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

跨学科实践：微型空气质量检测站组装与使用 教案设计 （人教版九年级化学上册 第二单元 跨学科实践活动） 一、教材分析 本活动位于人教版九年级化学上册第二单元《空气和氧气》之后，是本单元知识的拓展性跨学科实践内容。教材以 “空气质量检测” 为真实情境，串联化学（空气污染物）、物理（传感器原理）、信息技术（数据采集与分析）、工程（装置组装）等多学科知识，打破学科壁垒，体现 “化学与技术、社会、环境” 的紧密联系。活动既巩固了空气污染物、空气污染防治等化学核心知识，又通过实践操作培养学生的工程设计、数据处理与问题解决能力，是落实化学核心素养的重要载体。教材设置的 “任务链” 逻辑清晰，从 “认识意义 — 参观访谈 — 组装装置 — 实践应用” 层层递进，符合学生的认知发展规律，也为后续化学与生活的学习奠定了实践基础。 二、学情分析 九年级学生已掌握空气的组成、空气污染物及防治措施等基础化学知识，对 “空气质量” 这一生活话题有一定的生活经验，对传感器、数据采集器等科技设备充满好奇心与探索欲。但学生对 “传感器的工作原理”“跨学科知识的综合应用”“装置组装的工程思维” 较为陌生，动手实践能力、数据分析能力有待提升。同时，学生具备初步的小组合作能力，但在分工协作、方案设计与问题解决方面仍需教师引导。因此，教学中需以真实情境为驱动，通过任务拆解、分步指导，降低实践难度，同时为学生提供自主探究与合作交流的空间。 三、素养目标 1.化学观念：通过分析空气污染物的种类与危害，深化对物质性质与环境影响的认识，树立 “物质观” 与 “环境观”。 2.科学思维：在组装检测装置、分析检测数据的过程中，培养证据推理、模型建构与数据分析的科学思维。 3.科学探究与实践：经历 “设计方案 — 组装装置 — 采集数据 — 分析评价” 的完整实践过程，提升工程设计、动手操作与跨学科实践能力。 4.科学态度与责任：认识空气质量监测对环境保护的重要意义，树立 “绿色化学” 理念，增强社会责任意识与环保意识。 四、教学重点和难点 教学重点：微型空气质量 “检测站” 的组装方法；利用检测数据对空气质量进行分析与评价。 教学难点：跨学科知识的综合应用（传感器、数据采集器与计算机的连接）；设计合理的组装方案并解决实践中的技术问题。 五、教学准备 1.教师准备： 多媒体课件（包含本地空气质量监测站视频、传感器工作原理微视频、组装步骤示范视频）； 实验器材：SO₂传感器、PM₂.₅传感器、数据采集器、计算机 / 平板、数据线、组装支架、导线； 提前联系本地环保部门，获取空气质量监测相关资料（或线上参观链接）； 学生分组任务单、检测数据记录表。 2.学生准备： 预习教材相关内容，查阅本地空气主要污染物及防治措施资料； 提前分组，明确分工（方案设计员、组装操作员、数据记录员、成果展示员）。 六、教学方法 任务驱动法、小组合作探究法、演示法、跨学科融合教学法、实践操作法 七、教学过程（1 课时，45 分钟） 环节一：情境导入，明确任务（5 分钟） 1.情境创设：播放本地近一周空气质量指数（AQI）变化视频，展示不同 AQI 下的城市环境图片，提问：“为什么有的日子空气清新，有的日子却灰蒙蒙的？我们如何用科学的方法检测身边的空气质量？” 2.引入课题：引出本节课的跨学科实践活动 —— 组装与使用微型空气质量 “检测站”，明确本节课的核心任务：完成装置组装、采集并分析空气质量数据。 3.活动目标解读：结合教材活动目标，明确本节课的学习任务与实践要求，强调跨学科实践的意义。 环节二：任务拆解，知识铺垫（10 分钟） 任务 1：回顾空气质量检测的核心知识 小组快速抢答：①空气的主要污染物有哪些？（SO₂、NO₂、PM₂.₅、CO、O₃等）；②空气污染对人体和农作物有哪些危害？；③我国防治空气污染的具体措施有哪些？ 教师补充：结合本地实际，介绍本地空气主要污染物（如工业排放的 SO₂、扬尘带来的 PM₂.₅），引导学生关注本地环境问题。 任务 2：认识 “检测站” 的核心设备 教师展示传感器、数据采集器等器材，播放微视频讲解：传感器如何将污染物浓度转化为电信号，数据采集器如何传输信号，计算机如何显示数据。 小组讨论：根据本地污染物特征，应选择哪些传感器？（如本地工业发达，优先选择 SO₂传感器；扬尘较多，优先选择 PM₂.₅传感器） 环节三：小组合作，方案设计与装置组装（15 分钟） 步骤 1：设计组装方案（3 分钟） 各小组根据教材 “任务三” 要求，结合器材清单，绘制组装示意图，明确传感器、数据采集器与计算机的连接方式，标注分工。 教师巡视指导，提醒学生注意：传感器的安装位置（需暴露在空气中，避免遮挡）、线路连接的稳定性。 步骤 2：组装微型 “检测站”（10 分钟） 各小组按照方案组装装置，教师同步播放组装示范视频，巡回指导： 将传感器固定在支架上，确保探头无遮挡； 用数据线将传感器与数据采集器连接； 将数据采集器与计算机 / 平板连接，安装并调试配套软件； 测试装置是否正常工作（软件是否能实时显示数据）。 针对组装中出现的问题（如数据无显示、连接失败），引导小组自主排查原因（如线路松动、软件未安装驱动），教师适当提供帮助。 步骤 3：预测试与调试（2 分钟） 各小组在教室窗边进行预测试，观察数据变化，确认装置可正常采集数据，调整传感器位置。 环节四：实地检测，数据分析与评价（10 分钟） 数据采集：各小组携带 “检测站” 到校园不同地点（如操场、教学楼走廊、校门口），采集并记录 PM₂.₅、SO₂的浓度数据，填写记录表。 数据分析：回到教室后，小组根据数据对比不同地点的空气质量差异，分析影响因素（如校门口汽车尾气、操场扬尘），结合 AQI 分级标准，对校园空气质量进行评价。 成果交流：邀请 2-3 个小组分享检测结果，说明不同地点空气质量差异的原因，提出校园空气质量改善的建议。 环节五：展示交流，课堂小结（5 分钟） 1.展示与互评：各小组展示组装的 “检测站”，介绍组装方法、数据处理方式，其他小组从装置稳定性、数据准确性、方案合理性等方面进行评价。 2.课堂小结：师生共同梳理本节课的核心内容： 空气质量检测的意义与方法； 微型 “检测站” 的组装要点； 跨学科知识在环境监测中的应用。 3.拓展延伸：引导学生思考：“除了校园，还可以在哪些地方检测空气质量？如何进一步优化‘检测站’，检测更多污染物？” 八、板书设计 跨学科实践活动 1 微型空气质量 “检测站” 的组装与使用 一、为什么检测？ 空气污染物：SO₂、PM₂.₅、NO₂、CO… 危害：人体健康、农作物生长 措施：减少排放、植树造林、监测预警 二、怎么组装？ 器材：传感器（PM₂.₅/SO₂）、数据采集器、计算机 步骤：方案设计→组装连接→软件调试→预测试 三、怎么用？ 地点：校园不同区域 数据：记录→对比→分析 评价：AQI 分级→提出建议 九、作业设计（含参考答案） 基础作业（必做） 1.结合本节课的实践，写出微型空气质量 “检测站” 的组装步骤（3-5 条），并说明组装过程中需要注意的问题。 参考答案： 组装步骤：①根据本地污染物选择合适的传感器；②将传感器固定在支架上，确保探头无遮挡；③用数据线连接传感器与数据采集器；④将数据采集器与计算机连接，安装调试配套软件；⑤在室外进行预测试，确认装置正常工作。 注意问题：线路连接要牢固，避免接触不良；传感器探头需暴露在空气中，不能被遮挡；软件需提前安装驱动，确保数据能正常传输。 2.某小组在校园操场采集到 PM₂.₅浓度为 35μg/m³，教学楼走廊为 28μg/m³，校门口为 52μg/m³，请分析不同地点数据差异的原因，并提出 1 条改善校园空气质量的建议。 参考答案： 原因：校门口汽车尾气排放多，扬尘较大，PM₂.₅浓度最高；操场开阔但易受扬尘影响，浓度次之；教学楼走廊受外界影响较小，浓度最低。 建议：在校门口设置减速带，减少车辆扬尘；在校园周边种植绿植，吸附粉尘。 拓展作业（选做） 查阅资料，了解本地空气质量监测站还会监测哪些污染物，思考如何优化微型 “检测站”，使其能检测更多的空气污染物，写出简要的优化方案。 参考答案（示例）： 本地监测站还会监测 NO₂、O₃、CO 等污染物。优化方案：增加 NO₂、O₃传感器，通过数据采集器的扩展接口连接，升级配套软件，实现多污染物数据的同时采集与显示；为传感器加装防风罩，减少风速对检测结果的影响。 十、教学反思 1.亮点：本节课以真实的本地空气质量问题为情境，通过任务驱动引导学生完成 “方案设计 — 组装 — 检测 — 分析” 的完整实践过程，落实了跨学科核心素养；器材准备充分，组装步骤清晰，学生参与度高，小组合作效果较好；作业设计分层，兼顾基础巩固与拓展探究，贴合课堂实践内容。 2.不足与改进：部分小组在软件调试环节耗时较长，影响了后续数据采集的时间，后续可提前让学生预习软件操作步骤，或制作简易操作手册；个别学生动手能力较弱，小组分工不均，后续可提前明确分工，为薄弱学生提供一对一指导；可增加 “线上参观本地监测站” 的环节，弥补无法实地参观的不足，让学生更直观地了解专业监测设备的工作原理。 学科网（北京）股份有限公司 $