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

该初中化学教学设计聚焦空气质量指数、空气污染物及微型检测站原理，从学生雾霾天戴口罩、体育课调整等生活情境切入，衔接空气组成知识，搭建从生活经验到化学应用的学习支架。 特色为跨学科实践与核心素养融合，通过“认知—探究—实践”流程，学生经历方案设计、组装调试、实地检测等科学探究，培养科学思维与动手能力。多学科视角分析污染物危害，渗透绿色发展观，提升学生环保意识，为教师提供可操作的跨学科教学范例，丰富课堂形式。

跨学科实践活动 微型空气质量“检测站”的组装与使用 年级 八年级 学科 化学 课型 新授课 教材 沪科版八年级全一册 主题一 专题2 教学目标 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。 教学重点 认识空气污染物并完成检测站组装。 教学难点 检测站的电路连接与系统调试。 教材分析 本节教学内容源于沪科版五四学制八年级全一册主题一《化学的魅力》的跨学科实践专题，是义务教育化学课标要求的必设跨学科实践活动，承担着将化学理论知识与真实环境问题结合、落实核心素养的功能，兼具学科价值与实践意义。 教材按照“认知—探究—实践”的逻辑设置了三大模块：先通过空气质量指数调查、污染物认知的活动，巩固空气组成的已学知识，明确空气质量检测的现实意义；再通过检测站原理探究、方案设计环节，搭建化学知识与工程技术的衔接桥梁，渗透化学在环境监测中的应用价值；最后通过组装、调试、实地检测的实操活动，提升学生解决真实问题的能力。内容设计充分体现跨学科属性，融合了化学、生物、地理、信息技术等多学科知识，既呼应了本主题“感受化学魅力”的定位，也为后续硫、氮等常见化合物的性质学习做了生活化铺垫，同时有效渗透绿色发展观与环保意识。 学情分析 教学对象为五四学制八年级学生，具备适配本节课的知识基础与实践经验：知识层面，学生已经在前期学习中了解了空气的基本组成，在生活中通过天气APP、环保新闻对空气质量指数、雾霾等概念有直观认知，同时在劳技、信息课上接触过简单的电子元件与基础电路知识，具备完成实践活动的知识储备；能力层面，学生对动手实操类活动兴趣较高，具备基本的小组协作能力，但跨学科整合知识、用多学科视角分析问题的能力仍有不足，电路连接、系统调试等环节的实操经验较少，是学习过程中的主要难点。 思维层面，八年级学生仍以具象思维为主，对抽象的传感器检测原理、工程设计逻辑的理解需要具象案例引导，教学中需要结合生活实例、分步拆解任务，既保护学生的探究兴趣，又能引导学生逐步形成跨学科解决问题的思维，落实核心素养要求。 教学过程 教学内容 设计意图 环节一 情境导入 【引入】同学们，上课前老师先做个小调查：有没有同学遇到过原本计划好的户外体育课、研学活动，临时因为“空气质量不好”改到室内的经历？有没有秋冬季节雾霾天出门，被爸妈反复叮嘱要戴口罩，甚至有时候觉得嗓子干痒、咳嗽的情况？ 【学生活动】同桌之间相互交流2分钟，分享与空气质量相关的亲身经历。 【学生回答预设1】雾霾天出门要戴口罩，不戴的话嗓子会不舒服。 【学生回答预设2】家里刚装修完的时候有刺鼻气味，要通风很久才能住。 【学生回答预设3】马路上遇到汽车尾气特别刺鼻，要捂住鼻子快点走。 【教师回应】大家的经历老师都深有同感。我们来看这张截图（展示课件第4页手机天气APP提示页），这是老师查询的本地空气质量信息：AQI数值157，属于中度污染，平台明确提示敏感人群要减少户外活动。很多同学平时可能只留意气温、晴雨，却很少关注这组和我们健康密切相关的数值。 【教师提问】那大家有没有好奇过：这个AQI到底是什么？空气里看不见的污染物都有哪些？我们能不能自己动手做一个小小的空气质量检测装置，随时监测教室、家里、校门口的空气质量呢？ 【过渡】今天我们就一起开展跨学科实践，动手组装属于我们自己的微型空气质量“检测站”。 【教师板书】跨学科实践活动 微型空气质量“检测站”的组装与使用 以学生熟知的体育课调整、雾霾天戴口罩等真实生活场景切入，快速拉进知识与生活的距离；通过展示本地真实的AQI监测数据，让学生直观感受到空气质量和自身健康、日常活动息息相关；以“能不能自己做检测装置”的问题引发探究欲，自然引出本节课的实践主题。 环节二 空气质量知多少 活动1——空气质量指数我调查 【过渡】要了解空气质量，我们首先要知道一个核心指标——空气质量指数AQI。 【个人任务】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。 【学生活动】学生自主查询并记录数据。 【小组任务】4人一组，分享各自查到的AQI数据，讨论以下问题： ①大家查到的AQI数值是否一致？为什么？ ②AQI数值大小与空气质量好坏有什么关系？ ③根据今天的AQI，你认为适合进行户外活动吗？ 【小组讨论】5分钟。 【小组代表发言预设1】不同APP的数据略有差异，可能是因为监测点位不同或者数据更新时间不同。 【小组代表发言预设2】AQI数值越大，空气质量越差，对人体健康危害越大。 【小组代表发言预设3】如果AQI是优或良，适合户外运动；如果是中度污染，就不太适合长时间户外运动了。 【教师讲解】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。 （呈现AQI分级标准表格） 空气质量指数 空气质量状况 代表颜色 户外活动建议 0-50 优 绿色 适合户外活动 51-100 良 黄色 可正常活动 101-150 轻度污染 橙色 敏感人群减少户外活动 151-200 中度污染 红色 减少户外活动 201-300 重度污染 紫色 避免户外活动 301-500 严重污染 褐红色 停止户外活动 【教师强调】AQI数值越大，空气质量越差，对人体健康危害越大。不同等级对应不同的户外活动建议，大家以后每天出门前可以查看一下AQI，做好个人防护。 活动2——空气污染物我认识 【过渡】AQI监测的就是空气中各种污染物的浓度。那空气中到底有哪些污染物？它们从哪里来？有什么危害？ 【课前任务】课前已经让各组分工查阅了不同污染物的资料，现在来交流分享。 【分工安排】第1组SO₂（二氧化硫）；第2组NO₂（二氧化氮）；第3组CO（一氧化碳）；第4组O₃（臭氧）；第5组PM2.5和PM10。 【学生活动】各组依次汇报调查结果（2分钟/组），其他小组认真倾听，记录要点，准备补充或提问。 【第1组代表汇报】SO₂主要来自煤、石油等燃料燃烧，会损伤呼吸道，还会形成酸雨，腐蚀建筑物、酸化土壤。 【第2组代表汇报】NO₂主要来自汽车尾气、燃料燃烧，危害呼吸道和肺部，还会形成酸雨和光化学烟雾。 【第3组代表汇报】CO主要来自燃料不完全燃烧，有毒，会与血红蛋白结合，使人缺氧中毒。 【第4组代表汇报】O₃是光化学反应生成的，少量可消毒，过量会损害眼睛和呼吸道，危害农作物。 【第5组代表汇报】PM2.5和PM10主要来自扬尘、燃煤、汽车尾气，可吸入肺部，引发呼吸道疾病和心血管疾病。 【教师讲解】我们来汇总一下常见空气污染物的来源和危害： 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 【教师讲解】同学们注意，课件上特别强调了一个重要的化学思想——量变引起质变。 以臭氧为例：适量时，高空臭氧层保护地球，可用于消毒杀菌；但过量时，近地面臭氧会刺激呼吸道，引发哮喘等呼吸系统疾病。 SO₂、NO₂、CO也是一样——它们在空气中的浓度在正常范围内时不会造成危害，但浓度超标后就会成为空气污染物。任何物质，适量则利，过量则害——关键在“度”。 活动3——空气污染物危害我分析 【过渡】空气污染物的危害不是单一的，会涉及到多个领域。接下来我们从不同角度来分析。 【小组任务】多角度分析空气污染物的危害。 【分工安排】第1组从化学角度分析；第2组从生物角度分析；第3组从地理角度分析；第4组从道德与法治/社会角度分析。 【小组讨论】6分钟，每组2分钟汇报。 【学生代表发言预设1——化学角度】污染物之间会发生化学反应，生成酸雨、光化学烟雾等二次污染物。 【学生代表发言预设2——生物角度】损害人体呼吸系统，危害动植物生长，破坏生态平衡。 【学生代表发言预设3——地理角度】影响局部气候，导致土壤、水体酸化。 【学生代表发言预设4——社会角度】空气污染是民生问题，是生态文明建设的核心内容之一。 【教师讲解】空气污染物的危害可以归纳为三个层面： 对人体健康：呼吸道疾病、心血管疾病、癌症 对生态环境：酸雨破坏土壤和水体、损害农作物、损害森林 对社会：影响经济发展、增加医疗支出、降低生活质量 【教师讲解】什么是多角度分析法？就是用化学、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。 【教师强调】核心思想是——量变引起质变 + 多学科交叉 = 全面认识世界。 通过自主查询、小组讨论，将抽象的AQI概念和生活实际结合；通过AQI分级标准的讲解和户外活动建议的对应，让学生理解AQI的现实意义，提升信息获取和分析能力。 通过课前预习、课堂汇报，培养学生自主搜集资料、表达交流的能力；通过“量变引起质变”的化学思想提炼，帮助学生理解污染物浓度超标才会造成危害的本质；配合对应训练，巩固常见空气污染物的核心知识点。 通过多学科视角的分析，让学生体会化学和其他学科的联系，提升综合分析问题的能力；通过“多角度分析法”的方法提炼，帮助学生建立跨学科解决问题的思维框架；配合对应训练，巩固混合物与纯净物的区分及PM2.5的相关知识。 环节三 检测站的原理与设计 活动4——检测站的结构与原理我探究 【过渡】了解了空气污染物的种类和危害，那我们怎么才能实时监测空气质量呢？接下来我们探究微型检测站的结构和工作原理。 【教师讲解】首先我们来了解空气质量监测站的组成。请看大屏幕上的示意图——传统的大型空气质量监测站通常由以下几个部分组成： 采样系统——负责采集空气样本，将外界空气引入检测系统。这就像我们做实验时“取样”的步骤。 分析系统——对采集的空气样本进行分析，测定其中各种污染物的浓度。这是监测站的“大脑”。 数据采集与传输系统——将分析结果转化为数据，并传输到监测中心。这样我们才能在手机APP上看到AQI数值。 【教师讲解】今天我们要组装的微型检测站，虽然体积小很多，但基本原理和大型监测站是相通的——都是先采集空气样本，再分析污染物浓度，最后显示检测结果。 【教师提问】传感器是检测站的核心部件。大家想一想：“传感器”这个名字，和我们化学课上学的“感觉”有什么关系？ 【学生思考后回答】传感器就像人的眼睛、鼻子、耳朵一样，能“感知”外界的信息。 【教师讲解】说得非常好！传感器就是检测站的“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。 【教师追问】那传感器是怎么“感知”污染物的呢？它和我们化学实验中的检测方法有什么相似之处？ 【学生思考后回答】化学实验中我们用试剂检测物质，通过颜色变化等现象来判断；传感器也是利用化学反应，只不过把反应结果转化成了电信号。 【教师肯定】非常准确！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。 【教师强调】从传统的化学试剂检测，到现代的传感器检测，核心都是利用化学反应来识别和测量物质。技术变了，但化学原理没有变！ 活动5——小组讨论与教师讲解 【过渡】了解了传感器的基本原理，接下来我们通过小组讨论来深入思考：检测站和我们化学实验室有什么联系？ 【小组讨论】请各小组围绕以下三个问题展开讨论，限时5分钟： ①空气质量监测站和我们化学实验室有什么相似之处？ ②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？ ③为什么微型检测站可以做得比传统监测站更小、更便宜？ 【讨论要求】每组选定1名记录员记录讨论要点，1名汇报员准备发言。结合前面学过的化学知识思考。 【学生小组讨论】5分钟。 【小组代表发言预设1】两者都是用来检测物质的——化学实验室检测物质的性质和含量，监测站检测空气中污染物的浓度。 【小组代表发言预设2】两者都利用了化学反应——化学实验中通过颜色变化、沉淀等现象判断物质的存在；传感器也是利用化学反应，只不过把反应结果转化成了电信号，用电来表示检测结果。 【小组代表发言预设3】技术进步让传感器可以做得更小、更便宜，而且集成电路可以把很多功能集成到一块小小的芯片上，所以微型检测站可以比传统监测站小得多、便宜得多。 【教师讲解】大家总结得非常到位！我们来看微型检测站的四大核心优势： ①便携性强——体积小、重量轻，可以随身携带，随时检测 ②成本低廉——传感器和电子元件价格不断下降，使普及成为可能 ③可多点布设——可以在不同地点同时布设多个检测站，形成监测网络 ④实时监测——可以连续检测，实时显示数据，及时发现问题 【教师强调】同学们，技术进步让环境检测不再是“高大上”的实验室专属，而是可以走进千家万户、走进校园、走进社区。这正是化学与工程技术融合的力量！ 【教师提问】请大家想一想：如果我们把微型检测站布设在校园的不同位置——教室、操场、校门口、食堂——大家觉得哪个位置的空气质量可能最差？为什么？ 【学生思考后回答】校门口可能最差，因为汽车尾气多。 【教师回应】这个猜想很有道理！我们后面的实地检测环节就可以验证大家的猜想。 活动6——检测方案我设计 【过渡】理解了检测站的原理和优势，接下来我们就要根据实际需求，设计属于自己小组的检测站方案了。 【教师讲解】设计一个检测站，需要考虑以下五个核心问题： ①确定检测指标——你想监测什么污染物？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。至少选择2项污染物作为检测指标。 ②选择传感器与元件——根据检测指标选择合适的传感器。比如检测PM2.5需要PM2.5传感器，检测甲醛需要甲醛传感器。 ③设定报警功能——当污染物浓度超标时，是否需要报警提示？可以用蜂鸣器或LED灯实现。 ④设计显示方式——检测数据怎么显示？用OLED数字显示屏，还是用仪表盘？数字显示更精确，仪表盘更直观。 ⑤明确应用环境——你的检测站准备放在哪里使用？不同的使用场景，对检测站的外观、大小、电源方式都有不同的要求。 【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、苯等挥发性有机物 工业区附近：可能有SO₂、NO₂ 【小组任务】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。 【任务要求】 确定至少2项检测指标 选择合适的传感器 设计检测站的基本功能 绘制设计简图（标注各部件位置和连接方式） 列出材料清单 【学生活动】小组合作完成方案设计（8分钟），绘制设计图，列出材料清单。 【小组展示】各组派代表展示方案（2分钟/组）。 【学生展示预设1】我们小组准备监测校园门口。校园门口经常有车辆经过，所以我们选择PM2.5和CO作为检测指标。选用PM2.5传感器和CO传感器，配OLED显示屏，设置LED灯超标报警——绿色正常，红色超标。使用充电宝供电，外壳用乐高积木搭建，方便拆卸和调整。 【学生展示预设2】我们小组准备监测新装修的教室。新装修的教室可能有甲醛和VOCs，所以我们选择甲醛传感器和温湿度传感器。配蜂鸣器报警——浓度超标时蜂鸣器响起。外壳用纸盒制作，外面贴环保主题的装饰。 【教师点评】从四个维度点评各组方案： ①科学性——选择的检测指标是否合理？传感器是否适用于对应的污染物？ ②可行性——方案是否可操作？材料是否容易获取？ ③创新性——设计思路是否有独特之处？有什么创意？ ④实用性——检测站能否解决实际场景的监测需求？ 【教师讲解】通过刚才的方案设计，我们可以提炼出方案设计的一般思路： 第一步：明确目标——你要解决什么问题？ 第二步：分析需求——需要监测什么？在什么环境下使用？ 第三步：选择方案——用什么技术路线？选什么传感器和元件？ 第四步：绘制设计图——把想法画出来，标清楚各部件的连接关系 第五步：准备材料——列出材料清单，准备实物 【教师强调】这个“五步法”不仅适用于设计检测站，也适用于解决其他工程问题、科学探究问题。希望大家以后遇到类似任务时，都能用这个思路来指导自己的设计。 通过空气质量监测站组成示意图的讲解，帮助学生建立从“采样→分析→传输”的系统认知框架；通过传感器与人体感官的类比，让学生直观理解传感器的功能定位；通过传感器与化学实验检测的对比，帮助学生理解化学原理在环境监测技术中的核心作用。 通过三个递进式讨论问题，引导学生在已有化学知识的基础上自主推导传感器检测的原理；通过微型检测站四大优势的讲解，帮助学生理解技术进步如何让环境检测从“实验室专属”走向“全民可及”；通过“校园哪个位置污染最重”的追问，为后续实地检测环节埋下伏笔。 通过五个核心问题的引导，帮助学生系统思考检测方案的设计要素；通过小组设计、展示、点评的完整流程，提升学生解决真实问题的能力和创新思维；通过“五步法”的方法提炼，帮助学生建立方案设计的一般思维框架；配合对应训练，巩固氧化物判断和空气污染物的知识。 环节四 检测站的组装、使用与展示 活动7——检测站我组装 【过渡】方案设计完成后，我们就动手把设计变成实物！接下来进入行动篇的第一个活动——检测站的组装。 【教师讲解】同学们，前面我们完成了“认识篇”和“探究篇”的学习——我们知道了空气质量指数的含义，认识了常见空气污染物，探究了检测站的原理，设计了属于自己的检测方案。现在，我们要进入最激动人心的环节——行动篇。今天我们要亲手把设计图变成实实在在的检测设备，让它真正能够检测空气质量！ 【教师讲解】首先，我们来认识组装所需的材料和工具。请各小组对照自己的设计方案，领取对应的材料。 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 【教师提问】请大家观察材料清单，有没有不明白的元件？谁来说说主控板的作用是什么？ 【学生回答】主控板就像检测站的“大脑”，负责接收传感器的信号，处理后显示在屏幕上。 【教师肯定】非常准确！主控板是整个检测站的“大脑”，传感器是“眼睛”和“鼻子”，显示屏是“嘴巴”。它们分工协作，共同完成检测任务。 【教师讲解】接下来我们来看具体的组装步骤，一共六步： 步骤1：安装传感器——按照接线图将各传感器与主控板连接。 步骤2：安装风扇——将小风扇安装在进气口处，确保空气流通。风扇的作用是把外界空气抽进检测站，让传感器“闻到”空气。 步骤3：连接电源——连接锂电池或充电宝，整理线路。 步骤4：连接电路——将各模块通过杜邦线连接到主控板的对应接口。这一步要特别仔细，接口接错了检测站就无法正常工作。 步骤5：固定显示屏——将OLED显示屏固定在外壳的适当位置，确保屏幕朝外、便于读数。 步骤6：烧录程序——在电脑上编写程序并上传至主控板。这一步相当于给检测站的“大脑”输入指令，告诉它怎么工作。 【教师强调】组装过程中要注意：所有连接要牢固，杜邦线要插到底；线路要整理整齐，避免短路；USB接口要插到位，确保供电正常。 【小组任务】动手组装检测站： 01 领取材料——各小组根据设计方案领取材料。 02 硬件搭建——按照组装步骤进行硬件搭建。 03 连接与调试——在教师指导下连接电路和传感器。 04 程序与测试——完成程序烧录和初步测试。 时间安排：20-25分钟。 【安全提醒】①注意用电安全，不要带电插拔元件；②插拔杜邦线时轻拿轻放，避免损坏针脚；③如遇问题及时请教老师，不要强行操作。 【学生活动】小组合作组装检测站，教师巡视指导，解决学生遇到的电路连接、程序烧录等问题。 【教师巡视指导要点】①检查接线是否正确；②检查电源是否接通；③检查程序是否成功烧录；④帮助排查常见故障（如屏幕不亮、传感器无数据等）。 活动8——测试与调试 【过渡】组装完成后，还不能直接拿去检测——我们需要先测试，确保检测站能正常工作。 【教师讲解】测试与调试分为四个步骤： 01 通电测试——观察显示屏是否正常显示数据。如果屏幕不亮，先检查电源连接是否正常。 02 环境测试——将检测站置于不同环境中，观察数据变化。比如放在窗口和教室角落，看看数据是否有变化。 03 问题记录——记录测试中发现的问题。比如某个传感器数据一直显示为零，或者数据波动异常。 04 修改完善——对装置进行修改与完善。找出问题原因，修复后再测试，直到运行正常。 【教师提问】大家想一想：如果PM2.5传感器一直显示为0，可能是什么原因？ 【学生思考后回答】传感器没有正确连接；程序里没有正确配置传感器；传感器本身可能损坏。 【教师肯定】这些问题都有可能。排查的顺序应该是：先检查硬件连接，再检查程序配置，最后考虑硬件故障。 【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 (°C) 湿度 (%) 备注 教室 室外 其他 【学生活动】各小组完成通电测试与调试，记录问题并修改完善装置。 【教师巡视指导要点】①帮助排查显示屏不亮的问题；②帮助排查传感器无数据的问题；③指导程序调试的基本方法。 活动9——实地检测与数据分析我完成 【过渡】测试通过后，我们的检测站就可以正式“上岗”了！接下来我们要到校园不同地点进行实地检测。 【教师讲解】实地检测的任务要求： 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（减少偶然误差） 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（用于成果展示） 【建议检测地点】教室、操场、校门口（汽车尾气）、食堂、实验室等。不同的地点，空气质量可能会有明显差异。 【教师提问】大家想一想：为什么要在每个地点检测3次，而不是只测1次？ 【学生思考后回答】一次检测可能有偶然误差，测3次取平均值可以减小误差，数据更准确。 【教师肯定】说得非常好！这就是科学探究中“多次测量取平均值”的方法——可以减小偶然误差，让数据更可靠。 【教师提问】那为什么要在3-5个不同地点检测，而不是只在一个地点检测？ 【学生思考后回答】不同地点的空气质量可能不同，多地点检测可以比较差异，找到污染源。 【教师肯定】对！这就是“对比”的思想——通过不同地点的数据对比，可以发现规律、找出原因。 【学生活动】各小组选择检测点位，完成实地检测，记录数据（15分钟）。 【小组任务——数据分析】： ★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浓度——直观对比 折线图：展示同一地点不同时间的变化趋势 表格：原始数据记录——保留第一手资料 【数据分析示例】如果校门口PM2.5浓度明显高于操场，可能的原因是什么？ 【学生思考后回答】校门口有汽车经过，汽车尾气中含有颗粒物。 【教师肯定】对！这就是“数据→分析→结论”的科学推理过程。数据本身不会说话，需要我们去分析、去解释。 【学生活动】各小组整理数据，计算平均值，比较不同点位的空气质量差异，分析原因，用图表呈现数据，撰写简要检测报告。 活动10——成果展示与评价 【过渡】各组都完成了检测和数据分析，现在我们来展示成果，互相学习、共同进步。 【展示要求】各组依次上台展示检测成果（3分钟/组），展示内容包括： ①检测站实物——展示你们组组装的检测站 ②检测数据——展示检测记录表和数据图表 ③数据分析——不同地点的空气质量差异及原因分析 ④检测结论——你们得出了什么结论 ⑤问题与解决——检测过程中遇到的问题及解决方法 ⑥改善建议——提出改善空气质量的建议 【学生活动】各组依次展示，其他小组认真倾听，准备提问或建议。 【五星评价量表】： 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。 【教师点评】教师对各组作品进行点评，肯定亮点，提出改进建议。 活动11——教师总结与提升 【过渡】通过今天的跨学科实践活动，我们完成了从知识学习到动手实践的全过程。现在老师来帮大家梳理和提升。 【教师讲解——核心知识回顾】： ①空气污染物：SO₂、NO₂、CO、O₃、PM2.5、PM10等 ②AQI：空气质量指数，数值越高空气质量越差 ③检测原理：传感器利用物质的化学或物理性质检测污染物浓度 ④检测站组成：传感器+主控板+显示屏+电源+外壳 【教师强调】记住这四点，监测站的原理就不难理解了。 【教师讲解——方法提炼】今天我们经历了跨学科问题解决的完整流程： 界定问题→收集信息→设计方案→实施制作→测试优化→交流评价 【教师讲解】这个流程不仅适用于组装空气质量检测站，也适用于解决其他跨学科问题。希望同学们在今后的学习和生活中，遇到复杂问题时，也能用这个思路来指导自己的实践。 活动12——拓展探究 【过渡】今天的实践只是一个起点。关于空气质量检测，还有很多值得深入探究的方向。 【教师讲解】大家可以从以下两个方面继续深入探究： ①检测站的优化升级 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？ ②从检测到行动 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？ 【教师提问】大家想一想：如果我们给检测站增加一个远程数据传输功能，可以怎么做？ 【学生思考后回答】可以加一个WiFi模块，把数据传到云端，这样在手机上就能看到实时数据。 【教师肯定】这个想法很好！这就是物联网技术的应用。如果再加上AI分析，还可以预测空气质量变化趋势。 活动13——课后拓展任务 【过渡】课后，同学们可以从以下三个任务中任选一个，继续深入探究。 【课后拓展任务】（三选一）： 任务一：优化检测 对检测站进行优化改进，提高检测精度或增加检测指标。 任务二：数据分析 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。 任务三：环保行动 根据检测结果，设计一份校园空气质量改善建议书。 【教师寄语】空气质量关乎我们每个人的健康。今天大家亲手组装了检测站，完成了实地检测，提出了改善建议——这就是“学以致用”。希望大家在今后的生活中，继续关注空气质量，用行动守护我们共同的蓝天！ 【学生活动】选择拓展任务，课后完成。 通过材料清单讲解和组装步骤演示，帮助学生建立完整的组装操作框架；通过小组动手实践，提升学生的工程实践能力和团队协作能力；通过巡视指导和安全提醒，确保组装过程安全有序，突破“电路连接与系统调试”的教学难点。 通过分步测试与调试，帮助学生掌握检测设备功能验证的基本方法；通过“问题排查”的引导，培养学生发现问题、分析问题、解决问题的能力；通过测试记录表的填写，养成规范记录实验数据的习惯。 通过实地检测和数据分析，培养学生严谨的科学探究态度和数据处理能力；通过“多次测量取平均值”和“多地点对比”的方法渗透，让学生掌握科学探究的基本方法；通过“数据→分析→结论”的推理过程引导，帮助学生建立基于证据的科学思维。 通过成果展示，培养学生的表达交流能力和成果展示能力；通过五星评价量表引导学生开展自评和互评，培养批判性思维和反思能力；通过“检测→分析→建议”的完整流程，将检测结果转化为环保行动。 通过核心知识回顾，帮助学生巩固本节课的重要知识点；通过跨学科问题解决流程的提炼，帮助学生将活动经验上升为方法论，实现知识的迁移应用。 通过拓展探究方向的展示，激发学生继续深入研究的兴趣；通过“从检测到行动”的引导，将技术实践与环保行动相结合，培养学生的社会责任感。 通过分层拓展任务的设计，满足不同学生的学习需求；将课堂学习延伸到课外实践，引导学生持续关注空气质量问题；将技术实践与环保行动相结合，培养社会责任感和可持续发展意识。 知识总结 【过渡】同学们，通过今天的跨学科实践活动，我们围绕“微型空气质量‘检测站’的组装与使用”这一主题，完成了从认知到探究再到行动的完整过程。现在让我们一起来回顾和梳理一下。 【教师提问】今天我们从哪三个篇章展开了学习？ 【学生回答】认识篇——空气质量知多少；探究篇——检测站的原理与设计；行动篇——检测站的组装、使用与展示。 【教师追问】在认识篇中，我们认识了哪些核心概念？ 【学生回答】AQI（空气质量指数）和常见空气污染物（SO₂、NO₂、CO、O₃、PM2.5）。 【教师追问】在探究篇中，我们了解了检测站的核心部件是什么？ 【学生回答】传感器——它能感知污染物的存在并转化为电信号。 【教师追问】在行动篇中，我们完成了哪些实践活动？ 【学生回答】组装检测站、测试调试、实地检测、数据分析、成果展示。 【教师板书】知识框架图： 【教师总结】通过今天的跨学科实践活动，我们不仅学会了组装空气质量检测站，更理解了背后的化学原理——传感器利用化学反应将污染物浓度转化为电信号。同时，我们还经历了跨学科问题解决的完整流程，学会了用多学科知识分析真实问题。希望大家在今后的学习和生活中，继续用化学的眼光看待世界，用行动守护我们共同的蓝天！ 通过知识框架图的梳理，帮助学生将“认识篇→探究篇→行动篇”三大模块的知识系统化；通过递进式提问，引导学生主动回顾核心内容，强化“传感器利用化学反应检测污染物”的核心观念；总结跨学科问题解决方法，实现知识升华。 课堂小结 七、板书设计 跨学科实践活动 微型空气质量“检测站”的组装与使 一、认识篇——空气质量知多少 1. 空气质量指数（AQI）：数值越大，空气污染越严重 2. 常见空气污染物：SO₂、NO₂、CO、O₃、PM2.5/PM10 3. 污染物危害：人体健康 + 生态环境 + 社会 4. 核心思想：量变引起质变 二、探究篇——检测站的原理与设计 1. 核心部件：传感器（污染物与敏感材料发生化学反应→电信号） 2. 检测站组成：传感器 + 主控板 + 显示屏 + 电源 + 外壳 3. 方案设计流程：明确目标→分析需求→选择方案→绘制图纸→准备材料 三、行动篇——检测站的组装、使用与展示 1. 组装步骤：安装传感器→安装风扇→连接电源→连接电路→固定显示屏→烧录程序 2. 实践流程：实地采样→数据处理→成因分析 3. 跨学科问题解决方法：界定问题→收集信息→设计方案→实施制作→测试优化→交流评价 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． B． C． D． 【答案】B 【解析】A、是空气的主要组成成分，无毒无害，不属于空气污染物； B、是有毒气体，是形成酸雨的主要原因之一，属于空气污染物，符合题意； C、（水蒸气）是空气的正常组分，不属于污染物； D、属于温室气体，不属于污染物。 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、二氧化碳含量增多，会加剧温室效应，而二氧化硫、二氧化氮在大气中反应后的生成物，溶于雨水会引起酸雨，故选项说法不正确； B、PM2.5指空气中直径≤2.5微米的颗粒物，能深入人体肺部，危害健康，因此PM2.5的含量越高，空气质量越差，故选项说法正确； C、积极植树造林，增加绿化面积，可以净化空气，有助于提升空气质量，故选项说法正确； D、加强空气质量监测有利于调控工业布局、减少环境污染，故选项说法正确。 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．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 【答案】C 【解析】A、由图可知，臭氧指数最高，则当日首要污染物为臭氧，故说法错误； B、二氧化碳是空气的成分之一，不属于空气污染物，故说法错误； C、氧化物是由两种元素组成其中一种元素为氧元素，图中二氧化氮、二氧化硫、一氧化氮属于氧化物，故说法正确； D、空气质量指数（AQI）越大，说明污染物含量越高，则空气质量状况越差，空气质量指数（AQI）越小，说明污染物含量越少，则空气质量状况越好，故说法错误。 故选：C。 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” 【答案】A 【解析】A、空气质量指数越大表示空气质量越差，A不正确； B、二氧化硫（SO2）、二氧化氮（NO2）是形成酸雨的主要污染物质，B正确； C、目前列入空气质量监测标准的基本项目有：二氧化氮、二氧化硫、一氧化碳、可吸入颗粒物、细颗粒物和臭氧，因此除已监测到的污染物外，还需监测一氧化碳，C正确； D、提倡“绿色出行”，可减少化石燃料的使用，从而改善空气质量，D正确。 故选A。 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 【答案】（1）混合物 （2）小于 BD 【解析】（1）空气主要由氮气、氧气、二氧化碳等多种气体组成，即使“洁净”也只是减少了杂质，但本质仍是多种物质的混合物。故填：混合物； （2）PM2.5是指大气中小于或等于2.5微米的颗粒物。故填：小于； A、煤直接用煤作燃料，产生大量的烟尘，进入大气，会增加空气中PM2.5，不符合题意； B、工地扬尘是造成PM2.5增加的主要原因之一，因此控制工地扬尘是解决PM2.5增加的方法之一，符合题意； C、在露天焚烧垃圾可以产生烟尘，直接进入大气，会增加空气中PM2.5，不符合题意； D、氢气燃烧产物只有水，不会增加空气中PM2.5，符合题意； 故选BD。 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． 【答案】 （1）t1～t2 （2）B 【解析】 （1）由一氧化碳浓度随时间变化图可知，t1～t2时间段一氧化碳浓度曲线达到最高值，所以一氧化碳浓度最大的时间段是t1～t2。 （2）在地下车库取样，应使取样位置具有代表性和均匀性。A 取样点集中在一侧，C 取样点集中在一角，都不能很好地代表整个车库的情况；B 取样点分布相对均匀，能较全面地反映车库内的气体情况，所以选 B。 教学反思 本节课为跨学科实践课，融合化学、物理、信息科技等多领域知识，以“空气质量检测”的真实问题为驱动，带领学生完成了从知识学习、方案设计到动手组装、实地检测的完整探究过程。 本节课注重从生活走向实践：以学生熟知的体育课调整、雾霾天戴口罩等真实场景切入，通过AQI查询、污染物调查、多角度危害分析等活动，帮助学生建立空气质量与自身健康的关联；通过传感器原理的讲解和检测站组装，让学生亲身体验化学知识在环境监测中的实际应用。注重跨学科融合：在污染物危害分析中，融合化学、生物、地理、社会等多学科视角；在检测站组装中，融合电子电路、程序编写、结构设计等工程技术。注重方法提炼：通过“多角度分析法”“方案设计的一般思路”“跨学科问题解决的一般方法”的总结，帮助学生将活动经验上升为方法论。 本节课的不足与改进方向：第一，电路连接、程序烧录等环节对部分学生难度较大，后续可提前录制组装微视频供学生预习；第二，本节课活动较多，部分环节的时间可能不够充裕，后续教学中可根据学情适当调整；第三，实地检测环节受天气和场地限制，可准备备用方案（如室内不同房间的对比检测）；第四，拓展任务可进一步细化指导，满足不同能力层级学生的需求。 1 / 2 学科网（北京）股份有限公司 学科网（北京）股份有限公司 $