关新闻资料。漠酸盐含达欧盟上网世卫2B级致癌粉人*提人UJ能致悲心、腌僦、旦今影肾肮和神经系统国%癌症中心将没假押即可能致癌7依语呼招蹦加侬山。痢1三【教师回应与提问】嗯，同学们讲得都有一定道理。那么，老师这里还有几个问题想请大家思考一下：矿泉水从何而来？矿泉水中的浪酸盐乂是从何而来？在获得矿泉水的整个过程中是否还可能存在其他污染呢？【教师引申总结】好，时间有限，我们先讨论到这里，相信通过互相的讨论交流，同学们一定获得了自己的答案。实际上，
5、矿泉水主要来源于地衣泉水与地下水，而矿泉水中的溪酸盐主要来自于泉水等天然水源臭氧消毒后的副产物；对于水质污染，除了新闻中提到的溟酸盐问题危害人体健康，二氧化硫、二氧化氮等有害气体排放造成的酸雨不仅会污染水源，还会破坏生态系统（树木植被和土壤）,“白色污染”和污水排放等也会造成直接的水源污染，所有的这些最后都会汇入到同一个循环系统中一一即“水循环”，最终对环境生态和人类健康造成威胁。自主思考，概念初建20min【教师承上提问】因此，想要解决这些问题，了解“水循环”是关键。虽然“水循环”这个词听上去像一个专业的专有名词，但每个人在生活中都一定直接接触过“水循环”，我们对它并不陌生，相信每位同学在听
6、到这个词的瞬间，头脑中一定闪过了一些画面。那么，有没有同学可以列举一些你认为的水循环过程呢？【材料阅读】没错，这些都是水循环过程的重要体现。在此，我们不妨设想一下，如果没有水循环，我们的生活的地球和社会将会是一幅怎样的光景？请同学们先阅读以下这些材料。材料一历史上，黄土高原郁郁葱葱，被草木覆盖，但随着气候变化和人类活动加剧，该地区森林覆盖率逐渐减少，最终成为荒山秃岭。没有了植被的保护，地表径流会携带大量的泥沙汇入河流。黄河每年将大约16亿吨泥沙输入渤海，其中有约4亿吨泥沙沉积在入海口处。数千年来，大量的泥沙输入渤海，海岸线不断向外延伸。而黄土高原由于水土流失，逐渐变得千沟万壑、支离破碎。材料二
7、不同历史时期黄河中下游平原海岸线变迁图（图1）、黄土高原沟壑纵横的景现图（图2）、黄河携带大量泥沙的景观图（图3。A*IM*Sa50他为It为皂网”8：tese*MwnwftMmEa图1图2图3材料三长江蕴含着丰富的水能资源，三峡水电站年平均发电量约为847亿千瓦，相当于用5000万吨原煤发电产生的电量，三峡水电站供电的覆盖范围涉及11个省级行政区。【教师提问】大家都看完这些材料了吧。接下来，老师有两个个问题想考考大家，大家根据自己的理解回答即可，不必纠结对错。问题一：黄河中下游不断扩展与黄土高原地貌逐渐支离破碎之间有着怎样的联系？问题二，三峡大坝等水力发电厂的能量来源是什么？其来自什么能量的
8、转换？【教师回应与总结】同学们回答的很好。就像同学们说的那样，黄河水的冲刷将黄土高原的泥沙带到了卜游，一方面导致了黄土高原支离破碎的地貌，甚至促使了北方沙尘天气的频繁；另一方面，也扩张了中下游的平原地区，带给了我们更多宜居的土地。我们也利用了水在自然落差较大区域产生的势能，修建水坝，将这些能量转化为我们所需的电能，减少了煤电的使用，既缓解了能源危机，乂保护了环境。试想，如果没有了这些“水循环”，往轻了说，或许只是少了一种能源转换和塑造地貌的方式；往重了讲，没有了降水，全球的水资源分布将更加不平衡，干旱的地方将更加干旱。因此，水循环的存在具有重要的意义，主要是塑造地表形态；物质迁移；能量转换；使
9、得全球各种水体处于不断更新的状态；维持全球水量的动态平衡五个方面，我想同学们对这几个意义多少都有所感悟。【教师引导与知识引申】讲r这么多，那么水循环究竟包括哪些部分呢，它们又有着怎样的关系呢。下面请同学们试着将下图中箭头代表的水循环过程标注出来（提供“降水、下渗、地表径流、地下径流、蒸发、水汽输送”的选项），并试着指出哪些是海陆间循环、海上内循环、陆上内循环的部分【展示空白图】。空白图【教师点评展示】（请部分学生展示自己的结论，适当点评）。前面儿位同学都展示了自己的思考和结论，那么实际上的水循环过程是怎样的呢？【展示完成图和立体图】完成图立体图【教师说明】从图中我们可以看出，水通过蒸发和植物蒸
10、腾作用从地面输送到天空；水汽在天空中从浓度高的地方输送到浓度低的地方，形成了水汽输送，当水汽富集到一定程度在一定条件下就形成了降水；通过降水，水乂重新回到地面，一部分落到海中，一部分落到陆地，形成地表径流，也就是江河湖泊，同时一些水渗透到地下，形成地下径流，也就是我们常说的地下水：陆地上的地表径流在地势差的作用下，最终重新汇入海洋，海水又重新蒸发，以此往复，最终形成了水循环的过程。实验设计，记录操作30min【教师引导】纸上得来终觉浅，我想同学们肯定不满足与纸上的知识。接下来，就让我们动起手来，尝试用一些简单的材料和器材模拟水循环的过程吧。I展示实验方案和装置示意图）方案如下：实验仪器及材料：
11、铁架台、不锈钢托盘、三口烧瓶及导管、酒精灯、蝌料托盘、彩色橡皮泥、塑料盒。实验装置：1.用铁架台夹住不锈钢托盘（位置较高，模拟高空，可在托盘上方放几块冰帮助水蒸气冷凝）、塑料托盘（用细针刺出若干小孔,位置较低，略有倾斜，示意地表）利用彩色橡皮泥制作山地模型（含山峰、山脊、山谷），放置于塑料托盘上；3.铁架台夹好装有导管的三口烧瓶，导管口指向不锈钢托盘底部;4.塑料盒略微倾斜,放置于塑料托盘下方。装置示意图【教师讲解实验操作】（根据实验方案描述实皖装置）虽然我们已经有了实验方案，但在真正动手组装之前，还请同学们稍安勿躁，老师先来讲解一下实验的具体操作过程：1.在三口烧瓶中注水，点燃酒精灯加热，利
12、用导管将水蒸气导向不锈钢托盘底部，同时观察记录各部分相应现象；2.向蒸干冷却后的烧瓶中加入新的水和少量洗衣粉（模拟水源污染），待搅拌均匀后，点燃酒精灯加热，利用导管将水蒸气导向不锈钢托盘底部，待水蒸发干后用P1.I计测试各部分水pH情况并记录。3.将各部分水源收集后重新加入到烧瓶中，重复2中操作，以此往复几次，每次测试记录各部分水PH情况并进行比较（一定程度模拟水循环中的净化作用）。此外，在操作过程中同学们一定要注意安全，酒精灯点燃时要小心，熄灭时一定要用盖帽盖灭,在实验进行过程中一定要仔细观察记录实验现象和结果【展示观察记录表工那么接下来就请同学们按小组动手进行实验吧。观察点记录分析湿集三口
13、tttR及3的逸理半不朋俐托做底稣观系地科托包模蚁的地表观察“小九的方知昼自观察记录表【教师活动】（巡视各组，关注学生规范安全操作）（实验结束）【教师点评讲解】（展示点评各组记录结果）。同学们的实验都做得不错，总结下来，从各组的记录观察中，我们可以得到以下这些实验现象或结论1.三口烧瓶及导管处：三口烧瓶中的水因受热不断蒸发，被导引到不锈钢托盘卜方，导管口附近出现白色水雾（这模拟地表水蒸发、水汽输送、水汽凝结成云等水循环环节）；2.不锈钢托盘底部：不锈钢托盘底部逐渐出现r小水珠，小水珠逐渐变大并滴落（这些现象模拟了云中小水珠逐渐变大变重后形成降雨的过程）；3.塑料托盘（模拟地表）上I越来越多的水
14、因重力作用滴落到橡皮泥模拟的山体上，又继续在重力作用下沿着山体往下流，最后汇集到倾斜的型料托盘较低的一侧（模拟了陆地降水汇集形成地表径流后流向地势较低处，部分地表径流继续流动入海的过程）；4.霍料托盘小孔和下方塑料盒：随着塑料托盘中水量的增多，部分水开始从塑料托盘的小孔中漏出，滴落到下方略有倾斜的塑料盒中并顺流到较低处（模拟了地表水的下渗、地下径流等水循环环节）。知识巩固，考点回顾25min【教师引导】我们现在通过模拟实验对水循环过程有了更深的认识。但我们也要认识到水循环是一个开放的体系，在水循环的过程中物质的溶解沉淀过程是不可避免的，这也是水中污染存在的两种主要形式，回顾书本，我们学过它们的
15、哪些相关知识？【教师追问1】嗯，看来同学们对学过的知识都记忆深刻，接卜来我想首先请同学来回答一下：什么是溶解性？什么又是溶液？只有理清了这些基本概念，我们才能进行进一步的研究。【教师引导】同学们回答的很好，溶液就是有溶质溶解在溶剂中形成的物质，溶质能够溶解在溶剂中能力就称为溶解性。在生活中，同学们一定观察到过盐能够溶解在水中，而油则会漂浮在水上，不同物质的溶解性是不同的，是哪些因素影响了物质的溶解性呢，同学们不妨先仔细分析一卜这些现象【展示实验现象汇总表】，然后得出相应的结论。实验号溶灰溶剂实验现象实验结论1食盐水室温溶解蔗糖溶解消石灰难溶解2仅用油水室温不溶解（分层）汽油溶解3硝酸水室温少量
16、理溶解加热完全溶解实验现象汇总表【教师总结】没错，同学们总结的很好。不同物质在同一溶剂中的溶解性不同；同一物质在不同溶剂中的溶解性也不同，这些都是物质和溶剂本身性质的体现。同一溶质在统-溶剂中的溶解性受温度影响，说明物质的溶解性还受外部因素的影响。总的来说，物质的溶解性与物质的本性及溶剂的本性相关，同时还受诸多外界因素的影响。【教师提问】由于物质溶解性的存在，实际的溶液中存在的物质的量并非一定的，溶液都具有一定的浓度，我们常用溶质质量分数来表示溶液的浓度，那么同学们还记得质量分数是如何定义的吗？【教师追问】没错，我们将溶质的侦量分数定义为溶版的质量与溶液质量之比，同时要注意溶质的质量+溶剂的质
17、量=溶液的质量。但光懂得了理论还不够，当我们配制一定质量分数的溶液时，具体要如何操作呢？【教师总结】是的，配制一定物质质量浓度的溶液的过程总体上可以分为计算、称量与量取、溶解三个步骤；首先根据浓度要求计算出需要的溶质质量和溶剂体积，然后根据计算结果称量得到目标侦量的溶灰和相应体积的溶剂，最后将两者溶解在一起。在这个过程中，仪器的使用是重点，我们要注意1.托盘天平的使用：精确到0.1g;左物右码；读数方式（药品质量=祛码质量+游码读数）：左右颠倒时的质量计算：腐蚀性易潮解物质在玻璃器In1.中称量，2.量筒使用与读数：平视凹液面最低处；仰视与俯视的误差分析：筒没有0刻度；量筒不能加热。3.溶解操
18、作：玻璃棒的搅拌。【教师拓展】实际上，在配制溶液的过程中，除了以上这种直接配制法以外，为了节约试剂、提高试剂的利用效率，我们还经常将一定质量分数的溶液进行稀释或浓缩来间接配制其他浓度的溶液。间接配制的过程与直接配制相同，但在计算时有所不同，我们需要计算出加入或蒸发的溶剂的量，此时要抓住溶质的质量不变这一关键，话不多说，不如现在就请同学们实践一下：（能力检测）请写出用已经配制好的质量分数为6%的氯化钠溶液（密度为1.04g/cm3）,配制50g质置分数为3%的氯化钠溶液的过程（要有计算过程（解题结束）【教师讲解】同学们算出来需要多少体积的水和6%的氯化钠溶液呀？我好想有听到正确结果哦，那下面老师
19、就来简单讲解一下，计算的关健还是要抓住溶质质量不变这点：1.计算:设需6%的氯化钠溶液质量为Xg,X6%=50g3%,解得X=25g,25g1.04gcm3=24m1.,所需水的体积=（50-25）g1gcm3=25m1.；2.量取：用量筒量取24m1.6%的氯化钠溶液和25m1.的水;3.在玻璃棒的搅拌卜将两者在烧杯中混合均匀【教师提问】在上面的回顾中我们提到溶质能够溶解在一些溶剂中形成溶液，但不同的溶剂在不同的溶剂中溶解度不同，也同样存在不能在某些溶剂中溶解的情况，这时溶质与溶剂相当于混合物存在，在现实生活我们往往需要将两者分离，同学们还记得我们学过哪些物质分离的方法吗？【教师引导】没错，
20、结晶法和沉淀法时我们主要学习了解的两种物质分离的方法，从名称上来看，结晶析出和沉淀应该时分离的主要过程，但实际上，两者最后都要经过同一步操作才能完成物质的分析，那就是过滤。【教师讲解】作为物质分离的重要步骤，需要滤纸、漏斗、烧杯、铁架台和玻璃棒，在过滤时需要注意这些操作事项（一贴二低三靠）：1.一贴:滤纸要紧贴漏斗内壁（不要有气泡），若有气泡，应用玻璃棒在滤纸表面轻轻地滚压；2.：低：滤纸边缘要低于漏斗口的边缘；倾倒液体时,液面要低于滤纸边缘：3.三靠：倾倒液体时，烧杯IW要紧奉玻璃棒；玻璃棒卜端要轻轻靠在三层滤纸的一边；漏斗下端管口的尖端要紧嵬在烧杯内壁上（如图）“二抵”h-w过港装置图滤纸
21、要紧贴漏斗内壁并防止气泡产生，一方面是防止液体从缝隙中漏出，另一方面也是保证过滤速度。滤纸边缘要低于漏斗门的边缘；倾倒液体时，液面要低于滤纸边缘，也是为了防止液体从缝隙中漏出而污染沙液。倾倒液体时，烧杯喘要紧率玻璃棒是为了防止液体洒出并保证玻璃棒的引流；玻璃棒下端要轻轻竟在三层滤纸的一边是为了防止滤纸破裂；漏斗卜.端管口的尖端要紧靠在烧杯内壁上是为了让滤液沿杯壁流下而不溅出滤液。如果滤液仍然浑浊，应把滤液再过滤几次，直至澄清.有时，我们过滤的目的不是滤液而是漉渣，此时，就需要对滤渣（沉淀物）进行洗涤，洗涤沉淀的方法：向漏斗中加少量水，使水面没过沉淀物，等水滤出后再重复几次。【能力检测】在了解了
22、这些要点之后，请同学们试着思考一下以卜.两个问题，看看你是否已经对过滤理解透彻：问题一：滤纸与漏斗之间留有气泡会有什么影响？问题二：某同学在过滤后发现滤液仍然浑浊，试分析产生这种结果的可能原因。【教师活动】（邀请同学回答并点评鼓励）。（教师讲解）当漉纸与漏斗之间留有气泡时，气泡产生的压强会增大过滤的阻力从而降低过滤速度；根据我们刚刚对注意事项的讲解，滤液仍然浑浊的原因可能是滤纸破裂（玻璃棒没有轻轻匏在三层滤纸-边）、液面超过r滤纸边缘、滤纸边缘超过了漏斗边缘，此外，也可能时烧杯没有洗净，从而污染了滤液。科学方法论5min【教师总结】在本节课的学习中，我们通过生活中的真实事例，认识了水循环的过程
23、与意义；通过模拟实验，进一步深化了对水循环过程的认识。或许同学们还没意识到，这整个学习学习与实验操作的过程探究同样也是一个科学探究的过程。在这个过程中，我们运用了观察记泵的科学方法，通过对图片材料的观察分析，我们发现了水循环的意义；通过对模拟实验现象的记录观察，我们验证r水循环的整个过程。我们要知道观察记录是科学研究中的一种基本方法，研究者通过宜接观察自然现象或实验过程，详细记录观察到的现象和数据，并进一步分析，最后得到相应的结论。在人类发展的琲璨历史中不乏以此获得成功的事例：达尔文在加拉帕戈斯群岛上观察不同种类的雀鸟，记录它们的形态差异，这些观察记录支持了他的进化论；林奈通过观察植物的形态特
24、征，记录并分类了大量的植物，奠定了现代植物分类学的基础；哈勃通过观察远处星系的红移现象，记录了宇宙膨胀的证据，这一发现对宇宙学产生了深远影响。我们还构建了模拟实验，验证r水循环的过程，这就是模拟验证科学方法的应用。模拟验证是一种科学研究方法，通过创建一个实验模型或系统来模拟现实世界的复杂过程或现象，以验证理论或假设，就例如爱因斯坦的相对论通过多次模拟实验和天文观测得到验证；欧洲核子研究中心曾经的大型强子对搔机（1.HC）实验，试图模拟宇宙大爆炸的过程。观察记录和模拟验证都是科学的探窕方法，观察记录是灵感的来源也是证据的支撑，模拟验证提供了在有限条件下的研究方法，是验证理论的有效途径。或许同学们
25、认为科学的方法论只能指导这科学探究，我想说的是，它们同样可以指导生活实践，带给你新的思考：观察记录让我们发现生活中的琐碎细微，让我们看到各种人与事，发现美好，提供灵感，生活的色彩从此也丰富起来，你所建立的世界才能显现出真实的样貌来；生活中同样存在模拟验证，三思而后行，做事前先考虑好当前的条件下会造成结果，才能让你做好准备，量力而行，找到正确的道路。我想将来并不是每一位同学都会走上科学研究这条道路，我们学习科学方法论,可以学习如何提出问题、设计实验、收集和分析数据，以及如何根据数据得出科学结论；更重要是用其指导生活实践，形成属于自己的世界观、人生观和价值观。讨论总结，拓展实践3min【实验课程总
26、结回顾】1,水循环的科学概念和模型（图像表示）：2.模拟实验装置的搭建，各部分对应的循环过程;3.实验现象记录分析;4.物质的溶解性、溶液的配制和过滤相关知识巩固：5科学方法论的认识【作业拓展】在自然界中水循环具有一定的污染净化作用，如果在模拟实验装置的烧瓶水源中加入洗涤剂等物质，在经过数个循环过程后，各部分水源的PH将如何变化？如果具备实验条件的话，可以继续根据以下步骤在原模拟装置.上进行实验探究，井将实验数据记录在观察记录表中：1.向蒸干冷却后的烧瓶中加入新的水和少量洗衣粉（模拟水源污染），待搅拌均匀后，点燃酒精灯加热，利用导管将水蒸气导向不锈钢托盘底部，待水蒸发干后用PH计测试各部分水pH情况并记录。2.将各部分水源收集后重新加入到烧瓶中，重复1中操作，以此往复几次，每次测试记录各部分水PH情况并进行比较（一定程度模拟水循环中的净化作用）。此外，在操作过程中同学们-定要注意安全，酒精灯点燃时要小心，熄灭时一定要用盖帽或灭。KO1231不W托做晚邮水上水知0H；覆小孔和F力塾水观察记录表【结课】今天这节课我们进行r实验模拟，观察了实验现象清楚感受了水循环的过程和其对污染所具备的一定的净化能力。在今天这节课上，同学们通过自己的思考和创意实现r科学探究，希望这节课能够成为大家难忘的回忆，让今天的经历成为形成F1.我科学素养的动力。
