跨学科实践活动01 微型空气质量“检测站”的组装与使用（活动设计）-九年级化学跨学科实践活动教学课件+设计

跨学科实践活动1微型空气质量“检测站”的组装与使用活动设计活动：微型空气质量“检测站”的组装与使用课时4授课年级九年级教材分析《微型空气质量“检测站”的组装与使用》这一跨学科项目，是针对全球日益严峻的空气质量问题以及在国家大力倡导生态文明背景下设计的，属于“化学与环境”领域的行动改进类探究实践活动，具有较大的现实教育意义。本项目涉及的化学核心知识，包含“物质的性质与应用”主题中的空气的组成、空气质量检测，以及空气污染防治。项目运用技术与工程方法组装微型空气质量“检测站”，结合化学、地理、道德与法治等学科知识，尝试利用微型空气质量“检测站”进行校园内空气质量检测，形成“化学与可持续发展”的学科大概念，培养学生的科学探究与实践、科学态度与责任等核心素养。教学目标1.通过阅读教材和查阅资料，了解空气的主要成分和主要污染源，以及空气污染源对人体的危害，了解空气质量检测的主要指标。2.结合物理、信息技术和工程等相关知识，组装一个微型空气质量“检测站”并检测空气质量。通过实践活动，体会科学、技术、社会的相互关系。3.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。教学重难点教学重点：微型空气质量检测站的组装与使用，理解空气污染物的检测原理。教学难点：理解空气污染物的化学性质和检测方法，将理论知识与实践操作相结合。知识整合1.空气的组成空气的成分氮气氧气稀有气体二氧化碳其他气体和杂质体积分数78%21%0.94%0.03%0.03%空气中的各种成分作为原料广泛用于生产化肥、化工产品、炼钢、石油加工、运输、电光源等领域，是人类生产活动的重要资源。2.空气的污染和保护空气污染物包括烟尘和有害气体两大类。有害气体主要有二氧化硫(SO2)、二氧化氮(NO2)、一氧化氮(NO）、一氧化碳(CO)等。（1）造成空气污染的物质：有害气体(一氧化碳[CO]、二氧化氮[NO2]、二氧化硫[SO2])和烟尘。（2）污染来源：空气中的有害物质来自化石燃料的燃烧，石油化工厂排放的废气及汽车排放的尾气。（3）被污染的空气带来的危害：损害人体健康、影响作物生长、破坏生态平衡。存在的环境问题：温室效应(二氧化碳含量过多引起)、臭氧空洞(飞机的尾气、氟里昂的排放)、酸雨(由二氧化硫、二氧化氮引起)。（4）防止空气污染的措施：加强大气质量监测，改善环境状态、植树造林、使用清洁能源。（5）目前空气污染指数包括：一氧化碳、二氧化氮、二氧化硫、可吸入颗粒物、臭氧。（6）未来化学将朝着“绿色化学”——“绿色消毁”和“绿色生产”的方向发展。核心是利用化学原理从源头消除污染。3.空气质量日报主要污染物：二氧化硫、二氧化氮、一氧化碳、可吸入颗粒物、臭氧AQI和空气质量等级数值越小，空气质量越好2024年04月19日安徽省城市空气质量日报城市名称AQI空气质量级别空气质量状况首要污染物合肥市56二级良颗粒物(PM10)淮北市112三级轻度污染细颗粒物(PM2.5)铜陵市49一级优—芜湖市70二级良臭氧教学过程（一）导入新课（5分钟）1.播放一段关于空气污染的新闻报道，引导学生关注当前的环境问题，如雾霾、PM2.5等。2.提问：我们如何了解身边的空气质量呢？引出“空气质量检测站”的概念。3.展示微型空气质量“检测站”的图片，让学生对即将学习的内容产生兴趣和期待。（二）新知探究（20分钟）【活动设计与实施】任务一：认识空气质量检测的意义1.空气污染：（1）主要污染物及来源（2）污染危害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。2.空气质量日报：（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。任务二：参观与访谈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。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。（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，工业三废。任务三：微型空气质量“检测站”的组装1.借鉴监测站检测空气质量的思路，结合本地空气污染的特征，选择所需要的传感器(如二氧化硫、PM2.5等传感器)。2.同时检测空气中多种成分的含量，研究并设计传感器、数据采集器和计算机的组装方案。3.在教师的指导下，根据组装方案，把所需用品按要求进行组装，并在计算机上安装相应软件进行测试。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。（三）实践操作（30分钟）1.分发材料：每个小组分发一套微型空气质量检测站的组装材料，确保所有工具和部件齐全。2.指导组装：按照视频步骤，指导学生进行实际操作，教师巡回指导，解答可能出现的问题。3.设备调试：完成组装后，指导学生如何开启设备，进行简单的校准和测试。（四）分享交流（15分钟）1.小组展示：每个小组展示自己的微型空气质量检测站，简述组装过程和注意事项。2.经验分享：让学生分享在组装过程中遇到的困难和解决方法，互相学习，共同提高。3.互动评价：同学之间互相评价对方的设备，看是否组装正确，运行是否正常。（五）总结提升（10分钟）1.教师总结：回顾本节课学习的内容，强调微型空气质量检测站的重要性和组装技巧。2.拓展思考：引导学生思考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。3.培养素养：强调跨学科实践能力的重要性，鼓励学生在日常生活中关注科学与社会的联系。作业设计1．下列是空气质量报告需要检测的物质A．氮气 B．氢气 C．PM2.5 D．二氧化碳【答案】C2．校园微型空气质量“检测站”的组装和使用，可以提高同学们保护环境的意识。下列相关说法正确的是A．二氧化硫是有没有气味的气体污染物 B．PM2.5的含量越高，空气质量越好C．积极植树造林有助于提升空气质量 D．燃料燃烧会产生二氧化碳是空气污染物【答案】C3．微型空气质量检测仪是一种检测空气污染指数的仪器。化学兴趣小组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。分析下图信息，所得结论正确的是A．①中初始能量来自于电能B．①中显示屏上可显示出的含量C．②中装置气密性不好会使测量结果偏大D．③中Q点表示打开弹簧夹的最佳时刻【答案】D4．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。项目二氧化硫臭氧二氧化氮一氧化碳PM10PM2.5浓度10μg/m335μg/m343μg/m30.683mg/m3121μg/m351μg/m3AQI86级别二级（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【答案】（1）差（2）一氧化碳/CO（3）A5．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(AirQualityIndex，简称AQ1)是定量描述空气质量状况的指数，分为六级，相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是该日太原市的空气质量情况，该日的空气质量为(填“优”“良”或“轻度污染”)。（2）空气中二氧化硫(SO2)、二氧化氮(NO)的主要来源是，所引起的环境问题是。活动二：认识微型空气质量“检测站”【查询网络】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。【交流思考】（3）为防止金属电控箱表面锈蚀可进行的操作是。太阳能板工作时进行的能量转化是。活动三；调查微型空气质量“检测站”【进行实践】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表：二氧化氮/µg臭氧/µg一氧化碳/µg22.0158.03.26【交流思考】（4）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)。活动四：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，加入品红溶液，振荡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(用化学方程式表示)。活动五：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，请你和兴趣小组同学思考，我们自己在校园中能做什么？。【答案】（1）轻度污染（2）化石燃料燃烧/汽车尾气酸雨（3）刷漆太阳能转化为电能（4）SO2/PM2.5（5）品红溶液褪色（6）SO2+Ca(OH)2=CaSO3↓+H2O（7）节约用电（合理即可）教学反思亮点：本项目以“微型空气质量‘检测站’的组装和使用”这一真实情境展开，学生通过阅读教材、查阅资料，融合化学、地理、道德与法治等多学科知识，提高阅读能力、信息获取能力、动手实践能力和跨学科解决问题能力。不足：九年级学生面临中考的压力，化学教学课时紧张，学生的课外实践活动时间被大大压缩，导致实践