主题式STEAM课程：地球保卫战

1、地球保卫战任务一：污水大作战一、教学目标1. 认识地球水资源现状2. 了解水中的污染物去除方法3. 动手实践做出一个净化水的净水器二、教学重难点教学重点：让学生了解到节约用水的重要性与保护水资源的责任心教学难点：水中各种污染物的去除方法三、教学器材教师用学生用/每组备注不需课前分装需课前分装器材净水器套装、滤纸、活性炭粉末、4盆污水试剂注：器材多备2组四、教学过程（一）情境引入我们本次的课程主题是地球保卫战，地球保卫战，同学们有没有想到要打哪些战呢？学生回答。老师总结：我们要与破坏地球的一切行为做斗争，保护好我们每天耐以生存的地球。那么你们知道我们人 类的哪些行为会破坏到地球呢？学生思考并回答

2、。老师总结：我们乱 丢垃圾，乱砍伐树木，不节约用电用水，不选择环保的出行方式出行 等都是对地球的破坏。因此我们要与这些行为作斗争，要采取恰当的 措施去解决这些问题。那么我们本次的主题课程，就是要让你们学会 怎样去保护地球。接下里，让我们一起走上保护地球的道路好不好！ 实验铺垫：刚刚我们总结了很多破坏地球的行为，其实这些行为都可以总结 为以下几点。1、对于地球水资源的破坏；2、对于地球土壤资源的破 坏；3、对于地球空气资源的破坏。控制我们自己的行为是第一要求, 但是采取一些措施去改善己经造成的污染更显得尤为重要，我们今天 第一节课，就要来学习怎样去改善我们地球的水资源。在做这个实验之前，我们首先

3、要了解目前地球上的水资源是怎样 的一个情况。首先看一下世界地图。从世界地图中可以看出，蓝色部分是有水的地方，其余的颜色基 木都是陆地。由此我们可以知道，世界上水的含量是非常非常多的。 但是这么多水对我们来说真的都有有用么？学生回答。很明显，海洋 里而的水对人类来说是不能够直接饮用的。对于我们人类有用的水只 有淡水，那么淡水在世界上有多少呢？我可以告诉你们这样一个数 据，如果地球是一个100%的整体，那么其中72%是水存在的地方， 陆地只有28%,这听起来水资源很丰富，但是对我们人类有用的淡水 资源只占总共的水资源中的2.5%。这是不是非常的少了？少的还不 仅仅是如此，这么少的淡水，其中大部分还

4、在地球的南北极冰川处， 被冰冻着，还有一些被藏在很深的地下，除去这些水之外，我们人类 能够直接利用到的水，只有江河湖泊和地下水中的一部分，约 0.026%o现在同学能不能告诉我，我们地球的水资源是丰富呢？还是 紧缺呢?其实是很紧缺的，只是我们很幸运，生活中水源充沛的江南 一带，世界上好多缺水的国家，一辈子连洗澡的经历都没有。下面看 几张图片。看完这些图片，相信你们肯定会有所感触，所以我们今后要克制自己浪费水的行为，多想一想缺水的人们，说不定我们每省下一些水, 就会给缺水的人们带来一片温暖。实验过程节约用水是必须的，但是生活中很多人由于乱丢垃圾，污染了很 多的水，而我们今天就是要学会怎样去净化那

5、些被人们污染的水。接下来我们就去外面看一看是否有很多地方的水被污染了，然后 学习怎样去净化这些水。2到3名老师带领学生走出课堂，去自然界中寻找被污染的水， 然后制作净水器来净化水。制作净水器的实验过程：污水中，有哪些污染物？学生回答。有各种各样的垃圾、有臭味、 有恶心的颜色等，那么我们怎样利用手里的器材去除这些污染水的赃 物呢？我们能否把它变得和我们家里的自来水一样干净呢？现在开 始动手来做吧。老师事先准备好4盆污水（在水中分别加入1.撕碎的小塑料袋；2. 磨碎的彩色粉笔灰；3.加入色素；4.加入香精）探究过程：让孩子利用手中的材料，把4盆污水净化干净，每净 化一盆污水的时候，只能选用一种材料

6、。经过探究，得出结论：1. 纱布与卵石过滤较大物质（不溶物质）2. 石英砂过滤较小物质（不溶物质）3. 活性炭吸附可溶物质（有色有味的物质）4. 蓬松棉吸附最小物质（不溶物质）石子类的材料可以除去大的垃圾，但是溶于水的污染物几乎不能 除去；活性炭既可以除去大的垃圾，也可以除去溶于水的污染物，但 是活性炭除大的垃圾的时候容易造成堵塞现象。注：套装中的活性炭颗粒较大，吸附效果不明显，需换用很细的 粉末活性炭学生探究结束之后，总结实验结果。然后教师把4盆污水混合在 一起，让学生把一开始所用的器材组合在一起使用，过滤所有的污水。 组合在一起之后，顺序很重要，如果活性炭放在第一层，很容易造成 堵塞。教学

7、总结学生回顾：教师总结：任务二：土壤守卫战一、教学目标1. 认识地球土壤污染的现状2. 了解影响土壤的一些因素3. 动手实践学会检测土壤的健康情况二、教学重难点教学重点：让学生了解到保护土壤的重要性教学难点：学会利用测量工具检测土壤的健康情况三、教学器材教师用学生用/每组备注不需课前分装需课前分装器材土壤检测仪、PH试纸、生石灰、小苏打、白醋、六孔板、滴管试剂注：器材多备2组四、教学过程情景引入：同学们，上一节的课程我们把外面的污水给净化了，回家 后，你们有没有做到节约用水，或是净化一些污水呢？学生回答。生 活中除了水资源的污染，还有哪些比较严重的污染呢？学生思考并回 答。刚刚有个学生提到了土

8、壤污染，接下来给你们看一下图片，土壤 污染到底是怎样的？H退的k HW Md 一 J从图片中可以看出，土壤的污染物太多了，我们平时一些不经意的小 小的不文明行为就可能会对土壤造成一些严重的污染。花花草草的生 长离不开健康的土壤，所以我们保护好土壤，也是保护好一些花草树 木。实验过程：1）认识酸碱性一般土壤中的污染物过多，会影响到土壤的酸碱度、光照度、湿度。 健康的土壤，这几项数值多可以让植物在上面健康的成长，而污染后 的土壤，其数值就会变化，从而让植物无法生长。同学们知道这几项 数值是什么意思么？学生思考并回答。湿度就是含水量，酸碱度的介 绍要演示化学物质的分类。 提供PH试纸、六孔板，和学生

9、说明PH试纸的用法，然后让学生 测试生活中的一些东西的酸碱度。（测试水、口醋、小苏打溶液、石 灰水）我们测试的水是呈现弱碱性的，弱碱性的水对人类的身体有好处，如 果水变成酸性，就不适合人们长期饮用。 老师介绍酸碱性的危害与好处。提问酸遇到碱会发生什么现象， 学生思考并回答。在六孔板中倒入一定量的苏打水（不能过多），用 PH试纸测试的时候是呈碱性的，然后利用滴管缓慢的加入口醋，每 滴入三滴之后用PH试纸检测一遍，直到溶液变成了酸性。该过程的 PH会从碱性慢慢的变成中性然后变成酸性。让学生理解酸碱是可以 互相抵消的。2）学会使用土壤测仪:我们上节课认识了酸碱的知识，那么土壤中的酸碱我们怎么去检测

10、呢？如果仍然利用PH试纸的话那就太麻烦了，而且还不精确，现在 老师给你们再认识一个好东西，土壤检测仪，它不仅仅能够检测酸碱, 还能够检测土壤的湿度和光照度，是不是很厉害？同学们拿到之后观 察一下，之后老师就要教你们怎么使用它了。探头长度：20.5cm （不能直接放到水里测水哦会损坏电极的哦！） 使用方法：测土壤PH值和湿度时,先将探头尽量深地插到土里（10CM以上）（请 注意：不能直接插入水中测试）土壤PH值测量：拨动笔上的按键到PH, PH是酸碱度键,对应表上的是8-3.5数值， ALKALINE是碱,ACDIC是酸，数值7基本是中性，数越小说明酸度越 大,请根据植物的品种调整土壤酸碱度土壤

11、湿度测量：拨动笔上的按键到MOIST, MOIST是水份键,对应表上的是MOIST, DRY是干， WET是湿，数值1-3（红色部分）说明需要浇水,4-7（绿色部分）是合适的，请根据植物 的品种调整浇水时间,8-10（蓝色部分）说明太湿了.光照度值测量：LIGHT键是光照度，测量范围0-2000流明，数值越大，说明光照越强,请根据植物的 品种来决定是否需要遮阴.温馨提示：使用时注意插电极时不能碰到石头，不要用力过猛,否则容易伤害电极. 用完后把电极洗干净.（请注意：不能直接插入水中测试）3）对策：（此部分作为老师扩展，也可以向学生简单介绍）1、热力学修复技术，利用热传导，热毯、热井或热墙等，或

12、热辐射， 无线电波加热等实现对污染土壤的修复。2、热解吸修复技术，以加热方式将受有机物污染的土壤加热至有机 物沸点以上 使吸附土壤中的有机物挥发成气态后再分离处理。 热解吸附技术是目前世界上最先进的污染废弃物处理技术之一，主要 处理对象为农药污染土壤、油田含油废弃物、罐底油泥等。其作业原 理为利用污染废弃物中有机物的热不稳定性，通过非焚烧的间接加热 方式实现实现污染物与土壤的分离，并可将废弃物中的固相、油相、 水相、气相绝大部分回收利用，从根本上实现无害化处理，因此该技 术被广泛应用于全球的油田废弃物处理作业。83、焚烧法，将污染土壤在焚烧炉中焚烧，使高分子量的有害物质？ 挥发性和半挥发性，分

13、解成低分子的烟气经过除尘、冷却和净化处 理使烟气达到排放标准。4、土地填埋法，将废物作为一种泥浆将污泥施入土壤通过施肥、 灌溉、添加石灰等方式调节土壤的营养、湿度和pH值 保持污染物 在土壤上层的好氧降解。对于可以用土壤酸度计检测土壤ph值与湿 度，用土壤EC计检测土壤EC值，查看土壤改良效果。5、化学淋洗，借助能促进土壤环境中污染物溶解或迁移的化学/生物 化学溶剂在重力作用下或通过水头压力推动淋洗液注入到被污染 的土层中，然后再把含有污染物的溶液从土壤中抽提岀来，进行分离 和污水处理的技术。6、堆肥法，利用传统的堆肥方法，堆积污染土壤，将污染物与有机 物，稻草、麦秸、碎木片和树皮等、粪便等混

14、合起来，依靠堆肥过程 中的微生物作用来降解土壤中难降解的有机污染物。7、植物修复，运用农业技术改善土壤对植物生长不利的化学和物理 方而的限制条件，使之适于种植，并通过种植优选的植物及其根际微 生物直接或间接吸收、挥发、分离、降解污染物，恢复重建自然生态 环境和植被景观。8、渗透反应墙，是一种原位处理技术，在浅层土壤与地下水，构筑 一个具有渗透性、含有反应材料的墙体，污染水体经过墙体时其中的 污染物与墙内反应材料发生物理、化学反应而被净化除去。9、生物修复，利用生物，特别是微生物催化降解有机污染物，从而 修复被污染环境或消除环境中污染物的一个受控或自发进行的过程。 其中微生物修复技术是利用微生物

15、，土著菌、外来菌、基因工程菌， 对污染物的代谢作用而转化、降解污染物，主要用于土壤中有机污染 物的降解。通过改变各种环境条件如，营养、氧化还原电位、共代谢 基质，强化微生物降解作用以达到治理目的。4）改善土壤：老师提前准备好两种土壤，酸性和碱性，分别编号1和2,（酸性土 壤加入一点柠檬汁或口醋，碱性土壤加入小苏打溶液）。提供好两种土壤后，让学生利用检测仪自行检测，记录下两种土壤的各种数值。 提出任务：把酸性土壤变成碱性土壤，把碱性土壤变成酸性土壤。土壤酸性过大，可以加入一些碱性物质中和。土壤碱性过大，可以加入一些酸性物质中和。在现实中，针对酸性土壤，可每年每亩施入20至25公斤的石灰，且 施足

16、农家肥，切忌只施石灰不施农家肥，这样土壤反而会变黄变瘦。 土壤碱性过高时，硫酸铝也被用来调节土壤pH值，因为它水解生成 氢氧化铝的同时产生少量的硫酸稀溶液。酸性：PH值07中性：PH值7碱性：PH值714过酸和过碱都会影响植物的生长。因此酸碱度必须在大致的一个合适 范围：410之间。任务三:大气中的敌人一、教学目标1. 认识空气中的主要成分2. 了解空气中主要成分的一些性质3. 了解大气中的有害气体二、教学重难点教学重点：让学生了解到大气污染的危害性与急迫性教学难点：大气中有害气体的去除方法三、教学器材教师用学生用/每组备注不需课前分装需课前分装器材玻璃缸、风扇试剂注：器材多备2组四、教学过程

17、课程回顾：学生总结前面所学知识。教学引入：前面我们已经学习了怎么去解决水资源和土壤资源的污 染，生活中还有一种污染我们每天都需去面对，同学们知道是什么污 染么？学生思考并回答。那么我们今天就来了解了解有关空气的污染 有哪些？并且学会运用怎样的方法去解决这个问题。实验过程：1 了解正常空气中的成分：先提问学生空气中有哪些成分？学生思考并回答。学生可能回答的不 是很全而，老师可以慢慢的提示。比如空气中的氧气是我们人类呼吸 所需要的气体，二氧化碳是我们人呼出来的气体，但是这两者在空气 中占有的比例并不多，最多的是氮气。氮气在空气中约占78%,氧气 约占21%,可以看出来空气的成分几乎被氮气加氧气占满

18、了，那么剩 下的一点点空间，被一些其他气体所占据，其中稀有气体占据0.94%, 而我们熟知的二氧化碳只有0.03%,其他气体或朵质加起来只有 0.03%o这就是正常空气所具有的成分，但是现今空气污染越来越重, 很多有毒有害气体也混在了我们周围的空气中，长期吸入这种有毒有 害气体，我们就很容易引发癌症。2.大气中有害气体的种类： 固体颗粒污染（雾霾）：空气中的灰尘、硫酸、硝酸等颗粒物 组成的气溶胶系统造成视觉障碍的叫霾。雾霾天气是一种大气污染 状态，雾霾是对大气中各种悬浮颗粒物含量超标的笼统表述，尤其 是PM2.5 （空气动力学当量直径小于等于2.5微米的颗粒物）被认 为是造成雾霾天气的“元凶”

19、。雾霾主要由二氧化硫、氮氧化物和 可吸入颗粒物这三项组成，它们与雾气结合在一起，让天空瞬间变 得阴沉灰暗。主要来源有：汽车尾气，北方到了冬季烧煤供暖所产生 的废气，工业生产排放的废气，建筑工地和道路交通产生的扬尘，可生 长颗粒，细菌和病毒的粒径相当于PM0.1PM2.5,家庭装修中也会 产生粉尘“雾霾”.因此雾霾是空气中的一个很严重的污染物，但它 不属于气体，相对于气体来说，它比气体的体积要大的多。 二氧化硫、一氧化碳，氮氧化合物等有毒有害气体：这几种气体都是属于有毒气体，对人体可以造成直接的伤害。二氧化 硫含量多，在大气中经过氧化，会形成酸雨降落下来，酸雨的危害性 大而广。来源有：含硫燃料（

20、如煤和石油）的燃烧，含硫化氢油气井 作业中硫化氢的燃烧排放，含硫矿石（特别是含硫较多的有色金属矿 石）的冶炼，化工、炼油和硫酸厂等的生产过程。一氧化碳对人体的全身组织细胞均有毒性，会是细胞中的血红蛋口的 携氧能力丧失，严重的会造成人类的直接死亡。在冶金、化学、石墨 电极制造以及家用煤气或煤炉、汽车尾气中均有co存在。氮氧化合物也具有一定的毒性，它来自化石燃料的燃烧过程，如汽车、 飞机、内燃机及工业窑炉的燃烧过程；也来自生产、使用硝酸的过程, 如氮肥厂、有机中间体厂、有色及黑色金属冶炼厂等。 室内空气污染：室内空气污染是指由于各种原因导致的室内空气中有害物质超标， 进而影响人体健康的室内环境污染

21、行为。有害物包括甲醛、苯、氨、 放射性氨等。生活中常见的现象就是刚刚装修的新房不能够直接入 驻，因为家具油漆里面都会含有这类有害物质，需通风几个月后才 能够入驻。3 各种有害气体的去除方法：把握住每类气体的特点，联系学过的知识，采取合适的方式去除。（过 滤、吸附）4思考净化操作，类比净化水装置，模拟净化雾霾: 净化水的时候，水能够从高处往低处流动，在流动的过程中让它经过 净化装置，就能够实现水的净化，但是空气怎么让它经过净化装置 呢？学生思考并回答。利用风扇。模拟实验：利用制烟片在一个玻璃缸里面充满烟雾，模拟雾霾，玻璃 缸盖子用一块纸板盖上，中间挖一个洞，让风扇镶嵌在洞里面，启动 风扇，玻璃缸中的烟雾会立马除干净。利用此现象设计空气净化器。5 设计空气净化器：给学生提供画纸、画笔，自主设计空气净化器模型。老师分析每位学 生