第二单元跨学科实践活动1微型空气质量“检测站”的组装与使用教学设计--2025-2026学年九年级化学人教版上册

该初中化学教学设计聚焦微型空气质量“检测站”组装与使用，通过对比图片、新闻案例导入，衔接空气污染物、传感器原理及电路连接等知识讲解，搭建实践操作的学习支架。 特色在于跨学科融合与实践探究，分组合作组装调试装置、实地监测分析数据（如Excel绘图），体现科学探究与实践、科学思维，培养学生跨学科解决问题能力和环保意识，教师易实施，有效落实核心素养。

《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 一、教学内容与课标要求 表1 课程标准内容要求与解读分析 内容要求 本实践活动聚焦空气质量检测这一现实问题，融合化学、生物学、物理学及信息技术多学科知识，引导学生自主组装微型空气质量检测装置。活动以常见空气污染物为检测对象，通过学习传感器原理、电路连接、数据采集与分析方法，完成检测站的搭建与调试。学生将在校园、社区等不同场所开展实地监测，记录不同时间、不同环境下的空气质量数据，对比分析影响空气质量的因素，进而撰写检测报告并提出改善建议。整个活动注重动手操作与科学探究的结合，旨在让学生体会化学与生活、社会的紧密联系，培养跨学科解决实际问题的能力，树立环境保护意识。 二、教学目标与教学重难点 了解常见空气污染物及其危害，掌握微型空气质量检测装置的组装原理，学会使用传感器采集和分析空气质量数据。 通过小组合作完成装置搭建与实地监测，培养实验操作、数据处理和科学探究能力。 增强环境保护意识，认识化学对改善空气质量的重要作用，养成关注社会热点问题的习惯。 教学重难点 重点：微型空气质量检测装置的组装与调试，空气污染物数据的采集与分析。难点：传感器与电路的正确连接，不同环境下空气质量差异的原因分析及解决方案提出。 三、教学过程 （一） 情境导入，激发兴趣 上课伊始，教师通过多媒体展示两组对比图片：一组是蓝天白云下的城市美景，空气清新，人们户外活动惬意；另一组是雾霾笼罩的城市，能见度低，行人佩戴口罩匆匆而行。同时播放一段新闻报道，内容为某城市因空气质量不佳导致呼吸道疾病患者增多的案例。 教师提问：“同学们，看了这些图片和新闻，你们有什么感受？我们身边的空气质量究竟如何？如何才能知道空气中有没有对人体有害的物质？” 学生自由发言，分享自己对空气质量的直观感受，比如在教室开窗通风前后的空气差异、放学路上闻到的汽车尾气味道等。 教师顺势引导：“要准确了解空气质量，不能只靠感觉，需要科学的检测工具。今天我们就一起来动手组装一个微型空气质量‘检测站’，用它来监测我们身边的空气质量，好不好？” 以此激发学生的探究欲望和动手兴趣，自然引入本次实践活动主题。 （二） 知识讲解，夯实基础 在学生跃跃欲试的状态下，教师结合知识清单，进行相关理论知识的讲解，为后续实践操作筑牢基础。 首先，讲解空气污染物相关知识。教师结合教材内容，介绍空气的主要成分是氮气和氧气，此外还有少量稀有气体、二氧化碳等。当空气中混入了对人体健康或环境有害的物质，就形成了空气污染。常见的空气污染物有颗粒物、挥发性有机物、二氧化硫、一氧化碳等。 接着，讲解微型检测装置的组成与原理。教师展示微型空气质量检测站的核心组件：传感器模块（包括颗粒物传感器、有害气体传感器）、数据采集器、显示屏、电池、导线等。教师逐一介绍各组件的功能：传感器是 “检测站” 的 “眼睛”，能够感知空气中污染物的浓度，并将其转化为电信号；数据采集器是 “大脑”，负责接收传感器传来的电信号，并将其转换为可以识别的数字数据；显示屏则用于实时显示检测到的数据，方便我们读取。 然后，补充电路连接的物理知识。教师结合简单的电路图，讲解串联和并联电路的特点，强调在连接电路时，要注意正负极不能接反，否则传感器和采集器可能无法正常工作。同时提醒学生，电路连接完成后，要先检查再通电，避免短路损坏元件。 最后，介绍跨学科关联知识。教师指出，空气质量不仅和化学中的污染物有关，还和生物学密切相关 —— 比如植物的光合作用可以吸收二氧化碳，释放氧气，有些植物还能吸附空气中的颗粒物；而数据的整理和分析则需要用到信息技术，比如用 Excel 绘制数据变化的折线图、柱状图，更直观地呈现不同环境下的空气质量差异。通过这些知识的讲解，让学生明白本次实践活动是多学科知识的融合应用。 （三） 分组合作，动手组装 这一环节是本次实践活动的核心，教师将学生分成 4 - 5 人一组，每组发放一套微型空气质量检测装置的组件，并提供详细的组装说明书。 1. 明确分工 教师要求各小组先进行分工，比如设立 “器材管理员” 负责领取和保管组件、“操作手” 负责电路连接和装置组装、“记录员” 负责记录组装过程中的问题和步骤、“安全员” 负责监督操作安全，确保人人参与，各司其职。 2. 分步组装 教师引导学生按照 “传感器连接→电路搭建→数据采集器调试→显示屏安装→通电测试” 的步骤进行组装。 传感器连接：学生根据说明书，将颗粒物传感器和有害气体传感器的引脚与数据采集器的对应接口相连。教师巡视指导，提醒学生注意引脚的顺序，不能插错，否则传感器无法采集数据。比如颗粒物传感器的 VCC 引脚接电源正极，GND 引脚接电源负极，DO 引脚接数据采集器的信号输入口。 电路搭建：学生用导线将电池、数据采集器和显示屏连接起来，形成完整的电路。对于串联和并联的连接方式，教师针对有困难的小组进行单独指导，比如电池的正负极要分别与数据采集器的正负极接口相连，显示屏的信号线要准确接入采集器的输出接口。 调试与安装：电路连接完成后，学生将各组件固定在一个小型塑料盒中，制作成便携式的微型检测站。然后安装电池，通电进行调试。此时，显示屏上应该会显示出当前环境的温度、湿度以及污染物的浓度数据。 3. 问题解决 在组装过程中，学生会遇到各种问题，比如显示屏不亮、数据显示异常、传感器无响应等。教师鼓励小组内成员先自主讨论解决，比如检查电路连接是否松动、正负极是否接反、电池电量是否充足等。对于小组无法解决的问题，教师再进行集中讲解和示范。教师引导他们检查颗粒物传感器的防尘罩是否取下，因为防尘罩会阻挡颗粒物进入传感器，导致数据检测不准确。 通过这一环节的动手操作，不仅锻炼了学生的实验操作能力，还培养了他们的团队合作精神和问题解决能力。 （四） 实地监测，数据采集 当各小组的微型空气质量检测站调试成功后，教师组织学生开展实地监测活动，让检测站 “大显身手”。 1. 确定监测地点 教师引导学生选择不同类型的监测地点，确保监测数据具有对比性。比如校内的教室（关闭门窗和开窗通风两种状态）、操场、植物园；校外的社区广场、交通路口、公园等。各小组可以选择 2 - 3 个不同的地点进行监测。 2. 规范监测 学生到达监测地点后，将微型检测站放置在平稳的地方，通电后等待 5 - 10 分钟，让传感器充分适应环境，然后记录显示屏上的各项数据，挥发性有机物含量、温度、湿度等。记录员要详细记录监测的时间、地点、环境状况（如是否有车辆经过、是否有植物、人流量大小等）以及对应的检测数据。 教师强调监测过程中的注意事项：一是要保证检测站在同一高度进行监测，比如都放置在离地面 1.5 米的位置，避免高度差异影响数据准确性；二是在每个地点的监测时间要相同，确保数据具有可比性；三是要注意安全，尤其是在交通路口监测时，要远离机动车道，遵守交通规则。 （五） 数据分析，总结交流 实地监测结束后，各小组回到教室，对采集到的数据进行整理、分析和总结，并撰写简易的检测报告。 1. 数据整理与分析 教师指导学生利用 Excel 软件，将记录的数据制作成柱状图或折线图，更直观地呈现不同地点的空气质量差异。比如用柱状图对比不同地点的浓度，用折线图展示同一地点不同时间的污染物浓度变化。 在分析过程中，教师引导学生思考以下问题：① 哪个地点的空气质量最好？哪个地点的最差？为什么会出现这种差异？② 关窗的教室和开窗的教室空气质量有什么不同？这说明了什么？③ 交通路口的污染物浓度较高，可能与哪些因素有关？ 学生结合化学、生物、物理知识展开讨论，比如植物园的空气质量好，是因为植物的光合作用吸收了二氧化碳，同时吸附了部分颗粒物；交通路口的污染物浓度高，是因为机动车尾气排放了大量的有害气体和颗粒物；关窗的教室空气质量差，是因为学生呼吸产生的二氧化碳无法及时排出，同时灰尘等颗粒物积累较多。 2. 撰写检测报告 各小组根据数据分析的结果，撰写检测报告。报告内容包括：监测目的、监测地点与时间、监测方法、数据记录与分析、结论与建议。教师强调，结论要基于数据，客观真实；建议要具有可行性，比如针对教室空气质量差的问题，建议勤开窗通风、摆放绿萝等净化空气的植物；针对交通路口空气质量差的问题，建议绿色出行、减少机动车尾气排放等。 3. 小组交流展示 各小组派代表上台展示自己的检测报告，分享监测过程中的收获和体会。其他小组可以提出疑问和建议，比如 “你们在监测过程中遇到了什么问题？是怎么解决的？”“你们提出的改善空气质量的建议，还有没有补充的地方？” 教师对各小组的表现进行点评，肯定大家在动手操作、数据分析和团队合作方面的优点，同时指出报告中存在的不足，比如数据记录不够完整、建议不够具体等，并给出改进意见。 第 2 页 共4 页 学科网（北京）股份有限公司 学科网（北京）股份有限公司 学科网（北京）股份有限公司 $