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

该初中化学导学案围绕“微型空气质量‘检测站’的组装与使用”展开，引导学生认识空气污染物及危害，掌握检测设备组装与使用方法。通过雾霾情境导入，课前预习回顾空气组成与污染物知识，课中小组合作实操组装、实地检测，形成从基础到实践的学习支架。 资料融合化学、物理、信息技术等多学科知识，提供实验操作视频与小组探究任务单，通过真实情境问题解决培养科学探究与实践能力。课前预习、课中探究、课后检测的完整设计，助力学生树立绿色化学理念，提升科学态度与社会责任素养。

初中化学“导·学·练”课堂导学案 年级 九年级 科目 化学 周次 设计者 序号 班级 主题与课时 跨学科实践活动 1 微型空气质量 “检测站” 的组装与使用 课型 新授 审核人 学校审核 姓名 课标要求 依据义务教育化学新课标要求，本次跨学科实践活动，引导学生认识空气主要污染物及危害，掌握微型空气质量检测设备的组装与使用方法。融合物理、信息技术、地理多学科知识，通过实操检测、数据分析，探究本地空气质量状况，树立绿色化学理念，学会运用科学方法解决真实环境问题，提升实践创新与社会责任素养。 学习目标 宏观辨识与微观探析：辨识空气污染物，关联污染物微观性质与污染现象。 科学探究与创新意识：自主组装检测设备、开展检测实验，优化探究方案。 科学态度与社会责任：正视空气污染问题，树立环保意识。 证据推理与模型认知：依托检测数据推理空气质量等级，建立数据研判环境问题的思维模型。 重难点 重点：认识常见空气污染物及检测原理，熟练掌握微型空气质量检测站的组装、调试操作，能准确读取、记录检测数据。 难点：融合多学科知识分析检测数据，结合生活实际分析空气污染成因，排查设备组装常见故障，基于检测结果提出科学可行的空气保护改进措施，实现知识的综合运用。 资源与 建议 本次教学所需资源包含人教版九年级上册化学教材、微型空气质量检测套件（单片机、温湿度传感器、颗粒物传感器、显示屏、杜邦线等）、空气质量国家标准数据表、本地空气质量实时播报平台、实验操作视频、小组探究任务单。教学建议采用小组合作模式，4-5人一组分工协作，课前预习设备结构与污染物知识，课中实操探究、故障研讨，课后拓展检测。结合生活场景开展校园、居家空气质量检测，联动信息技术处理数据，渗透生态文明教育，落实跨学科育人目标。 学习过程 （一）课前预习案 亲爱的同学，空气质量与我们的生命健康、生活环境息息相关，保护空气是每个人的责任。本节课我们将开展跨学科实践活动，亲手组装微型空气质量检测站，自主检测身边的空气质量。为高效完成课堂探究任务，请你结合新教材第二单元内容，自主完成以下预习任务，夯实基础、预热新知。 预习任务一：基础知识回顾（教材溯源） 结合人教版九年级上册化学教材第二单元《空气和氧气》相关内容，完成下列填空题，巩固空气的组成、空气污染相关基础知识点。 1. 空气的成分按体积分数计算，_________约占78%，_________约占21%，稀有气体、二氧化碳、其他气体和杂质共占1%。空气是一种_________（填“纯净物”或“混合物”）。 2. 目前计入空气质量评价的主要污染物有_________、_________、_________、可吸入颗粒物、细颗粒物和臭氧等。其中_________是形成酸雨的主要污染物，细颗粒物会直接危害人体呼吸道和心肺功能。 3. 空气质量指数（AQI）数值越_________，空气质量级别越高，空气质量状况越差；数值越_________，空气质量越好。 4. 常见的空气污染来源有工业废气排放、_________、_________、扬尘污染等，空气污染会危害人体健康、影响农作物生长、破坏生态平衡。 预习任务二：新知自主认知 阅读教材跨学科实践活动1内容，查阅简易资料，完成下列简答题，初步了解实验器材与实验原理。 1. 微型空气质量检测站的核心组成部件包含哪些？各部件的核心作用是什么？ 2. 传感器在检测实验中的作用是什么？简单说说温湿度传感器、颗粒物传感器的检测原理。 3. 结合生活经验，说说校园内可能存在哪些空气污染隐患？ 预习任务三：预习思考与疑问记录 1. 为什么不能仅凭肉眼判断空气是否洁净？请举例说明。 2. 提前预判：组装检测设备时，可能会出现哪些操作问题，导致设备无法正常显示数据？ 3. 我的预习疑问：_________________________________ 预习总结 通过课前预习，我们巩固了空气的组成、空气污染物、空气质量评价等化学基础知识，初步认识了微型空气质量检测设备的组成和功能，了解了本次实践活动的核心任务。同时发现了自身的知识盲区和操作困惑，为课中实操探究、小组合作研讨做好了充分铺垫。 （二）课中探究案 本节课将以真实情境为载体，以小组探究为核心，完成设备组装、设备调试、实地检测、数据分析、问题研讨、成果总结六大探究任务，融合化学、物理、信息技术多学科知识，完成本次跨学科实践活动。全班分为若干小组，每组4人，分工为操作员、记录员、质检员、汇报员，各司其职、协同合作。 探究任务一：情境导入，明确探究目标 【情境问题】秋冬季节部分地区会出现雾霾天气，开窗通风、户外活动都会受到影响。我们日常通过手机查看的空气质量数据是专业设备检测得出的，那么我们能否利用简易器材，自制微型检测设备，精准检测身边的空气质量？结合预习内容，小组讨论并回答以下问题。 1. 传统肉眼观察空气洁净度存在哪些弊端？ 2. 开展微型空气质量检测的意义是什么？ 小组研讨结论：肉眼只能直观看到沙尘、浓雾等明显污染现象，无法检测无色、无味的有害气体和细微颗粒物，判断结果主观、不准确。自主组装检测站，能够直观感受科学检测的原理，精准获取空气质量数据，真实感知身边的环境状况，为保护环境提供科学依据，同时提升动手实践和数据分析能力。 探究任务二：认识实验器材，掌握检测原理 结合教材图示和实验器材，小组合作识别所有器材，梳理各部件功能，理解检测原理，完成下列探究问题。 1. 器材识别与功能梳理：单片机为设备核心处理器，负责接收传感器数据、运算处理并传输数据；各类传感器负责采集空气温度、湿度、颗粒物浓度、有害气体浓度等数据；OLED显示屏负责实时展示检测数据；杜邦线用于电路连接，实现设备通电和数据传输。 2. 检测原理探究：空气质量传感器利用物理感应和化学响应原理，与空气中的污染物发生作用，将污染物浓度、温湿度等非电信号转化为电信号，经单片机处理后，转化为可视化数值，最终在显示屏呈现，实现空气质量的量化检测。 3. 小组思考：为什么检测站需要同时检测颗粒物、温湿度等多项指标？单一指标能否判定空气质量优劣？ 探究小结：空气质量是综合评价指标，颗粒物、有害气体、温湿度都会影响空气环境质量，单一数据无法全面反映空气状况，多项指标结合才能科学判定空气质量等级。 探究任务三：规范组装设备，排查组装故障 结合教材组装步骤，遵循“先断电、后接线、先电源、后信号”的安全原则，小组合作完成微型空气质量检测站的组装，严格规避操作风险，完成组装探究问题。 1. 组装操作步骤梳理：第一，检查器材完整性，确认无损坏、缺失；第二，利用杜邦线连接单片机与电源模块，确认正负极连接正确，杜绝接反短路；第三，依次连接颗粒物传感器、温湿度传感器、气体传感器，保证接线牢固；第四，连接显示屏接口，完成整体电路搭建；第五，通电调试，观察设备指示灯与屏幕状态。 2. 安全操作要点：组装全程保持断电状态，禁止带电接线；杜邦线插接紧密，避免接触不良；严禁私自改装电路，防止设备烧毁；操作过程保持桌面整洁，杜绝器材杂乱引发故障。 3. 故障排查探究：小组组装完成后，若出现屏幕不亮、无数据显示、数据跳动异常等问题，结合所学知识分析故障原因并解决。完成填空：设备无响应大概率是_________；数据跳动异常大概率是_________。 小组实操总结：组装的核心关键是接线准确、连接牢固、正负极无误。多数设备故障均为接线问题导致，严谨的操作态度是实验成功的基础，这也体现了科学探究的严谨性。 探究任务四：实地采样检测，记录实验数据 设备调试正常后，小组选取校园三个不同场景：教室室内、走廊通风处、操场露天区域，开展空气质量检测，每个场景静置检测3分钟，待数据稳定后记录数值，完成数据记录表并回答问题。 1. 记录不同场景下的空气温湿度、有害气体浓度数据。 2. 对比三组数据，思考：不同场景的空气质量数据是否存在差异？造成差异的原因是什么？ 3. 结合空气质量国家标准，判断三个检测地点的空气质量等级。 探究分析：教室室内人员密集、空气流通缓慢，颗粒物和二氧化碳浓度相对偏高；操场通风条件好，空气对流充分，污染物易扩散，空气质量最优；走廊区域空气质量介于两者之间，充分说明空气流通是改善局部空气质量的重要方式。 探究任务五：数据分析研判，探究污染成因 结合小组检测数据，融合化学、地理、生物知识，深度分析数据背后的环境问题，完成小组探究思考题。 1. 校园内颗粒物污染的主要来源有哪些？（结合校园活动、环境特点分析） 2. 密闭室内空气质量较差的化学原因是什么？ 3. 结合检测结果，说说空气质量不佳会对师生身体、学习生活造成哪些影响？ 深度探究结论：密闭教室中，学生呼吸消耗氧气、释放二氧化碳，导致空气成分改变，同时人员活动产生粉尘、悬浮颗粒物，且空气无法及时交换，造成空气质量下降；操场开阔通风，污染物快速扩散，空气成分稳定、洁净。颗粒物超标会引发呼吸道不适，有害气体累积会导致头晕、注意力不集中，影响学习效率和身体健康。 探究任务六：学以致用，提出环保改进方案 基于本次实操检测和数据分析结果，结合教材中空气污染的防治措施，小组合作制定校园及居家空气质量改善方案，落实学以致用，培养社会责任。 1. 校园空气质量改善措施：定时开窗通风，保证教室空气流通；规范校园卫生清扫方式，减少扬尘；禁止校园内焚烧杂物、乱扔垃圾；定期消杀净化空气，优化校园绿化布局。 2. 居家空气质量改善措施：日常勤开窗通风；减少室内油烟、粉尘产生；合理摆放绿植，净化空气；避免长时间密闭居住，定期清洁室内环境。 3. 社会层面空气保护举措：减少化石燃料使用，推广清洁能源；严控工业废气排放；绿色出行，减少机动车尾气污染；全民树立环保意识，共同守护空气环境。 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. 基础认知：空气污染物→SO₂、NO₂、CO、臭氧 2. 设备组成：单片机、传感器、显示屏、杜邦线、电源模块 3. 核心操作：断电组装→规范接线→通电调试→实地检测→数据记录 4. 故障排查：接线错误、接触不良、正负极接反 5. 实践结论：通风改善空气质量，人人守护大气环境 6. 跨学科融合：化学（污染原理）+物理（电路传感）+信息技术（数据处理） 检测与作业 一、选择题 1. 下列物质中，不属于空气质量评价主要污染物的是（ ） A. 二氧化硫 B. 二氧化碳 C. 细颗粒物 D. 二氧化氮 2. 组装微型空气质量检测站时，首要操作原则是（ ） A. 快速接线 B. 带电调试 C. 断电操作 D. 随意接线 3. 下列场景中，空气质量最优的是（ ） A. 密闭教室 B. 露天操场 C. 封闭楼道 D. 密闭卧室 二、填空题 4. 微型空气质量检测站中，负责采集空气数据的核心部件是_________，负责处理数据的部件是_________。 5. 空气质量指数AQI数值越大，空气质量越_________；预防校园空气污染的有效措施是_________。 三、简答题 6. 简要说明密闭室内空气质量较差的原因，并写出两条改善室内空气质量的方法。 参考答案 （一）课前预习案答案 预习任务一 1. 氮气；氧气；混合物 2. 二氧化硫；二氧化氮；一氧化碳；二氧化硫、二氧化氮 3. 大；小 4. 机动车尾气排放；生活燃煤（合理即可） 预习任务二 1. 组成部件：单片机、各类传感器、显示屏、杜邦线、电源模块。单片机处理数据，传感器采集空气数据，显示屏展示数值，杜邦线连接电路，电源模块提供电能。 2. 传感器作用：采集空气各项指标数据，将物理、化学信号转化为电信号。检测原理：传感器与空气污染物、温湿度发生感应响应，转化为可识别的数据信号。 3. 校园空气污染隐患：人员密集密闭空间空气浑浊、清扫扬尘、周边车辆尾气、垃圾异味污染等（合理即可）。 预习任务三 1. 空气中的有害气体、细微颗粒物均无色无味，肉眼无法识别，仅能发现明显的沙尘、雾霾等污染，判断结果不准确、不全面。 2. 可能出现的问题：接线错误、正负极接反、线路接触不良、设备未通电、传感器损坏等（合理即可）。 （二）课中探究案答案 探究任务三故障排查：接线错误、设备未通电；线路接触不良 探究任务四、五、六答案均为开放性答案，贴合生活、科学合理即可，参考文中探究结论作答。 （三）当堂检测答案 一、选择题 1. B 解析：二氧化碳是空气固有成分，不属于空气污染物。 2. C 解析：组装电路设备必须断电操作，保障安全、避免设备损坏。 3. B 解析：露天操场通风条件好，污染物易扩散，空气质量最优。 二、填空题 4. 传感器；单片机 5. 差；定时开窗通风（合理即可） 三、简答题 6. 原因：密闭室内空气不流通，人员呼吸消耗氧气、释放二氧化碳，同时产生粉尘、悬浮颗粒物，有害气体易累积，导致空气质量下降。改善方法：定时开窗通风、摆放绿植净化空气、定期清洁室内环境、减少室内污染源（写出两条即可）。 ( 1 / 3 ) 目标领航 任务驱动 评价镶嵌 赢在课堂 学科网（北京）股份有限公司 学科网（北京）股份有限公司 $