河北省九年级化学上学期分层作业设计（人教版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）

河北省九年级化学上册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》分层作业设计 一、作品基础信息 作品名称 九年级化学上册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》分层作业设计 学科·学段 初中化学·九年级 教材版本 人民教育出版社《义务教育教科书·化学》（2024年审定新版）九年级上册 使用学年 2026—2027学年第一学期 所属单元 第二单元 空气和氧气 实践项目 跨学科实践活动1 微型空气质量“检测站”的组装与使用 跨学科领域 化学、物理、数学、信息技术、地理、生物 课标依据 《义务教育化学课程标准（2022年版）》学习主题2“物质的性质与应用”及“跨学科实践活动”要求 作业类型 实践性分层作业（A层基础巩固·必做；B层能力提升·选做；C层素养拓展·选做） 题量·用时 共13题；建议45分钟（A层15分钟、B层15分钟、C层15分钟，含数据处理与交流） 适用对象 九年级学生（按学业水平分层选用） 排版规范 文档标题黑体三号加粗居中；一级标题宋体四号加粗；二级标题宋体小四加粗；正文宋体五号；英文、数字、公式用Times New Roman；拼音用汉语拼音体；公式用微软公式编辑器编辑 说明：本设计中关键词的拼音标注如下——检测站 ；空气质量指数；颗粒物 ；传感器。 二、设计背景与意图 （一）课标依据 《义务教育化学课程标准（2022年版）》将“跨学科实践活动”作为课程内容的重要组成部分，要求引导学生在真实情境中综合运用化学、物理、数学、信息技术、地理、生物等学科知识解决实际问题，经历“发现问题—设计方案—动手实践—分析数据—反思改进”的完整过程，发展科学思维、科学探究与实践能力，并形成保护环境的社会责任意识。本作业以课标提出的样例实践活动“微型空气质量‘检测站’的组装与使用”为载体进行分层设计。 （二）教材分析 本实践活动安排在人教版九年级化学上册第二单元“空气和氧气”之后，是学生在学习了空气的组成、空气是一种宝贵的资源、氧气性质与制取之后，对“空气”这一主题的综合运用与拓展延伸。教材以“认识空气质量检测的意义—参观与访谈—组装检测站—使用检测站”四个任务展开，属于“物质的性质与应用”学习主题下的大概念应用，是连接化学与环境保护、化学与工程技术的桥梁。 本实践活动不增加新的化学知识，重点在于把已有知识“用起来”：用空气组成的知识理解检测对象，用“性质决定用途”的观念分析治理措施，用科学探究的方法采集和处理数据，因此作业设计重在情境化、任务化、实践性，而非知识点的机械重复。 （三）学情分析 九年级学生已经知道空气的主要成分，能说出二氧化碳不属于空气污染物、PM₂.₅是空气污染物等基本事实，对“雾霾”“空气质量日报”有生活经验，对动手组装、实地测量兴趣浓厚。但对空气质量指数（AQI）的数值含义往往只停留在“数字越小越好”的模糊认识；对传感器的工作原理、布点要求、数据可比性等缺乏了解；部分学生会把微型检测站的实测数据等同于官方权威数据，缺乏严谨的数据实证意识；跨学科综合分析时角度单一，容易只从化学一个维度思考。本作业通过分层设计，让不同水平的学生都能在最近发展区内有所提升。 （四）设计意图 1. 以真实情境统整。全篇以“校园空气质量检测”为主线，把空气质量指数、污染物识别、传感器原理、数据采集与分析、治理建议等串联为完整任务链。 2. 以“做中学”落实实践。设置记录表设计、监测点选择、数据比较等任务，让学生在真实或模拟的实践情境中动手、动脑。 3. 以“证据推理”发展思维。通过表格数据比较、误差分析、结论评价等设问，引导学生由“看数据”走向“用数据说话”。 4. 以“绿色低碳”落实责任。在拓展题中引导学生提出可行的环保行动，把学科学习与环境保护责任意识结合起来。 5. 以“开放题”兼顾差异。A层重基础、答案唯一；B层重分析、允许合理表述；C层重综合与创新、答案开放、只给出评分关注点。 （五）分层说明 A层“基础巩固”（必做，第1—6题）：面向全体学生，检测空气质量检测的基本概念和基本事实，题目答案唯一，重在保底过关。 B层“能力提升”（选做，第7—10题）：面向中等及以上水平学生，检测数据比较、误差分析、跨学科原理迁移能力，重在方法运用。 C层“素养拓展”（选做，第11—13题）：面向学有余力的学生，检测方案设计、评价论证、跨学科综合与责任担当，重在创新与实践。 三、作业目标 依据《义务教育化学课程标准（2022年版）》核心素养要求，本作业确定以下四条目标。 目标1（化学观念）：能说出空气的主要污染物及其来源，理解空气质量指数（AQI）的含义，形成“空气是混合物、其成分可以被检测”“性质决定用途”的物质观。（对应第1、2、3、4题） 目标2（科学思维）：能从检测数据中提取证据，运用比较、分析、归纳、推理等方法判断空气质量状况、分析差异原因，并对结论作出评价。（对应第7、8、9、10题） 目标3（科学探究与实践）：能组装、使用微型空气质量“检测站”，规范记录、处理数据，设计简易监测方案与记录表格，并撰写简要实践报告。（对应第5、6、11题） 目标4（科学态度与责任）：能客观认识微型检测站与专业监测站的差异，形成严谨求实的数据实证意识；认识空气污染防治的意义，提出并践行可行的环保行动。（对应第9、12、13题） 四、作业内容与目标对应表 题号 层级 内容简述 对应目标 核心素养指向 建议用时 1 A层 空气质量检测的项目（污染物识别） 目标1 化学观念 2分钟 2 A层 PM₂.₅的含义及产生PM₂.₅的行为判断 目标1 化学观念 2分钟 3 A层 空气质量指数（AQI）的含义与状况判断 目标1 化学观念 2分钟 4 A层 酸雨气体的种类与来源 目标1 化学观念、科学态度与责任 3分钟 5 A层 微型空气质量“检测站”的基本组成 目标3 科学探究与实践 3分钟 6 A层 检测站的组装与使用规范判断 目标3 科学探究与实践 3分钟 7 B层 校园三个监测点数据的比较与原因分析 目标2 科学思维、科学探究与实践 4分钟 8 B层 空气质量日报表格数据的比较与分析 目标2 科学思维 4分钟 9 B层 微型检测站与专业监测站的对比评价 目标2、目标4 科学思维、科学态度与责任 3分钟 10 B层 传感器原理与跨学科方法识别 目标2 科学思维、科学探究与实践 4分钟 11 C层 校园空气质量监测方案与记录表设计 目标3 科学探究与实践 6分钟 12 C层 扬尘成因分析及治理建议（开放性） 目标2、目标4 科学思维、科学态度与责任 4分钟 13 C层 阅读材料综合分析并提出环保行动 目标4 科学态度与责任、化学观念 5分钟 五、作业评价 （一）评价理念 本作业采用“过程性评价与结果性评价相结合、定量评价与定性评价相结合”的方式。既关注学生对空气质量检测相关知识的掌握情况，更关注其在实践活动中表现出的操作规范、数据意识、合作能力与环保责任，落实“教—学—评”一致性。 （二）评价主体 1. 自我评价：学生对照评价量表，反思实践过程与学习收获，做到“做完—想清—说出”。 2. 同伴互评：以小组为单位，对方案设计、数据记录、结论表述等相互评议，学会倾听与质疑。 3. 教师评价：从知识掌握、实践操作、思维水平、责任意识四个维度给出等级与针对性的改进建议。 （三）评价量表 评价维度 评价要点 星级 自评 互评 师评 完成数量 完成A层全部题目，并按学业水平选做B、C层题目 ☆☆☆ 规范准确 污染物、AQI、PM₂.₅等概念的表述科学准确，装置与操作描述规范 ☆☆☆ 科学思维 能基于数据作出判断和推理，分析有依据、结论有支撑 ☆☆☆ 科学态度 客观认识检测误差，实事求是，不臆造数据 ☆☆☆ 实践与责任 方案设计合理可行，提出的环保建议具体、有科学依据 ☆☆☆ 书写规范 书写工整，答题完整，单位与符号书写规范 ☆☆☆ 等级评定：三项及以上得☆☆☆且无未完成项，评定为“优秀”；绝大部分得☆☆或以上，评定为“良好”；基本完成A层任务，评定为“合格”；A层完成不足一半，需在教师指导下重做并补足。 （四）教师批改提示 1. 概念辨析：注意区分“空气质量指数”与“空气质量级别”；注意“二氧化碳不属于空气污染物”这一高频易错点。 2. 单位与数据：注意PM₂.₅、PM₁₀的单位为微克每立方米（μg/m³），比较数据时必须保证单位统一。 3. 开放题评分：C层第11—13题没有唯一答案，只要方案合理可行、建议具体且与化学或环境知识相关，均应给分；空泛表述（如“保护环境”而不说明做法）只给基础分。 4. 数据意识：对学生把微型检测站实测数据直接当作官方数据的表述，应引导其说明误差来源与校准要求。 六、试题详情 （一）知识链接 为方便答题，先将本实践活动中涉及的基础知识梳理如下。 1. 计入空气质量评价的主要污染物：二氧化硫（SO₂）、二氧化氮（NO₂）、一氧化碳（CO）、臭氧（O₃）、可吸入颗粒物（PM₁₀，粒径小于或等于10 μm）和细颗粒物（PM₂.₅，粒径小于或等于2.5 μm）。二氧化碳不属于空气污染物。 2. PM₂.₅是指大气中粒径满足下式的颗粒物：。 3. 主要污染物的来源：二氧化硫主要来自含硫燃料（如煤、石油）的燃烧；二氧化氮主要来自汽车尾气和燃料燃烧时空气中的氮气与氧气反应。 4. 空气质量指数（AQI）与空气质量状况：0—50为一级（优），51—100为二级（良），101—150为三级（轻度污染），151—200为四级（中度污染），201—300为五级（重度污染），300以上为六级（严重污染）。 5. 微型空气质量“检测站”一般由颗粒物监测模组、气态污染物监测模组、气象参数传感器（风速、风向、温度、湿度）、数据采集器、无线通信模块、供电及电源管理单元和云平台等组成；布点时应满足代表性、可比性、整体性、前瞻性、稳定性的要求。 （二）A层 基础巩固（必做，第1—6题） 1.（选择）同学们在学校跨学科实践活动中完成了微型空气质量“检测站”的组装，能成功检测空气中的主要污染物。下列物质不需要列入监测项目的是（ ） A. 二氧化碳 B. 一氧化碳 C. 二氧化硫 D. 二氧化氮 2.（填空）PM₂.₅是指大气中粒径______（填“大于”“小于”或“等于”）或等于2.5 μm的颗粒物。下列行为不会产生PM₂.₅的是______（填字母）。 A. 焚烧秸秆 B. 汽车尾气排放 C. 太阳能发电 D. 火力发电 3.（选择）空气质量指数（简称AQI）是定量描述空气质量状况的指数，其数值越大，说明空气污染状况越严重。某日某市AQI为132，则该市当日空气质量状况为（ ） A. 优 B. 良 C. 轻度污染 D. 中度污染 4.（填空）计入空气质量评价的主要污染物中，会造成酸雨的气体是______（任写一种），其产生的主要来源是______。 5.（简答）微型空气质量“检测站”主要由传感器、______、数据传输模块、供电及电源管理单元和云平台等部分组成。若要检测空气中细颗粒物的含量，需要使用______传感器。 6.（选择）下列关于微型空气质量“检测站”组装与使用的说法，不正确的是（ ） A. 安装时应使监测点具有较好的代表性，能客观反映一定空间范围内的空气质量 B. 不能将传感器长时间置于超出量程的空气环境中，否则会使传感器过载失效 C. 微型检测站体积小、成本低、功耗低，便于多点布设和实时监测 D. 微型检测站测得的数据精度很高，可直接作为官方空气质量数据对外发布 （三）B层 能力提升（选做，第7—10题） 7.（数据比较）某校化学实践小组在校园内三个地点用微型空气质量“检测站”测得数据如下表所示。 检测地点 PM₂.₅/μg·m⁻³ PM₁₀/μg·m⁻³ 二氧化氮/μg·m⁻³ 教室（门窗关闭） 45 68 22 教学楼走廊 38 60 25 操场 30 52 18 （1）三个检测地点中，PM₂.₅含量最低的是______。 （2）从教室到操场，PM₂.₅含量逐渐降低。请从空气流动的角度分析其原因：______。 （3）学校附近交通干道车流量增大时，操场上二氧化氮的含量可能会______（填“升高”“降低”或“不变”），理由是______。 8.（数据分析）下表是某市连续两日的空气质量日报。 日期 可吸入颗粒物 二氧化氮 二氧化硫 一氧化碳 AQI 级别 9月16日 76 67 84 7 83 二级 9月17日 21 12 14 7 20 一级 （1）表中未列出二氧化碳，原因是______。 （2）已知9月16日晚下了一场大雨。比较两日的数据可以发现，含量变化不大的物质是______，据此推测该物质具有的物理性质是______。 （3）9月17日该市的空气质量状况为______（填“优”或“良”）。 9.（对比评价）有同学认为：“既然已经有了微型空气质量‘检测站’，就可以取消专业的空气质量监测站了。”你是否同意这一观点？请写出理由（至少两条）。 10.（跨学科·原理）微型空气质量“检测站”中，PM₂.₅传感器工作时用激光照射空气中的颗粒物，通过检测散射光的强弱来反映颗粒物的浓度；检测数据经数据采集器处理后，由无线通信模块传至云平台，手机、电脑均可实时查看。 （1）“用激光照射颗粒物、检测散射光强弱”，利用的是______学科中光的______现象。 （2）把一天中多个时刻的检测数据绘制成折线图，比较空气质量的变化趋势，这属于______学科常用的研究方法。 （3）空气质量受风向、风速、温度、湿度等因素影响，这些因素属于______学科的研究范畴。 （四）C层 素养拓展（选做，第11—13题） 11.（方案设计）学校准备组建校园空气质量监测小组，请你完成下列任务。 （1）在校园内选择两个监测点，并分别说明选择的理由。 （2）设计一张简易的空气质量检测记录表，要求至少包含三项记录内容。 （3）为保证各监测点数据的可比性，写出检测时应注意的一条事项。 12.（开放探究）某日，监测小组测得学校附近一处工地的PM₁₀含量明显高于校园内的其他地点。 （1）请推测造成这一现象的可能原因（写出两条）。 （2）请向学校或社区提出两条减少扬尘、改善空气质量的建议，并分别说明其科学依据。 13.（跨学科·阅读与责任）阅读下列材料，回答问题。 材料一：近年来我国空气质量持续改善，全国地级及以上城市PM₂.₅平均浓度进一步下降，“蓝天白云”成为常态。这得益于能源结构调整、机动车尾气治理、工业超低排放改造等一系列措施。 材料二：空气质量的改善离不开监测。目前全国已建成覆盖城乡的空气质量监测网络。微型空气质量“检测站”因成本低、体积小、可多点布设，被广泛用于网格化监测，为精准治污提供了数据支撑。 （1）从材料一看，PM₂.₅平均浓度下降与我国采取了哪些措施有关？（写出一条） （2）结合材料二说明微型空气质量“检测站”在环境保护中发挥的作用。 （3）作为一名中学生，写出你能为改善空气质量做出的一条具体行动。 七、答案与解析 （一）A层 基础巩固 1. 答案：A 解析：计入空气质量评价的主要污染物有二氧化硫、二氧化氮、一氧化碳、臭氧、可吸入颗粒物和细颗粒物等。二氧化碳虽然含量较高，但目前不属于空气污染物，不需要列入监测项目。故选A。 2. 答案：小于；C 解析：PM₂.₅指环境空气中空气动力学当量直径小于或等于2.5 μm的颗粒物，故填“小于”。焚烧秸秆、汽车尾气排放、火力发电都会产生大量烟尘和颗粒物，而太阳能发电不燃烧化石燃料，基本不产生PM₂.₅。故选C。 3. 答案：C 解析：AQI为101—150时，空气质量级别为三级，空气质量状况为轻度污染。132落在这一区间内，故选C。评分提示：需同时掌握“数值区间—级别—状况”三者的对应关系。 4. 答案：二氧化硫（或二氧化氮）；化石燃料的燃烧（或汽车尾气的排放） 解析：二氧化硫和二氧化氮溶于水后会生成酸性物质，是形成酸雨的主要气体。其来源主要是煤、石油等化石燃料的燃烧以及汽车尾气的排放。评分提示：名词书写须规范，“二氧化硫”不能写成“硫”或“SO₂气体”。 5. 答案：数据采集器；细颗粒物（PM₂.₅） 解析：微型空气质量“检测站”由传感器（颗粒物监测模组、气态污染物监测模组）、数据采集器、数据传输模块、供电及电源管理单元和云平台等组成。检测细颗粒物含量需要用到PM₂.₅传感器。评分提示：答出“数据采集器”即可，答“多通道数据采集器”同样给分。 6. 答案：D 解析：微型检测站的优点是成本低、体积小、功耗低、便于组网和实时监测，但其测量精度相对较低，还容易受到温度、湿度和电磁环境的干扰，需要定期校准，其数据不能直接作为官方空气质量数据发布。A、B、C三项均正确。故选D。 （二）B层 能力提升 7. 答案：（1）操场 （2）操场地处室外、空间开阔、空气流通性好，颗粒物容易扩散；教室门窗关闭、人员密集，颗粒物不易扩散而逐渐积累（合理即可） （3）升高；汽车尾气中含有二氧化氮，车流量增大时排放到空气中的二氧化氮增多（合理即可） 解析：本小题通过同一时间、不同地点的数据比较，引导学生把化学知识与空气流动、人类活动等因素联系起来，体会“检测数据可以反映环境差异”。评分提示：（2）（3）两小题只要答出“空气流通”“尾气排放”等关键词即可给分，不要求表述完全一致。 8. 答案：（1）二氧化碳不属于空气污染物 （2）一氧化碳；难溶于水 （3）优 解析：（1）空气质量日报列出的是空气污染物，二氧化碳不计入其中。（2）9月16日晚下雨后，9月17日可吸入颗粒物、二氧化氮、二氧化硫的含量都明显降低，说明它们能溶于水或被雨水带走；而一氧化碳的含量没有变化，说明一氧化碳难溶于水。（3）9月17日AQI为20，属于0—50的一级，空气质量状况为优。评分提示：第（2）小题由“变化不大”推出“难溶于水”，是典型的由现象推断性质的思维过程，要引导学生说明推理依据。 9. 答案：不同意。 理由：①微型空气质量“检测站”虽然成本低、体积小、便于多点布设和实时监测，但测量精度相对较低，易受温度、湿度、电磁环境等因素干扰，需要定期校准；②专业空气质量监测站的仪器精度高、数据更权威、可比性更强，是发布官方空气质量数据和环境管理执法的依据。二者各有优势，应当配合使用，用网格化的微型检测站发现问题、用专业监测站核实数据（合理即可）。 评分提示：观点明确得基础分；理由中能同时指出微型检测站的优势与局限、并说明两者关系，可得满分。只答“不同意”而不说理由不得分。 10. 答案：（1）物理；散射 （2）数学 （3）地理 解析：用激光照射颗粒物并检测散射光的强弱，利用的是物理学科中光的散射现象；绘制折线图、比较数据变化趋势是数学的统计方法；风向、风速、温度、湿度等属于地理学科中气象要素的研究范畴。评分提示：本小题旨在让学生体会同一实践活动需要多学科协同，答案唯一，判分从简。 （三）C层 素养拓展 11. 答案示例： （1）监测点一：操场。理由：空间开阔、学生活动集中，且临近校园道路，能反映校园整体的空气质量状况。监测点二：教室（或教学楼走廊）。理由：学生长时间停留，能反映学习生活环境的空气质量，便于与操场的数据作对比。 （2）记录表设如下的栏目：检测日期与时间、检测地点、PM₂.₅含量（μg/m³）、PM₁₀含量（μg/m³）、风向与风速、气温与湿度、数据是否异常、记录人。（列出其中三项及以上即可） （3）各监测点应在同一时段内完成检测（或使用同一台仪器、采用相同的高度和朝向、避开用水和打扫卫生的时段）。（答出一条即可） 评分提示：本小题为开放性任务，重点评价方案是否合理可行、记录表栏目是否齐全、可比性意识是否清晰。监测点选择应能体现“不同功能区域的对比”，仅写“教室和走廊”而未说明理由的，酌情扣分。 12. 答案示例： （1）工地正在进行土方开挖、材料运输等作业，产生大量扬尘；当日风速较大、空气干燥，扬尘不易沉降。（写出两条即可） （2）建议一：在工地和校园道路上洒水降尘。科学依据：水能使扬尘颗粒相互黏结、质量增大而加快沉降，从而减少空气中悬浮的颗粒物。建议二：对工地裸露地面覆盖防尘网、运输车辆加盖篷布并限制车速。科学依据：从源头减少颗粒物进入空气，切断扬尘的产生环节。建议三（可选）：在校园内植树种草、扩大绿化面积。科学依据：植物的枝叶能够阻挡、吸附空气中的颗粒物，起到滞尘净化空气的作用。 评分提示：每条建议“做法+依据”完整方可得满分；只写做法、不写依据的减半给分。 13. 答案示例： （1）调整能源结构、推广使用太阳能和风能等清洁能源（或治理机动车尾气、对工业实施超低排放改造、淘汰落后产能等，写出一条即可）。 （2）微型空气质量“检测站”成本低、体积小、便于多点布设，能够实时采集空气污染物数据并形成网格化的监测信息，帮助人们及时发现污染问题、分析污染来源、评价治理效果，为环境管理和精准治污提供数据支撑。 （3）乘坐公共交通、骑自行车或步行上下学；不燃放烟花爆竹、不焚烧垃圾和落叶；节约用电、节约用纸；参加植树护绿活动等。（写出一条具体可行的行动即可） 评分提示：本小题指向“科学态度与责任”，第（3）小题重点评价行动是否具体、是否具有可行性，空泛的“保护环境人人有责”只给基础分。 （命题说明：本作业中所有空气质量数据均为教学示意数据，用于训练学生的数据比较与分析能力，不作为真实环境质量依据。） 第 页 共 页 学科网（北京）股份有限公司 $