第二单元跨学科活动实践1微型空气质量“检测站”的组装与使用课件--2026-2027学年九年级化学人教版上册

该初中化学课件围绕微型空气质量检测站的组装与使用，先通过活动背景和知识回顾，介绍空气主要污染物（如SO₂、PM2.5）的来源与影响，结合AQI分级标准，再引导学生完成从参观专业监测站到传感器选择、硬件组装的实践，构建从理论认知到动手操作的学习支架，文中配有学生实操场景图片辅助理解。 其亮点在于跨学科整合化学、物理与信息技术，以科学探究与实践为核心，通过实地检测不同点位（如校门口交通污染点与校园花园清洁点）数据并结合AQI分析，培养学生科学思维与问题解决能力，同时融入STS反思强化科学态度与责任。学生能提升实践与数据分析能力，教师可依托完整活动方案实现高效教学。

微型空气质量 “检测站”的组装与使用 人教版九年级化学上册 跨学科实践活动 1 30.06.2026 各位同学大家好，欢迎来到今天的化学跨学科实践活动课。我们将一起动手组装并使用一个微型空气质量“检测站”。这不仅是化学知识的应用，更融合了物理、信息技术和工程知识。希望通过这次活动，大家能深入了解我们呼吸的空气，并掌握基本的科学监测技能。 1 Contents 课程目录 01 活动背景与意义 理解空气质量检测对健康与环保的价值，明确跨学科实践活动的核心目标与学习 要求 02 任务设计与实施 完成从参观监测站到组装微型检测站的全流程，掌握传感器选择与硬件连接的关 键技术 03 检测与数据分析 制定实地检测方案，学会解读监测数据并依据 AQI 标准评价空气质量状况 04 展示交流与反思 展示组装成果与检测数据，探讨科学技术与社会发展的相互关系及个人责任 30.06.2026 本节课我们将分四个阶段进行。首先是活动背景，了解为什么要监测空气质量；其次是任务实施，这是核心环节，包括参观、组装和调试；然后是检测分析，我们要带着设备去实地采集数据；最后是展示交流，分享我们的成果与思考。让我们开始第一部分的探索。 2 BACKGROUND 活动背景：为什么要检测空气质量 空气中污染物如二氧化硫、颗粒物等含量过高会 造成严重污染，直接损害人体呼吸系统健康并影 响农作物正常生长 及时检测空气质量能使人们在污染发生时迅速采 取应对措施，如减少户外活动或佩戴防护口罩， 降低健康风险 我国发布《大气污染防治行动计划》等政策，加 强综合治理，而准确的数据监测是评估治理成效 的基础前提 跨学科实践活动旨在结合物理、信息技术知识， 让我们亲身体验从数据采集到分析的全过程，体 会科学技术的社会价值 空气质量直接关系到人类健康与生态平衡，污染物 超标会引发呼吸系统疾病并破坏农作物生长。通过 实时监测获取数据，是政府制定环保政策、公众采 取防护措施的科学依据。 城市空气质量差异对比示意图 30.06.2026 我们每天都呼吸着空气，但你是否关注过它的质量？空气中某些成分含量过高就会造成污染，直接影响人体健康和农作物生长。通过检测，我们能及时掌握状况并采取应对措施。我国已发布《大气污染防治行动计划》，监测是治理的第一步，也是科学决策的依据。 3 KNOWLEDGE REVIEW 知识回顾：空气主要污染物及来源 空气质量评价主要依据二氧化硫、二氧化氮、一氧化碳及颗粒物等污染物的浓度。这些污染物主要来源于化石燃料燃烧、工业排放及汽车尾气，了 解其来源有助于我们在检测时分析数据背后的污染成因。 污染物名称 主要来源 主要危害 二氧化硫 (SO₂) 煤、石油等化石燃料的燃烧 形成酸雨，腐蚀建筑物，危害植物 二氧化氮 (NO₂) 汽车尾气、工厂排放 形成酸雨、光化学烟雾，刺激呼吸道 可吸入颗粒物 (PM10/PM2.5) 扬尘、燃烧烟尘、二次转化 降低能见度，进入肺部引发疾病 臭氧 (O₃) 氮氧化物与挥发性有机物光化学反应 刺激眼睛和呼吸道，影响植物光合作用 主要污染物多源于人类活动，需重点监测 30.06.2026 在组装检测站前，我们需要明确检测对象。教材中提到，目前计入空气质量评价的主要污染物包括二氧化硫、一氧化碳、二氧化氮、可吸入颗粒物 PM10 和细颗粒物 PM2.5 等。了解它们的来源，比如燃煤、汽车尾气，有助于我们理解数据的含义。 4 STANDARD 评价标准：空气质量指数 (AQI) 分级 空气质量指数 AQI 是定量描述空气质量状况的无量纲指数，数值越大污染越严 重。依据国家标准，AQI 分为六级，从 0-50 的'优'到大于 300 的'严重污染'，不 同级别对应不同的健康建议与防护措施。 0-50 一级优 空气质量令人满意，基本无空气污染，各类人群可正常户外活动。 51-100 二级良 空气质量可接受，但某些污染物可能对极少数异常敏感人群健康有较弱影响。 >150 轻度污染及以上 易感人群症状有轻度加剧，健康人群出现刺激症状，需减少户外运动。 >300 严重污染 心脏病和肺病患者症状显著加剧，运动耐受力降低，健康人群普遍出现症状，应停止户外活动。 AQI 分级与颜色对应 数据来源：国家标准 GB 3095-2012 30.06.2026 拿到数据后如何评价？我们使用空气质量指数 AQI。它将复杂的污染物浓度简化为 0-500 的数值，分为六级。0-50 是优，绿色表示；300 以上是严重污染，紫红色表示。我们的检测站数据最终也要对照这个标准进行解读。 5 AQI 阈值上限 优 (0-50) 良 (51-100) 轻度 (101-150) 中度 (151-200) 重度 (201-300) 严重 ( > 300) 50 100 150 200 300 500 Task 01 认识空气质量检测的深层意义 查阅资料可知空气污染会引发哮喘、支气管炎等疾病，长期暴露于高浓度 PM2.5 环境还会增加心血管疾病风险 国家通过建立监测网络发布日报，让公众知情并参与监督，这是《大气污染防治 行动计划》落地实施的重要环节 检测数据能帮助我们识别本地主要污染物种类，从而针对性地采取如绿色出行、 减少焚烧等个人防护措施 参与检测活动能让我们从被动接受信息转变为主动获取证据，培养用科学数据说 话、理性分析环境问题的素养 图：空气污染对人体健康的具体影响示意 30.06.2026 任务一要求我们认识监测意义。除了保护健康，数据还能帮助政府决策。比如某区域 PM2.5 持续高，可能需要限制车辆通行。作为学生，我们收集的数据虽然微小，但也是社会大数据的一部分，能增强我们的环保意识。 6 TASK 02 任务二：参观专业监测站与访谈 参观重点 • 观察监测站安装的大型分析仪器，了解其如何自动采集并处理二氧化硫、氮氧化物等 气体浓度数据 • 记录监测站的位置选择原则，如避开直接污染源、保证空气流通，确保数据代表区域 整体状况 访谈要点 • 询问工作人员本地空气主要污染物种类及其季节性变化规律，了解不同天气下的污染 特征 • 探讨风向、风速、温度、降水量等气象因素如何影响污染物扩散，理解数据波动的自 然原因 30.06.2026 任务二是参观访谈。我们要去本地环保部门，看他们用什么仪器。专业站设备昂贵、精度高，但我们的微型站小巧灵活。重点了解他们监测哪些数据，以及风向、温度如何影响数据，这为我们自己设计检测方案提供参考。 7 TASK 03 传感器选择与配置方案 传感器是微型检测站的核心感知部件，需根据本地空气污染特征进行针对性选 择。合理的配置方案能确保检测数据具有代表性和实际参考价值。 优先选择 PM2.5 传感器：借鉴专业监测站思路，细颗粒物对人体健康危害最大且普 遍存在。 工业区配置 SO₂ 传感器：若所在地区有燃煤或化工厂，应监测酸性气体污染状况。 交通区增加 NO₂ 传感器：针对交通繁忙区域，汽车尾气是氮氧化物的主要来源。 高集成度数字模块：考虑成本与功耗，选择便于直接与数据采集器连接并传输信号 的模块。 核心组件：PM2.5 激光粉尘传感器模块 30.06.2026 任务三开始组装。首先是选传感器。教材建议选 SO2、PM2.5 等。我们要结合本地情况，如果本地汽车多，NO2 传感器很重要；如果多风沙，PM10 更重要。传感器是检测站的'眼睛'，选对了才能看到真相。 8 TASK 03 任务三：硬件组装与电路连接 核心逻辑 硬件组装是将分散的传感器集成为系统的关键步骤，需遵循“传感器 - 采集器 - 计算 机”的数据流向逻辑。正确的电路连接与接口匹配是确保设备稳定运行、数据准确传输 的物理基础。 1 明确数据流向：将各传感器输出端连接至数据采集器的对应输入接口，确保信号通 路畅通。 2 电压匹配检查：检查电源电压与传感器额定电压是否匹配，避免因电压过高烧毁精 密电子元件。 3 组件固定与防护：在教师指导下固定各组件位置，设计外壳保护电路，防止灰尘、 水汽造成短路。 4 通电测试验证：完成物理连接后进行初步通电测试，观察指示灯状态，确认所有传 感器均被系统识别。 学生进行硬件连接与组装实操场景 30.06.2026 选好传感器后是硬件连接。传感器负责感知，数据采集器负责汇总，计算机负责显示。连接时要注意接口匹配，正负极不能接反。在老师指导下组装，确保电路安全，这是工程实践的基本要求。 9 TASK 03 软件安装与系统测试 驱动安装与识别 在计算机上安装传感器对应的驱动程序与数据展示软件，确保操作系统能正确识别外部接 入的硬件设备。 参数配置 设置数据采集频率与存储路径，例如设定每分钟记录一次数据并自动保存为 CSV 格式， 便于后续分析。 模拟环境测试 进行模拟环境测试，如向传感器吹气或靠近污染源，观察屏幕数值是否实时响应变化，验 证系统灵敏度。 零点校准 校准传感器零点，在洁净空气环境中读取基准值，消除设备误差，确保后续实地检测数据 的准确性。 图：监测软件数据可视化界面 30.06.2026 硬件连好后，需要软件支持。在电脑上安装驱动和显示软件，设置采样频率，比如每分钟记录一次。测试时看屏幕上的数值是否随环境变化，比如对着传感器吹气，PM2.5 数值应上升，这证明系统灵敏有效。 10 实地检测 任务四：实地检测方案与布点策略 实地检测需制定科学的布点策略，选择具有代表性的不同地点进行对比测量。通过控 制时间、天气等变量，确保采集的数据能真实反映不同环境下的空气质量差异。 交通污染监测点 选择校门口，此处车流量大，预期二氧化氮与颗粒物浓度相对较高。 清洁对照点 选择校园花园，植被丰富且远离道路，预期空气质量指数 AQI 数值较低。 室内环境监测点 选择教室内部，关注人员密集时的二氧化碳浓度及通风状况对空气质量的影响。 变量控制记录 记录每次检测的具体时间、天气状况及风向，排除气象因素干扰，确保数据对比的科学 性。 图：学生手持检测仪在户外进行实地测量 30.06.2026 任务四开始实地使用。不能只在一个地方测，要选不同地点。比如校门口车多，公园里树多，教室里人多。制定计划表，记录时间、地点、天气，这样对比分析时才能找出规律，而不是看偶然数据。 11 TASK 04 数据分析与质量评价 数据分析是检测活动的核心价值所在，需将采集的原始数据与 AQI 标准对照，结合检测 地点的环境特征进行归因分析。通过对比不同点位数据差异，识别潜在污染源并客观评 价区域空气质量状况。 AQI 计算定级：将检测得到的 PM2.5、SO₂等浓度数据代入 AQI 计算公式，确定各检测点 位的空气质量指数级别。 差异对比分析：对比校门口与花园的数据差异，分析机动车尾气对局部空气质量的直接影 响程度及扩散范围。 污染源定位：结合检测时的风向数据，判断污染物是否来自上风向的特定工厂或交通干 道，定位潜在污染源头。 改进建议提出：依据评价结果提出改进建议，如交通高峰期减少户外活动、建议学校加强 绿化或优化通风设施。 不同检测点位 PM2.5 浓度对比 数据来源：微型检测站实测数据 30.06.2026 数据收集回来后，要进行分析。对比不同地点的数值，为什么校门口高？因为车多。结合 AQI 标准评价，是优还是良？如果超标，建议学校采取什么措施？这就是从数据到决策的过程。 12 PM2.5 浓度 校门口 操场 花园 教室 75 45 30 60 Safety Protocol 安全须知与操作注意事项 跨学科实践活动涉及电路连接与户外操作，必须严格遵守安全规范。用电安全、设 备防护及人身安全是活动顺利进行的底线，任何数据获取都不能以牺牲安全为代 价。 用电安全 电路连接时严禁湿手操作，检查电源线路无破损，实验完毕后及时切断电源，防止触电或 短路引发火灾。 户外作业 户外检测时注意交通安全，避免在机动车道逗留，小组行动互相照应，确保人身安全不受 威胁。 设备防护 传感器属于精密仪器，避免剧烈碰撞或进水，存放时置于干燥盒中，延长设备使用寿命。 电池规范 使用电池供电时注意正负极方向，发现设备发热异常立即停止使用并报告教师，排除故障 隐患。 实验室安全用电标识 · 规范操作提醒 30.06.2026 在组装和使用过程中，安全至关重要。用电时不要湿手操作，户外检测注意交通安全，设备贵重要轻拿轻放。特别是使用电池时，注意正负极，防止短路发热。安全是科学探究的前提。 13 成果汇报与评价 展示与交流：成果汇报与评价 展示环节是思维碰撞与经验共享的平台，需全面呈现组装方法、使用说明及检测结 果。通过多元化的评价维度，不仅关注数据准确性，更重视创新设计、问题分析深度 及团队协作表现。 制作演示文稿 展示检测站实物照片与电路图，清晰讲解传感器选型理由及硬件连接的关键技术细节。 汇报实地检测数据 结合 AQI 标准分析空气质量状况，并阐述数据波动背后的环境成因。 交流不同设备方案 对比使用单片机与直接使用数据采集器的成本、精度及操作难度。 开展互评活动 从创新性、科学性、实用性三个维度对各组作品进行打分，并提出改进建议。 学生进行成果汇报与交流 30.06.2026 最后是展示交流。不仅要看数据准不准，还要看组装巧不巧，分析深不深。可以制作 PPT，也可以写小论文。互相评价时，多提建设性意见，比如'如果加个 GPS 定位会更好'，共同促进进步。 14 STS REFLECTION STS 反思：科学·技术·社会的相互关系 本次活动深刻体现了科学、技术与社会的互动关系：科学原理支撑监测技术，技术手 段服务社会环保需求，而社会对美好环境的追求又推动技术不断革新。 科学原理是基础 气体传感器的工作机制基于电化学或光学原理，体现了化学知识在技术中的核心应用。 技术手段是工具 微型检测站让普通人也能参与环境监测，降低了公众参与环保治理的技术门槛。 社会需求是动力 人们对呼吸健康的关注推动了低成本、便携式监测设备的研发与普及应用。 个人责任是归宿 掌握监测技能后，我们应成为环保数据的传播者，带动更多人关注并保护大气环境。 象征科技与环保的结合及社会责任 30.06.2026 通过活动，我们体会了 STS 关系。科学原理支撑了传感器技术，技术设备服务了社会环保需求，而社会对蓝天的渴望又推动了技术进步。作为公民，我们不仅是数据的使用者，更是环境的守护者。 15 课程总结与课后拓展 让科学探究成为习惯，用行动守护蓝天 回顾活动全流程，从理论认知到硬件组装，再到实地检测与数据分析，构建完整的科学探究闭环 课后撰写活动报告，记录遇到的问题及解决方案，反思检测数据的准确性与改进空间 尝试设计改进方案，如增加太阳能供电模块或 GPS 定位功能，提升检测站的便携性与功能性 持续关注本地空气质量日报，将课堂所学应用于日常生活，做环保理念的践行者与传播者 30.06.2026 总结一下，我们完成了从原理到组装，再到检测分析的全过程。作业是撰写一份小论文，或者设计一个改进方案，比如加上太阳能供电。希望这个检测站能成为你们探索科学的起点，而不仅仅是一次作业。下课！ 16 $