跨学科实践活动 微型空气质量“检测站”的组装与使用（教学课件）化学新教材沪科版五四学制八年级全一册

该初中化学课件围绕微型空气质量“检测站”组装与使用，核心涵盖空气质量指数、空气污染物及检测站原理设计。课堂从手机天气APP中度污染情境切入，引导学生调查AQI、认识污染物来源危害，再通过跨学科分析过渡到检测站组装，构建“认识-探究-行动”学习支架。 其亮点是以跨学科实践活动为载体，通过小组设计检测方案、实地组装调试检测站、多学科分析污染物危害等环节，培养科学探究与实践能力和科学思维。采用五星评价量表促进反思，强化科学态度与责任。学生在真实问题解决中提升动手能力和环保意识，教师可依托结构化活动方案高效开展跨学科教学。

沪科版五四学制八年级全一册 主题一 化学的魅力 专题2 跨学科实践活动 微型空气质量“检测站”的组装与使用 体验化学实验探究 1 探究篇——检测站的原理与设计 2 认识篇——空气质量知多少 1 行动篇——检测站的组装、使用与展示 3 学习内容导览 2 1.通过认识空气质量指数和空气污染物的种类及危害，了解空气的组成与空气质量的密切关系，初步形成“化学与可持续发展”的观念。 2.通过调查研究空气质量指数、了解空气污染物及其检测方法、设计并组装微型空气质量“检测站”等实践活动，经历跨学科问题解决的一般过程，提升动手实践能力和解决真实问题的能力。 3.通过了解空气污染物对人类健康和生态环境的危害，认识空气质量检测的重要意义，形成环保意识，树立人与自然和谐共生的绿色发展观。 重点：认识空气污染物并完成检测站组装。 难点：检测站的电路连接与系统调试。 素养锚定·课标定位 观察生活中的各种变化 手机天气APP提示：空气质量指数157，中度污染，敏感人群应减少户外活动。 情境导入·问题启思 观察生活中的各种变化 【学生活动】“我”与空气质量 任务要求：请回忆并分享，你有过以下哪些经历？ 交流要求 情境导入·问题启思 认识篇—— 空气质量知多少 01 6 一、认识篇——空气质量知多少 活动1 空气质量指数我调查 【个人任务】 任务指令：请每位同学用手机查看今天本地的空气质量指数（可通过天气APP、生态环境部门网站等途径获取）。 记录要求：记录以下信息——①AQI数值 ②空气质量等级（优/良/轻度污染等）③首要污染物 时间：3分钟 【小组任务】数据汇总与讨论 任务指令：4人一组，分享各自查到的AQI数据，讨论以下问题： 大家查到的AQI数值是否一致？为什么？ AQI数值大小与空气质量好坏有什么关系？ 根据今天的AQI，你认为适合进行户外活动吗？ 汇报要求：每组派代表汇报讨论结果 时间：5分钟 分层研学·探理悟新 一、认识篇——空气质量知多少 【教师讲解】空气质量指数（AQI） AQI是空气质量指数（Air Quality Index）的缩写，是定量描述空气质量状况的无量纲指数，其数值越大、级别和类别越高、表征颜色越深，说明空气污染状况越严重，对人体的健康危害也就越大。 什么是AQI 分层研学·探理悟新 一、认识篇——空气质量知多少 【教师讲解】空气质量指数（AQI） 适合户外活动 可正常活动 敏感人群减少户外活动 减少户外活动 避免户外活动 停止户外活动 分层研学·探理悟新 一、认识篇——空气质量知多少 活动2 空气污染物我认识 【课前任务】 任务指令：以小组为单位，课前通过查阅资料，了解空气中主要有哪些污染物，以及它们的来源。 记录要求： 至少找到2-3条关于该污染物的信息（来源、危害） 注明信息来源 准备2分钟的小组汇报 【课堂任务】 任务指令：各小组依次汇报调查结果（2分钟/组） 要求：其他小组认真倾听，记录要点，准备补充或提问 第1组 第2组 第3组 第4组 第5组 SO₂（二氧化硫） NO₂（二氧化氮） CO（一氧化碳） O₃（臭氧） PM2.5和PM10 分工建议 分层研学·探理悟新 一、认识篇——空气质量知多少 【教师讲解】归纳总结 污染物 主要来源 主要危害 SO₂（二氧化硫） 煤、石油等燃料燃烧 损伤呼吸道；形成酸雨，腐蚀建筑物、酸化土壤 NO₂（二氧化氮） 汽车尾气、燃料燃烧 危害呼吸道、肺部；形成酸雨和光化学烟雾 CO（一氧化碳） 燃料不完全燃烧 有毒，与血红蛋白结合，使人缺氧中毒 O₃（臭氧） 光化学反应生成 少量可消毒；过量损害眼睛、呼吸道，危害农作物 PM2.5/PM10 扬尘、燃煤、汽车尾气 可吸入肺部，引发呼吸道疾病和心血管疾病 分层研学·探理悟新 一、认识篇——空气质量知多少 分层研学·探理悟新 一、认识篇——空气质量知多少 【小组任务】多角度分析空气污染物的危害 任务指令：各小组从不同角度分析空气污染物的危害 分工安排： 讨论时间：6分钟 汇报要求：每组2分钟汇报 活动3 空气污染物危害我分析 分层研学·探理悟新 一、认识篇——空气质量知多少 【教师讲解】总结提升 空气污染物的危害可以归纳为三个层面： 分层研学·探理悟新 一、认识篇——空气质量知多少 【教师讲解】方法提炼——多角度分析法 什么是多角度分析法？ 用化学、生物、地理、道德与法治等多个学科的知识来分析同一个问题。 真实世界的问题往往是复杂的，需要综合运用多学科知识来解决。 从不同学科的视角审视同一个问题，形成更全面、更深刻的认识。 核心思想：量变引起质变 + 多学科交叉 = 全面认识世界 分层研学·探理悟新 探究篇—— 检测站的原理与设计 02 16 二、探究篇——检测站的原理与设计 活动4 检测站的结构与原理我探究 【教师讲解】空气质量监测站的组成 分层研学·探理悟新 二、探究篇——检测站的原理与设计 【教师讲解】核心部件——传感器 传感器是检测站的“眼睛”和“鼻子”,它能感知空气中污染物的存在并转化为电信号。 传感器的检测原理往往涉及化学反应——污染物与传感器中的敏感材料发生化学反应，产生可测量的电信号。这就是化学在环境监测中的应用。 分层研学·探理悟新 二、探究篇——检测站的原理与设计 活动5 小组讨论与教师讲解 小组讨论 空气质量监测站和我们化学实验室有什么相似之处？ 传感器检测污染物和化学实验中用试剂检测物质，有什么共同点？ 为什么微型检测站可以做得比传统监测站更小、更便宜？ 讨论问题 汇报要求 每组派代表分享讨论结果 提示：结合化学课学过的知识思考 分层研学·探理悟新 二、探究篇——检测站的原理与设计 活动5 小组讨论与教师讲解 教师讲解——微型检测站的优势 与传统的大型监测设备相比 分层研学·探理悟新 二、探究篇——检测站的原理与设计 活动5 小组讨论与教师讲解 教师讲解——微型检测站的优势 微型空气质量检测站具有以下四大核心优势 技 术 进 步 让 环 境 检 测 走 进 千 家 万 户。 分层研学·探理悟新 二、探究篇——检测站的原理与设计 活动6 检测方案我设计 【教师讲解】设计检测站需要考虑的问题 选择至少两项检测指标，明确需要监测的对象和参数。 确定检测指标 根据检测指标，挑选合适的传感器和电子元件来实现数据采集。 选择传感器与元件 确定是否具备超限报警功能，并设计相应的报警机制。 设定报警功能 决定采用仪表显示还是数字显示来呈现检测结果。 设计显示方式 根据周边环境选择重点监测对象，确定系统的具体应用场景。 明确应用环境 分层研学·探理悟新 二、探究篇——检测站的原理与设计 活动6 检测方案我设计 小组任务——设计检测方案 各小组根据周边环境（校园、家庭、社区等）分析可能出现的空气污染物，确定重点监测对象 选择合适的传感器和电子元件 规划检测站的基本功能 绘制设计图 任务指令 参考环境 校园周边：可能有汽车尾气（CO、NO₂）、扬尘（PM2.5） 新装修房屋：可能有甲醛 工业区附近：可能有SO₂、NO₂ 分层研学·探理悟新 二、探究篇——检测站的原理与设计 活动6 检测方案我设计 学生活动——小组展示 分层研学·探理悟新 二、探究篇——检测站的原理与设计 活动6 检测方案我设计 教师点评与总结 创新性 实用性 是否有独特的设计思路？ 检测站能否解决实际问题？ 选择的检测指标是否合理？传感器是否适用？ 科学性 可行性 方案是否可操作？材料是否可得？ 方案评价 要点 分层研学·探理悟新 二、探究篇——检测站的原理与设计 活动6 检测方案我设计 01 明确目标 要检测什么？在哪里检测？ 02 分析需求 需要什么功能？需要什么硬件？ 03 选择方案 选择什么传感器？什么显示方式？ 04 绘制设计图 画出结构示意图和电路连接图 05 准备材料 列出所需元器件清单 【方法提炼】——方案设计的一般思路 分层研学·探理悟新 行动篇—— 检测站的组装、使用与展示 03 27 三、行动篇——检测站的组装、使用与展示 活动7 检测站我组装 类别 具体材料 数量 主控板 Arduino/micro:bit等开发板 1块 传感器 PM2.5传感器、甲醛传感器、温湿度传感器等 按需 显示屏 OLED液晶显示屏 1块 风扇 小型风扇（用于进气） 1个 电源 锂电池/充电宝 1个 外壳 可3D打印或自制外壳 1个 连接线 杜邦线、导线等 若干 工具 螺丝刀、扎带、剪刀等 若干 材 料 清 单 分层研学·探理悟新 三、行动篇——检测站的组装、使用与展示 活动7 检测站我组装 教师讲解——组装步骤 01 02 03 04 05 06 按照接线图将各传感器与主控板连接。 安装传感器 将小风扇安装在进气口处，确保空气流通。 安装风扇 连接锂电池或充电宝，整理线路。 连接电源 将各模块通过杜邦线连接到主控板的对应接口。 连接电路 将OLED显示屏固定在外壳的适当位置。 固定显示屏 在电脑上编写程序并上传至主控板。 编写/烧录程序 分层研学·探理悟新 二、探究篇——检测站的原理与设计 小组任务——动手组装 活动7 检测站我组装 领取材料 各小组根据设计方案领取材料。 01 硬件搭建 按照组装步骤进行硬件搭建。 02 连接与调试 在教师指导下连接电路和传感器。 03 程序与测试 完成程序烧录和初步测试。 04 时间安排 时间： 20-25分钟。 05 安全提醒：注意用电安全，不要带电插拔；如遇问题及时请教老师。 分层研学·探理悟新 三、行动篇——检测站的组装、使用与展示 活动8 测试与调试 观察显示屏是否正常显示数据。 将检测站置于不同环境中，观察数据变化。 记录测试中发现的问题。 对装置进行修改与完善。 通电测试 环境测试 问题记录 修改完善 记录要求：填写测试记录表 测试环境 PM2.5 (μg/m³) 甲醛 (mg/m³) 温度 (℃) 湿度 (%) 备注 教室 室外 其他 时间：10分钟 分层研学·探理悟新 二、探究篇——检测站的原理与设计 活动9 实地检测与数据分析我完成 小组任务——实地检测 任务要求： 各小组选择校园内3-5个不同地点进行检测 每个地点检测3次，取平均值 记录检测数据，填写检测记录表 拍摄检测过程的照片或视频 建议检测地点：教室、操场、校门口（汽车尾气）、食堂、实验室等 时间：15分钟 分层研学·探理悟新 二、探究篇——检测站的原理与设计 活动9 实地检测与数据分析我完成 小组任务——数据分析 任务清单 整理检测数据，计算各地点各指标的平均值 比较不同地点的空气质量差异 分析造成差异的可能原因 将数据用图表形式呈现（柱状图、折线图等） 撰写简要的检测报告 图表建议 柱状图 比较各地点PM2.5 折线图 展示变化趋势 表格 原始数据记录 分层研学·探理悟新 二、探究篇——检测站的原理与设计 学生活动——小组展示 活动10 成果展示与评价 准备展示内容 各组依次展示检测成果（3分钟/组），展示内容包括：检测站实物、检测数据、数据分析、检测结论。 说明检测问题 说明检测过程中遇到的问题及解决方法。 提出改善建议 提出改善空气质量的建议。 分层研学·探理悟新 三、行动篇——检测站的组装、使用与展示 活动10 成果展示与评价 评价维度 5分标准 3分标准 1分标准 小组自评 他评 科学性 检测方法正确，数据准确 方法基本正确 方法有误 完整性 检测站功能完整，运行正常 基本功能正常 功能不完整 数据分析 数据处理规范，结论合理 有基本分析 缺少分析 创新性 设计有创意，有独特之处 设计一般 设计简单 团队协作 分工合理，配合默契 分工基本合理 分工不明确 评价方式：小组自评 + 小组互评 + 教师评价 【五星评价量表】 分层研学·探理悟新 三、行动篇——检测站的组装、使用与展示 活动11 教师总结与提升 核心知识回顾 记住这四点，监测站的原理就不难理解了。 分层研学·探理悟新 三、行动篇——检测站的组装、使用与展示 活动11 教师总结与提升 方法总结 要解决什么问题？（检测空气质量） 界定问题 需要什么知识？（化学、物理、信息技术） 收集信息 动手做（组装、调试） 实施制作 怎么改进？（展示、互评） 交流评价 怎么做？（选传感器、设计电路、编写程序） 设计方案 好不好用？（检测、改进） 测试优化 分层研学·探理悟新 三、行动篇——检测站的组装、使用与展示 活动12 拓展探究 如何提高检测的准确性和稳定性？ 如何实现远程数据传输和实时监控？ 如何利用AI技术分析空气质量数据？ 检测站的优化升级 根据检测结果，可以采取哪些措施改善空气质量？ 如何将检测数据用于环保宣传和公众教育？ 从检测到行动 分层研学·探理悟新 三、行动篇——检测站的组装、使用与展示 活动13 课后拓展任务（三选一） 对检测站进行优化改进，提高检测精度或增加检测指标。 优化检测 连续一周在同一地点检测空气质量，绘制变化曲线，分析变化原因。 数据分析 根据检测结果，设计一份校园空气质量改善建议书。 环保行动 分层研学·探理悟新 微型空气质量“检测站”的组装与使用 空气质量知多少 检测站的原理与设计 空气质量指数我调查 空气污染物我认识 空气污染物危害我分析 检测站的组装、使用与展示 检测站我组装 实地检测与数据分析我完成 成果展示与评价 检测站的结构与原理我探究 检测方案我设计 体系梳整·认知升华 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．氮气 B．二氧化硫 C．水蒸气 D．二氧化碳 B 当堂诊学·成效校验 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 A 当堂诊学·成效校验 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．以上物质中涉及3种氧化物 D．空气质量指数（AQI）越大，空气质量 状况越好 C 当堂诊学·成效校验 4．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” A 当堂诊学·成效校验 5．空气是一种宝贵的资源。 (1)洁净的空气属于________（填“混合物”或“纯净物”）； (2)PM2.5是指大气中________（填“大于”“小于”或“等于”）或等于2.5微米的颗粒物。据报道，今年1-4月南京空气中PM2.5与去年同期相比下降22.3%，下列行为不会增加空气中PM2.5的是_______（填字母）。 A．燃煤火力发电     B．治理工地扬尘     C．露天焚烧垃圾     D．使用氢能源汽车 BD 混合物 小于 当堂诊学·成效校验 6．实验小组用微型空气质量“检测站”测得某 小区地下车库中一氧化碳浓度如图所示。 (1)一氧化碳浓度最大的时间段是_________________ (填“t1～t2”或“t2～t3”或“t3～t4”)。 (2)在地下车库里确定5个位置进行取样。 以下取样位置设定合理的是_____________。 A． B． C． t1～t2 B 当堂诊学·成效校验 感谢观看 沪科版五四学制八年级全一册 47 $