专题2跨学科实践活动微型空气质量“检测站”的组装和使用教学设计---2025-2026学年八年级化学沪科版（五四学制）全一册

该初中化学教学设计聚焦空气组成、污染物检测核心知识，通过查阅资料、角色扮演“空气质量检测师”导入，衔接学生已学空气知识，以思维导图、任务分工表为支架，引导组装使用微型空气质量“检测站”。 特色为跨学科项目式学习，融合化学、物理、计算机等，探究课组装传感器与电路，展示课检测教室、操场空气质量，培养科学探究与实践能力，强化环保责任，助学生提升动手与协作能力，为教师提供跨学科教学范例。

专题2 跨学科实践活动 微型空气质量“检测站”的组装和使用 （单元教学设计） 一 、活动设计思路 本活动是用项目式学习的方式，在学生已经初步了解空气的组成、空气中的主要污染物的基础上开展的。本项目融合了化学与物理、计算机、生物学、劳动、环境等多个学科的知识，有利于启发学生的思维和提升核心素养。通过对本项目的学习，学生可进一步学习开展科学探究活动的一般过程，能从化学学科的视角，探究空气污染物处理的方案，在理解科学、技术、社会、环境相互关系的基础上，逐步形成化学对促进社会可持续发展的正确认识，树立人与自然和谐共生的科学自然观和绿色发展观。 项目式学习的核心是培养学生的高阶思维能力，包括创新、问题求解、决策和批判性思维能力，引导学生自主学习，这种学习方式是一种建构性的教与学方式，教师将学生的学习任务项目化，指导学生基于真实情境提出问题，并利用相关知识与信息资料开展研究、设计和实践操作，最终解决问题并展示和分析项目成果。 本项目学习活动的课堂教学时间共4课时，具体安排为导引课 1 课时，探究课 2 课时，展示课 1课时。导引课的主要任务是学生通过查阅资料和文献，了解国内外空气质量检测的原理，提高学生对空气的认识和关注。探究课的主要任务是模拟空气质量“检测站”，完成微型空气质量“检测站”的组装，提高学生的动手能力和实践能力。 展示课的主要任务是微型空气质量“检测站”的使用，检测不同环境下的空气质量，增强环保意识，强化保护环境的社会责任。 但要完成整个项目，学生还需在课外完成如资料的收集、产品的制作、交流汇报的准备等任务，课堂时间用于解决项目中的核心或关键问题。 二 、活动规划 活动主题：微型空气质量“检测站”的组装和使用 活动分析 在本项目学习活动前，学生已经初步了解空气的组成、空气中的主要污染物等知识。 在本项目中，学生以“空气质量检测师”的职业身份参与，尝试模拟真实情境下“检测师”解决本项目时的思维路径和方法，通过前期调研，小组合作，完成项目任务，初步体验真实化学问题的解决过程，并形成解决复杂化学问题的基本思路。 活动目标 通过本项目学习活动，学生可对空气质量指数的计算有初步了解，对不同类别的传感器、MST32开发板有初步认识，在空气质量“检测站”的组装及使用的过程中，学生将以往学过的知识迁移到新的情境中解决实际问题，在新情境中产生新的知识，通过不断挑战问题提高思维品质，让学生在完成作品过程中实现信息的查找、记忆、整理、理解和巩固等认知过程。 初步感受跨学科知识的融合之美，以及数字化实验仪器在我们科学研究中的“战斗力”和为我们生活带来的便利。 学科网（北京）股份有限公司 （续表） 活动目标 1 . 在当今的城市生活中，空气污染对我们的健康和生活品质有着深远影响，研究空气质量指数的计算方法。 2. 查阅空气质量检测的方法和原理，学习空气质量“检测站”的组装。 体验探索新知的快感和实践出真知的成就感。 3 . 通过对空气质量“检测站”的设计与制作，尝试运用跨学科知识、计算机编程知识和简单的技术与工程的方法解决实验仪器创新的实际问题，并结合对传感器型号的选择，以及对最终产品的测试和调试，形成主动反思与总结和目标导向的思维习惯。 4. 通过对空气质量“检测站”的运用实操，感受读取数据、分析数据、数形结合，解释数据的意义，促进高阶思维的发展。 能关注社会生活，感受科技能提升人类的生活质量。 5 . 通过小组合作完成任务，培养与他人分工协作、沟通交流解决问题的能力，提高学习兴趣和学习效果。 三 、课时学习规划 课时 行为目标 教学活动 （活动组／问题链／任务单） 教学资源 评价内容 第 1课时 导引课 1、通过网络检索空气成分、空气污染物、空气质量检测、空气质量检测原理等关键词，了解空气质量对人类社会的重要意义，研究空气质量指数的计算方法，以及知道组装空气质量“检测站”所需的材料，如 传 感器、电 路板、电池等。 2、在老师的指导下，讨论并归纳制作空气质量“检测站”所需要考虑的因素和步骤，以思维导图或流程图的形式明确制作空气质量“检测站”时的步骤、任务。 3、进行项 目的简单规划，明确成员分工，并制定项目进度计划表。 活动 1：交流收集的文献资料。 【情境】图片、视频。 【问题】① 空气污染物有哪些？ ② 如何检测空气污染物？ 【任务 1】空气质量指数的计算方法。 【任务 2】空气质量“检测站”的工作原理。 教材图：一款检测 PM2.5和甲醛的参考设计。 ① 能说出六种空气污染物。 ② 能积极参与讨论，勇于表达。 活动 2：制作空气质量“检测站”的步骤。 【情境】角色扮演“空气质量检测师”。 【问题】① 组装空气质量“检测站”需要哪些材料？② 组装空 气 质 量 “检 测站 ”的 步 骤 有哪些？ 【任务 3】 讨论制作空气质量“检测站”的步骤。 工业产品制作的一般流程 模型：市场需求→ 原理选 择→产品设计→ 选材制作 →测试修改（多次）→ 产品发布。 ① 能代入“检测师”角色，运用技术员的思考方法讨论真实情境下问题解决路径。 ② 能初步形成问题解决的相关思维导图。 活动 3：明确任务、制定计划并进行分工。 【情境】组建研发空气质量“检测站”的团队。 学习单（小组）。 学习单（个人）。 ① 能以思维导图或流程图的形式进行任务拆解。 ② 能合作制定项目计划及项目检查表。 【问题】① 制作空气质量“检测站”大致有哪些任务？② 小组成 员 如何进行分工合 作？ ③ 怎样进行进度检查？ 【任务】明确制作空气质量“检测站”的相关任务，讨论并制定项目计划，进行分工。 ③ 讨论和进行任务分工，组员明确自己的任务。 课后任务。 查找资料：了解产品化的检测仪。 （续表） 课时 行为目标 教学活动 （活动组／问题链／任务单） 教学资源 评价内容 第 2课时 探究课 1 1、通过查阅资料，明 确 单 片机系统的研究对象及 实 现 功能，对系统软硬件设计进行划分并提出 具 体 的 实 现方案。 2、 确定系统的 总 体 设 计 方案，包 括 其 功能设计，电 路 工 作原理。 3、进行系统的 硬 件 电 路 设计，包 括 硬 件 电路构 成、测 量 原理 及 单 片 机 的选择。 4、 建立单片机软件开发环境。 5、根据所设计的硬件原理图，在分析透彻其工作原理的基础上，完成各部分的软件流程设计并编写相应的程序 代 码，必要时查阅相关的数据手册和使用说明书等资料。 课前准备：单片机、OLED、微控制器、模数转换的应用学习，学生以小组为单位熟悉芯片的基本知识： 1.初步了解通信的两种方式：串口及AD。 2.安装软件并进行绘图。 3.配置STM32引脚，安装库文件。 4.了解STM32单片机引脚默认是低电平。 5.了解单片机串口通信，实现传感器如PM2.5 、甲醛等和WIFI模块单片机进行通信。 6.通过 OLED进行 IIC通信，显示当前信息。 ① STM32中文参考手册。 ② 智能气体模组传感器使用说明。 ① 通过看视频及查阅资料对单片机、OLED、微控制器、模数转换的应用学习。 ② 熟悉芯片的功能，学习相应的函数，程序设计等，用芯片实现模数转换、串口通信等。 ③ 通过查资料，看相关的作品，分析如何通过模数转换实现报警的相关程序。 活动 1：初步认识智能家居环境检测仪器中的传感器工作原理。 【情境】在办公场所或者是家居生活中随时了解周围环境，室内空气质量对人们的日常生活也产生了重要影响，适宜的温度、湿度能给人舒适感，而有害气体的散发却严重损害人体健康。 因此，如何检测室内温度、湿度及甲醛、PM2.5等物质的浓度显得至关重要。 【展示】智能家居环境检测仪器实物。 【问题】① 这些检测仪器有哪些优点？② 这些检测仪器的结构和工作原理是怎样的？ 【任务】分析不同智能家居环境检测仪器的结构和工作原理，了解不同传感器在电路中作用。 不同智能家居环境检测仪器实物。 ① 通过拆卸组装智能家居环境检测仪器了解其内部结构。 ② 通过对比不同智能家居环境检测仪器的工作原理，归纳出不同传感器能采集不同环境数据。 活动 2：选择合适的传感器制作微型空气质量“检测站”。 【情境】制作空气质量检测装置的团队会议：提出微型空气质量“检测站”的建设构想，建议检测指标为：PM2. 5 、甲醛、温度、湿度。 学习单（小组）。 ① 能结合之前的学习过程确定小组制作所需传感器。 ② 能结合芯片的基本知识提出初步的电路构成设想。 ③ 能细化任务，并明确分工。 （续表） 课时 行为目标 教学活动 （活动组／问题链／任务单） 教学资源 评价内容 第 2课时 探究课 1 【问题】①设计的空气质量检 测装置可用于什么场景，采用哪些传感器制作？② 希望设计制作的微型空气质量“检测站”具备哪些优点？ 【任务】明确微型空气质量“检测站”的使用需求，选择合适的传感器，讨论提出电路构成初步设想，进一步细化任务并进行分工。 课后任务。 初步设计并绘制微型空气质量“检测站”的图纸，寻找物料，并尝试制作。 第 3课时 探究课 2 1.对制作的微型空气质 量“检测站”进行展示、反思，运用简单的技术与工程的方法，确定产品迭代角度，养成主动反思和改进学习过程与结果的习惯。 2.讨论产品发布会所需资料，运用艺术、语文及信息技术等多学科知识尝试解决 问 题，培 养创新意识。 3.能通过讨论及初步制作评价量表，对自己的产品进行反思，指导后期进行产品迭代和准备发布产品。 4.通过小组合作完成任务，培养与他人分工协作、沟通交流解决问题的能力。 活动1：展示自制PM2.5和甲醛检测装置。 【展示交流】以小组形式对 自制PM2.5 和甲醛检测装置进行展示，并阐述设计的主要内容和功能。 【问题】① 装置的结构是否完整？是否能实现预定功能？ ②装置有什么优点和不足？ 改进方向是什么？ 【任务】初步测试PM2.5和甲醛检测装置，并进行反思，思考改进方向。 自制PM2.5和甲醛检测装置。 ① 能基本实现如下功能（包括但不限于）： 1)温度、湿度的实时检测。 2)PM2.5浓度的实时检测。 3)OLED液晶屏显示检测到的温度、湿度和PM2.5浓度值。 4) 按键设置温度、湿度 和PM2.5的 报 警值，当超出报警值时，蜂鸣器报警。 5)单片机和手机之间无线通信，在手机上展示数据。 6)甲醛采用甲醛传感器进行读取当前环境的甲醛浓度。 ②能分析归纳产品的不足，进行反思，思考产品改进的方向。 活动 2：选择合适的传感器优化微型空气质量“检测站”。 【任务】结合上述的不足对装置进行优化，建议学生从空气质量指数（即六种空气污染指标），选择合适的传感器进行AQI 的测算、算法的优化（即从数据采集呈现方式改变，将呈现方式从直观的数据，改为图像的展示）。 能尝试根据所学内容进行传感器的选择和使用，能根据不足之处对装置进行迭代。 （续表） 课时 行为目标 教学活动 （活动组／问题链／任务单） 教学资源 评价内容 第 3课时 探究课 2 活动 3：筹备产品发布。 【情境】制作微型空气质量“检测站”的团队会议：产品宣发准备。 【问题】①从哪些角度宣传发布产品？以什么形式宣发？ ② 产品发布会需要准备哪些 材料？ 【任务】讨论产品发布的角度、形式、材料准备，细化任务、明确分工。 ① 能讨论并梳理产品发布的角度、形式等。 ② 能明确产品发布会需要准备的材料。 ③ 能细化任务，并明确分工。 活动 4：制作评价量表。 【情境】扮演产品评估专家。 【问题】① 从哪些方面评估产品？ ② 怎样制作评价量表？ 【任务】讨论并初步制作评价量表。 学习单（小组）。 ①能提出多角度的评价内容。 ②能初步制定评价量表。 第 4课时 展示课 1.通过发布产品，使用产品真实 检 测教 室、操场、商场等生活场景下的空气质量，填写记录表，根据检测的数据，进行数据分析，计算出空气质量指数，进而分析出空气质量的等级。初步学会运用实验等手段获取化学事实，运用分析、综合、归纳等方法得出结论，形成一定的证据推理能力。 2.通过项 目回顾，归 纳 小 结完成此项 目 的基本历 程，梳 理 并汇总解决制作类课题的思路和方法，进 一 步 学 习开展科学探究活动的一般过程。 3.在认识空气过程中，形成对空气污染物的处理方案，增强环保意识。 活动 1：明确任务。 【情境】主持人进行产品发布会任务说明。 【问题】① 发布产品的小组及组员的任务是什么？② 其他小组进行产品发布，观众的任务是什么？ 【任务】明确不同角色的任务。 教师汇总并整合后形成的评价量表。 能明确自己的任务，快速进入角色。 活动 2 ：小 组 轮 流 进 行 产 品发布。 【情境】产品发布会。 【问题】① 你对产品有什么疑问或建议吗？（观众）② 你怎 样回答观众的提问？（发布组） 【任务】发布的小组：使用产品发布资料介绍 自 己的产品，回答观众的提问。 观众：认真观看和聆听，思考并适时提出质疑，使用评价量表进行评价。 发布小组：产品发布的资料，如演示文稿、短视频、海报、图片等。 观众：评价量表。 ① 发布小组：能回顾梳理本组产品诞生过程，并演示自己的产品功能，讲解设计的理念和产品特点，解决观众对自己产品的质疑，收集有利于改进产品的信息。 ② 观众：能仔细观看和聆听，思考并适时提出质疑，了解 自评和互评的规则，进行客观的评价。 （续表） 课时 行为目标 教学活动 （活动组／问题链／任务单） 教学资源 评价内容 第 4课时 展示课 4.通过评价项目成果和自我成长，保持对世界的好奇心、探究欲，热爱科学，逐步形成崇尚科学、严谨求实、追求真理、勇于克服困难的坚毅品质；初步形成保护环境的态度和健康的生活方式；初步 认识 科 学、技术、社会、环境的相互关系，树立人与自然和谐共生的科学自 然观和绿色发展观。 活动 3：归纳解决问题的一般思路和模式。 【情境】制作团队会议：反思改进。 【问题】① 产品是否还需要改进？② 完成本项 目的思路和过程是什么？ 【任务】 回顾小组完成项目的历程，思考产品的完善方向，展望未来。 学习单（小组）。 ① 能结合观众的提问，思考产品改进方向。 ② 能通过项目回顾，归纳小结完成此项目的基本历程，梳理并汇总解决制作类课题的思路和方法，进 一步形成解决复杂化学问题 的 基 本 思 路 和模型。 课后任务。 如有需要，继续改进和完善作品，可以为作品设计宣传海报或拍摄宣传视频。 四 、学习评价方案 1 . 学生自评及互评：结合自己的学习过程及各小组的产品发布进行评价。 2. 教师评价：以过程性评价为主，关注学生在实施项目过程中的态度及参与度。 3. 评价细则及量表。 (1) 评价细则 微型空气质量“检测站”数据记录表 场所 空气质量分指数 污染物项目浓度 二氧化硫 (SO2) 24小时 平均 二氧化硫 (SO2) 1小时 平均 二氧化氮 (NO2) 24小时 平均 二氧化氮 (NO2) 1小时 平均 PM10 24小时 平均 一氧化碳 (CO) 24小时平均 一氧化碳 (CO) 1小时平均 臭氧 (O3) 1小时平均 臭氧 (O3) 8小时平均 PM2. 5 24小时 平均 (μg ·m-3 ) (μg ·m-3 ) (μg ·m-3 ) (μg ·m-3 ) (μg ·m-3 ) (μg ·m-3 ) (μg ·m-3 ) (μg ·m-3 ) (μg ·m-3 ) (μg ·m-3 ) 教室 操场 商场 …… (2) 学生评价表 微型空气质量“检测站”产品发布会评价表（产品） 小组编号 微型空气质量“检测站”产品 产品发布过程 疑问或建议 满足需求 使用便利 改进迭代 是否便携 是否美观 创新设计 语言表述 图文展示 回答提问 整体效果 1 2 3 4 5 以上每项分值均为 0~10 分，10 分最高，0 分最低。 项目完成过程评价表（个人） 具体要求 任务完成度 合作态度 组长评 教师点评 前期准备 □ 完成 □ 基本完成 □ 未完成 □ 积极主动 □ 被动参与 □ 消极怠慢 在团队中的合作表现 □ 积极主动 □ 被动参与 □ 消极怠慢 对小组问题解决的贡献 □ 贡献巨大 □ 贡献一般 □ 没有贡献 □ 其他 产品制作 □ 完成 □ 基本完成 □ 未完成 □ 积极主动 □ 被动参与 □ 消极怠慢 产品发布 □ 完成 □ 基本完成 □ 未完成 □ 积极主动 □ 被动参与 □ 消极怠慢 回顾我的活动之旅 姓名 所属小组 我主要承担的任务有哪些？ 我学到的最重要的东西是什么？ 在活动中我最感兴趣和最不感兴趣的是什么？ 为什么？ 在活动中我遇到了哪些困难？ 是如何解决的？ 解决问题的思路和方法是什么？ 对比其他小组，我们组的优势和不足是什么？ 我给老师的建议是什么？ 学科网（北京）股份有限公司 $