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第二单元 跨学科活动实践微型空气质量“检测站”的组装与使用 导学案
一、自主预习填空
空气质量的检测指标通常包括______、______、______、______等。
组装微型空气质量“检测站”需要用到的仪器有______、______、______等。
检测空气中二氧化硫含量常用的方法是______。
检测空气中颗粒物浓度的仪器是______。
二、知识清单
任务一：认识空气质量检测的意义
常见的空气质量检测指标及意义
微型空气质量“检测站”的组装所需仪器和材料
检测不同污染物的原理和方法
活动设计与实施 空气质量日报
(1)空气质量日报的主要内容 (2) 空气质量指数(3) 目前计入空气质量评价的主要污染物
(1)气温：当气温较高时，上层空气对流旺盛，有助于污染物向上扩散，从而缓解了空气的污染；当气温较低时，上层空气对流不显著，容易出现逆温现象，不利于大气污染物的扩散和稀释，容易出现雾霾等重污染天气。任务二：参观与访谈
(2) 气压：在同一季节，气压相对较高的时候不容易出现污染，气压相对较低的时候容易出现污染。气压较高时，气流会使污染物向周边地区扩散，从而减轻空气污染；气压较低时，气流会将周边地区的污染物向中心堆积，从而加重空气污染。
（3）风速：风速越大，空气质量越好，因为风速越大，越有利于空气中污染物的稀释扩散。
（4）降雨：降雨量越大，空气质量越好，因为自然降雨，降雪对空气污染物起着清除和冲刷作用。此外,降水过后往往伴有冷空气过境，风力大且地面没有扬沙，浮尘，非常有利于空气中污染物的扩散。
3.其他条件对空气质量的影响 汽车尾气 生活废水 生活垃圾 工业废气 工业废水 工业废渣
任务三：微型空气质量“检测站”的组装
工作原理：
弥漫在空气中的悬浮物对光具有一定的散射作用，通过检测不同的散射值，可以知道他的浓度不一样，在较高的浓度时，它会提高光的散射，测定光的散射值之后，通过一系列的换算公式就可以得出浓度多少。
任务四：微型空气质量“检测站”的使用
选择不同地点，检测并记录空气质量。
根据检测结果，对空气质量进行分析和评价。
展示与交流
第2单元 跨学科活动实践微型空气质量“检测站”的组装与使用
课时作业
（一）基础作业
1.在跨学科实践活动——微型空气质量监测站的组装与使用中，要求能检测空气中的主要污染物。下列不需要列入检测项目的是（ ）
A.二氧化碳 B.PM2.5 C.二氧化硫 D.二氧化氮
2.某校设置微型检测站。下列相关说法错误的是（ ）
A.臭氧层破坏和酸雨都与空气污染有关
B.PM2.5的含量越高，空气质量越好
C.积极植树有助于提升空气质量
D.加强空气质量检测有利于保护大气环境
3．生态环境部通报2022年元宵节期间我国城市空气质量状况，全国空气质量总体较好。下列不属于空气的成分的是
A．O2 B．N2 C．稀有气体 D．H2
4．下列属于空气质量监测标准的项目的是
A．二氧化碳 B．PM2.5 C．氮气 D．水蒸气
5．下表是车水马龙的城市街道和某森林公园两地的空气质量日报，下列说法错误的是
地点 日期 首要污染物 空气质量指数 空气质量级别 空气质量状况
城市街道 2022-1-23 PM2.5 102 三级 轻度污染
森林公园 2022-1-23 —— 10 一级 优
A．城市街道空气质量状况为轻度污染
B．空气质量指数越大，空气质量状况越差
C．森林公园有大量树木进行光合作用，吸收二氧化碳，释放氧气
D．城市街道的空气中含有二氧化碳等空气污染物
（二）创新题
随着环保意识的提高，人们对空气质量越来越关注。某实践活动小组在老师的带领下，对空气质量检测等开展了一系列项目式学习。
活动一：了解空气质量指数所表示的含义
空气质量指数(air quality index，简称AQI)是定量描述空气质量状况的指数，分为六级，对应空气质量的六个级别，其数值越大，说明空气污染状况越严重。
【思考分析】(1)如图1所示的是某市某日的空气质量情况，该日的空气质量为____________(选填“优”“良”或“轻度污染”)。
(2)空气中二氧化硫、二氧化氮的主要来源是______________
活动二：调查微型空气质量“检测站”
【查阅资料】微型空气质量检测系统用于实时、准确检测室外空气污染物，其结构如图2所示。
【交流思考】(3)太阳能板工作时进行的能量转化是____________________。
(4)同学们找到一个微型空气质量“检测站”，观察并记录不同时间显示的数据如下表所示。
二氧化氮/μg 臭氧/μg 一氧化碳/μg
22.0 158.0 3.26
除显示器显示的内容外，还需要检测的空气污染物有_______________________________(写一种即可)。
活动三：进行实践
同学们对某工厂附近的空气质量感到好奇，调研发现工厂为了获得充足的能量，长期采用燃煤技术。于是同学们猜测该厂排出的废气中含有二氧化硫。
【查阅资料】二氧化硫是有刺激性气味的气体，能使澄清石灰水变浑浊，也能使品红溶液褪色。
设计并进行实验。
实验操作 实验现象 实验结论
收集一瓶工厂排放的气体，向其加入品红溶液，振荡 品红溶液褪色 废气中含有二氧化硫
【反思评价】(6)不选用澄清石灰水检验二氧化硫的原因是__________________________________________。
活动四：提出空气质量改进方案
【分享成果】(7)“绿水青山就是金山银山。”为了保护人类赖以生存的空气，请你和实践活动小组的同学思考，我们自己在校园中能做什么？________________________(写一点即可)。
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人教版九年级化学上册
《微型空气质量‘检测站’的组装与使用》教学设计
【设计思路】
“微型空气质量检测站的组装与使用”项目虽然只是检测站模型的组装和使用，但也是一个较为综合、复杂和开放的活动。该项目综合体现“物质的性质与应用”学习主题的大概念及核心知识，涉及“化学与社会·跨学科实践”学习主题中化学与环境、化学与健康的相关内容，帮助学生建构转化观、分类观，促进“系统与模型”“结构与功能”“尺度、比率和数量”等跨学科大概念的进一步发展，自主反思、不断改进，提升合作解决问题的能力，激发学生的创造力，学生在完成任务的过程中，不仅需要关注模型制作和使用展示，还要遵从作品制作的一般过程和方法，要在整体设计的基础上进行制作，在多次试验的基础上优化方案并完善作品。
【课标要求】
《义务教育化学课程标准(2022年版)》在“课程、 内容”部分设置的学习主题五“化学与社会 ·跨学科 实践”,是以“化学与可持续发展”为大概念统领，以 化学、技术、工程融合解决跨学科问题，列举10个跨 学科实践活动案例，要求用不少于化学总课时的10%的课时完成跨学科教学任务，“微型空气质量 ‘检测站’的组装与使用”便是其中之一。
【教学目标】
通过观察和实验探究让学生直面真实的问题，结合多学科知识， 利用科学、技术、工程与环境等知识解决真实问题， 从中认识到化学对社会的价值，体会化学对促进人 类进步的重要贡献，全面提升学生科学探究与实践、 科学态度与责任的核心素养
【教学重难点】
（1）学会将实际生产生活问题转化并提炼出化学元素，转化成化学问题，形成综合运用化学、地理、 道德与法治等跨学科知识解决真实问题的思路方法。
（2）通过微型空气质量“检测站”的组装与使用， 提升对科学、技术、工程与环境之间关系的理解，提高小组合作与交流能力，加深学生对生态文明理念 的理解，提升学生科学态度与责任核心素养。
【教法与学法】
创设情境、自主探究应用实践
【教学准备】
微型空气质量检测系统所需仪器和材料：传感器（如二氧化硫传感器、二氧化氮传感器、颗粒物传感器等）、数据采集器、计算机、电源、连接导线等。
【教学过程】
任务一：认识空气质量检测的意义
1：界定任务。课前调查和课上讨论污染物的种类、来源，考虑不同环境对空气污染物监测项目的不同。课前调查和课上讨论现有空气监测设备的使用环境、监测项目、数据传输形式、数据展示方式等内容。思考：“检测站”需要考虑哪些方面的问题？设计思路是什么？研讨确定“检测站”的设计和制作目标及模拟使用的方法。
(1)创设情境——空气质量知多少。
学生课前查阅资料，了解自然界中的空气组分， 了解空气检测主要指标，了解空气中污染物对人体 健康的危害。教师再开展如下课堂教学，创设情境。
[教师]空气的组分及检测的主要指标有哪些
[学生]展示空气污染指数的项目及空气质量分 级标准， 一般检测指标为SO 、NO 、O 、
CO、CO 、PM o等。
[教师]空气质量检测的主要污染物有哪些
[学生]列出污染性气体对人体的危害(见表2)。
表2 常见污染性气体及危害
污染 气体 SO 、 NO CO PM10 O
危害 损伤 呼吸道 急性中毒 危害呼吸道、肺部 等，引发器官病变 损伤细胞、人体 组织，引发癌变
任务二：了解空气质量检测站
（1）监测站安装的仪器：空气质量监测仪，气象数据采集器，各类传感器
（2）监测站监测的数据：空气污染物的浓度、气象环境温度湿度、大气压力、风速风向、雨量雪量等。
（3）数据的处理：传感器将检测结果转化成电信号，再通过无线网络上传至云端，实现环境数据的自动存储和在线分析监测，用户通过管理平台或 APP 获取区域内相关监测数据，实现象条件对空气质量的影响
2.实时监测、精准分析。(风速、降雨）
3.其他条件对空气质量的影响
通过学习空气的主要成分、保护空气、空气质量日报等内容，了解空气污染指数项目与空气质量分级标准。小组讨论初步建立组装和使用“检测站”的一般程序和方法，形成模型。
任务三：微型空气质量“检测站”的组装
活动设计与实施
任务四：微型空气质量“检测站”的使用
探究学习——如何组装装置检测校园内空气质量
[教师]如何进行空气质量检测
[学生]小组讨论微型空气质量“检测站”进行空 气质量检测的方案，补充和完善需考虑的地理因素， 包括校园所在位置的气候类型、全年风向、气温、降 水、气压、湿度等，查阅资料。整理出校园所在区域地理环境（表3）
表3 校园所在区域的地理环境
气候 类型 全年主 导风向 日风 向变化 年平均风 速/(m · s-) 年平均 气温/℃ 年最高 气温/℃ 累年极端 最低气温/℃ 年平均 气压/Pa 年平均 降水/mm 年平均相 对湿度/%

[教师]如何组装微型空气质量“检测站”
[学生]从部件、步骤和作用三个方面展开研究， 并进行组装。按照说明书并参考网络视频安装微型 空气质量“检测站”,安装步骤如下：安装传感器支架 →安装风向传感器→安装风速传感器→安装百叶盒 → 固定螺丝→安装切割器→安装噪声传感器→安装 天线→组装立杆→卸下螺丝安装抱箍→完成组装。 提醒注意不同厂家或不同规格的微型空气质量检测 站的安装程序会有所差异。
制作作品。应用模型，调查常见空气污染物的监测方法，从实际需求出发，选择监测对象与评价方法，绘制设计图，小组合作动手制作“检测站”模型及模型进行使用方式。通过多轮次的“设计——行动——反思”对“检测站”模型制作和模拟使用方式进行不断改进。
活动4：作品发布。小组展示、交流和评价制作的“检测站”及使用方法。反思和总结“检测站”及使用方法的经验，提炼解决作品制作类问题的思路与方法。
(3)应用实践——校园内空气质量检测。
[教师]如何检测校园空气质量 校园不同位置 空气质量是否有差异
[学生]将课前查阅的校园地图及校园内布局图 进行展示，小组讨论校园内空气质量检测的最佳 点位。
[教师]学校位于城区东南位置，北面紧邻城区 主干道，日车流量大；南面是小区间道路，车流量较 小且紧邻公园；东面是居民区和幼儿园；西面是居民 区加商业区，西面居民区外是另一主干道。校园内 部区域分布为：北面右侧是办公区，北面左侧是体育 馆，中部是教学区，南面右侧是教学区，南面左侧是 体育场。学校位置不同，其空气质量定会有所差异，
[教师]校园空气质量如何
[学生]各小组将不同时间段检测的数据进行展 示，对照国家标准讨论校园空气质量情况。
[教师]校园空气质量检测结果的可靠性如何
[学生]查阅校园所在城区发布的实时空气质量 数据，将校园不同检测点位的空气质量数据与其进 行对比，数据比较接近，说明校园内空气质量检测数 据具有一定的可靠性，但是受天气变化及检测点位 的位置影响，校园内不同点位的数据存在一定的差 异。从数据可以看出，校园内的空气质量检测指标 均未超出标准，有些指标甚至优于国家二级标准。
建议师生共同制订评价量表，用于学生自我诊断、组间评价，以及教师的评价反馈。
评价维度 评价等级
合格 良好 优秀
作品 检测站模型 制作简单模型，能体现检测的空气污染物和质量等级。 制作模型能体现检测的空气污染物和质量等级，能体现检测方法、使用环境、数据传输方法、信息展示方法、污染物危害等中的1~2种信息。 自主创意设计“检测站”模型，综合考虑空气污染物和质量等级，检测方法、使用环境、数据传输方法、信息展示方法、污染物危害等。
模拟使用展示 仅通过模拟操作及语言描述展示使用方法 通过模拟操作及语言描述展示使用方法，模拟过程中体现多种空气情况，有模型对检测空气的信息展示。 综合运用多种模拟使用方式，具有代入感，综合体现“检测站”的使用操作，展示对不同空气处理产生信息展示的过程。
反思与改进 对“检测站”的组装和使用进行整体评价，通过师生讨论认识到方案存在的具体问题，并提出改进方法。 从污染物种类、检测方法、技术、工程等部分维度进行评价：反思对“检测站”的组装和使用存在的主要问题，提出改进方案并尝试解决间题。 主动从污染物种类、检测方法、装置、技术、工程等维度进行评价：不断反思对“检测站”的组装和使用存在的主要问题，提出改进方案并尝试解决间题。
协同合作 体现小组合作，有简单的任务分工；成员合作完成部分任务。 分工较为明确，能阐述每个成员的具体贡献；展现较充分的合作，成员合作完成各项任务。 分工明确合理，能阐述每个成员的具体贡献：成员积极协同合作完成各项任务，成员之间及时沟通，互相帮助，共同克服困难，根据项目情况调整任务分工。
【总结与反思】
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第二单元 空气和氧气
跨学科实践活动1
微型空气质量“检测站”的组装与使用
新课引入
空气质量检测一般通过检测空气中主要污染物的含量来评价空气质量。我们可以通过组装与使用微型空气质量“检测站”来获取相关数据，从而了解空气质量状况。
探索新知
任务一：认识空气质量检测的意义
【活动设计与实施】
主要污染物及来源
有害气体
烟尘
严重损害人体健康
影响作物生长
破坏生态平衡
二氧化硫、一氧化碳、
二氧化氮、臭氧等
可吸入颗粒物、细颗粒物
全球气候变暖
臭氧层破坏
酸雨
污染危害
工厂废气
汽车尾气
化石燃料的燃烧
当今面临的三大环境问题
空气污染
(1)空气质量日报的主要内容：
①空气质量指数；②首要污染物；
③空气质量状况等。
(2) 空气质量指数：
依据常规监测的几种空气污染物浓度计算得到的。
(3) 目前计入空气质量评价的主要污染物：
二氧化硫、一氧化碳、二氧化氮、可吸入颗粒物（PM10）、细颗粒物（PM2.5）和臭氧等。
探索新知
任务一：认识空气质量检测的意义
【活动设计与实施】
空气质量日报
空气质量分级标准
空气质量 指数 0~50 51~100 101~150 151~200 201~300 ＞300
空气质量 级别 一级 二级 三级 四级 五级 六级
空气质量 状况 及表示颜色 优 良 轻度污染 中度污染 重度污染 严重污染
绿色 黄色 橙色 红色 紫色 褐红色
探索新知
任务一：认识空气质量检测的意义
【活动设计与实施】
探索新知
任务一：认识空气质量检测的意义
【活动设计与实施】
污染气体 SO2 NO2 CO PM10 O3
危害 损伤呼吸道 急性中毒 危害呼吸道、肺部等,引发器官病变 损伤细胞、人体组织，引发癌变
常见污染性气体及危害
①对人体健康的影响：空气污染会引起人体呼吸道疾病与生理机能障碍，严重时甚至会造成急性污染中毒或使病状恶化。
②对农作物生长的影响:当空气污染物浓度超过植物的耐受限度时，会造成植物细胞或组织器官受损，生理功能受阻，甚至造成植物个体死亡，导致农作物产量下降或品质变差。
探索新知
任务一：认识空气质量检测的意义
【活动设计与实施】
探索新知
任务二：参观与访谈
【活动设计与实施】
1.了解空气质量检测站
（1）监测站安装的仪器：空气质量监测仪，气象数据采集器，各类传感器
（2）监测站监测的数据：空气污染物的浓度、气象环境温度湿度、大气压力、风速风向、雨量雪量等。
（3）数据的处理：传感器将检测结果转化成电信号，再通过无线网络上传至云端，实现环境数据的自动存储和在线分析监测，用户通过管理平台或 APP 获取区域内相关监测数据，实现实时监测、精准分析。
探索新知
任务二：参观与访谈
【活动设计与实施】
2.气象条件对空气质量的影响
(1)气温：当气温较高时，上层空气对流旺盛，有助于污染物向上扩散，从而缓解了空气的污染；当气温较低时，上层空气对流不显著，容易出现逆温现象，不利于大气污染物的扩散和稀释，容易出现雾霾等重污染天气。
(2) 气压：在同一季节，气压相对较高的时候不容易出现污染，气压相对较低的时候容易出现污染。气压较高时，气流会使污染物向周边地区扩散，从而减轻空气污染；气压较低时，气流会将周边地区的污染物向中心堆积，从而加重空气污染。
探索新知
任务二：参观与访谈
【活动设计与实施】
2.气象条件对空气质量的影响
（3）风速：风速越大，空气质量越好，因为风速越大，越有利于空气中污染物的稀释扩散。
（4）降雨：降雨量越大，空气质量越好，因为自然降雨，降雪对空气污染物起着清除和冲刷作用。此外,降水过后往往伴有冷空气过境，风力大且地面没有扬沙，浮尘，非常有利于空气中污染物的扩散。
探索新知
任务二：参观与访谈
【活动设计与实施】
3.其他条件对空气质量的影响
汽车尾气 生活废水 生活垃圾
探索新知
任务二：参观与访谈
【活动设计与实施】
3.其他条件对空气质量的影响
工业废气 工业废水 工业废渣
探索新知
【活动设计与实施】
任务三：微型空气质量“检测站”的组装
弥漫在空气中的悬浮物对光具有一定的散射作用，通过检测不同的散射值，可以知道他的浓度不一样，在较高的浓度时，它会提高光的散射，测定光的散射值之后，通过一系列的换算公式就可以得出浓度多少。
探索新知
【活动设计与实施】
【工作原理】:
任务三：微型空气质量“检测站”的组装
探索新知
【活动设计与实施】
任务三：微型空气质量“检测站”的组装
【活动设计与实施】
探索新知
任务三：微型空气质量“检测站”的组装
探索新知
【活动设计与实施】
任务四：微型空气质量“检测站”的使用
【提出问题】:
（1）如何检测城市空气质量？
（2）不同位置空气质量是否有差异？
【制订计划】:
选取不同位置进行空气检测
①公园 ②工厂附近
1.选择不同地点，检测并记录空气质量。
探索新知
【活动设计与实施】
任务四：微型空气质量“检测站”的使用
【检测报告】：
主要污染物 二氧化硫 一氧化碳 二氧化氮 PM10 PM2.5 臭氧
地点 公园
工厂附近
1.选择不同地点，检测并记录空气质量。
探索新知
【活动设计与实施】
任务四：微型空气质量“检测站”的使用
如何利用微型空气质量检测站的数据，为改善环境提出建议。
【思考】:
1.展示自己组装的微型空气质量“检测站”，与同学交流组装方法、使用说明及检测结果等，并相互评价。
2.在组装的“检测站”中，你使用什么设备来处理和显示检测数据 与同学交流使用不同设备的利弊。
探索新知
【展示与交流】
练习与应用
1.在跨学科实践活动——微型空气质量监测站的组装与使用中，要求能检测空气中的主要污染物。下列不需要列入检测项目的是（ ）
A.二氧化碳 B.PM2.5 C.二氧化硫 D.二氧化氮
2.某校设置微型检测站。下列相关说法错误的是（ ）
A.臭氧层破坏和酸雨都与空气污染有关
B.PM2.5的含量越高，空气质量越好
C.积极植树有助于提升空气质量
D.加强空气质量检测有利于保护大气环境
B
A
3.化学兴趣实践小组的同学们跟随环保部门的人员利用微型空气质量检测仪检测2024年某地某日的空气质量，并记录了下表所示数据（1mg=1000μg）。回答下列问题。
（1）空气质量指数(AQI)越大，空气质量状况越 （填“好”或“差”）
（2）该地当日的空气污染物中含量最多的是 。
（3）下列保护空气措施中不合理的是 （填字母）
A.工厂加高烟囱 B.鼓励使用清洁能源 C.低碳出行 D.大量种树植草
差
一氧化碳
A
练习与应用
跨学科实践活动1
微型空气质量“检测站”的组装与使用
学完本课你知道了什么？
1
2
认识空气检测的意义
微型空气监测站的组装和使用
4. 随着环保意识的提高，人们对空气质量越来越关注。某实践活动小组在老师的带领下，对空气质量检测等开展了一系列项目式学习。
练习与应用
3．微型空气质量检测仪是一种检测空气污染指数的仪器。某化学兴趣小组的同学利用该仪器和实验探究等方法检测某工业园区气体的成分，并绘制了相关图像，集气瓶的内部体积为250 mL，实验前在集气瓶中预先放入了30 mL的水，实验后集气瓶内水的体积为75 mL。分析如图所示的信息，所得结论正确的是(　 　)
C
活动二：调查微型空气质量“检测站”
【查阅资料】微型空气质量检测系统用于实时、准确检测室外空气污染物，其结构如图2所示。
【交流思考】(3)太阳能板工作时进行的能量转化是________
____________。
(4)同学们找到一个微型空气质量“检测站”，观察并记录不同时间显示的数据如下表所示。
除显示器显示的内容外，还需要检测的空气污染物有_______
________________________(写一种即可)。
二氧化氮/μg 臭氧/μg 一氧化碳/μg
22.0 158.0 3.26
太阳能
转化为电能
二氧化
硫(或PM2.5，合理即可)
活动一：了解空气质量指数所表示的含义
空气质量指数(air quality index，简称AQI)是定量描述空气质量状况的指数，分为六级，对应空气质量的六个级别，其数值越大，说明空气污染状况越严重。
【思考分析】(1)如图1所示的是某市某日的空气质量情况，该日的空气质量为____________(选填“优”“良”或“轻度污染”)。
(2)空气中二氧化硫、二氧化氮的主要来源是______________
_____________________。
轻度污染
化石燃料燃烧
(或汽车尾气的排放)
活动三：进行实践
同学们对某工厂附近的空气质量感到好奇，调研发现工厂为了获得充足的能量，长期采用燃煤技术。于是同学们猜测该厂排出的废气中含有二氧化硫。
【查阅资料】二氧化硫是有刺激性气味的气体，能使澄清石灰水变浑浊，也能使品红溶液褪色。
(5)设计并进行实验。
实验操作 实验现象 实验结论
收集一瓶工厂排放的气体，向其加入品红溶液，振荡 品红溶液褪色 废气中含有二氧化硫
【反思评价】(6)不选用澄清石灰水检验二氧化硫的原因是__________________________________________。
活动四：提出空气质量改进方案
【分享成果】(7)“绿水青山就是金山银山。”为了保护人类赖以生存的空气，请你和实践活动小组的同学思考，我们自己在校园中能做什么？________________________(写一点即可)。
空气中的二氧化碳也能使澄清石灰水变浑浊
节约用电(合理即可)
1.利用设计的微型空气质量检测站对家庭附近的场所进行检测。
2.根据数据做好防止空气污染的宣传活动
课后作业
谢谢
谢谢
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