跨学科实践活动1 微型空气质量“检测站”的组装与使用（教学设计）化学新教材人教版九年级上册

该初中化学教学设计聚焦空气污染物识别、空气质量检测意义及微型检测站组装与使用，通过雾霾天体验、空气质量预报等生活情境导入，唤醒空气组成与污染物旧知，搭建从理论认知到实践操作的学习支架。 资料特色在于跨学科整合与真实实践，融合化学、物理、信息技术知识，借助云参观监测站视频、分组设计传感器连接方案、校园实地检测等环节，落实科学探究与实践素养。学生在组装调试、数据分析中提升动手与证据推理能力，结合本地污染特征提出优化建议，强化科学态度与责任，为教师提供跨学科实践模板，助力核心素养落地。

跨学科实践活动1 微型空气质量“检测站”的组装与使用 年级 九年级 学科 化学 课型 新授课 教材 人教版九年级化学 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 教学目标 1.结合物理、信息技术和工程等相关知识，组装一个微型空气质量“检测站”来检测空气质量。 2.通过实践活动，体会科学、技术、社会的相互关系。 教学重点 学会微型空气质量“检测站”的组装方法。 教学难点 正确使用微型空气质量“检测站”对空气质量进行检测和分析。 教材分析 本节教学内容源于人教版九年级上册第二单元《空气和氧气》配套的跨学科实践活动1，是对单元内“空气的保护”板块理论知识的实践延伸，契合义务教育化学课标中跨学科实践活动的设置要求，兼具学科性、实践性与育人价值。 教材内容编排遵循“理论认知—实地调研—动手实践—应用分析”的逻辑递进路径：先从空气污染物、空气污染的危害切入，帮助学生明确空气质量检测的现实意义；再通过参观访谈本地监测站的任务设计，让学生了解专业空气质量监测的仪器、指标与数据处理逻辑；最后落脚到微型检测站的组装、使用两个实操环节，引导学生整合化学、物理、信息技术等多学科知识完成实践任务。整节内容突出STSE教育理念，既帮助学生巩固单元核心知识点，又能培养学生的科学探究能力与环保社会责任，是理论联系实际的重要载体。 学情分析 教学对象为九年级学生，经过本单元前半部分的学习，学生已经掌握空气的组成、常见空气污染物的种类、空气污染的危害等基础理论知识，日常生活中也常接触空气质量预报相关信息，对空气质量检测有初步的感性认知，具备开展实践活动的知识基础。 九年级学生对动手操作类实践活动兴趣较高，具备基本的动手组装能力，但跨学科知识整合能力较弱，对传感器原理、数据采集设备的连接、检测数据的分析处理等内容较为陌生，对温度、风向等气象因素影响空气质量的逻辑理解存在一定难度，同时也缺乏实地检测、变量控制的实践经验。教学过程中需要立足学生已有的知识储备，对组装、检测的操作步骤做好分层引导，降低实践门槛，同时引导学生结合已学知识分析检测结果，既能落实知识点巩固，也能让学生在实践中体会化学的应用价值，建立环保意识。 教学过程 教学内容 设计意图 环节一 情境导入 【生活体验提问】同学们，在开始今天的实践活动前，老师先问问大家：有没有遇到过秋冬雾霾天上学要戴口罩、原本的户外体育课临时改成室内课的经历？大家平时看天气预报的时候，有没有注意过“空气质量指数”“PM2.5浓度”这些和空气相关的指标？（给学生留出发言时间，鼓励大家分享自己感受到的空气污染场景，比如家附近施工时灰尘大、烧烤摊周边气味刺鼻等） 【资料展示引入】大家提到的这些感受，都和空气质量优劣直接相关。我们日常看到的官方空气质量数据，都是各地环境监测站通过专业仪器检测污染物含量得到的。那大家想不想亲手做一个“迷你版”的空气质量检测站，自己去测一测咱们教室、操场、校门口这些每天活动的区域的空气质量？今天我们就开展这个跨学科实践活动，自己动手组装、使用微型空气质量“检测站”，整个过程还会用到大家学过的物理电路连接、信息技术数据处理的知识，大家可以把不同学科的知识结合起来，亲手摸清楚我们身边的空气状况。 从雾霾天、生活中常见的空气质量预报切入，贴合学生的真实生活体验，激发参与兴趣。 通过设问“空气质量数据如何得到”“能不能自己动手检测”，自然引出本节课的跨学科实践主题，提高实践活动的目的性和主动性。 环节二 认识空气质量检测的意义 任务一 空气的主要污染物有哪些？ 【引入】展示本地当日天气APP中的空气质量界面，提问：大家平时关注过空气质量信息吗？界面里标注的污染物具体是哪些物质？ 【教师提问】结合之前所学的空气组成相关知识，思考空气中的污染物可以分为哪几类，具体包含哪些物质？ 【学生思考】 1.回忆空气的正常组成，区分正常成分和污染物； 2.分组讨论后派代表回答：污染物分为有害气体和粉尘两类，有害气体包含一氧化碳、二氧化硫等，粉尘包含PM2.5等。 【讲解】评价学生回答后明确分类： 有害气体：CO、SO2、NO2、O3 粉尘类：可吸入颗粒物（PM10）、细颗粒物（PM2.5） 易错点强调：CO2是温室气体，但不属于空气污染物，不纳入常规空气质量检测范围。 任务二 空气污染对人体健康和农作物生长有哪些影响？ 【引入】展示雾霾天市民戴口罩出行、受酸雨侵蚀的枯黄农作物两张对比图片，引导学生直观感受空气污染的危害。 【教师提问】结合生活经验和课前查阅的资料，分组讨论：空气污染分别对人体健康、农作物生长有哪些负面影响？ 【学生思考】 1.组内交流生活中雾霾天的身体感受，以及农业新闻里的污染危害案例； 2.代表发言：对人体会引发呼吸道疾病，对农作物会导致减产甚至死亡。 【讲解】总结两类危害： 1.对人体：污染物通过呼吸进入呼吸系统，会引发哮喘、肺炎、心血管疾病，长期暴露还会增加癌变风险； 2.对农作物：当污染物浓度超过植物耐受限度时，会损伤植物细胞和组织，阻碍生理功能，最终导致农作物产量下降、品质降低，严重时会造成植株死亡。 任务三 对空气质量进行检测的意义是什么？ 【引入】提问：如果明天空气质量预报为重度污染，你会给家人提出什么出行建议？ 【教师提问】结合刚才的场景思考，常态化开展空气质量检测，有哪些实际意义？ 【学生思考】学生结合场景回答：可以让大家提前知道空气质量，污染天减少出门、戴口罩做好防护。 【讲解】空气质量检测的核心意义： 一方面能使公众及时掌握空气质量状况，污染发生时及时采取防护措施；另一方面也能为环保部门制定污染治理方案、调控工业布局提供数据支撑。 任务四 我国为防治空气污染采取了哪些具体措施？ 【引入】提问：大家有没有发现最近几年本地的“蓝天白云”天数越来越多？这和我国的空气污染防治措施密不可分。 【教师提问】结合生活所见，举例说明我国采取了哪些防治空气污染的措施？ 【学生思考】学生结合生活经验回答：推广新能源汽车、关停高污染工厂、植树造林、实时发布空气质量预报等。 【讲解】总结三类核心措施： 1.源头管控：推广使用清洁能源，限制高污染企业的污染物排放； 2.过程监管：加强空气质量监测，实时掌握污染动态； 3.生态修复：积极植树、种草，提升环境的自净能力。 结合生活场景唤醒旧知，明确空气污染物的范畴，突破CO2属性的易错点。 通过直观素材引导学生自主探究，深刻体会空气污染的危害，初步建立环保意识。 结合生活场景引导学生体会空气质量检测的实用价值，理解科学检测服务于社会的属性。 联系生活所见，让学生感受到环保政策的实际效果，增强社会责任感。 环节三 参观与访谈 任务一 官方空气质量监测站的仪器、监测数据、数据处理流程分别是什么？ 【引入】播放提前录制的本地环保部门空气质量监测站云参观视频，引导学生了解专业检测的运行逻辑。 【教师提问】观看视频后思考三个问题：监测站有哪些核心仪器？监测的数据分为哪几类？原始数据需要经过哪些处理才能生成公开的空气质量报告？ 【学生思考】 1.带着问题观看视频，记录关键信息； 2.分组讨论后派代表回答：仪器有空气质量检测仪、气象传感器等，监测数据包含污染物和气象参数两类，数据需要筛选异常值后分析生成报告。 【讲解】细化梳理相关知识点： 1.核心仪器：空气质量检测仪（检测污染物浓度）、气象传感器（采集温湿度、风速风向等参数）、数据采集器（汇总所有数据）； 2.监测数据：①颗粒物类：PM2.5、PM10；②气态污染物类：SO2、NO2、CO、O3；③气象参数类：风速、风向、温度、湿度、气压； 3.数据处理流程：数据采集与传输→数据审核与筛选（剔除异常/错误数据）→数据校准与修正→数据分析与统计→趋势分析→生成报告。 任务二 气象因素对空气质量有什么影响？ 【引入】提问：大家有没有发现刮风、下雨之后空气会特别清新，冬季低温的时候容易出现雾霾？这就是气象因素对空气质量的影响。 【教师提问】分组讨论：风向风速、温度、降水量、湿度这四个因素分别如何影响空气质量？ 【学生思考】 1.结合生活场景讨论不同天气下的空气质量差异； 2.代表发言：刮风会把污染物吹走，下雨会把灰尘冲下来，冬天冷的时候雾霾散不开。 【讲解】逐个梳理影响规律： 1.风向风速：强风会加快大气对流，促进污染物扩散；微风/无风时污染物容易在近地面累积，风向决定污染物的扩散方向； 2.温度：气温较高时上层空气对流旺盛，利于污染物向上扩散；气温较低时易出现逆温现象，污染物难以扩散，易形成雾霾； 3.降水量：降雨对污染物有冲刷、清除作用，降雨量越大空气质量越好，且雨后冷空气过境也会促进污染物扩散； 4.湿度：高湿度一方面可与部分污染物发生化学反应降低浓度，另一方面水汽会吸附污染物形成气溶胶，提升近地面污染物浓度。 通过云参观专业监测站，让学生掌握专业检测的运行逻辑，为后续微型检测站的组装提供思路参考。 融合地理、物理知识，让学生理解空气质量的影响因素是多元的，体现跨学科思维。 环节四 微型空气质量“检测站”的组装 任务一 如何选择适配的传感器？ 【引入】专业监测站的设备成本高、体积大，我们可以用小型传感器组装微型检测站，首先要选择合适的传感器。 【教师提问】结合本地的空气污染特征（例如本地冬季供暖期PM2.5偏高，夏季臭氧偏高），思考我们需要选择哪些传感器？ 【学生思考】结合本地污染特征讨论后回答：需要PM2.5、PM10传感器，SO2、NO2、O3气体传感器，还有温湿度、风速的气象传感器。 【讲解】明确传感器选择原则：优先选择对应本地首要污染物的检测传感器，兼顾基础气象参数传感器，保证检测数据的实用性。 任务二 如何设计组装连接方案？ 【引入】选好传感器后，我们需要把传感器、数据采集器、计算机连接起来，才能实现数据的读取和分析。 【教师提问】参考官方监测站的数据传输逻辑，思考多个传感器、数据采集器、计算机三者的连接顺序，分组画出连接示意图。 【学生思考】分组讨论后画出连接逻辑图：所有传感器→数据采集器→计算机。 【讲解】确认连接逻辑：所有检测类传感器（污染物、气象）的输出端统一连接到数据采集器的输入端口，数据采集器通过USB/蓝牙等方式与计算机通信，实现数据的实时传输。 任务三 组装的具体步骤和测试方法是什么？ 【引入】现在方案已经确定，我们用手中的微型检测站套件，按步骤完成组装和调试。 【教师提问】先阅读组装说明书，思考组装分为哪几个步骤，操作中需要注意什么？ 【学生思考】阅读说明书后回答：需要先准备材料，再组装部件，连接电源和电脑，最后打开软件调试。 【讲解】带领学生按步骤实操： 1.准备材料：微型检测站套件、USB电源适配器、笔记本电脑、螺丝刀、扳手等工具； 2.部件组装：按照说明书步骤依次组装传感器、固定支架、数据采集器，确保接口插紧、部件固定牢固； 3.连接电源和电脑：先接电源适配器给检测站供电，再用USB线连接数据采集器和电脑； 4.软件调试：打开配套检测软件，选择对应设备型号，等待软件与设备连接成功； 5.功能测试：对着传感器吹气，观察软件上颗粒物、湿度数值是否变化，确认设备正常工作。 结合本地实际需求选择器材，培养学生的工程实践思维。 引导学生自主设计连接方案，融合信息技术、工程思维，落实跨学科实践目标。 动手实操提升学生的动手能力和问题解决能力，落实实践类课程的操作目标。 环节五 微型空气质量“检测站”的使用 任务一 如何使用检测站开展实地检测并分析结果？ 【引入】现在我们的检测站都调试完成了，我们一起去校园不同地点开展实地检测，对比不同区域的空气质量差异。 【教师提问】我们计划检测教室、操场、校门口、校园旁小公园四个点位，思考检测的流程是什么，检测完成后如何分析数据？ 【学生思考】讨论后回答：需要先到点位安置设备，等设备稳定后记录数据，还要记录时间、气象信息，最后汇总数据对比差异，分析原因。 【讲解】带领学生按流程开展实践： 1.选点准备：分组确定四个检测点位，提前预判污染差异：校门口靠近马路，汽车尾气多，PM2.5、NO2可能偏高；教室人员密集，颗粒物可能偏高；公园植被多，空气质量最好； 2.实地检测：到达点位后将检测站放置在距离地面1.5m左右的开阔位置，开机稳定5min后，记录各项污染物浓度，同步记录检测时间、气温、风速等信息； 3.数据分析：回到教室后各组汇总数据，对比不同点位的污染物浓度，找出首要污染物，分析污染差异的原因：比如校门口NO2高是因为机动车尾气排放，公园污染物浓度低是因为植被吸附净化； 4.提出建议：针对高污染点位提出改进建议，比如校门口提倡家长绿色接送，教室多开窗通风、定期打扫。 实地检测提升学生的实践探究能力，数据分析环节培养证据推理能力，提出建议环节强化学生的环保意识和社会责任。 课堂小结 七、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、认识空气质量检测的意义 1.空气污染物：有害气体（CO、SO2、NO2、O3）、粉尘（PM10、PM2.5） 2.危害：损害人体健康、降低农作物产量与品质 3.防治措施：使用清洁能源、植树种草、加强空气质量监测 二、参观与访谈 1.监测站核心设备：空气质量检测仪、数据采集器、气象传感器 2.影响空气质量的气象因素：风向风速、温度、降水量、湿度 三、微型空气质量“检测站”组装 流程：传感器选型→组装方案设计→部件组装→连接电源与软件调试 四、微型空气质量“检测站”使用 流程：选定检测点位→数据采集与记录→结果分析→提出空气质量优化建议 随堂练习 1.微型空气质量“检测站”可用于实时检测室外空气污染物，下列物质属于污染物检测范围内的气体是（ ） A．N2 B．SO2 C．H2O D．CO2 【答案】B 【解析】空气常规检测的有害气体包括SO2、NO2、CO、O3等，N2、H2O、CO2均为空气正常组成成分，不属于污染物检测范围，故选B。 2.校园微型空气质量“检测站”的组装和使用，可以提高同学们保护环境的意识。下列相关说法错误的是（ ） A．二氧化碳含量增多会引起酸雨 B．PM2.5的含量越高，空气质量越差 C．积极植树造林有助于提升空气质量 D．加强空气质量监测有利于调控工业布局、减少环境污染 【答案】A 【解析】A选项，CO2含量增多会加剧温室效应，酸雨由SO2、NO2等污染物引起，说法错误；B选项PM2.5是细颗粒物，含量越高空气污染越重，说法正确；C选项植树造林可吸附粉尘、吸收有害气体，有助于改善空气质量，说法正确；D选项空气质量监测数据可为工业布局调整提供依据，减少污染，说法正确。本题要求选错误项，故选A。 3.某跨学科实践活动小组组装了微型空气质量“检测站”，得到当日学校附近空气的质量报告，如图。下列说法正确的是（ ） A．当日首要污染物为PM10 B．本小组缺少对CO2这一空气污染物的检测 C．若检测到二氧化硫超标，可能会导致酸雨 D．空气质量指数（AQI）越大，空气质量状况越好 【答案】C 【解析】A选项首要污染物结合具体数据判断，臭氧浓度最高，当日首要污染物为O3；B选项CO2不属于空气污染物，无需纳入常规检测；C选项SO2与水、氧气反应会生成硫酸型酸雨，若SO2超标可能引发酸雨，说法正确；D选项空气质量指数（AQI）越大，代表污染越重，空气质量越差，说法错误。故选C。 4.微型空气质量“检测站”的组装和使用，可以提高同学们保护环境的意识。下列相关说法正确的是（ ） A．二氧化硫是有没有气味的气体污染物 B．PM2.5的含量越高，空气质量越好 C．积极植树造林有助于提升空气质量 D．燃料燃烧会产生二氧化碳是空气污染物 【答案】C 【解析】A选项SO2是有刺激性气味的气体污染物，说法错误；B选项PM2.5含量越高，空气质量越差，说法错误；C选项植树造林可净化空气，有助于提升空气质量，说法正确；D选项CO2是空气正常组成成分，不属于空气污染物，说法错误。故选C。 5.兴趣小组的同学在老师的带领下组装了微型空气质量“检测站”，用于监测当地空气中的主要污染物。某日相关数据如图。下列说法不正确的是（ ） A．空气质量指数越大表示空气质量越好 B．空气中NO2、SO2过多会形成酸雨 C．除已监测到的污染物外，还需监测CO D．为改善空气质量，提倡“绿色出行” 【答案】A 【解析】A选项空气质量指数越大，代表污染物浓度越高，空气质量越差，说法错误；B选项NO2、SO2是形成酸雨的主要污染物，说法正确；C选项空气常规污染物还包括CO，需补充监测，说法正确；D选项“绿色出行”可减少机动车尾气排放，有助于改善空气质量，说法正确。本题要求选错误项，故选A。 教学反思 本次跨学科实践活动融合化学、物理、信息技术多学科知识，较好落实了课标要求的核心素养目标。学生通过动手组装检测站、实地采集数据，对空气污染相关知识点的理解从识记层面上升到应用层面，环保意识也得到了切实提升。但活动中也存在问题：一是部分小组对传感器连接原理不熟悉，组装调试耗时过长；二是部分学生分析数据时难以结合气象因素解释空气质量差异。后续可提前布置传感器预习任务，活动前增加10分钟数据案例分析引导，进一步提升实践效率。 1 / 2 学科网（北京）股份有限公司 学科网（北京）股份有限公司 $