STEM主题教学案例——简易净水器

STEM主题教学案例

4.简易净水器

泉州市丰泽区第二实验小学   苏巧玲

【主题内容分析】

超强台风“山竹”过境，暴雨洪涝过后，灾区自来水厂还没来得及恢复供应，而能作为生活用水的井水、河水又受污染导致污浊。如何能让灾区的居民们喝上干净卫生的饮用水，让我们一起来帮助他们设计制作一个简易有效的净水器吧！

本主题结合教科版教材六年级下册“污水的处理工艺”，引导学生利用身边常见的材料设计制作一个简易有效的净水器装置，亲历污水净化的活动，掌握了解水净化的常用方法。本主题包含了以下活动流程：   

引入问题与确定需求：设计并制作一个简易有效的净水器

调查研究与学习支持：自来水厂的净水流程及水样质量检测方法

分析观点与建立模型：净水器的设计与制作

测试优化与解决问题：净水器的净化效果测试

净水器的展示与评价

    本主题将引导学生像工程师一样经历工程的设计、制作、测试、优化迭代的过程，在综合性、项目化的深度学习中，内化整合科学、技术、工程、数学各学科的知识，培养了学生解决问题的能力、创新能力、合作与沟通的能力，对学生核心素养的培养极具有积极意义。

【主题教学目标】

科学（S）

了解自来水厂净水流程。

知道可以用过滤和吸附的方法去除水中的不溶性杂质。

知道不同的材料不同特征有不同的性能。

技术（T）

能够具有初步的设计能力和工程绘图能力。

学会使用PH试纸检测水样的酸碱度。

能够利用身边常见的材料制作简易的净水器。

工程（E）

能够按照设计图完成简易净水器的制作，并在制作过程中针对遇到的问题调整改进。

能够在制作完成后有效测试净水器的净化效果和效率，并能总结经验不断优化模型。

数学（M）

记录并对比各表格的实验数据。

通过计算，综合考虑材料价格，从而控制成本。

【适用年级】

六年级

【建议课时】

5课时

【主题教学准备】

学生分组活动材料准备：

平板电脑若干、PH试纸、玻璃棒、清水、污水、放大镜、抹布、镊子、剪刀、清水杯、污水杯、净水杯、100ml量筒、秒表、自助材料盒（小石子、石英砂、活性炭、棉花、纱布、纸巾、棉布、塑料片、金属片、废旧塑料饮料罐）

教师教学材料准备：

希沃教学助手软件、课件、自助材料站（小石子、石英砂、活性炭、棉花、纱布、纸巾、棉布、塑料片、金属片、废旧塑料饮料罐）

【主题教学过程】

第一课时：引出问题与确定需求

目标：

了解不同的净水器使用到不同的净水材料。

了解不同净水器的净水原理。

了解不同净水器的结构及使用方法。

记录并对比不同净水器的净水效果。

活动一：创设情境，项目导入

1.视频播放：2018年超强台风“山竹”登陆前后的场景

台风过境暴雨洪涝过后，灾区自来水厂还没来得及恢复供应，而能作为生活用水的井水、河水又受污染导致污浊，作为“小小环境工程师”的你能帮助灾区的居民们设计一个简易有效的净水器吗？

2.出示项目主题：设计制作一个简易有效的净水器。

活动二：查阅资料，自主学习

1.小组使用平板电脑，连接网络查阅相关资料，完成自主学习任务单：我了解到的净水器。

2.小组交流分享调查结果

每组有三分钟的时间进行交流，其他小组认真倾听，并完成倾听反馈单1（本组反馈单不可选本组）。

第二课时：调查研究与学习支持

目标：

知道净水的主要步骤，及净水目的。

学会使用PH试纸检测水样的酸碱度。

学会比较系统地观察比较清水和污水的不同。

记录并对比清水和污水的不同。

活动三：了解自来水厂的净水流程

1.小组阅读观看平板电脑中自来水厂净水流程的微课视频及图片文字资料，并讨论交流以下问题：

（1）自来水厂净水主要分为哪几个步骤？

（2）净水的每个步骤的目的是什么？

（3）你知道生活中哪些常见的材料物品可实现以上净化功能？

2.小组汇报交流，其他小组认真倾听并提出各自的意见及建议。

3.师小结自来水厂的净水流程，并出示资料链接着重介绍过滤和吸附的净水方法。

活动四：水样质量检测

1.出示阅读资料，让学生了解合格饮用水的标准。

2.小组活动：观察比较清水和污水的不同

   （1）讨论：可以用哪些观察方法来比较？

（2）师介绍PH试纸测量水样酸碱度的方法

       PH试纸的作用是什么？

       PH试纸上的不同数字代表什么？

       如何用PH试纸准确测量出水样的酸碱度？

（3）小组合作，进行观察对比并记录，师巡视并用希沃教学助手直播学生的探究过程。

（4）小组汇报交流观察结果。

第三课时：分析观点与建立模型

目标：

知道可以用过滤和吸附的方法去除水中的不溶性杂质。

知道不同的材料有不同的性能。

能够具有初步的设计能力和工程绘图能力。

能够按照设计图完成简易净水器的制作，并在制作过程中针对遇到的问题调整改进。

能通过计算，综合考虑材料价格进行设计，从而控制成本。

活动五：设计“简易净水器”

1.课件出示“自选材料站”的材料图片及材料成本。

2.取出自助材料盒，观察材料各结构及性能，小组讨论交流：

（1）选择哪些材料，设计制作什么样的净水器呢？

（2）在设计时要考虑些什么问题呢？

净化效果好 净化效率高成本 美观 易操作

3.出示评价量表，明确评价要求，并用量表中的评价标准去指导自己的设计。

4.温馨提示：

        （1）活动流程：观察材料      选料      设计。

  （2）完成项目报告单（见附件）的选材及设计部分。在设计图上没法表现的方面，可以在旁边用文字补充说明。

（3）只设计不制作。

（4）小组分工合作，协调配合。

（5）活动时间：10分钟，活动结束音乐响起时，迅速整理器材。

5.小组设计，师巡视并用希沃教学助手拍照并上传各小组的设计方案。

活动六：制作“简易净水器”

1.温馨提示：

  （1）严格按照设计图完成制作，材料不足的可以到自助材料站补充领取。

（2）制作使用剪刀时，要注意安全。

（3）小组分工合作，协调配合。

（4）活动时间：20分钟，活动结束音乐响起时，迅速整理器材。

2.小组按照设计图开展制作，师巡视并用希沃教学助手直播记录各小组的制作过程。

第四课时：测试优化与解决问题

目标：

知道可以用过滤和吸附的方法去除水中的不溶性杂质。

知道不同的材料有不同的性能。

能用对比的方法对“简易净水器”进行性能测试。

各组根据测试结果及设计制作的经验，反思存在的不足之处并提出整改建议。

能根据评价标准、水样检测结果，量化得出净化效果、净化效率得分。

活动七：“简易净水器”的性能测试

1.测试任务

（1）怎样知道自制的净水器是否有效？净化效率如何？

（2）可以通过哪些方法来检测净化前后水样的质量？

2.任务要求：

（1）只处理部分污水，剩余的要留做对比。

（2）净水测试时间为10分钟。

（3）音乐声响起，即停止活动，迅速整理好器材，并把过滤后的水样摆到展示台上。

（4）分工合作，并完成项目报告单的测试部分。

3.小组测试

领取活动材料，各小组观察记录净化前后水样的质量，以检测自制的净水器是否有效，

及其净化效率如何。师巡视并用希沃教学助手直播记录各小组的测试过程及测试结果。

4.收集统计结果

收集汇总测试结果，根据测试的结果确定各组“净化效果”和“净化效率”

的得分，并填入评价量表。

5.反思优化

各组根据测试结果及设计制作的经验，小组反思并完成项目报告单的优化部分：你认为你设计的净水器还存在什么不足之处？怎么改进？把关键的词语记录下来。

第五课时：产品展示与评价

目标：

知道可以用过滤和吸附的方法去除水中的不溶性杂质。

知道不同的材料有不同的性能。

学会寻找更合理的材料设计制作“简易净水器”。

各组根据测试结果及设计制作的经验，反思存在的不足之处并提出整改建议。

能根据各组的评价量表成绩，评选出各项奖项。

活动八：“简易净水器”的产品发布会

1.小组代表汇报展示：设计制作的成品及项目报告单

（1）展示制作的净水器，阐述设计意图及测试的结果，

（2）设计制作过程中遇到了哪些困难？怎么解决的？

（3）你认为你设计的净水器还存在什么不足之处？怎么改进？

（4）结合测试时的经验，你觉得还可以怎么调整提高净水的效果和效率呢？

2.每组有三分钟时间进行展示汇报，其他小组要认真倾听并填写倾听反馈单2（本组反馈单不可选本组），并对他们的设计从可借鉴的地方或不足之处提出自己的看法，汇报的小组成员可做出相应的解释说明。

3.统计倾听反馈单1和2，并现场唱票，按名次确定得分，并将得分填入该组的评价量表的“汇报表达”评价要素栏。

活动九：“简易净水器”的评价

填写并汇总各组的评价量表成绩，评选出“最佳净水奖”、“最佳设计奖”、“最佳创意奖”，并为获奖的小组颁发荣誉证书。

活动十：拓展延伸

1.说一说，你还想再怎么进一步优化你的净水器呢？

2.课后作业：结合前面几节课的经验，尝试设计一支更高效的便携式净水器。

作业上交形式：优化后的模型照片发送至老师的邮箱。

【板书设计】

                                 简易净水器

项目主题                                 

【附：项目报告单】

项目报告单

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