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空气质量检测原理、主要污染物及微型检测站组装使用，通过播放雾霾新闻或AQI数据导入，衔接空气组成与污染防治知识，以问题链和传感器原理动画、分步图示为学习支架，引导学生构建知识脉络。 特色在于跨学科融合与准工程化实践，融合化学、物理等学科知识，经历“需求分析—组装调试—数据采集”流程，培养科学探究与实践能力。通过校园区域数据对比分析，增强科学态度与责任，分层作业对接中考，助力学生提升问题解决能力，方便教师教学实施。

跨学科实践活动1 微型空气质量“检测站”的组装与使用 课标要求 通过跨学科实践活动，融合化学、物理、信息技术、地理等学科知识，了解空气质量检测的基本原理和方法。认识空气污染的主要污染物及其来源，理解空气质量评价的指标与意义。能运用技术与工程方法，完成微型空气质量检测站的组装与使用，发展“科学探究与实践”“科学态度与责任”等核心素养。 教材分析 本活动是人教版2024九年级化学上册第二单元《我们周围的空气》的跨学科实践内容，属于“化学与社会·跨学科实践”主题范畴。本活动是在“空气的组成”“空气污染与防治”等知识基础上的深化应用，要求学生将空气成分、空气质量检测等化学核心知识，与物理传感器原理、信息技术数据采集、地理气象条件分析等跨学科知识有机整合。通过组装微型空气质量检测站，学生将经历“需求分析—方案设计—器材选用—动手组装—调试测试—数据采集—分析评价”的准工程化流程，将科学探究的思维模型与工程设计的实践逻辑有机融合。本活动对培育学生的系统思维、工程思维以及社会责任感具有重要价值。 学情分析 九年级学生已系统学习了空气的组成、污染与防治等化学知识，具备基本实验操作能力；在物理学科中学习了简单电路知识，部分学生可能接触过编程启蒙。学生对动手实践和跨学科探究兴趣浓厚，具备小组合作能力。但学生在以下方面可能存在困难：①首次将化学测量需求转化为物理硬件和程序逻辑，存在认知跨度；②传感器使用和数据分析方法不熟悉，跨学科知识整合不足；③面对组装调试中的故障，系统性排查问题的能力尚显薄弱。教学应提供直观的传感器工作原理动画和分步图示“脚手架”，并通过角色建议卡引导有效分工，确保每位学生深度参与。 教学目标 1. 了解空气质量检测的基本原理和主要监测指标（PM2.5、CO₂、SO₂、NO₂、O₃等），知道空气污染物的主要类型和来源。 2. 掌握微型空气质量检测站的组装方法，能正确连接传感器、数据采集器等核心模块。 3. 能正确使用检测站进行空气质量检测，采集并分析数据，形成简单的空气质量报告。 4. 通过跨学科实践活动，培养运用多学科知识解决真实问题的能力，增强环保意识和社会责任感。 教学重、难点 重点：微型空气质量检测站的组装与使用；空气质量主要监测指标的含义与检测原理。 难点：将实际生产生活问题转化为化学问题，形成综合运用跨学科知识解决真实问题的思路与方法。 核心素养 化学观念：通过空气质量检测实践，深化对空气组成与污染的认识，形成“化学—环境—社会”相互关联的学科观念。科学思维：通过传感器原理理解和数据分析，发展基于证据的推理能力和系统思维。科学探究与实践：经历方案设计、器材选用、动手组装、调试测试等准工程化流程，提升实践能力和问题解决能力。科学态度与责任：通过对空气质量数据的切身感知，激发对环境问题的忧患意识，增强运用科技手段解决环境问题的社会责任感。 教学环节 教学活动 二次备课（问题链） 环节一 情境导入 【教师】播放城市雾霾新闻片段或展示空气质量指数（AQI）实时数据截图，提问：“我们如何知道自己身边的空气质量状况？空气质量指数是如何得出的？” 【学生】观看视频，讨论空气质量对生活的影响，思考空气质量检测的方法。 ①基础巩固：空气的主要成分有哪些？ ②能力迁移：空气质量指数（AQI）的高低反映了什么？ ③中考对接：空气质量评价的污染物种类。 环节二 认识空气质量检测 【教师】讲解空气质量检测的基本知识：①空气质量指数（AQI）的含义与分级；②目前计入空气质量评价的主要污染物（SO₂、CO、NO₂、PM10、PM2.5、O₃等）；③空气污染的主要来源（工业废气、汽车尾气、燃煤等）。 【学生】记录空气质量评价的主要污染物，讨论本地空气污染的主要来源。 ①基础巩固：目前计入空气质量评价的主要污染物有哪些？ ②能力迁移：PM2.5和PM10有什么区别？ ③中考对接：空气污染物的来源与危害。 环节三 认识检测站组件 【教师】展示微型空气质量检测套件，逐一介绍核心组件的名称与功能：PM2.5传感器（激光散射原理检测颗粒物浓度）、CO₂传感器（红外吸收原理）、温湿度传感器、气泵、数据采集器、显示屏、连接管等。简要讲解各传感器的工作原理。 【学生】认识各组件，了解传感器的基本工作原理，记录组件名称与功能。 ①基础巩固：微型检测站由哪些核心组件构成？ ②能力迁移：传感器是如何将空气污染物浓度转化为电信号的？ ③中考对接：传感器原理的跨学科理解。 环节四 组装检测站 【教师】演示组装步骤，强调操作要点：①检查各组件是否完好；②按图纸连接传感器与数据采集器；③连接气泵与管路，确保气密性；④连接电源与显示屏。 【学生】分组领取套件，按图纸或操作指南组装检测站。教师巡视指导，重点检查气密性（关闭气泵后压力表读数是否稳定）。 ①基础巩固：组装检测站的步骤有哪些？ ②能力迁移：如何检查装置的气密性？ ③中考对接：气密性检查的方法与意义。 环节五 调试与使用 【教师】指导学生开机调试：①通电后检查各传感器是否正常工作；②观察显示屏数据是否稳定；③若数据异常，引导学生排查原因（接口松动？传感器污染？）。 【学生】分组调试检测站，记录初始数据，排查并解决异常问题。 ①基础巩固：调试检测站时应注意哪些问题？ ②能力迁移：如果检测数据异常，可能的原因有哪些？ ③中考对接：实验故障排查的思路与方法。 环节六 数据采集与讨论 【教师】组织学生到校园不同区域（如操场、走廊、教室、食堂门口等）进行数据采集。引导学生对比分析各组数据，讨论不同区域空气质量差异的原因。 【学生】分组采集数据，记录PM2.5、CO₂浓度及温湿度等，生成简易对比表，分析数据差异的原因。 ①基础巩固：校园不同区域的空气质量数据有何差异？ ②能力迁移：造成数据差异的可能原因有哪些？ ③中考对接：数据分析与结论的表述。 环节七 总结 【教师】总结空气质量检测的意义、检测站的组装要点和数据采集分析方法。强调化学在环境监测中的重要作用。 【学生】完成活动报告，分享本组检测结果和体会。 ①基础巩固：本活动你学到了哪些知识和技能？ ②能力迁移：如何利用检测站为改善校园空气质量提出建议？ ③中考对接：跨学科实践类综合题。 课堂总结 跨学科实践活动1 微型空气质量“检测站”的组装与使用 ├─ 空气质量评价 │ ①空气质量指数（AQI） │ ②主要污染物：SO₂、CO、NO₂、PM10、PM2.5、O₃ ├─ 检测站核心组件 │ 传感器（PM2.5、CO₂、温湿度等）、气泵、数据采集器、显示屏 ├─ 组装要点 │ 按图连接→检查气密性→通电调试 ├─ 使用流程 │ 开机→稳定读数→采集数据→分析讨论 └─ 跨学科融合：化学 + 物理 + 信息技术 + 地理 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、空气质量检测的意义 二、主要污染物与AQI 三、检测站的组装 四、检测站的使用与数据分析 教学反思 本活动是学生首次系统开展跨学科实践活动，实现了从化学知识到多学科融合应用的认知跃迁。学生对动手组装检测站兴趣浓厚，但在传感器原理理解和跨学科知识整合方面存在一定困难。部分小组在组装过程中出现气密性不佳、数据异常等问题，需引导学生运用系统性思维排查故障。数据采集环节有效激发了学生对环境问题的关注。后续教学中可增加传感器工作原理的动画演示，提供更充分的分步操作指导，并鼓励学生将检测活动拓展到家庭或社区场景中。 分层作业 · ①基础巩固：目前计入空气质量评价的主要污染物有哪些？微型空气质量检测站由哪些核心组件构成？ · ②能力迁移：如果检测站采集到的PM2.5数据异常偏高，可能的原因有哪些？应如何排查？【近3年：跨学科实践类题目为新兴考查方向】 · ③中考真题对接：（2024模拟）某小组利用微型空气质量检测站对校园不同区域的空气质量进行检测，发现食堂门口CO₂浓度明显高于操场。下列分析合理的是（　） A. 食堂门口人员密集，呼吸作用产生更多CO₂ B. 操场风力较大，CO₂被风吹散 C. 食堂内燃气燃烧产生CO₂ D. 以上均有可能 【近3年：跨学科综合分析题为命题新趋势】 2 学科网（北京）股份有限公司 $