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(1课时)教学设计--2026-2027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’的组装与使用”，通过展示空气质量日报、本地AQI数据及“蓝天保卫战”宣传短片导入，回顾空气组成、氧气性质等已学内容，搭建从空气知识到实践应用的学习支架。 该资料以项目式学习为主导，融合化学污染物知识、物理传感器原理、信息技术数据处理等跨学科内容，小组合作组装检测站并在校园多地点实地检测，培养科学探究与实践能力和科学态度与责任，提升学生动手与环保意识，为教师提供真实情境教学范例。

第二单元 空气和氧气（教案） 总课时序数：18 拟定日期：20 年10月10日 课题 跨学科实践活动1 授课时数 1 序数 第1课时 本课时内容 微型空气质量“检测站”的组装与使用 课型 实践活动课 教学目标 1.化学观念：认识空气的主要污染物及其来源，理解空气质量评价的基本指标（SO₂、NO₂、CO、O₃、PM2.5、PM10），初步建立“空气成分的动态变化与人类活动相关”的化学观念，树立“保护大气环境、走可持续发展之路”的公民意识。 2.科学思维：运用系统思维分析空气污染的成因、危害及防治措施，培养从“污染物—污染源—检测原理—治理方案”的因果推理和证据链构建能力；通过传感器数据采集与分析，初步学习将实际问题转化为化学问题并运用跨学科知识解决的思维方法。 3.科学探究与实践：通过查阅资料、实地调查了解本地空气质量状况；合作组装微型空气质量检测系统，学会传感器的连接、数据采集与解读；能设计简单的空气质量检测方案，并提出合理的改进建议，初步学习运用化学知识解决实际问题的能力。 4.科学态度与责任：认识空气质量检测的重要性，增强环保意识和公民责任感；了解我国在空气污染防治方面的政策与成就，形成“同呼吸、共奋斗”的绿色发展观；通过校园检测实践活动，培养合作精神和科学服务社会的使命感。 教学重点 空气质量检测的意义及主要评价指标；微型空气质量检测系统的组装与使用；跨学科整合解决真实问题的思路与方法。 教学难点 传感器的科学原理及数据采集系统的搭建；多学科知识（化学、物理、信息技术、地理）的有机融合与综合应用；基于检测数据的合理化建议。 教学方法 1.项目式学习（PBL）：以“组装和使用微型空气质量检测站”为项目任务，经历完整的科学探究过程。 2.小组合作学习：每组4-5人，分工协作（资料查阅、硬件组装、数据记录、分析汇报）。 3.问题驱动法：以“空气质量如何评价？”“我们身边的空气是否达标？”等核心问题驱动探究。 4.实地调查法：课前布置学生调查校园及周边空气污染源。 5.实验探究法：动手组装检测系统，采集数据并分析。 教学准备 1.实验器材：（每组）微型空气质量检测系统（传感器模块：PM2.5/PM10传感器、二氧化硫传感器、二氧化氮传感器、一氧化碳传感器、臭氧传感器等）、数据采集器（单片机）、计算机、电源、连接导线、移动电源（室外检测用） 2.教学材料：导学案（含空气质量评价参考标准表、数据记录表）、小组任务卡、评价量表；提前调试好检测系统（备用多套），预设教室内外对比检测方案，设计好数据记录模板 预 设 过 程 环节一：情境导入——“我们呼吸的空气安全吗？” 教师活动 学生活动 设计意图 1.展示空气质量日报图片及本地近期AQI数据，播放“大气污染防治·蓝天保卫战”宣传短片片段。 2.提问：“空气质量指数反映了什么？PM2.5和PM10有什么区别？如何科学检测我们身边的空气质量？” 回顾本单元已学内容：空气的组成、氧气性质、空气是一种宝贵的资源，引出新课标推荐开设的跨学科实践活动。 1.观看数据与视频，初步了解空气质量评价的维度。 2.思考并回答：AQI反映空气质量等级；PM2.5是细颗粒物，PM10是可吸入颗粒物，粒径不同。 明确跨学科实践活动的任务和意义。 以真实数据和政策成就激发探究兴趣，自然引出课题。体现“科学态度与责任”素养——关注环境问题，建立环保意识。 环节二：认识空气质量检测的意义 教师活动 学生活动 设计意图 1.问题驱动：引导学生回顾空气中的主要污染物有哪些？来源是什么？ 2.讲解：目前计入空气质量评价的主要污染物有“四气两尘”——二氧化硫（SO₂）、一氧化碳（CO）、二氧化氮（NO₂）、臭氧（O₃）、PM10和PM2.5。 3.危害分析：展示空气污染对人体健康和农作物生长影响的图片资料。 4.防治措施：介绍我国空气污染防治的政策与成效，如“煤改气”“煤改电”、新能源汽车推广等，引导学生认识化学在环境保护中的重要作用。 1.汇报课前调查成果（污染源）。 2.记录主要污染物“四气两尘”的名称及来源。 3.分析空气污染的危害（呼吸道疾病、酸雨、温室效应等）。 讨论防治措施，感受化学在环境治理中的贡献。 建立问题背景，明确活动价值，激发环保意识。体现“科学思维”素养——初步学习从“污染物—污染源—危害—防治”的因果推理路径。 环节三：了解空气质量检测站 教师活动 学生活动 设计意图 1.展示专业空气质量监测站的组成和功能（传感器模块、数据采集器、气象数据采集器、数据传输系统等）。 2.传感器原理探秘（跨学科融合重点）：以PM2.5传感器为例，讲解“激光散射法”的检测原理。 3.小组讨论：“如果要检测教室空气质量，应该选择哪些传感器？为什么？”引导学生根据本地污染特征选择传感器种类。 1.了解专业监测站的组成。 2.观看传感器原理动画，理解“物理信号→化学信息”的转化。 讨论传感器选择方案，说明选择依据。 将传感器从“技术黑箱”转化为可理解的科学知识，培养跨学科理解能力。体现“科学探究与实践”素养——初步学习将实际问题转化为化学问题。 环节四：微型空气质量“检测站”的组装 教师活动 学生活动 设计意图 1.分发材料：传感器模块、数据采集器（单片机）、连接导线、移动电源、计算机。 2.指导组装： （1）连接传感器与数据采集器（接口对应、固定牢固） （2）将数据采集器与计算机连接 （3）打开数据采集软件，检查各传感器是否正常工作 3.演示数据采集软件的使用方法，包括实时数据显示、历史数据记录、图表绘制等功能。 注意事项：传感器避免碰撞，接口连接牢固，USB线固定防止松动。 1.小组合作完成检测站的硬件组装与软件配置。 2.测试传感器读数是否稳定。 3.记录组装过程中的收获与问题。 准备室外检测事宜。 通过动手组装，体验“技术、工程与科学”的融合，培养实践能力和合作精神。体现“科学探究与实践”素养——通过实际操作培养动手能力和问题解决能力。 环节五：校园空气质量“体检”——检测实践 教师活动 学生活动 设计意图 1.布置检测任务：各组前往指定监测点（教室、走廊、操场、校门口）进行5分钟空气质量检测，记录PM2.5、PM10、SO₂、NO₂等数据。 2.数据记录：指导学生填写数据记录表（地点、时间、污染物浓度、AQI估算）。 3.分析讨论： ☉不同地点的空气质量数据有何差异？ ☉可能的影响因素有哪些？（交通流量、绿化程度、人员密度） ☉针对数据反映的问题，可提出哪些改进建议？ 教师总结：空气质量检测数据是科学决策的依据，每个人的行动都会影响空气质量。 1.分组检测并记录数据。 2.对比分析各监测点数据，讨论差异原因。 3.提出改善校园空气质量的建议（如绿化、减少车辆怠速）。 在真实情境中运用检测系统，培养数据采集、分析、决策能力，强化环保责任感。体现“科学态度与责任”素养——将环保意识转化为实际行动。 环节六：成果展示与交流评价 教师活动 学生活动 设计意图 1.组织各小组汇报检测成果（数据表、分析结论、改进建议）。 2.引导其他小组提问和评价。 从“方案科学性、数据分析、合作效果、创新性”四个维度进行点评，评选“最佳数据组”“最佳建议组”等奖项。 1.小组代表展示检测成果。 2.参与互评，反思本组的优缺点。 记录收获和感悟。 提升表达能力和批判性思维，强化学习成就感。体现“科学思维”素养——基于证据进行分析推理并形成结论。 环节七：课堂小结，拓展提升 教师活动 学生活动 设计意图 1.师生共同总结本节课核心知识： ☉主要空气污染物（“四气两尘”）及其来源与危害 ☉传感器的工作原理（物理信号→化学信息） ☉跨学科解决问题的思路 2.升华主题：每个人都是空气质量的守护者。 1.跟随教师回顾，完善导学案的知识框架。 2.保护大气环境，从我做起。 总结提升，将知识学习升华为社会责任感。体现“科学态度与责任”素养——感悟化学在环境保护中的重要作用。 布置分层作业。 1.基础作业：完成活动报告（含实验目的、步骤、数据记录、结论）。 2.拓展作业：连续一周监测校园空气质量，绘制变化趋势图。 3.探究作业（选做）：调查本地空气污染源治理情况，撰写倡议书。 1.记录作业要求。 2.课后独立完成基础作业。 3.有兴趣的同学开展拓展或探究任务。 分层设计，巩固活动成果，拓展至长期实践。体现“科学探究与实践”素养——通过持续观察培养科学探究习惯。 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 1、 什么是空气质量检测？ 评价指标：“四气两尘”——SO₂、NO₂、CO、O₃、PM10、PM2.5 AQI（空气质量指数）—— 定量描述空气质量状况 二、空气污染的来源：工业废气、汽车尾气、燃煤、扬尘、生活污染 三、空气质量检测站的组成 传感器模块（PM2.5、SO₂、NO₂、CO等） ↓ 数据采集器（单片机） ↓ 计算机 / 手机App 四、传感器工作原理（以PM2.5为例） 激光照射空气 → 颗粒物散射光 → 探测器接收光强 → 转换浓度数据 （物理信号 → 化学信息） 五、跨学科知识整合 学科 应用领域 化学 污染物成分与反应原理 物理 传感器原理、光电信号 信息技术 数据采集与处理 地理 气象条件、污染扩散 六、我们的行动：绿色出行、节约能源、参与监督、科学防治 教 学 反 思 课程结构 情境导入→认识空气质量检测的意义→了解空气质量检测站→微型空气质量“检测站”的组装→校园空气质量“体检”→成果展示与交流评价→课堂小结 教学特色 1.“全流程项目式学习”：从问题提出—方案设计—系统组装—数据采集—分析评价—行动倡议，经历完整的科学探究与社会实践链条，培养系统思维。 2.跨学科深度融合：融合化学（污染物成分与反应原理）、物理（传感器工作原理、光电检测）、信息技术（数据采集与处理）、地理（污染扩散条件、本地产业布局）等多学科知识，体现综合育人价值。 3.传感器科学原理可视化：通过动画或示意图演示PM2.5传感器的检测原理（激光散射法），将传感器这一“黑箱”转化为可理解的科学知识，培养科技素养。 4.“校园空气质量体检”真实任务：将教室、操场、校门口等不同地点设为监测点，对比检测数据，让环保教育从“课本”走向“生活”，增强真实感和行动指导性。 5.思政教育融通：结合我国“蓝天保卫战”成果、“双碳”目标等国家战略，增强制度自信和家国情怀。 学生反馈 1.传感器及数据采集设备数量有限，部分小组等待时间较长。 2.个别学生对传感器数据解读和AQI换算理解不够深入。 3.室外检测受天气条件影响（如下雨、大风），数据可比性需额外说明。 4.跨学科知识融合的深度把握需更精准。 改进之处 1.增加传感器模块数量，或采用轮流使用+数据分析集中分享的策略。 2.提供AQI计算参考表，增加模拟数据计算练习。 3.提前关注天气预报，安排备选日期。 4.紧扣化学学科本位，传感器原理以认识为主，不深入复杂的电路分析。 二次备课建议 1.引入手机蓝牙连接的便携式检测模块，降低成本，提升灵活性。 2.与地理、生物教师协同备课，拓展“污染扩散气象条件”“植物对空气污染的净化作用”等专题。 3.联合当地环保部门开展“环保开放日”活动，增强职业启蒙。 4.建立班级长期空气质量监测机制，每周发布“班级空气质量周报”，培养学生持续观察记录习惯。 备注：本跨学科实践活动是新课标推荐开设的十个跨学科实践活动之一，建议安排在第二单元《空气和氧气》教学之后进行。教学中注重以化学为本，兼收并蓄物理、信息技术、地理等学科知识，体现新课标“化学与社会·跨学科实践”的课程理念。鼓励学生将检测结果与环保部门公布的数据对比，提升科学素养。 学科网（北京）股份有限公司 $