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

沪科版（五四学制）八年级全一册主题一 化学的魅力 专题 2 体验化学实验探究 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 一、基本信息 教材版本：沪科版（五四学制）八年级全一册 活动名称：跨学科实践活动 微型空气质量 “检测站” 的组装与使用 课时：2 课时（第 1 课时：认识空气污染物、认识检测组件、组装调试；第 2 课时：多点检测、数据分析、成果交流与环境改善方案设计） 课型：项目式跨学科实践活动（融合化学、物理、信息科技、地理、道德与法治） 二、教材分析 本实践安排在《学习开展化学实验探究》之后，是学生初次把科学探究完整流程应用到真实环境监测项目。 主线：认识空气组成与空气污染物→认识微型检测站各传感器组件→小组组装硬件、通电调试→在校园不同地点采集空气数据→对比分析数据差异，寻找污染来源→提出校园空气保护优化方案。 化学核心落点 知道空气属于混合物；识别常见空气污染物：PM2.5、二氧化碳、一氧化碳、二氧化硫等，了解污染物对人体与环境的危害； 运用控制变量法开展对比监测，学习采集、记录、分析实验数据； 从物质性质角度理解传感器检测原理：部分气体与传感材料发生化学反应，转化为电信号读取浓度；PM2.5 利用光散射原理检测颗粒物。 跨学科融合：物理（电路、光、电信号转换）；信息科技（硬件组装、数据读取）；地理（污染源、点位布设）；道法（生态文明、社会责任）。 育人价值：体会现代传感技术助力化学环境监测；学会用实验证据分析真实环境问题；建立保护空气、绿色低碳的责任意识，提升科学探究与工程实践能力。 三、学情分析 八年级（五四学制）学生，已经掌握化学实验基本操作、完整的科学探究流程；会观察、记录实验现象；初步认识混合物。但对传感器、电子模块完全陌生，缺少工程组装经验；容易忽略控制变量对对比监测的意义，分不清空气污染物与空气中原有成分（如 CO₂不是传统大气污染物，浓度过高会造成室内空气质量下降）。 认知难点： 理解传感器检测的化学原理（不深挖复杂电化学，只做简化介绍）； 合理布设监测点位，保证数据具有可比性； 根据监测数据，结合化学知识分析污染来源，提出可行改善方案。 教学策略：项目任务驱动、分步组装、分组采集数据、表格记录、小组汇报，降低工程操作难度。 四、核心素养目标 化学观念 认识空气是混合物；区分空气原有成分与空气污染物；了解不同污染物的危害；知道可以利用物质的化学性质检测空气中有害成分。 科学思维 运用控制变量思想设计多点对照监测；根据采集的数据进行证据推理，分析不同环境空气质量差异；区分定性观察与定量测量。 科学探究与实践 小组合作完成微型检测站组装、通电调试；选择校园不同地点开展空气检测，规范记录数据；绘制简单数据对比表格，完成探究报告。 科学态度与责任 感受现代检测技术在环境监测中的价值；客观看待监测数据，尊重实测结果；认识空气污染危害，主动提出保护空气的行动方案，树立环保意识。 五、教学重难点 第 1 课时 重点：识别空气污染物；认识微型检测站组件；按规范组装、调试检测装置。 难点：理解传感器简易检测原理；组装时线路对接，排查简单故障。 第 2 课时 重点：开展多点监测、采集并对比数据；分析污染来源；设计空气保护方案。 难点：控制变量，保证不同点位检测条件一致；基于数据推理污染成因。 六、教学准备 教师：微型空气质量检测套件（主控板、PM2.5 传感器、CO₂传感器、温湿度传感器、显示屏、杜邦线、微型风扇、电源）；组装演示视频；空气质量国标参考表；任务单、数据记录表；PPT（空气污染图片、校园点位图）。 学生：分组，4 人一组，分工：组装员、测试员、数据记录员、汇报员；笔记本。 ⚠️安全提示：电路组装严禁暴力插拔导线；电源使用低压充电宝，避免短路；不在密闭危险区域采样；如套件故障立即断开电源，报告教师。 第 1 课时 认识污染物、组装微型空气质量检测站（45min） （一）情境导入（5min） 教师活动：展示城市空气质量日报图片，提问：我们每天呼吸的空气是纯净物吗？空气中哪些物质超标会危害健康？如何定量测定空气中污染物浓度？引出项目主题：微型空气质量 “检测站” 的组装与使用。板书课题。 学生活动：交流生活感受，举例雾霾、室内二氧化碳浓度过高带来的影响。 （二）任务一：认识空气与空气污染物（10min） 空气是混合物，主要含有氮气、氧气等； 常见空气污染物： 颗粒物：PM2.5、PM10，可进入呼吸道，危害人体健康； 有害气体：SO₂、CO、NO₂； CO₂：空气固有成分，不属于大气污染物，但室内浓度过高，会造成缺氧、空气质量下降。 简单介绍传感器原理：气体传感器可与目标气体发生反应，将化学信号转变为电信号；PM2.5 传感器利用光散射，检测空气中颗粒数量。 （三）任务二：认识检测站组件（8min） 展示套件部件，介绍功能： 主控板：检测站的 “大脑”； 各类传感器：采集空气指标（PM2.5、CO₂、温湿度）； OLED 显示屏：实时显示检测数据； 微型风扇：带动空气流入检测仓； 杜邦线、电源：电路连接、供电。 （四）任务三：小组组装与调试（18min） 播放组装示范视频，分步指导： ①阅读套件说明书，核对全部零件； ②按照标识，用杜邦线把传感器、显示屏接到主控板对应接口； ③安装微型风扇，保证空气流通； ④连接低压电源，通电调试，观察显示屏是否正常读数。 小组动手组装，教师巡视指导，排查接线错误、接触不良等简单故障。 注意：导线轻插轻拔，不可用力硬怼，防止损坏传感器。 （五）课堂小结（3min） 空气是混合物；认识空气污染物；认识检测站组件，掌握组装顺序。 （六）作业布置（1min） 检查本组检测站是否正常工作；预习下节课监测方案，设计校园监测点位（如教室、走廊、操场、楼梯间）。 第 2 课时 实地检测、数据分析与成果交流（45min） （一）复习导入（4min） 提问：微型检测站中 PM2.5 传感器、CO₂传感器的作用？组装时要注意什么？ 过渡：装置组装完成，今天开展校园多点空气质量检测，收集数据，对比分析。 （二）任务一：设计监测方案（8min） 小组讨论监测方案，落实控制变量： 选择3~4 个校园监测点位； 控制不变条件：同一台检测设备、相同检测时长、相近时间、风扇保持相同档位； 填写数据记录表，记录地点、PM2.5、CO₂、温度、湿度。 思考：为什么要控制这些条件？保证数据可以对比，减少实验误差。 （三）任务二：实地采样，采集记录数据（15min） 小组携带检测站，在预设点位采样，每个地点稳定采集 2~3 分钟，读取并记录数据。采样完成后回到教室。 教师巡视，提醒：不要遮挡传感器进气口；远离扬尘、粉笔灰等局部污染源。 （四）任务三：数据分析、交流讨论（12min） 各组展示采集的数据，对比不同地点指标差异； 示例发现：教室内人员多，CO₂浓度偏高；操场通风好，PM2.5 数值低。 小组讨论： ①哪个地点空气质量相对最好，哪个较差？ ②推测造成数据差异的原因； ③结合化学知识，提出改善校园空气质量的可行方案。 方案举例：教室定时开窗通风、减少扬尘、校园多种绿植。 （五）任务四：总结评价，形成行动倡议（4min） 开展自评、互评、师评，评价维度：组装操作、数据采集、证据分析、小组协作。 全班共同撰写爱护空气倡议书。 （六）课堂小结（1min） 使用微型检测站定量监测空气；控制变量保证实验可靠；结合数据分析污染来源，主动保护空气。 （七）作业布置（1min） 完善探究报告；在家选择阳台、室内两个点位，在家长陪同下做简易对比监测；完成项目评价表。 七、板书设计 跨学科实践：微型空气质量 “检测站” 的组装与使用 空气：混合物；空气污染物：PM2.5、SO₂、CO、NO₂ CO₂：空气原有成分，室内浓度过高影响空气质量 检测站组成：主控板、传感器、显示屏、风扇、电源 传感器原理：化学变化 / 光散射 → 转化为电信号，读取浓度 探究要点：控制变量，多点采样，记录数据 结论：通风、绿植可以改善空气质量；保护空气，从我做起 八、教学反思（课后填写） 八年级学生初次接触电子套件，组装难度偏大，课前教师提前预组装备用套件，避免课堂因组装失败无法开展检测。 化学为本位，不要把课上成信息技术课；重点引导学生从物质、污染物、科学探究、控制变量的化学视角分析，电路原理浅尝辄止。 监测数据会存在误差，引导学生客观看待，分析误差来源（局部扬尘、人员呼吸干扰），培养尊重真实实验数据的科学素养。 分组分工要轮换，让每个学生都有动手、记录、汇报机会；低压电源，做好用电安全教育。 可以结合本地空气质量数据拓展，连接生活，落实生态文明教育。 学科网（北京）股份有限公司 $