跨学科实践活动1 微型空气质量“检测站”的组装与使用（教学设计） 化学人教版2024九年级上册

该初中化学教学设计聚焦空气污染检测，核心知识点涵盖污染物种类、危害、检测意义及微型空气质量“检测站”组装与使用。通过播放雾霾视频导入，回顾污染物与危害奠定理论基础，引导学生组装使用检测站，构建从知识到实践的学习支架。 资料特色为跨学科实践融合化学、物理等知识，通过参观访谈、组装检测站等活动培养科学探究与实践能力，结合真实数据引导分析气象影响渗透科学态度与责任。如传感器组装、数据分析等环节提升学生动手与问题解决能力，为教师提供落实核心素养的综合教学方案。

跨学科实践活动1 微型空气质量“检测站”的组装与使用 一、知识目标 1. 了解造成空气污染的主要污染物及其对人体健康和农作物生长的危害。 1. 认识空气质量检测的意义，知道我国防治空气污染的措施。 1. 了解空气质量监测站的仪器、监测数据、数据处理方法以及气象条件对空气质量的影响。 1. 掌握微型空气质量“检测站”的内部结构、组装步骤和使用方法。 二、素养目标 1. 宏观辨识与微观探析：从宏观上认识空气质量问题，从微观上理解污染物的成分和影响，以及气象条件对污染物扩散的作用。 1. 科学探究与创新意识：通过参观访谈、组装和使用检测站等实践活动，培养科学探究能力和创新思维，提高解决实际问题的能力。 1. 科学态度与社会责任：增强环保意识，认识到科学、技术与社会的相互关系，积极参与改善空气质量的行动。 一、教学重点 微型空气质量“检测站”的组装和使用，空气质量检测的意义及数据处理。 二、教学难点 根据本地空气污染特征选择传感器，分析气象条件对空气质量的影响。 本节教学内容源于人教版2024年版九年级化学上册第二单元的跨学科实践活动“微型空气质量‘检测站’的组装与使用”。这一内容是化学学科与物理、信息技术和工程等多学科知识的融合，具有很强的实践性和综合性，对于培养学生的综合素养和跨学科思维有着重要意义。 该活动围绕空气质量检测展开，首先引导学生回顾空气污染的相关知识，包括污染物种类及危害，为后续实践活动奠定理论基础。接着详细介绍了活动设计与实施的各个环节，如认识空气质量检测的意义、参观与访谈、组装和使用微型空气质量“检测站”等，让学生在实践中深入了解空气质量检测的原理和方法。最后通过展示与交流环节，促进学生之间的相互学习和评价。教材内容的编排符合学生的认知规律，从知识回顾到实践操作，再到总结交流，逐步引导学生掌握相关知识和技能。 教学对象是九年级的学生，他们已经具备了一定的化学基础知识，对空气的成分和污染有了初步的了解，但对于空气质量检测的具体方法和技术还比较陌生。在思维能力方面，九年级学生正处于从形象思维向抽象思维过渡的阶段，他们对直观、有趣的实验和实践活动有着浓厚的兴趣，但在综合运用多学科知识解决实际问题的能力上还有所欠缺。 在学习过程中，学生可能会在微型空气质量“检测站”的组装环节遇到困难，因为这需要他们具备一定的物理电路知识和动手操作能力。同时，对于气象条件对空气质量的影响等较为抽象的内容，理解起来可能也会有一定难度。因此，在教学过程中，教师要充分考虑学生的实际情况，结合学生已有的知识基础，采用直观演示、小组合作等教学方法，引导学生逐步掌握相关知识和技能。通过本次实践活动，不仅可以让学生巩固和拓展化学知识，还能培养他们的跨学科思维和实践能力，提高他们解决实际问题的能力。 教学环节一 课堂导入 【播放视频】同学们，老师先给大家播放一段视频。（播放一段因工业生产和交通运输业发展，导致城市雾霾弥漫、空气质量恶劣的视频，视频中可以看到人们戴着口罩行色匆匆，医院里呼吸道疾病患者增多，农作物因酸雨受损等场景） 【提出问题】看完这段视频，大家有什么感受呢？在这样的环境中生活，我们的身体健康和农作物的生长会受到怎样的影响呢？大家能说一说自己在生活中有没有遇到过空气质量不好的情况，当时有什么样的体验吗？（给学生一些时间分享自己的经历和感受） 【引入主题】大家都感受到了空气污染带来的危害。随着工业生产和交通运输业的迅速发展，排放到空气中的有害气体和烟尘大大增加，超出了大自然的自净能力，造成了空气污染。那么，我们如何才能及时了解空气质量状况，采取有效的应对措施呢？这就需要对空气质量进行检测。今天，我们就一起来学习如何组装一个微型空气质量“检测站”，并学会使用它来检测空气质量。 【设计意图】 1. 激发学生兴趣：通过播放直观的视频，展示空气污染带来的严重后果，能强烈地冲击学生的视觉和心灵，引发他们的情感共鸣，从而激发学生对空气质量问题的关注和兴趣，提高他们参与课堂的积极性。 1. 联系生活实际：让学生分享自己在生活中遇到的空气质量不好的经历和体验，将抽象的空气污染问题与学生的实际生活紧密联系起来，使学生深刻感受到空气污染就在身边，增强他们对学习内容的认同感和关注度。 1. 引发思考，导入新课：从空气污染的危害自然地引出空气质量检测的重要性，进而导入本节课的主题——微型空气质量“检测站”的组装与使用，让学生明确学习目标，带着解决实际问题的想法去探索新知识，提高学习的主动性和针对性。 教学环节二 知识回顾 活动一 回顾空气污染的主要污染物 【引入】同学们，随着工业生产和交通运输业的迅速发展，排放到空气中的有害气体和烟尘大大增加，超出了大自然的自净能力，造成了空气污染。那大家知道造成空气污染的主要污染物有哪些吗？ 【问题】你能说出造成空气污染的主要污染物有哪些吗？ 【学生思考】学生自主思考，举手回答，列举出固体污染物如可吸入颗粒物（）、细颗粒物（）、雾霾等，气体污染物如二氧化氮（）、一氧化碳（）、臭氧（）、二氧化硫（）等。 【讲解】评价学生的回答，进行总结和强调，明确指出这些污染物对空气质量的影响以及它们的来源等相关知识。 【设计意图】通过回顾空气污染的主要污染物，唤起学生已有的知识储备，为后续学习空气质量检测等内容奠定基础。 活动二 回顾空气污染的危害 【引入】我们已经知道了空气污染的主要污染物，那这些污染物会对我们的生活造成哪些危害呢？接下来我们一起回顾一下空气污染对人体健康和农作物生长的危害。 【问题】空气污染对人体健康和农作物生长有哪些危害？ 【学生思考】学生分组讨论，然后每组派代表发言，从对人体健康的危害（如引起慢性支气管炎、支气管哮喘、肺气肿及肺癌等疾病，当污染物浓度很高时，会造成急性污染中毒）和对农作物生长的危害（如产生酸雨使农作物产量下降、品质变坏，严重时甚至会导致植物死亡）等方面进行回答。 【讲解】对学生的回答进行点评和补充，强调空气污染危害的严重性，引起学生对空气污染问题的重视。 【设计意图】让学生深入了解空气污染的危害，增强学生的环保意识，同时也为后续学习空气质量检测的意义做铺垫。 教学环节三 活动设计与实施 活动一 认识空气质量检测的意义 【引入】既然空气污染会给我们带来这么多危害，那么对空气质量进行检测就显得尤为重要。接下来我们一起探讨一下空气质量检测的意义。 【问题】对空气质量的检测有什么意义呢？我国为防治空气污染采取了哪些措施？ 【学生思考】学生先自主思考，然后小组交流讨论，回答空气质量检测能使人们及时掌握空气质量状况以便能及时采取应对措施，列举出我国防治空气污染的措施，如加强空气质量监测、植树造林、调整能源结构使用清洁能源、减少污染物排放加快重点行业脱硫脱硝除尘改造等。 【讲解】对学生的回答进行总结和评价，进一步强调空气质量检测的重要性以及我国防治空气污染措施的有效性和必要性。 【设计意图】让学生认识到空气质量检测的意义，了解我国在防治空气污染方面所做的努力，培养学生的社会责任感。 活动二 参观与访谈 【引入】为了更深入地了解空气质量检测，我们可以通过参观空气质量检测站和与相关人员进行访谈来获取更多信息。下面我们来探讨一下检测站中的仪器、监测的数据以及数据处理等方面的内容。 【问题】检测站中安装的仪器有哪些？监测站都监测哪些数据？相关数据是如何进行处理的？气象条件对空气质量有什么样的影响？ 【学生思考】学生分组讨论，结合教材内容和生活经验进行分析。对于检测站中的仪器，学生回答出空气质量检测仪、气象数据采集器等；对于监测的数据，学生能说出颗粒物浓度（如和）、气态污染物浓度（如二氧化硫、二氧化氮、一氧化碳、臭氧）、气象参数（如风速、风向、温度、湿度、气压等）；对于数据处理，学生能说出数据采集与传输、数据审核与筛选、数据校准与修正、生成报告、趋势分析、数据分析与统计等步骤；对于气象条件对空气质量的影响，学生能从温度、风速和风向、降雨、湿度等方面进行分析。 【讲解】对学生的回答进行详细点评和补充，通过举例等方式帮助学生更好地理解这些内容。例如，在讲解气象条件对空气质量的影响时，结合当地的实际天气情况和空气质量变化进行分析。 【设计意图】通过参观与访谈相关内容的学习，让学生了解空气质量检测的具体流程和方法，以及气象条件对空气质量的影响，拓宽学生的知识面，培养学生的科学探究能力。 活动三 微型空气质量“检测站”的组装 【引入】了解了空气质量检测站的相关知识后，接下来我们要亲自动手组装一个微型空气质量“检测站”。这不仅能让我们更深入地了解空气质量检测的原理，还能培养我们的动手能力和创新思维。 【问题】某微型空气质量“检测站”的内部结构有哪些？组装空气质量检测仪的大致步骤是什么？ 【学生思考】学生认真观察教材中微型空气质量“检测站”的内部结构示意图，阅读组装步骤的文字说明，然后回答出内部结构包括单片机处理器（处理数据）、开关、电路接口、集成电路、液晶显示模块（显示数值）、指示灯、传感器（收集数据）、面包板等；组装步骤为①准备好相关的零部件和工具；②在面包板上连接单片机处理器，在单片机处理器上连接单片机；③在面包板上按照各接口连接各种传感器；④安装电源，插入导线；⑤将液晶显示模块套在安装好各种原件的面包板上，并确保连接稳定可靠；⑥安装部件外壳。 【讲解】对学生的回答进行确认和强调，在黑板上画出简单的组装示意图，详细讲解每个步骤的注意事项和操作要点。 【设计意图】通过让学生了解微型空气质量“检测站”的内部结构和组装步骤，培养学生的实践操作能力和逻辑思维能力，让学生在动手过程中更好地理解空气质量检测的原理。 活动四 微型空气质量“检测站”的使用 【引入】我们已经成功组装好了微型空气质量“检测站”，那接下来我们就要学会如何使用它来检测空气质量。下面我们来学习微型空气质量“检测站”的使用方法和数据分析。 【问题】组装好“检测站”后，如何进行空气质量检测和分析？ 【学生思考】学生结合教材内容和之前的学习，思考并回答出选择不同地点，检测并记录空气质量，然后根据检测结果，对空气质量进行分析和评价，如观察各项检测数值是否超标，分析污染物浓度随时间的变化趋势等。 【讲解】对学生的回答进行指导和补充，教给学生一些数据分析的方法和技巧，如如何绘制图表来直观地展示空气质量的变化情况等。 【设计意图】让学生掌握微型空气质量“检测站”的使用方法和数据分析能力，培养学生的科学研究能力和解决实际问题的能力。 教学环节四 展示与交流 【引入】同学们，我们通过自己的努力完成了微型空气质量“检测站”的组装和使用，现在是时候展示我们的成果了。接下来我们进行展示与交流活动，分享我们的经验和收获。 【问题】在展示与交流活动中，我们可以展示哪些内容？在组装的“检测站”中，使用不同设备来处理和显示检测数据有什么利弊？ 【学生思考】学生思考并回答出可以展示自己组装的微型空气质量“检测站”，与同学交流组装方法、使用说明及检测结果等；对于使用不同设备处理和显示检测数据的利弊，学生可以从设备的功能、操作的便捷性、数据的准确性等方面进行分析。 【讲解】对学生的回答进行总结和点评，引导学生进一步思考如何更好地改进自己的“检测站”和提高检测数据的处理和显示效果。 【设计意图】通过展示与交流活动，培养学生的表达能力和团队合作精神，让学生在交流中相互学习、相互启发，共同提高。 跨学科实践活动1 微型空气质量“检测站”的组装与使用 一、知识回顾 1. 空气污染污染物 · 固体：可吸入颗粒物(PM10)、细颗粒物（PM2.5）、雾霾 · 气体：二氧化氮（NO₂）、一氧化碳（CO）、臭氧（O₃）、二氧化硫（SO₂） 1. 空气污染危害 · 对人体：疾病、中毒 · 对农作物：产量、品质 二、活动设计与实施 1. 认识空气质量检测意义 · 掌握状况，采取措施 · 防治措施：监测、植树、能源、减排 1. 参观与访谈 · 检测站仪器：检测仪、采集器 · 监测数据：颗粒物、气态物、气象参数 · 数据处理：采集、审核、校准、报告、分析 · 气象条件影响：温度、风速、降雨、湿度 1. 微型空气质量“检测站”组装 · 内部结构：处理器、传感器等 · 组装步骤：准备、连接、安装 1. 微型空气质量“检测站”使用 · 检测记录 · 分析评价 三、展示与交流 1. 展示交流组装、使用及结果 1. 交流设备利弊 1.燃放烟花时会产生以下气体，其中不属于空气质量指数监控的气体是（ ） A．一氧化碳 B．二氧化碳 C．二氧化硫 D．二氧化氮 【答案】B 【解析】空气质量指数监控的气体主要包括二氧化硫、一氧化碳、二氧化氮、臭氧等，二氧化碳虽然是温室气体，但不属于空气质量指数监控的气体。一氧化碳是有毒气体，会危害人体健康；二氧化硫会形成酸雨；二氧化氮也会对环境和人体造成危害。所以答案选B。 1. 空气是人类赖以生存的物质基础。某校社会实践小组的同学在老师指导下，组装了一个微型空气质量“检测站”，对当地空气质量状况展开了项目化学习。 任务一：认识空气质量检测的意义 【网络查询】空气质量检测有助于我们及时掌握空气质量状况，以便空气被污染时能及时采取应对措施，减小危害。 【小组交流】 (1)有害气体和 排放到空气中会对空气造成污染。 (2)空气污染的危害有 (写一点)。 【答案】(1)烟尘；(2)损害人体健康 【解析】(1)排放到空气中的有害气体和烟尘会超出大自然的自净能力，造成空气污染。(2)空气污染对人体健康和农作物生长都有危害，如引起慢性支气管炎、支气管哮喘、肺气肿及肺癌等疾病，对人体健康造成损害。 任务二：使用微型空气质量“检测站” 【社会实践】同学们利用组装的微型空气质量“检测站”，在一家工厂附近进行了为期一周的空气质量检测，结果如图所示。 【分析评价】(3)该工厂附近一周内(7月11日~7月17日)空气质量最好的一天是 ，这一天空气质量指数出现差异可能与 (写一种)有关。 【答案】(3)7月13日；风速(或降雨) 【解析】从检测结果中可以看出7月13日的空气质量指数相对较低，所以空气质量最好。气象条件如风速、降雨等会影响空气质量，风速大有利于污染物的扩散，降雨可以对空气污染物起着清除和冲刷作用。 任务三：探究污染物中有害气体成分 【走访调查】该工厂长期使用煤作燃料，煤主要含有碳元素，还含有少量硫、氮等元素。 【提出问题】工厂周围的空气中是否含有二氧化硫？ 【查阅资料】二氧化硫能使澄清石灰水变浑浊，也能使红色的品红溶液褪色。 【实验准备】用塑料袋收集该工厂附近的空气备用。 【进行实验】 (4)设计实验方案，探究工厂附近空气中是否含有二氧化硫。 实验方案 实验操作 实验现象 实验结论 方案一 将收集的空气样品通入少量       中，振荡 变浑浊 含有二氧化硫 方案二 将收集的空气样品通入少量品红溶液中，振荡红色 褪去 【反思评价】(5)同学们对方案一产生质疑，理由是 。 (6)煤燃烧时生成二氧化硫的文字表达式为 。 【答案】(4)澄清石灰水；(5)二氧化碳也能使澄清石灰水变浑浊；(6)硫 + 氧气二氧化硫 【解析】(4)根据查阅资料，二氧化硫能使澄清石灰水变浑浊，所以方案一将空气样品通入澄清石灰水中。(5)因为二氧化碳也能使澄清石灰水变浑浊，所以不能仅凭澄清石灰水变浑浊就确定含有二氧化硫。(6)煤中含有的硫元素在燃烧时与氧气反应生成二氧化硫，文字表达式为硫 + 氧气二氧化硫。 任务四：制定改善空气质量行动计划 【制定计划】(7)通过项目化学习，大家体会到科学、技术与社会的相互关系，制定出改善空气质量的诸多行动计划，如： 。 【答案】(7)积极植树、种草(或随手关灯等) 【解析】改善空气质量的行动计划有很多，如加强空气质量监测、植树造林、调整能源结构使用清洁能源、减少污染物排放等，积极植树、种草可以吸收空气中的污染物，随手关灯可以节约能源，减少污染物排放。 1. 某中学进行微型空气质量“检测站”的组装与使用活动。 活动一：了解城市空气质量 (1)图1为某城市9月8日的空气质量情况。图中的“X”代表 （填字母）。 a.氮气 b.氧气 c.二氧化碳 d.二氧化氮 (2)空气质量报告中所列的空气质量指数（AQI）越 （填“大”或“小”），空气质量越好。 活动二：检测某小区地下车库中的有害气体 实验小组用微型空气质量“检测站”测得某小区地下车库中一氧化碳浓度如图2所示。 (3)一氧化碳浓度最大的时间段是 （填“t1 - t2””t2 - t3“或“t3 - t4”）。 (4)一氧化碳浓度超标会中毒。若发现有人一氧化碳中毒时应该将患者移至空气流通的地方，并让患者及时吸氧，这是因为氧气具有的性质是 。 【答案】(1)d；(2)小；(3)t1 - t2；(4)能供给呼吸 【解析】(1)空气质量指数监控的气体包括二氧化硫、一氧化碳、二氧化氮、臭氧等，所以“X”代表二氧化氮。(2)空气质量指数越小，说明空气中污染物的含量越低，空气质量越好。(3)从图2中可以看出t1 - t2时间段一氧化碳浓度曲线最高，所以一氧化碳浓度最大。(4)氧气能供给呼吸，将一氧化碳中毒患者移至空气流通处并吸氧，可以使患者获得足够的氧气，缓解中毒症状。 在本次教学中，通过引导学生进行微型空气质量“检测站”的组装与使用实践活动，学生们对空气质量检测有了更深入的理解，也体会到了科学、技术与社会的相互关系。但在教学过程中也存在一些不足之处。例如，部分学生在组装检测站时遇到困难，对电子元件的连接和电路原理理解不够，这反映出在课程设计中对相关物理和信息技术知识的铺垫不足。在今后的教学中，应加强跨学科知识的融合，提前对相关知识进行讲解和示范。此外，在活动时间安排上不够合理，导致学生在展示与交流环节有些仓促，未能充分分享自己的成果和体会。后续教学中要更加合理地规划时间，确保每个教学环节都能达到预期效果。 2 学科网（北京）股份有限公司 $$