第2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--2026-2027学年九年级化学人教版上册

该教案聚焦空气污染物（如二氧化硫、PM₂.5等）的来源、性质、危害及微型空气质量检测站的组装与使用，通过展示本地空气质量日报图片引出核心问题，以任务一自主探究污染物及危害、任务二线上参观监测站、任务三组装检测装置、任务四实地检测分析为学习支架，梳理知识脉络。 该教案突出跨学科实践特色，融合化学观念（物质成分与含量决定环境质量）、科学探究与实践（分组选型传感器、绘制连接示意图、多点实地检测）及科学态度与责任（撰写校园环保建议书），通过真实数据推理分析培养学生实操与环保意识，助力教师落实课标跨学科要求，提升教学实效性。

跨学科实践活动教案：微型空气质量“检测站”的组装与使用 一、基本信息 学科：化学（跨学科实践） 教材版本：人教版 2024 版初中化学 课时安排：1 课时及课外活动 授课对象：九年级学生 二、教学目标 化学核心素养目标 （一）化学观念 让学生认识二氧化硫、等常见空气污染物的基本来源与主要性质，了解污染物浓度超标后对人体健康、农作物生长及自然生态环境造成的不良影响。通过对比不同区域的空气污染数据，直观认识污染物含量高低与空气质量好坏的对应关系，建立物质成分与含量决定环境质量的基础化学物质观。 （二）科学思维 结合本地常见的大气污染现状，合理选用对应的检测传感器，自主规划、设计简易的设备组装与连接方案。在完成实地检测后，依托真实采集的实验数据进行分析、推理，对比不同场地的空气质量差异，客观评价环境空气质量状况，养成以证据为依据、严谨求实的科学推理思维。 （三）科学探究与实践 学生全程参与本次综合实践活动，顺利完成前期资料调研、环境监测观摩访谈、检测传感器组装调试、户外实地采样检测、数据整理分析等全套探究流程，熟练掌握微型空气质量检测设备的基础操作方法，提升动手实操与户外探究实践能力。 （四）科学态度与责任 了解国家及地方大气污染治理的常用措施与环保政策，结合自身检测数据和生活实际，提出贴合校园、社区的可行性环保建议。真切感受科学技术在环境监测、生态治理中的实际应用，理解科学、技术、社会的紧密联系，增强爱护大气环境、主动参与生态保护的社会责任感。 活动目标 1. 融合化学污染物性质、物理传感原理、信息技术数据处理、工程组装实操等多学科知识，在教师指导下独立完成微型空气质量检测装置的组装、接线与调试工作。 2. 严格按照实验规范操作检测设备，前往校园、社区、街边绿地、路口等不同地点开展检测，规范采集、记录、整理空气质量数据，并对数据进行对比分析，总结不同区域的污染特点。 3. 通过观看监测站实景视频、线上观摩环境监测流程、动手实操检测设备，深入理解空气质量常态化监测的现实意义和环保价值，树立绿色环保理念，强化个人生态责任意识。 三、教学重难点 （一）教学重点 1. 基础知识：掌握二氧化硫、等主要空气污染物的危害，熟悉日常大气污染的来源，了解国家基础大气污染防治措施。 2. 实操技能：掌握空气质量传感器的选型依据、设备组装基本逻辑，熟练掌握检测设备调试、野外数据采集、数据记录的标准操作流程。 3. 数据分析：能够对照国家空气质量标准，结合实测实验数据，科学评判不同场地的空气质量等级与污染情况。 （二）教学难点 1. 设备调试：合理规划传感器、数据采集器、电脑终端的接线与连接方式，独立完成设备适配与故障排查，保证设备正常采集数据。 2. 跨学科融合：灵活结合物理传感工作原理、化学污染物理化性质、信息技术数据处理方法，综合分析空气污染相关问题，打破学科壁垒。 3. 实践应用：结合本地气候、人居、工业等实际环境特点，精准解读检测数据，客观分析污染成因，并提出贴合本地、可落地、可执行的环保改进对策。 四、教学准备 （一）教师准备 1. 教学资料准备 提前整理适配中学生认知的科普素材，包括本地空气质量监测站实景视频、二氧化硫和PM₂.5污染物危害科普图文、日常大气污染防治常识、基础环保政策科普资料，简化专业文件内容，制作课件、短视频，方便学生理解学习。 2. 实验器材准备 提前清点、调试全套实验器材：传感器、二氧化硫传感器、便携式数据采集器、配套数据线、笔记本电脑、设备固定组装支架，确保所有器材完好、可正常使用。 3. 工具与软件准备 准备组装螺丝刀、接线端子、绝缘胶带等辅助工具，提前在电脑安装配套数据采集与数据分析软件，提前调试软件参数，熟悉设备接线、数据读取、数据导出操作，提前排查设备故障。 4. 教学预设准备 提前规划户外检测点位、分组方案，预设学生实操中可能出现的接线错误、数据偏差、设备无数据等问题，备好解决方案。 （二）学生准备 1. 课前以小组为单位，通过课本、正规网络平台查阅空气污染物、大气环保相关基础知识，提前预习本次实践活动流程。 2. 观看本地环境监测站科普视频，自主思考并整理相关疑问，准备课堂访谈、提问交流的问题。 3. 提前准备笔记本、签字笔、平板或手机，用于现场记录实验数据、拍摄实操过程、整理活动资料。 4. 提前分组并明确小组分工，确定接线员、记录员、操作员、汇报员，做好课前分工准备。 五、教学过程 任务一 + 任务二 认知与参观访谈 （一）课堂导入 教师展示本地空气质量日报图片，抛出核心问题：如何定量判断空气是否被污染？引出本节课跨学科实践主题 —— 微型空气质量 “检测站”：结合 STSE，开展环境类跨学科实践活动。 （二）任务一：认识空气质量检测的意义 活动 1：空气主要污染物及危害自主探究 学生分组查阅资料，完成下表： 空气主要污染物 污染物来源 对人体健康的危害 对农作物生长的危害 （二氧化硫） 燃煤电厂、工厂化石燃料燃烧、机动车尾气 刺激呼吸道，诱发哮喘、支气管炎，损伤肺部 破坏植物叶片叶绿素，叶片枯黄脱落，减产 细颗粒物 工业粉尘、扬尘、汽车尾气、秸秆焚烧 深入肺泡，引发心血管、呼吸系统疾病，携带有毒物质进入血液 堵塞植物气孔，阻碍光合作用，抑制生长 氮氧化物 机动车、工业锅炉 损伤呼吸道，诱发肺水肿；参与光化学烟雾形成 造成植物叶面斑点、枯萎 臭氧（近地面） 氮氧化物、挥发性有机物光化学反应 刺激眼、呼吸道，降低肺功能 灼伤植物叶片，降低产量 活动 2：我国大气污染防治措施研讨 结合实例梳理防治措施（学生发言，教师补充）： 工业管控：工厂安装废气处理装置，减少、氮氧化物排放； 能源调整：推广太阳能、风能等清洁能源，减少煤炭使用； 交通治理：新能源汽车普及、机动车尾气检测限行； 扬尘管控：工地围挡洒水、城市绿化造林防风沙； 政策法规：《大气污染防治法》、空气质量实时监测公示制度。 任务二：参观与访谈（线上参观、视频） 参观本地环境监测站核心记录要点 监测站仪器名称 监测数据类型 数据处理方式 颗粒物监测仪 空气中细颗粒物、可吸入颗粒物浓度 自动连续采样监测，数据实时传输至环境监测数据平台，24 小时不间断记录 二氧化硫分析仪 大气实时浓度 采用紫外荧光法检测，自动换算浓度数值，监测数据云端存储 氮氧化物分析仪 浓度 采用化学发光法检测，自动统计生成小时均值、日均值及报表 气象传感器 风向、风速、温度、湿度、降水量 同步配套采集气象参数，用于分析气象条件对污染物扩散的影响 本地首要空气污染物； 风向、降水、湿度如何影响污染物浓度（例：雨天颗粒物浓度下降，无风天气污染物易堆积）。 （三）小结 梳理空气质量检测的社会价值，过渡下一课时：依托专业监测站原理，自制微型简易检测装置。 任务三 微型空气质量 “检测站” 的组装 （一）复习回顾 回顾专业监测站仪器功能，提出核心问题：如何用简易传感器复刻监测站检测思路？ （二）任务三分步实施 步骤 1：传感器选型（贴合本地污染特征） 结合任务三要求，分区域选型示例： 工业区周边小组：选用传感器传感器； 城市道路小区小组：选用传感器氮氧化物传感器； 城郊农林区小组：以传感器为主，配套温湿度气象传感器。 步骤 2：设备连接方案设计 核心硬件：污染物传感器→数据采集器→计算机 连接逻辑说明： 传感器信号输出端口通过导线接入数据采集器模拟信号接口； 数据采集器通过 USB 数据线与计算机建立通讯； 计算机安装配套数据采集软件，读取传感器实时电压信号，自动换算为污染物浓度数值。 学生绘制简易组装连接示意图，标注各设备名称、接线端口。 步骤 3：实操组装与软件测试 教师演示规范接线操作，强调正负极接线安全，避免短路； 学生分组依照自主设计方案组装支架、连接传感器与采集器； 计算机安装采集软件，设备通电调试，确认软件可实时读取污染物数据，完成组装测试。 （三）小结 总结组装核心逻辑：传感器采集污染物信号→采集器统一传输→计算机软件解析数据，为实地检测做准备。 任务四 使用 + 展示与交流 （一）任务四：微型检测站实地使用 活动 1：多点实地检测与数据记录 校园内选取 3 处典型地点：校门口（车流大）、操场开阔区、食堂锅炉房附近，使用组装完成的检测站，同步记录气象条件，完善检测记录表： 检测地点 检测时间 气象条件（风向 / 温湿度） 浓度数值 浓度数值 空气质量初步评价 校园校门口 微风，26℃，湿度 50% 操场中央 无风，27℃，湿度 48% 食堂后勤区 南风，25℃，湿度 55% 活动 2：数据整理与空气质量分析评价 对比三处点位污染物浓度差异，分析成因：校门口车流大偏高，食堂区域存在少量； 结合气象数据分析：无风天气污染物不易扩散，浓度数值更高；降水后颗粒物浓度明显降低； 依据实测数据对三处点位空气质量划分等级（良好 / 轻度污染）。 （二）展示与交流 交流 1：检测站成果互评 各小组上台展示自制微型检测站，依次讲解： 传感器选型理由； 设备组装步骤、接线方案； 实地检测原始数据与空气质量分析结论； 全班依据评价量表互相点评装置优缺点。 交流 2：数据处理设备利弊研讨 研讨问题：本次活动用计算机软件处理、显示检测数据，对比其他数据设备（手持显示屏、平板终端）分析利弊： 计算机软件 优势：数据存储量大，可自动生成变化曲线，精准导出表格； 劣势：设备笨重，户外实地检测携带不便，依赖电源。 便携手持显示屏 优势：体积小，户外移动检测便捷，无需电脑配套； 劣势：存储容量有限，无法批量导出长期数据，绘图功能弱。 （三）课堂总结与作业布置 总结：本次跨学科实践融合化学污染物知识、物理传感技术、信息技术数据处理、工程组装操作，落实 2022 课标跨学科实践要求，理解科学技术改善环境监测、助力大气污染治理的作用； 课后作业：结合本次检测数据，撰写一份校园空气质量改善建议书。 六、板书设计 微型空气质量 “检测站” 的组装与使用 一、检测意义 主要污染物： 危害：人体健康、农作物；防治：能源、工业、交通、法规、绿化 二、监测学习（参观监测站） 仪器→采集数据→气象同步分析污染扩散 三、检测站组装 传感器选型→连接：传感器→采集器→电脑→软件调试 四、实地使用 + 展示交流 多点检测→数据记录→空气质量评价；数据处理设备优劣对比 七、教学评价设计（2022 课标过程性评价要求） 过程评价（60%）：任务一资料表格填写、参观访谈记录完整性、组装方案设计合理性、小组实操协作表现； 成果评价（40%）：微型检测站成品完成度、实地检测数据记录表、课堂展示汇报逻辑、环保建议书完成质量。 八、教学反思 跨学科难点突破效果：学生是否能打通化学污染物、物理传感、信息技术数据处理的关联； 实操环节问题：组装接线是否出现普遍故障，后续课前可增加接线预习微课； 素养落地情况：学生能否基于真实检测数据建立环保责任意识，提出贴合本地的大气保护措施。 word理化 1 / 1 学科网（北京）股份有限公司 $