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

《跨学科实践活动1 微型空气质量“检测站”的组装与使用》 姓名： 学科：化学 年级：九年级上册 课时：预习1课时 授课教师： 一、教学目标 1.掌握二氧化硫、二氧化氮等气态污染物的来源、危害及检测指标，了解微型检测站的核心组件与工作原理，知晓空气质量指数（AQI）分级标准。 2.能结合跨学科知识组装检测站，规范操作并采集、分析数据，提升动手实践、小组协作及问题解决能力。 3.树立“物质性质与环境问题关联”的化学观念，增强环保意识与社会责任感，理解科学技术对生态保护的重要意义。 三、重难点 教学重点：气态污染物的识别、危害及检测原理，微型空气质量检测站的组装流程与规范操作，检测数据的采集与初步分析。教学难点：传感器与电路的正确连接及调试，检测原理与化学性质的关联理解，多学科知识的综合运用（如气象条件对污染物扩散的影响），结合检测结果提出切实可行的污染防治建议。 四、上课讲义 （一）情境导入：关注身边的空气质量 同学们，我们每天都在呼吸空气，它是人类生存的宝贵资源。但随着工业发展、交通便捷化，空气中的污染物逐渐增多，超出自然自净能力后就会造成空气污染。大家有没有这样的经历：雾霾天会感到呼吸道不适，夏季午后有时会觉得空气浑浊？这些现象都与空气中的污染物有关。 （二）理论铺垫：认识气态污染物与空气质量监测 1. 核心气态污染物的来源与危害 空气的成分本是相对固定的，氮气占78%、氧气占21%、稀有气体占0.94%、二氧化碳占0.03%，其余为少量杂质。但当有害气体进入空气，就会破坏这种平衡，引发污染。我们重点关注的四种气态污染物，各自有着不同的来源和危害。 二氧化硫（SO₂）：主要来源于燃煤、工业排放，比如火力发电厂、钢铁厂、化工厂燃烧含硫燃料时会大量排放。它是酸性气体，短期接触会刺激呼吸道，引发咳嗽、喉咙痛，长期暴露可能导致慢性支气管炎等疾病；同时，二氧化硫也是形成酸雨的主要元凶之一，会腐蚀建筑物、破坏土壤和植被。 二氧化氮（NO₂）：主要来自汽车尾气、工业废气，汽车发动机燃烧汽油时，氮气与氧气在高温下反应生成一氧化氮，进而被氧化为二氧化氮。它同样是酸性气体，会刺激眼睛和呼吸道，浓度过高时可能引发胸闷、呼吸困难；长期接触会损伤肺部功能，同时也会参与酸雨和光化学烟雾的形成。 一氧化碳（CO）：属于有毒气体，主要来源于燃料不完全燃烧，比如汽车尾气、家用煤炉、燃气热水器使用不当等。它的危害在于能与人体血红蛋白紧密结合，抢占氧气的结合位点，降低血液输氧能力，导致人体组织缺氧，轻度中毒会出现头晕、恶心，严重时可危及生命。 臭氧（O₃）：与我们熟知的大气层中保护地球的臭氧不同，近地面的臭氧属于污染物，主要通过光化学反应生成——汽车尾气、工业废气中的挥发性有机物（VOCs）与氮氧化物，在阳光照射下发生反应产生臭氧。臭氧具有强氧化性，会刺激呼吸道和眼睛，引发咳嗽、咽痛，还会损伤农作物，影响植物光合作用。 需要注意的是，二氧化碳（CO₂）是空气的固有成分，不属于空气污染物，不会被计入空气质量评价指标。 2. 空气质量指数（AQI）分级标准 我们日常了解的空气质量，是通过空气质量指数（AQI）来衡量的。AQI是定量描述空气质量状况的指数，数值越大，空气污染越严重。我国的空气质量分级标准如下：AQI在0-50之间为一级，空气质量状况为优，适合各类人群活动；51-100为二级，状况为良，极少数敏感人群需减少户外活动；101-150为三级，轻度污染，敏感人群应避免长时间户外活动；151-200为四级，中度污染，建议公众减少户外活动；201-300为五级，重度污染，公众应尽量留在室内；超过300为六级，严重污染，需采取防护措施，避免外出。 空气质量日报的主要内容包括AQI、首要污染物、空气质量状况等，我们可以通过“全国城市空气质量实时发布平台”查询各地实时数据，这也是空气质量监测对日常生活的重要指导作用。 3. 微型空气质量“检测站”的核心结构与原理 专业的空气质量监测站设备复杂、体积庞大，而我们要组装的微型检测站，是将核心监测功能微型化、简易化。其核心组件包括传感器、单片机处理器、液晶显示模块、面包板、导线、电源、开关等，各组件分工明确，协同工作。 传感器是检测站的“感知器官”，我们需配备二氧化硫传感器、二氧化氮传感器、一氧化碳传感器、臭氧传感器，部分检测站还可搭配温度、湿度传感器，辅助分析气象条件对污染物浓度的影响。不同传感器通过特定原理识别对应污染物：比如二氧化硫和二氧化氮常用分光光度法或化学发光法，传感器内的试剂与污染物反应生成有色物质或产生发光现象，通过检测吸光度或发光强度确定浓度；一氧化碳传感器通过电化学反应，将一氧化碳的浓度转化为电信号；臭氧传感器则利用其强氧化性，与传感器内电极发生反应产生电信号。 单片机处理器是检测站的“大脑”，负责接收传感器传输的电信号，将其转化为可读取的数值；液晶显示模块是“展示窗口”，实时呈现检测到的污染物浓度、AQI初步数值及温度、湿度等信息；面包板用于搭建临时电路，方便组件连接与调试；电源为整个检测站提供动力，开关控制设备启停。 （三）安全须知与准备工作 1. 安全注意事项 本次实践涉及电路连接与用电操作，安全是首要前提。首先，电路连接过程中必须断开电源，严禁带电接线，避免短路引发设备损坏或触电危险；连接导线时要规范操作，不要用力拉扯导线，防止导线断裂或接口松动；安装传感器时要轻拿轻放，避免碰撞损坏，传感器进气口需保持通畅，无遮挡物影响检测精度。其次，实验过程中不要随意触摸电路接口和传感器探头，避免手上的汗液、污渍影响设备性能；若发现设备发热、异响、屏幕无显示等异常情况，立即关闭开关，断开电源，向老师报告，切勿自行拆卸。最后，实验结束后，按规范断开电路，整理组件，将工具和设备归位，保持桌面整洁。 2. 器材准备 每组需准备：单片机处理器1个、二氧化硫传感器1个、二氧化氮传感器1个、一氧化碳传感器1个、臭氧传感器1个、液晶显示模块1个、面包板1块、杜邦线若干、电源1个、开关1个、螺丝刀1把、护目镜每人1副、检测记录表1份、笔1支。教师需准备备用组件、万用表（用于故障排查）、相关软件安装包（适配单片机与电脑/手机数据传输），同时提前调试好示范用检测站，便于演示操作。 （四）成果展示 每组推选代表，展示本组组装的微型空气质量“检测站”，介绍组装过程、遇到的问题及解决方法，展示检测记录表，分享数据分析结果和结论。其他小组认真倾听，提出疑问和建议，如“为什么你们组校园门口的一氧化碳浓度比我们组高？”“如何提高传感器的检测精度？”等，展示组进行答辩，通过互动交流，加深对实践内容的理解。 教师对各组成果进行点评，重点关注组装规范性、数据完整性、分析深度和小组协作情况，评选“最佳组装小组”“最佳数据分析小组”，肯定优点，指出不足，引导学生总结经验，优化检测方案。 ( 第 1 页 共 6 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 学科网（北京）股份有限公司 $