跨學(xué)科實踐活動1微型空氣質(zhì)量“檢測站”的組裝與使用（第一課時）學(xué)生能夠準(zhǔn)確闡述空氣污染物的主要類型、來源及對人體健康和環(huán)境的危害。深入理解空氣質(zhì)量檢測的主要指標(biāo)及相關(guān)原理。熟練掌握微型空氣質(zhì)量檢測站各部件的名稱、功能及正確的組裝方法。教學(xué)重點清晰明確空氣污染物的類型、來源和危害。透徹理解空氣質(zhì)量檢測的主要指標(biāo)和基本原理。熟練掌握微型空氣質(zhì)量檢測站的組裝流程與方法。教學(xué)難點深入理解空氣質(zhì)量檢測的復(fù)雜原理并能靈活應(yīng)用于實際操作。成功實現(xiàn)將理論知識與微型空氣質(zhì)量檢測站的組裝實踐緊密結(jié)合。本跨學(xué)科實踐活動處于全球空氣質(zhì)量問題日益嚴(yán)峻以及國家大力倡導(dǎo)生態(tài)文明建設(shè)的大背景之下，具有重要的現(xiàn)實意義。其巧妙融合化學(xué)、地理、道德與法治等多學(xué)科知識，聚焦于化學(xué)“物質(zhì)的性質(zhì)與應(yīng)用”主題中的空氣組成、空氣質(zhì)量檢測及污染防治等核心知識。通過讓學(xué)生親自動手組裝和使用微型空氣質(zhì)量“檢測站”，既能促使學(xué)生將理論知識付諸實踐，深化對化學(xué)原理的理解，又能全方位鍛煉學(xué)生的動手能力、團隊協(xié)作能力和問題解決能力，激發(fā)其對技術(shù)創(chuàng)新的熱情。同時，鼓勵學(xué)生利用檢測站開展校園內(nèi)空氣質(zhì)量檢測，有助于培養(yǎng)學(xué)生的科學(xué)態(tài)度和對環(huán)境的責(zé)任感，助力學(xué)生形成嚴(yán)謹(jǐn)?shù)目茖W(xué)思維。九年級學(xué)生在經(jīng)過之前的學(xué)習(xí)后，已積累了一定的化學(xué)基礎(chǔ)知識，如物質(zhì)的組成、性質(zhì)等，對物理中的電路連接等知識也有一定了解，這為學(xué)習(xí)本節(jié)課內(nèi)容奠定了一定基礎(chǔ)。他們通常對科學(xué)實驗充滿濃厚興趣，好奇心強，具備較強的動手欲望。在學(xué)習(xí)能力方面，已具備一定的觀察和分析能力，能夠?qū)嶒灛F(xiàn)象進行初步的推斷。不過，在面對較為復(fù)雜的理論知識，如空氣質(zhì)量檢測原理時，可能理解起來存在一定困難。在實踐操作中，對于儀器的精確操作和組裝過程中可能出現(xiàn)的問題，解決能力還有待提高。部分學(xué)生在小組合作學(xué)習(xí)中可能存在協(xié)調(diào)溝通不足的情況。教學(xué)環(huán)節(jié)一新課導(dǎo)入【創(chuàng)設(shè)情境】展示現(xiàn)象引發(fā)思考：一邊是陽光明媚、空氣清新的優(yōu)美自然景觀，另一邊是霧霾籠罩、能見度極低的城市街道，同時呈現(xiàn)一些因空氣污染導(dǎo)致人們出行戴口罩、醫(yī)院呼吸科人滿為患的圖片。引導(dǎo)學(xué)生觀察并思考：“同學(xué)們，看到這兩組截然不同的畫面，能直觀感受到空氣質(zhì)量對我們生活和健康的重要影響，那在日常生活里，大家有沒有關(guān)注過身邊空氣質(zhì)量到底如何呢？”聯(lián)系生活導(dǎo)入主題：接著，讓學(xué)生分享自己在生活中對空氣質(zhì)量的感受，比如聞到奇怪氣味、天空顏色異常等經(jīng)歷。隨后教師總結(jié)：“大家的分享讓我們知道，空氣質(zhì)量與我們息息相關(guān)。那如何精確了解空氣質(zhì)量狀況呢？今天，我們就一同走進微型空氣質(zhì)量‘檢測站’的世界，學(xué)習(xí)如何組裝與使用它，去探索空氣質(zhì)量背后的奧秘?！薄驹O(shè)計意圖】利用直觀的圖片和視頻資料，迅速吸引學(xué)生注意力，激發(fā)學(xué)生對空氣質(zhì)量問題的關(guān)注和探究興趣，使其深刻認(rèn)識到學(xué)習(xí)本節(jié)課內(nèi)容的重要性和必要性，為后續(xù)教學(xué)活動的開展?fàn)I造積極的學(xué)習(xí)氛圍。教學(xué)環(huán)節(jié)二教學(xué)過程空氣污染物的探秘教師運用PPT詳細展示空氣污染物的主要類型，如二氧化硫（SO?）、一氧化碳（CO）、二氧化氮（NO?）、可吸入顆粒物（PM10）、細顆粒物（PM2.5）和臭氧（O?）等，結(jié)合生活中常見的現(xiàn)象，如工廠煙囪排放的濃煙（可能含有SO?等）、汽車尾氣（含有CO、NO?等），講解這些污染物的主要來源。深入闡述污染物對人體健康的危害，如SO?會刺激呼吸道，引發(fā)咳嗽、氣喘等癥狀；CO與血紅蛋白結(jié)合，導(dǎo)致人體缺氧中毒；NO?會損害肺部功能；PM2.5可深入肺部，引發(fā)多種呼吸系統(tǒng)疾病等。同時，說明對農(nóng)作物生長的影響，如高濃度的污染物會阻礙農(nóng)作物光合作用，導(dǎo)致生長緩慢、產(chǎn)量降低等?？諝赓|(zhì)量檢測指標(biāo)解讀詳細介紹空氣質(zhì)量檢測的主要指標(biāo)，重點講解空氣質(zhì)量指數(shù)（AQI）的計算依據(jù)，它是依據(jù)常規(guī)監(jiān)測的幾種空氣污染物濃度綜合計算得出的。通過舉例，說明不同AQI數(shù)值對應(yīng)的空氣質(zhì)量狀況，如AQI在050之間，空氣質(zhì)量為優(yōu)；51100為良等。強調(diào)各項污染物指標(biāo)在空氣質(zhì)量評價中的作用，如PM2.5由于粒徑小，能攜帶大量有害物質(zhì)，對空氣質(zhì)量和人體健康影響極大，是衡量空氣質(zhì)量的關(guān)鍵指標(biāo)之一。【設(shè)計意圖】系統(tǒng)全面地講解空氣污染物和空氣質(zhì)量檢測指標(biāo)的相關(guān)知識，為學(xué)生后續(xù)理解微型空氣質(zhì)量檢測站的檢測原理和分析檢測數(shù)據(jù)奠定堅實的理論基礎(chǔ)，讓學(xué)生明白檢測站所檢測數(shù)據(jù)的實際意義。檢測站原理剖析監(jiān)測站的奧秘揭示利用動畫演示和圖片展示，詳細介紹專業(yè)空氣質(zhì)量監(jiān)測站安裝的儀器，如空氣質(zhì)量監(jiān)測儀、氣象數(shù)據(jù)采集器、各類傳感器（如檢測二氧化硫的傳感器、檢測PM2.5的傳感器等）。講解監(jiān)測站監(jiān)測的數(shù)據(jù)類型，包括空氣污染物的濃度、氣象環(huán)境參數(shù)（溫度、濕度、大氣壓力、風(fēng)速風(fēng)向、雨量雪量等）。以二氧化硫傳感器為例，闡述傳感器如何將檢測到的二氧化硫濃度信息轉(zhuǎn)化為電信號。說明數(shù)據(jù)的處理流程：傳感器產(chǎn)生的電信號通過數(shù)據(jù)采集器收集，再經(jīng)過無線網(wǎng)絡(luò)上傳至云端服務(wù)器，在云端實現(xiàn)環(huán)境數(shù)據(jù)的自動存儲和在線分析監(jiān)測。用戶可以通過管理平臺或手機APP便捷地獲取區(qū)域內(nèi)相關(guān)監(jiān)測數(shù)據(jù)，從而實現(xiàn)實時監(jiān)測和精準(zhǔn)分析。微型檢測站原理類比推導(dǎo)引導(dǎo)學(xué)生思考微型空氣質(zhì)量檢測站與專業(yè)監(jiān)測站在檢測原理上的相似之處，指出微型檢測站同樣利用傳感器來檢測空氣中污染物的濃度。以檢測PM2.5的微型傳感器為例，詳細解釋其工作原理：當(dāng)空氣中的PM2.5顆粒通過傳感器時，會改變傳感器內(nèi)部的電學(xué)特性（如電阻值），傳感器將這種電學(xué)特性的變化轉(zhuǎn)化為電信號輸出。通過對電信號的測量和分析，就能得知空氣中PM2.5的濃度。【設(shè)計意圖】先介紹專業(yè)監(jiān)測站的原理，讓學(xué)生對空氣質(zhì)量檢測的整體流程和原理有宏觀認(rèn)識，再通過類比引導(dǎo)學(xué)生理解微型檢測站的原理，化抽象為具體，幫助學(xué)生更好地掌握這一教學(xué)難點，為后續(xù)組裝和使用微型檢測站做好理論鋪墊。小組討論給出討論話題教師提出討論話題：“結(jié)合我們生活的城市，思考本地可能存在哪些主要空氣污染物？這些污染物可能對我們的生活和健康產(chǎn)生怎樣具體的影響？在我們學(xué)校周邊，哪些地方可能空氣質(zhì)量較差，原因是什么？”組織小組討論將學(xué)生分成若干小組，每組56人，確保小組內(nèi)成員具有不同的學(xué)習(xí)能力和思維特點，以促進思維碰撞。教師巡視各小組，鼓勵學(xué)生積極發(fā)言，引導(dǎo)學(xué)生從生活實際出發(fā)，充分發(fā)表自己的觀點和看法。小組代表發(fā)言每個小組推選一名代表，向全班匯報小組討論結(jié)果。小組代表發(fā)言時，其他小組認(rèn)真傾聽，可隨時提出疑問和補充意見。教師對各小組的發(fā)言進行點評，肯定學(xué)生的積極思考和合理觀點，對存在的問題進行糾正和引導(dǎo)。例如，某小組提出本地工廠較多，可能二氧化硫污染較為嚴(yán)重，教師可進一步引導(dǎo)學(xué)生思考工廠排放二氧化硫的具體生產(chǎn)環(huán)節(jié)以及如何從源頭減少排放?！驹O(shè)計意圖】通過小組討論，激發(fā)學(xué)生的思維活力，培養(yǎng)學(xué)生的合作交流能力和從生活中發(fā)現(xiàn)問題、分析問題的能力。讓學(xué)生將所學(xué)的理論知識與本地實際情況相結(jié)合，加深對知識的理解和應(yīng)用，同時增強學(xué)生對身邊環(huán)境問題的關(guān)注度和敏感度。檢測站組裝指導(dǎo)材料工具介紹教師向?qū)W生展示組裝微型空氣質(zhì)量檢測站所需的材料和工具，包括各類傳感器（如二氧化硫傳感器、PM2.5傳感器、一氧化碳傳感器等，根據(jù)本地主要污染物類型選擇）、數(shù)據(jù)采集器、連接線、計算機（安裝有相應(yīng)的數(shù)據(jù)處理軟件）、面包板、電源等。詳細介紹每種材料和工具的名稱、用途和使用方法，如傳感器的接口類型和正確連接方式、面包板的功能和在電路搭建中的作用等。組裝步驟演示教師在講臺上進行組裝演示，邊操作邊講解詳細的組裝步驟。第一步，根據(jù)本地空氣污染特征，選擇合適的傳感器。例如，如果本地PM2.5污染較為突出，優(yōu)先選擇高精度的PM2.5傳感器。將傳感器小心地安裝在面包板上，確保引腳與面包板的插孔正確連接。第二步，連接傳感器與數(shù)據(jù)采集器。使用連接線將傳感器的輸出引腳與數(shù)據(jù)采集器的對應(yīng)輸入接口按照說明書要求進行連接，注意連接的牢固性和正負極性（如有）。第三步，將數(shù)據(jù)采集器與計算機連接。通過USB數(shù)據(jù)線等將數(shù)據(jù)采集器與計算機連接，確保計算機能夠識別數(shù)據(jù)采集器。第四步，在計算機上安裝并打開相應(yīng)的數(shù)據(jù)處理軟件。按照軟件安裝向?qū)瓿绍浖惭b，打開軟件后，進行傳感器校準(zhǔn)等初始化設(shè)置。強調(diào)注意事項教師強調(diào)組裝過程中的注意事項，如在連接傳感器和其他部件時，要避免用力過猛損壞引腳；不要帶電操作，防止短路和觸電危險；在選擇傳感器時，要仔細查看其適用范圍和精度等參數(shù)，確保能準(zhǔn)確檢測本地主要污染物?！驹O(shè)計意圖】通過詳細的材料工具介紹、組裝步驟演示和注意事項強調(diào)，讓學(xué)生對微型空氣質(zhì)量檢測站的組裝有清晰、直觀的認(rèn)識，為學(xué)生接下來的實際組裝操作提供明確的指導(dǎo)，降低操作難度，提高組裝成功率，培養(yǎng)學(xué)生嚴(yán)謹(jǐn)?shù)目茖W(xué)態(tài)度和規(guī)范的實驗操作習(xí)慣。學(xué)生動手組裝小組領(lǐng)取材料學(xué)生以小組為單位，到教師處領(lǐng)取一套組裝微型空氣質(zhì)量檢測站的材料和工具，確保材料和工具齊全、完好。小組合作組裝小組成員根據(jù)教師演示的步驟和講解的注意事項，分工協(xié)作進行組裝。有的成員負責(zé)安裝傳感器，有的負責(zé)連接線路，有的負責(zé)在計算機上安裝軟件和進行設(shè)置。教師在教室里巡回指導(dǎo)，密切關(guān)注各小組的組裝進度和操作情況。對于遇到問題的小組，教師及時給予幫助和指導(dǎo)，如某個小組在連接傳感器與數(shù)據(jù)采集器時出現(xiàn)連接錯誤，教師引導(dǎo)學(xué)生仔細查看說明書和接口標(biāo)識，幫助其找到錯誤并糾正。鼓勵創(chuàng)新嘗試鼓勵學(xué)生在確保完成基本組裝任務(wù)的前提下，根據(jù)自己的理解和創(chuàng)意，對組裝方式或檢測功能進行適當(dāng)?shù)膭?chuàng)新嘗試。例如，嘗試增加一個顯示模塊，實時顯示檢測到的污染物濃度；或者對傳感器的安裝位置進行優(yōu)化，以提高檢測的準(zhǔn)確性。教師對學(xué)生的創(chuàng)新想法給予肯定和支持，為有需要的小組提供相應(yīng)的材料和技術(shù)建議?！驹O(shè)計意圖】讓學(xué)生親自動手組裝，在實踐中鞏固所學(xué)知識，鍛煉動手能力和團隊協(xié)作能力。鼓勵創(chuàng)新嘗試，激發(fā)學(xué)生的創(chuàng)新思維和探索精神，培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新能力和對科學(xué)研究的興趣，讓學(xué)生在實踐中體驗成功的喜悅和科學(xué)探究的樂趣。知識回顧總結(jié)教師引導(dǎo)學(xué)生回顧本節(jié)課所學(xué)的主要內(nèi)容，包括空氣污染物的類型、來源和危害，空氣質(zhì)量檢測的主要指標(biāo)和原理，以及微型空氣質(zhì)量檢測站的組裝方法和注意事項。通過提問學(xué)生的方式，強化重點知識，如“哪位同學(xué)能說說我們今天學(xué)習(xí)的主要空氣污染物有哪些？它們的主要來源是什么？”“在組裝微型檢測站時，連接傳感器要注意什么？”等。實踐成果總結(jié)對學(xué)生的組裝實踐成果進行總結(jié)評價，表揚組裝速度快、質(zhì)量高且有創(chuàng)新嘗試的小組，同時肯定所有學(xué)生在實踐過程中的努力和付出。選取幾個小組展示他們組裝好的微型空氣質(zhì)量檢測