跨学科实践活动1 微型空气质量检测站 导学案--2026-2027学年九年级化学人教版上册

跨学科实践活动1 微型空气质量“检测站”的组装与使用 人教版·初中化学·九年级上册·第二单元 空气和氧气 一、四维核心素养目标 化学观念：建立空气是混合物、空气质量受多种污染物共同影响的物质组成观，认识物质的性质与用途之间的联系。科学思维：通过分析检测数据与污染源的对应关系，发展归纳推理、对比分析与模型认知能力。科学探究：经历方案设计、器材组装、数据采集与分析的完整探究过程，提升动手实践与合作交流能力。科学态度与责任：认识空气质量与人体健康的密切关系，树立保护环境、人人有责的社会责任感。 二、学习重难点 重点：认识常见空气污染物的种类及其主要来源，理解微型空气质量检测站的基本工作原理，能够按照规范步骤完成检测站的组装与调试。难点：能够正确使用检测站采集并记录空气质量数据，对多组数据进行合理的对比与分析，并结合生活实际提出改善空气质量的可行建议。 三、课前预习案 【知识回顾·填空题】请同学们阅读教材相关内容，完成下列填空。 1. 空气是一种____________（填物质类别），其中体积含量最多的气体是____________。 2. 目前计入空气质量评价的主要污染物包括二氧化硫、一氧化碳、二氧化氮、可吸入颗粒物、细颗粒物和____________等。 3. 空气质量指数越小，说明空气质量越____________（填“好”或“差”），对人体健康越有利。 4. 微型空气质量检测站通常由传感器模块、数据采集模块和____________模块三个基本部分组成。 5. 为了改善我们身边的空气质量，请写出一条你认为可行的措施：____________。 四、课中探究案 探究任务一 认识我们身边的空气质量 【活动1·情境导入】空气质量新闻发布会 同学们，我们每天都生活在空气的包围之中，空气中各种成分的含量是否保持恒定呢？当工厂排放废气、汽车行驶产生尾气、建筑工地扬起尘土时，空气的组成就会发生微妙的变化。这些变化中哪些会对人体健康产生影响？我们又如何知道身边的空气是否“干净”呢？让我们化身小小空气质量分析师，从一则空气质量播报开始今天的探究之旅。 阅读下列材料，回答问题。 材料：某日城市空气质量播报显示，该市城区空气质量指数为九十二，首要污染物为细颗粒物，空气质量级别为二级，空气质量状况为良。城郊某公园监测点空气质量指数为四十五，首要污染物为臭氧，空气质量级别为一级，空气质量状况为优。 （1）下列物质中，属于目前计入空气质量评价的主要污染物的是（ ） A. 氮气 B. 氧气 C. 二氧化硫 D. 稀有气体 （2）根据材料判断，下列说法正确的是（ ） A. 城区空气质量比城郊公园好 B. 城郊公园首要污染物是细颗粒物 C. 城区首要污染物对人体呼吸道有一定刺激作用 D. 空气质量指数越大，空气质量越好 （3）请结合材料分析，城区与城郊公园的空气质量存在差异的可能原因有哪些？请写出两条合理的推测。 【活动2·空气污染物大排查】 空气污染物的种类很多，它们各自有着不同的来源和危害。有些污染物来自燃料的燃烧，有些来自工业生产过程，还有些来自交通运输。我们需要先把常见的空气污染物与其主要来源和对应危害一一对应起来，才能在后续检测中做到心中有数。 （4）请将下列常见空气污染物与其主要来源用直线连接起来。 污染物 主要来源 二氧化硫 含碳燃料不完全燃烧产生 一氧化碳 汽车尾气排放 细颗粒物 含硫煤燃烧产生 二氧化氮 扬尘、燃煤、工业排放等多种途径 （5）填空题：细颗粒物是指空气动力学当量直径小于或等于____________微米的颗粒物，它能够穿过呼吸道进入人体肺部，对人体健康影响较大。可吸入颗粒物是指空气动力学当量直径小于或等于____________微米的颗粒物。 探究任务二 微型空气质量检测站探秘 【活动1·检测站结构拆解】 要想组装一台微型空气质量检测站，首先要了解它的内部结构。微型空气质量检测站虽然体积小巧，但“麻雀虽小，五脏俱全”，它包含了传感器、数据处理、显示输出等多个功能模块。每个模块都有各自的分工，它们协同工作，才能完成从“感知”空气到“呈现”数据的全过程。 观察微型空气质量检测站的实物或示意图，思考并回答下列问题。 （6）微型空气质量检测站中，负责“感知”空气中污染物浓度的核心部件是（ ） A. 显示屏 B. 传感器 C. 电池 D. 外壳 （7）下列关于微型空气质量检测站各模块功能的叙述，错误的是（ ） A. 传感器模块负责将空气中污染物的浓度信息转化为可测量的电信号 B. 数据采集模块负责收集传感器传来的信号并进行初步处理 C. 显示模块负责将处理后的空气质量数据以数字或图表的形式呈现出来 D. 电池模块是检测站的“大脑”，负责控制整个设备的运行 （8）填空题：微型空气质量检测站中的传感器种类有很多，常见的检测颗粒物浓度的传感器是____________传感器，检测有害气体浓度的是____________传感器（写出一种即可）。 【活动2·传感器工作原理初探】 传感器是检测站的“五官”，它如何“闻”到空气中的污染物呢？不同类型的传感器有着不同的工作原理。有的传感器利用光的散射来测量颗粒物的多少，有的传感器则利用敏感材料与气体接触时电阻的变化来反映气体浓度的高低。了解这些原理，有助于我们在使用检测站时正确读数、合理解读数据。 （9）简答题：请简要说明，为什么微型空气质量检测站在使用前需要进行“预热”或“校准”操作？如果不进行校准就直接测量，可能会出现什么问题？ （10）简答题：在测量空气中细颗粒物浓度时，如果检测站附近有人正在抽烟，测量结果会发生怎样的变化？这说明空气质量检测时需要注意什么？ 探究任务三 动手组装微型空气质量检测站 【活动1·组装步骤我来排】 了解了检测站的结构和原理之后，我们就要亲自动手组装一台属于自己的微型空气质量检测站了。组装过程需要按照一定的顺序进行，步骤颠倒可能会导致接线错误、传感器损坏或设备无法正常工作。请同学们根据老师提供的组装材料包，结合自己对检测站结构的理解，将下列组装步骤按正确的顺序排列。 （11）请将下列组装步骤按正确的先后顺序排序，将序号填在横线上。 ① 连接传感器模块与数据采集模块之间的数据线 ② 检查各模块外观是否完好，确认元器件齐全 ③ 接通电源，开机检查各模块是否正常工作 ④ 将数据采集模块与显示模块进行连接 ⑤ 将各模块固定安装到检测站的外壳支架上 ⑥ 对检测站进行整体调试和数据校准 正确的组装顺序是：____________→____________→____________→____________→____________→____________（填序号）。 【活动2·组装注意事项辨析】 组装电子设备时，安全规范和操作细节非常重要。正确的操作不仅能保证设备顺利运行，还能保护我们自身的安全。请同学们判断下列组装操作是否正确，并说明理由。 （12）判断题：下列组装操作是否正确？正确的在括号内打“√”，错误的打“×”。 ① 组装过程中，可以先接通电源再连接传感器模块。（ ） ② 接线时，应该注意数据线的正负极方向，避免接反。（ ） ③ 传感器模块安装时，可以用手直接触摸传感器的感应探头。（ ） ④ 组装完成后，需要进行通电测试，确认各模块正常工作。（ ） ⑤ 为了让检测站更牢固，可以用力拧紧所有螺丝，越紧越好。（ ） （13）简答题：在组装微型空气质量检测站的过程中，如果接通电源后显示屏没有任何反应，你认为可能是什么原因？请写出两条排查思路。 探究任务四 实地检测与数据记录 【活动1·检测方案我设计】 检测站组装完成并调试正常后，我们就要带着它走出教室，去检测身边不同地点的空气质量了。为了让检测结果更有可比性、更有说服力，我们需要先设计一份合理的检测方案。选择哪些地点进行检测？在每个地点测量哪些指标？测量时需要控制哪些条件？这些问题都需要我们在出发之前思考清楚。 （14）小组讨论：如果要比较校园内不同地点的空气质量，你会选择哪三个地点进行检测？请说明选择这些地点的理由。 （15）设计题：请你设计一份“校园空气质量检测方案”，简要写出检测的目的、所选地点、测量指标以及测量时需要注意的事项。（要求：地点不少于三个，测量指标不少于两项） 【活动2·数据记录与整理】 检测过程中，及时、准确地记录数据是十分重要的。数据记录要做到真实、完整、清晰，不能凭感觉填写，更不能随意修改。检测完成后，我们还需要把记录的数据整理成表格，方便后续的对比分析。 （16）请根据你们小组的实地检测结果，将数据填入下表。 检测地点 细颗粒物浓度 空气质量指数 空气质量状况 （17）填空题：在记录检测数据时，为了保证数据的可靠性，每个地点最好测量____________次取平均值，这样可以减少偶然因素造成的误差。测量时，检测站应该放置在离地面约____________米的高度，并避开阳光直射和遮挡物。 探究任务五 数据分析与环保行动 【活动1·数据对比分析】 检测数据收集完成后，最重要的环节就是对数据进行分析。通过对比不同地点、不同条件下的检测结果，我们可以发现空气质量变化的规律，找出影响空气质量的主要因素。数据不会说谎，但我们需要学会正确地解读数据，从数据中发现问题、获得启发。 （18）分析题：某小组检测了校园内四个地点的细颗粒物浓度，结果如下：操场跑道旁为八十一，教学楼走廊为五十二，食堂门口为一百零三，小树林内为三十六。请分析： ① 四个地点中，空气质量最好的是哪个地点？请说明理由。 ② 食堂门口细颗粒物浓度较高，可能的原因是什么？请写出两条合理推测。 ③ 根据以上检测结果，请你为学校改善空气质量提出两条合理建议。 （19）简答题：如果在同一地点，雨后和晴天分别测量一次细颗粒物浓度，你认为哪次测量的浓度会更低？为什么？ 【活动2·环保倡议书撰写】 通过今天的探究活动，我们亲手组装了检测站，实地检测了空气质量，也对身边的空气质量状况有了更直观的认识。清新的空气是我们每个人健康生活的基础，保护空气质量需要全社会的共同努力。作为中学生，我们可以做些什么？让我们拿起笔，写下一份环保倡议书，向身边的人发出共同守护蓝天的邀请。 （20）实践写作：请以“守护蓝天，从我做起”为主题，写一份简短的环保倡议书，向同学们宣传保护空气质量的重要性，并提出三条具体可行的行动建议。（要求：语言简洁，条理清楚，不少于一百字） 五、课堂小结 通过本次跨学科实践活动，我们认识了常见的空气污染物，了解了微型空气质量检测站的基本结构和工作原理，亲手完成了检测站的组装与调试，并走出教室对校园不同地点的空气质量进行了实地检测和数据分析。化学不仅存在于实验室的试管中，更存在于我们每天呼吸的空气里。希望同学们能够把今天学到的知识运用到生活中，从身边小事做起，共同守护我们赖以生存的清新空气。 六、参考答案 （一）课前预习案 1. 混合物；氮气（或氮气） 2. 臭氧（或臭氧） 3. 好 4. 显示输出（或数据显示、显示模块） 5. 绿色出行，多乘坐公共交通工具（或植树造林、减少燃煤使用、工业废气处理达标后排放等，合理即可） （二）课中探究案 （1）C。氮气、氧气、稀有气体都是空气的固有成分，不属于计入空气质量评价的主要污染物；二氧化硫是常见的空气污染物。 （2）C。城区空气质量指数九十二，城郊公园四十五，城区空气质量比城郊差；城郊公园首要污染物是臭氧；细颗粒物等污染物对人体呼吸道有刺激作用；空气质量指数越大，空气质量越差。 （3）城区人口密集、汽车数量多，尾气排放量大；城区工厂、建筑工地较多，扬尘和废气排放多；城郊公园植被覆盖率高，绿色植物可以吸附部分污染物，空气流通较好。（合理即可） （4）二氧化硫——含硫煤燃烧产生；一氧化碳——含碳燃料不完全燃烧产生；细颗粒物——扬尘、燃煤、工业排放等多种途径；二氧化氮——汽车尾气排放。 （5）二点五；十 （6）B。传感器是负责感知污染物浓度的核心部件。 （7）D。电池模块负责提供电能，不是“大脑”；控制整个设备运行的是数据采集/处理模块。 （8）颗粒物（或激光颗粒物）；气体（或电化学气体，合理即可） （9）传感器内部的敏感元件需要在稳定的工作温度下才能准确测量，预热可以让传感器进入稳定工作状态；校准是为了消除设备本身的系统误差，保证测量数据准确。如果不校准就直接测量，数据可能存在偏差，不能真实反映空气中污染物的实际浓度。 （10）附近有人抽烟时，细颗粒物和有害气体浓度会明显升高，测量结果会偏大。这说明空气质量检测时应该选择有代表性的地点，避开局部污染源，避免偶然因素对测量结果造成干扰。 （11）②→⑤→①→④→③→⑥ （12）①×；②√；③×；④√；⑤× （13）检查电池是否安装正确、电量是否充足；检查各模块之间的数据线是否连接牢固、正负极是否接反；检查开关是否打开。（写出两条合理即可） （14）示例：操场、教学楼走廊、食堂门口、小树林等。理由：不同地点的人流量、车流量、植被覆盖情况不同，具有代表性，可以对比出不同环境下的空气质量差异。（合理即可） （15）评分要点：检测目的明确（如比较校园不同地点空气质量）；所选地点不少于三个且具有代表性；测量指标不少于两项（如细颗粒物浓度、空气质量指数等）；注意事项合理（如测量高度、避开遮挡、多次测量取平均值等）。 （16）根据学生实际检测数据填写，教师检查数据真实性和完整性。 （17）三（或多）；一点五（或一至二之间合理数值均可） （18）①小树林内空气质量最好，因为细颗粒物浓度最低。②食堂门口炒菜产生的油烟、人员密集、来往车辆多等都会导致细颗粒物浓度升高。（合理即可）③增加校园绿化面积；食堂加强油烟净化处理；上下学高峰期引导车辆即停即走，减少怠速停留。（合理即可） （19）雨后测量的细颗粒物浓度会更低。因为雨水可以将空气中的颗粒物冲刷、沉降到地面，起到净化空气的作用。 （20）评分要点：主题明确，紧扣“守护蓝天，从我做起”；提出三条具体可行的行动建议（如绿色出行、节约用电、植树种草、不露天焚烧垃圾等）；语言通顺，不少于一百字。 学科网（北京）股份有限公司 $