专题2跨学科实践活动微型空气质量 “检测站” 的组装与使用教学设计--2026-2027学年八年级化学沪科版（五四学制）全一册

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） 课题 课时安排 核心 素养目标 化学观念：认识常见空气污染物，建立空气质量与物质性质的关联认知。 科学思维：依托检测数据对比分析，归纳不同场景空气质量差异，形成证据推理思维。 科学探究：自主完成装置组装、调试与实地检测，掌握科学探究完整流程。 科学态度与责任：感知空气污染危害，树立绿色环保理念，增强生态保护社会责任。 重点 和难点 重点：掌握微型空气质量检测站的规范组装、联网调试方法，识别核心组件功能，能独立完成不同场景空气质量检测实验，准确记录与整理检测数据 难点：结合检测数据科学分析空气质量问题，融合多学科知识排查装置故障，建立实验数据与环境治理之间的逻辑关联，形成解决实际问题的思路。 教学过程 教学环节 教学活动 设计意图 导入新课 日常出行中，我们时常关注天气与空气质量，雾霾、异味天气会影响身体健康。肉眼无法精准判断空气污染物含量，专业检测设备又难以普及。本节课我们将化身环境监测员，亲手组装微型空气质量检测站，自主检测校园、楼道、车库等场景的空气质量，用实验数据揭秘身边的空气环境，探索守护空气环境的科学方法。 立足新课标跨学科实践要求，以真实环境问题为驱动，通过实操任务串联知识、能力与素养，让学生在动手探究中学以致用，落实知行合一，培育环保责任与创新实践能力。 讲授新课 （一）任务铺垫：认知空气质量与微型检测站核心原理 在正式开展组装与检测实验前，首先开展基础认知探究任务，帮助学生搭建理论框架，为后续实操奠定基础。教师引导学生回顾已学化学知识，梳理空气的主要组成成分，区分空气固有成分与空气污染物。学生通过小组交流梳理，空气主要由氮气、氧气、稀有气体、二氧化碳等组成，而对人体和环境有害的空气污染物主要包括二氧化硫、二氧化氮、一氧化碳、臭氧、可吸入颗粒物、细颗粒物等，这类污染物含量超标会引发空气污染，危害人体呼吸系统、心血管系统，同时破坏生态环境。 随后，教师结合生活案例拓展空气质量评价标准，讲解空气质量指数的核心内涵，说明空气质量指数是综合衡量空气污染物浓度的量化指标，指数数值越低，空气污染物含量越少，空气质量越好；指数数值越高，空气污染越严重，对人体健康的危害越大。同时引导学生思考生活中的空气质量差异场景，引导学生自主举例，如室外绿化区域、密闭地下车库、人流密集教室、扬尘路段等场景空气质量存在明显区别，引发学生探究兴趣。 在学生建立空气质量基础认知后，聚焦本节课核心探究工具——微型空气质量检测站，开展设备认知探究活动。教师展示微型空气质量检测站全套套件，引导学生分组观察、拆解识别各核心组件，结合教材内容和设备说明书，自主探究各组件的结构与功能。学生通过自主探究与小组讨论，明确微型空气质量检测站主要包含采样系统、污染物分析传感器、数据传输系统、供电系统、数据显示终端五大核心模块。 各小组依次汇报组件功能认知成果，教师补充完善：采样系统是设备的空气采集入口，负责采集待测场景的空气样本；各类专属传感器是核心检测部件，可分别感应空气中的颗粒物、有害气体浓度，将污染物浓度信号转化为可识别的电信号；数据传输系统负责将检测采集的信号实时传输至终端设备；供电系统为整套检测设备稳定供能，保障设备持续运行；数据显示终端可直观呈现检测数据，实现空气质量数据的可视化读取。 同时，教师开展跨学科知识衔接讲解，引导学生发现该设备融合多学科知识：化学层面依托污染物的化学性质实现浓度检测，物理层面运用电路连接、电压适配原理保障设备运行，信息技术层面借助数据传输、终端显示技术实现数据采集与可视化，让学生清晰认识本节课的跨学科实践属性，建立多学科融合解决化学问题的认知。 （二）任务一：微型空气质量“检测站”的规范组装 完成理论认知铺垫后，进入本节课核心实操任务——微型空气质量检测站的组装。本任务以小组合作形式开展，每组4人，明确分工为器材检查员、组装操作员、记录员、监督员，各司其职、协同配合，保障组装过程规范有序、安全高效。 组装正式开始前，教师强调实验安全与实操规范，明确核心要求：严格对照说明书操作，禁止私自改装设备线路；组装过程轻拿轻放精密传感器件，避免磕碰、挤压、受潮；电路连接前确认设备断电，杜绝违规通电操作；组装全程有序操作，及时记录操作问题与流程。随后各小组器材检查员领取全套实验器材，逐一核对配件清单，检查传感器、连接线、主板、供电模块、固定配件等器材是否齐全完好，有无破损、接触不良等问题，确认无误后上报小组准备就绪。 各小组按照“阅读说明—梳理流程—分步组装—初步固定”的步骤开展实操。第一步，全员共同研读设备组装说明书与教材组装指南，梳理组装核心流程，明确线路连接对应接口、组件固定位置，小组内部统一组装思路，预判组装过程中可能出现的线路接错、组件松动等问题，提前制定规避方案。第二步，开展基础组件组装，将检测主板平稳固定在设备底座上，保证主板放置平整、无倾斜，为后续线路连接提供稳定基础。第三步，核心传感器连接，根据接口标识，将颗粒物传感器、有害气体传感器的连接线精准对应插入主板专属接口，严格区分正负极与信号接口，杜绝错接、反接问题，连接后轻轻拉扯线路，确认接口连接牢固、无松动脱落。 第四步，完成供电系统与数据传输模块组装，将供电模块与主板电源接口对接，连接数据传输线路，保证线路排布整齐、无缠绕、无挤压，避免后续通电运行时出现线路故障。第五步，整体组件固定与防护，将所有传感器、线路、模块有序固定，整理多余线路，做好设备防尘、防短路防护，避免灰尘、水汽接触电路元件，保障设备运行稳定性。 组装全过程中，教师巡回指导，不直接告知答案，而是针对各小组出现的问题进行启发式点拨。针对线路接口混淆的小组，引导其观察接口标识、颜色区分，自主辨别对应连接位置；针对组件固定不稳固的小组，指导其调整固定方式，保证设备整体结构稳定；针对操作节奏混乱的小组，引导其细化分工、有序配合。各小组完成初步组装后，内部开展自查自纠，全员核对组装流程，检查所有接口连接、组件固定、线路排布是否符合规范，排查潜在故障隐患。 （三）任务二：微型空气质量“检测站”的调试与功能核验 组装工作全部完成后，进入设备调试与功能核验任务，这是保障后续检测数据准确有效的关键环节。各小组完成组装自查后，向教师申请通电调试，教师逐一检查各组组装成果，确认组装规范、无安全隐患后，允许小组接通电源开展调试工作。 小组首先开展通电基础检测，接通供电模块后，观察设备指示灯状态，查看主板、传感器、传输模块指示灯是否正常亮起。若指示灯全部正常亮起，说明设备电路接通正常；若出现指示灯不亮、闪烁异常等问题，小组立即断电，结合组装流程反向排查故障，逐一核对线路连接、组件安装位置，自主排查并解决线路松动、接口错接、组件未固定到位等问题。 基础通电检测完成后，开展设备联网与终端调试。将检测设备与电脑、平板等终端设备建立连接，开启数据传输功能，完成设备联网配置，确保检测站采集的空气质量数据可以实时传输至终端界面。调试过程中，学生观察终端界面状态，检查是否可以正常识别设备、加载数据界面，排查数据传输卡顿、设备无法识别、界面无数据等问题。 联网调试成功后，开展空白环境功能核验，将组装调试完成的检测站放置在通风洁净的室外环境，静置稳定后，开启检测功能，观察终端实时显示的空气质量数据，包括颗粒物浓度、有害气体浓度等基础数据。学生对比常规洁净空气的污染物数据范围，初步判断设备检测功能是否正常、数据是否合理。若数据异常，小组再次排查设备传感器是否正常工作、线路传输是否通畅，反复调试校准，直至设备可以稳定、精准采集并传输空气质量数据。 调试完成后，各小组记录员详细记录组装与调试全过程，梳理组装核心步骤、调试遇到的故障问题、自主排查解决的方法，总结设备正常工作的核心条件，形成小组实操记录，为后续实地检测和数据分析积累素材。教师汇总各组调试情况，针对普遍出现的线路连接、联网配置问题进行集中讲解，统一规范调试标准，帮助学生梳理实操易错点，强化设备操作技能。 （四）任务三：不同场景空气质量实地检测与数据记录 设备调试核验合格后，进入核心探究任务——多场景实地空气质量检测。结合校园及周边真实环境，选取四类典型检测场景，分别为校园绿化露天区域、密闭教学楼楼道、人流密集教室、地下停车区域，通过多场景对比检测，探究不同环境对空气质量的影响。各小组领取检测任务，合理规划检测顺序，携带调试完成的微型空气质量检测站，前往指定检测点位开展实验。 检测过程严格遵循统一实验标准，保证实验变量唯一，提升数据准确性。各小组在每个检测点位，将检测站平稳放置在同一高度、无遮挡、无直接扬尘的位置，静置片刻，让设备充分适配现场环境，随后开启持续检测模式。待数据稳定后，连续采集三组实时数据，分别记录空气中可吸入颗粒物浓度、有害气体浓度等核心检测指标，同时同步记录检测场景的环境特点，包括通风情况、人流密度、周边环境、绿化条件等相关信息。 在校园绿化露天区域，学生观察到该区域绿植茂密、通风条件良好，检测过程中设备数据稳定，颗粒物、有害气体检测数值整体偏低。在记录数据的同时，学生自主思考绿植对空气的净化作用、通风环境对污染物扩散的促进作用。在密闭教学楼楼道，空间相对封闭、通风较差，无明显污染源，但人员往来频繁，学生记录对应检测数据，对比绿化区域数据差异。 在人流密集的教室内，人员集中、空间密闭、空气流通不畅，学生持续采集数据，发现室内颗粒物浓度、有害气体浓度明显高于室外绿化区域。在地下停车区域，空间密闭、通风条件差，车辆尾气会释放有害气体，学生精准记录该场景的各项污染物检测数据，直观感知污染场景的空气质量数据变化。 所有场景检测完成后，各小组返回课堂，整理全部检测数据，规范填写实验记录表，将四类场景的三组检测数据逐一汇总、梳理，剔除异常数据，计算有效数据平均值，形成清晰的多场景空气质量数据对比表格。全程要求学生如实记录实验数据，尊重实验事实，杜绝篡改、编造数据，培养严谨的科学探究态度。同时，小组内部初步交流数据差异，结合场景环境特点，简单分析数据不同的潜在原因。 （五）任务四：数据对比分析与空气质量问题探究 完成数据采集与整理后，开展深度数据分析探究任务，依托实验数据开展证据推理，落实科学思维培养目标。各小组结合汇总的多场景检测数据，横向对比不同场景的空气质量各项指标，梳理数据变化规律，总结场景环境与空气质量的内在关联。 各小组依次展示数据分析成果，通过对比可以清晰得出：室外绿化露天区域空气质量最优，污染物浓度最低；其次为教学楼楼道；教室密闭空间空气质量次之；地下停车区域空气质量最差，有害气体与颗粒物浓度显著高于其他场景。学生结合化学知识与生活经验，深度分析背后原因：绿植可通过光合作用吸收部分有害气体、吸附空气中的颗粒物，优化空气质量；通风良好的环境可促进空气流通，加速污染物扩散，降低局部污染物浓度；密闭空间空气流通受阻，人员呼吸、活动产生的颗粒物、微量有害气体无法及时扩散，持续累积导致空气质量下降；地下车库车辆尾气排放大量一氧化碳、颗粒物等污染物，且密闭无自然通风，污染物持续堆积，造成空气污染加重。 教师进一步引导学生深度思考，拓展探究问题：空气质量超标会对人体产生哪些危害？日常校园生活中哪些行为会加剧空气污染？如何结合检测结果改善校园空气质量？学生以小组为单位展开深度研讨，结合所学知识与生活体验，自主梳理：空气污染物超标会刺激人体呼吸道，引发咳嗽、胸闷等不适，长期吸入会损害心肺功能；校园内扬尘、随手丢弃垃圾、密闭门窗不通风等行为会加剧局部空气污染；改善校园空气质量可通过定时开窗通风、增加校园绿化面积、规范校园车辆通行、及时清扫扬尘垃圾等方式实现。 同时，教师引导学生反思实验过程，梳理本次检测实验的误差来源，包括设备检测精度、检测环境临时干扰、数据读取时机、环境温度湿度影响等，培养学生严谨的实验分析思维，让学生明白科学实验存在合理误差，可通过多次实验、规范操作、精准校准降低误差，提升实验数据的科学性与准确性。 （六）任务五：实践总结与环保方案设计 结合前期实操、检测、数据分析成果，开展实践总结与拓展应用任务，实现知识落地、素养升华。首先各小组全面总结本次跨学科实践活动的收获，梳理微型空气质量检测站的组装流程、调试要点、检测方法，总结不同场景空气质量差异规律，归纳空气污染的成因与防护方法。 在小组总结的基础上，开展全班交流分享，各小组代表发言，分享实操过程中的收获、遇到的问题与解决方法、数据分析结论、个人探究感悟。教师汇总全班成果，梳理本节课核心知识与实操技能，再次强调空气污染物的危害、空气质量检测的科学原理、跨学科实操的核心要点，帮助学生构建完整的知识与实践体系。 随后开展拓展实践任务，结合校园空气质量检测结果，各小组合作设计《校园空气质量优化与环保守护方案》。学生结合检测数据，针对校园密闭空间通风不足、局部扬尘、尾气影响等空气质量问题，针对性提出解决方案，包括校园日常通风管理制度、绿化养护优化方案、校园环境清洁规范、低碳出行宣传、空气污染防控倡议等具体内容。方案要求贴合校园实际、科学可行，兼具实用性与宣传性。 各小组完成方案设计后，开展方案展示与互评活动，相互点评方案的科学性、可行性、创新性，取长补短、优化完善。教师引导学生认识到，空气质量保护不是单一的实验探究，而是需要每个人践行低碳环保行为，从开窗通风、爱护绿植、绿色出行、清洁环境等小事做起，主动守护身边的空气环境，将化学知识、实验技能转化为环保行动，切实落实科学态度与责任素养。 （七）课堂小结与素养升华 课堂最后，师生共同开展全面小结，复盘本节课完整探究流程。回顾从理论认知、设备组装、调试校准、实地检测、数据分析到方案设计的全过程，梳理核心知识点：常见空气污染物的种类与危害、空气质量评价的核心标准、微型空气质量检测站的工作原理与操作规范、不同场景空气质量差异的成因。 同时聚焦核心素养复盘，总结本节课的能力提升与思想收获：通过跨学科实操，提升了动手操作、合作探究、数据分析、问题解决能力；通过真实环境探究，深化了绿色化学观念，清晰认识到化学学科在生态环境保护中的重要价值；树立了尊重科学、实事求是、知行合一的科学态度，增强了守护生态环境、践行低碳环保的社会责任。最后布置课后拓展任务，鼓励学生利用所学设备与方法，检测家庭、社区空气质量，结合检测结果向家人、社区居民宣传环保知识，将课堂实践延伸至生活。 本节课采用任务驱动式教学，遵循“认知铺垫—实操探究—数据分析—应用升华”的递进逻辑设计课堂流程。立足学生已有空气化学知识，衔接物理电路连接、信息技术数据传输等跨学科内容，分层设置认知、组装、检测、分析四大核心任务。全程以学生自主合作探究为主体，教师引导点拨为辅助，弱化理论灌输，强化实操体验与思维训练。通过真实场景检测，让学生感受化学与生活、环境的紧密联系，在解决真实问题的过程中夯实化学核心知识，提升动手实操、数据分析、问题解决能力，潜移默化渗透绿色化学理念与生态保护责任，全面落实四维核心素养育人目标。 板书设计 跨学科实践 微型空气质量“检测站”的组装与使用 一、核心认知 1. 空气污染物：SO₂、NO₂、CO、O₃、可吸入颗粒物等 2. 检测站核心组件：采样系统、传感器、传输系统、供电系统、显示终端 二、核心实操流程 组装：核对器材→研读说明→分步接线→固定组件→整理防护 调试：通电核验→联网配置→数据校准→故障排查 检测：多场景采样→稳定读数→多次记录→数据整理 三、实验结论 通风好、绿植多场景空气质量优；密闭、有污染源场景污染更严重 四、素养升华 科学探究、数据实证、绿色环保、知行尽责 作业布置 完成分层作业 教学反思 1 / 2 学科网（北京）股份有限公司 学科网（北京）股份有限公司 学科网（北京）股份有限公司 学科网（北京）股份有限公司 学科网（北京）股份有限公司 学科网（北京）股份有限公司 $