专题2 跨学科实践活动 第2课时 探究课 1 — 自制 PM2. 5 和甲醛检测装置 教学设计-2025-2026学年八年级全一册《化学》（五·四学制）（沪科版）
文档属性
| 名称 | 专题2 跨学科实践活动 第2课时 探究课 1 — 自制 PM2. 5 和甲醛检测装置 教学设计-2025-2026学年八年级全一册《化学》（五·四学制）（沪科版） |  | |
| 格式 | docx | ||
| 文件大小 | 327.4KB | ||
| 资源类型 | 教案 | ||
| 版本资源 | 其它版本 | ||
| 科目 | 化学 | ||
| 更新时间 | 2025-09-30 22:01:50 | ||
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文档简介
专题2 跨学科实践活动 微型空气质量“检测站”的组装和使用
第2课时 探究课 1 — 自制 PM2. 5 和甲醛检测装置 教学设计
教学目标
1 . 通过 PM2.5 和甲醛检测装置的制作活动，初步理解不同传感器的工作原理，掌握连接传感器的基本技术。
2. 通过独立组装及编译微型空气质量“检测站”的硬件部分，体验简单的单片机组装过程。
3. 通过初步的软件系统的搭建，学习编程的思路。
教学重点
传感器的选用、硬件电路和软件系统的搭建。
教学难点
系统软硬件设计计划及具体的实施方案。
教学流程
教学过程
教师活动 学生活动 设计意图
【情境引入】随着人们对生活品质追求的提高，在 日 常生活中，用智能家居环境检测仪器检测空气质量已经较为普及。 【介绍】环境监测控制技术的国内外发展。 【活动 1】以小组为单位查阅专业的 【实践】查阅资料了解专业的智能化家居设备的工作原理，动手实践，以小组形式对某一品牌的检测设备进行拆卸和组装，同时比较其与传统的实验室大型检测仪器的优劣。 1 . 使学生了解环境监测控制技术日新月异的变化，从技术设备的落后、对环境监测研究能力的有限到如今研制 自 动化、微型化、无人化的智能监测控制系统。 2. 通过拆卸和组装某智能化家居
（续表）
教师活动 学生活动 设计意图
智能家居环境检测仪器，了解其内部结构。 检测设备，使学生体验广泛应用于携带式产品和家电消费类产品的是以单片机为核心的设计，其不仅具有小型、快捷、方便的特点，同时还具有低电压、低功耗、高稳定性和高可靠性的优势。
【创设情境】室内空气质量对人们的日常生活也有重要影响，适宜的温度、湿度能给人舒适感，而有害气体的散发却严重损害人体健康。 如何检测居家室内空气质量？ 【活动2】通过查阅资料，明确系统的研究对象及实现功能，对系统软硬件设计进行划分并提出具体的实现方案。 【讨论】 明确居家室内空气质量的影响因素： 甲醛、温度、湿度、 PM2. 5 , 确定系统的总体设计方案，包括其功能设计、电路工作原理；进行系统设计硬件电路，包括硬件电路构成、测量原理及单片机的选择。 确认硬件系统即单片机的选型、传感器的选型、电子元器件的选择（ 以温度、湿度传感器、甲醛模块和 PM2. 5 为主的传感器进行检测）。
分析方案、提供软硬件材料、总结软硬件实现的基本构成思路。 【任务 1】硬件电路搭建。 【实践】根据设计方案完成初步的硬件系统的搭建： 1 . 按键控制电路； 2. 电源电路； 3 . 报警电路； 4. OLED液晶显示电路； 5 . ESP8266 模块电路； 6 . 温度、湿度传感器模块电路； 7. PM2. 5 传感器模块电路； 8. 甲醛采集； 9 . 继电器控制电路。 说明： 采用 OLED液晶显示器显示采集到的温度、湿度、PM2. 5 和甲醛浓度数据，单片机型号为 STM32F103 ,温湿度传感器 DHT11 用于检测当前环境温度和湿度，PM2. 5 传感器 1051A 时 刻 检 测 当 前 环 境PM2. 5 浓度。 甲醛模块检测环境甲醛浓度，按键用来设定报警上限值。 学生以小组形式通过硬件电路的简单搭建，利用电学知识即通过串、并 联 的 方 式 实 现 各 模 块 的电路。 软件系统的搭建以流程图的形式描绘希望实现的功能，初步体验编程思路，教师提供程序范本。
【任务 2】软件系统设计。 【实践】根据设计方案完成初步的软件系统的搭建： 1 . 软件主程序架构； 2. OLED显示流程图； 3 . ESP8266 无线通信流程图； 4. 温度、湿度检测流程图和程序； 5 . 按键子程序； 6 . 甲醛和 PM2. 5 检测流程图； 7. 报警流程图。
【任务 3】下载及功能调试。 【实践】下载程序后，给单片机上电，OLED液晶屏和 ESP8266 首先进行初始化操作。 【注意事项】提醒并监督学生在下载前要做好检查工作，确保元器件质量功能可靠，尤其要注意晶体管的型号，电容器的耐压和极性，按照原理图组装电路，使元件安装的位置、极性正确、布局合理；整机清洁无污物，导线不杂乱。 由于电路的要求，需要采用先按照单元电路逐级安装，逐级调试然后联合调试的方法。
（续表）
教师活动 学生活动 设计意图
【课后任务】 【思考、反思】 1 . 思考产品迭代思路。 2. 初步设计并绘制微型空气质量“检测站”的图纸，寻找物料，并尝试制作。 通过发现问题，保持对世界的好奇心、探究欲，热爱科学，逐步形成崇尚科学、严谨求实、追求真理、勇于克服困难的坚毅品质。
板书设计
探究课 1 自制 PM2. 5 和甲醛检测装置
一 、 环境监测控制技术
二 、 智能家居环境检测仪器
1. 智能家居环境监测系统组成 : 中央控制系统 、传感器网络 、执行器
2. 环境检测仪器的作用 : 实时监测 、数据记录 、异常报警
3. 常见检测仪器 : 空气质量指数 (AQI) 检测器 、温湿度传感器 、有 害气体 ( 如 CO2 , CO , 甲醛) 检测器
三 、 自制检测装置
1. 单片机的选择 (计算能力 、内存容量 、I/O 接 口 、功耗与效率 、成本等)
2. 传感器的选择 (原理 、量程 、 分辩率 、成本等)
温度传感器 、湿度传感器 、 甲醛传感器 、PM2. 5 传感器等
3. 硬件系统的搭建
电路设计 : 绘制电路图 , 选择合适的电子元件
组装流程 : 按照电路图组装传感器和单片机
4. 软件系统的搭建 (编程语言 、开发环境)
5. 下载及功能调试
单元测试 : 确保每个模块正常工作
集成测试 : 检查系统整体功能
性能测试 : 评估系统的响应时间和稳定性
附录
程序逻辑框架图（样例）：
硬件框架图及硬件清单（样例）：
规 格 名 称 标 号
LED LED灯 LED
IN4148/4007 二极管 D2
KEY1 按键 K1 , K2
S8050 三极管 Q3 , Q4
10K 电阻 R3
1K 电阻 R5, R10, R15
10K 电阻 R13
1051A PM2. 5 模块 T6
VOC 甲醛模块 T6
DHT11 温湿度传感器 U4
POW 电源 U5
BELL 蜂鸣器 U8
OLED 液晶显示 U9
5V 风扇 U11
JDQ 5 继电器 U12
SWITCH 开关 U13
ESP8266 WIFI模块 U14
第2课时 探究课 1 — 自制 PM2. 5 和甲醛检测装置 教学设计
教学目标
1 . 通过 PM2.5 和甲醛检测装置的制作活动，初步理解不同传感器的工作原理，掌握连接传感器的基本技术。
2. 通过独立组装及编译微型空气质量“检测站”的硬件部分，体验简单的单片机组装过程。
3. 通过初步的软件系统的搭建，学习编程的思路。
教学重点
传感器的选用、硬件电路和软件系统的搭建。
教学难点
系统软硬件设计计划及具体的实施方案。
教学流程
教学过程
教师活动 学生活动 设计意图
【情境引入】随着人们对生活品质追求的提高，在 日 常生活中，用智能家居环境检测仪器检测空气质量已经较为普及。 【介绍】环境监测控制技术的国内外发展。 【活动 1】以小组为单位查阅专业的 【实践】查阅资料了解专业的智能化家居设备的工作原理，动手实践，以小组形式对某一品牌的检测设备进行拆卸和组装，同时比较其与传统的实验室大型检测仪器的优劣。 1 . 使学生了解环境监测控制技术日新月异的变化，从技术设备的落后、对环境监测研究能力的有限到如今研制 自 动化、微型化、无人化的智能监测控制系统。 2. 通过拆卸和组装某智能化家居
（续表）
教师活动 学生活动 设计意图
智能家居环境检测仪器，了解其内部结构。 检测设备，使学生体验广泛应用于携带式产品和家电消费类产品的是以单片机为核心的设计，其不仅具有小型、快捷、方便的特点，同时还具有低电压、低功耗、高稳定性和高可靠性的优势。
【创设情境】室内空气质量对人们的日常生活也有重要影响，适宜的温度、湿度能给人舒适感，而有害气体的散发却严重损害人体健康。 如何检测居家室内空气质量？ 【活动2】通过查阅资料，明确系统的研究对象及实现功能，对系统软硬件设计进行划分并提出具体的实现方案。 【讨论】 明确居家室内空气质量的影响因素： 甲醛、温度、湿度、 PM2. 5 , 确定系统的总体设计方案，包括其功能设计、电路工作原理；进行系统设计硬件电路，包括硬件电路构成、测量原理及单片机的选择。 确认硬件系统即单片机的选型、传感器的选型、电子元器件的选择（ 以温度、湿度传感器、甲醛模块和 PM2. 5 为主的传感器进行检测）。
分析方案、提供软硬件材料、总结软硬件实现的基本构成思路。 【任务 1】硬件电路搭建。 【实践】根据设计方案完成初步的硬件系统的搭建： 1 . 按键控制电路； 2. 电源电路； 3 . 报警电路； 4. OLED液晶显示电路； 5 . ESP8266 模块电路； 6 . 温度、湿度传感器模块电路； 7. PM2. 5 传感器模块电路； 8. 甲醛采集； 9 . 继电器控制电路。 说明： 采用 OLED液晶显示器显示采集到的温度、湿度、PM2. 5 和甲醛浓度数据，单片机型号为 STM32F103 ,温湿度传感器 DHT11 用于检测当前环境温度和湿度，PM2. 5 传感器 1051A 时 刻 检 测 当 前 环 境PM2. 5 浓度。 甲醛模块检测环境甲醛浓度，按键用来设定报警上限值。 学生以小组形式通过硬件电路的简单搭建，利用电学知识即通过串、并 联 的 方 式 实 现 各 模 块 的电路。 软件系统的搭建以流程图的形式描绘希望实现的功能，初步体验编程思路，教师提供程序范本。
【任务 2】软件系统设计。 【实践】根据设计方案完成初步的软件系统的搭建： 1 . 软件主程序架构； 2. OLED显示流程图； 3 . ESP8266 无线通信流程图； 4. 温度、湿度检测流程图和程序； 5 . 按键子程序； 6 . 甲醛和 PM2. 5 检测流程图； 7. 报警流程图。
【任务 3】下载及功能调试。 【实践】下载程序后，给单片机上电，OLED液晶屏和 ESP8266 首先进行初始化操作。 【注意事项】提醒并监督学生在下载前要做好检查工作，确保元器件质量功能可靠，尤其要注意晶体管的型号，电容器的耐压和极性，按照原理图组装电路，使元件安装的位置、极性正确、布局合理；整机清洁无污物，导线不杂乱。 由于电路的要求，需要采用先按照单元电路逐级安装，逐级调试然后联合调试的方法。
（续表）
教师活动 学生活动 设计意图
【课后任务】 【思考、反思】 1 . 思考产品迭代思路。 2. 初步设计并绘制微型空气质量“检测站”的图纸，寻找物料，并尝试制作。 通过发现问题，保持对世界的好奇心、探究欲，热爱科学，逐步形成崇尚科学、严谨求实、追求真理、勇于克服困难的坚毅品质。
板书设计
探究课 1 自制 PM2. 5 和甲醛检测装置
一 、 环境监测控制技术
二 、 智能家居环境检测仪器
1. 智能家居环境监测系统组成 : 中央控制系统 、传感器网络 、执行器
2. 环境检测仪器的作用 : 实时监测 、数据记录 、异常报警
3. 常见检测仪器 : 空气质量指数 (AQI) 检测器 、温湿度传感器 、有 害气体 ( 如 CO2 , CO , 甲醛) 检测器
三 、 自制检测装置
1. 单片机的选择 (计算能力 、内存容量 、I/O 接 口 、功耗与效率 、成本等)
2. 传感器的选择 (原理 、量程 、 分辩率 、成本等)
温度传感器 、湿度传感器 、 甲醛传感器 、PM2. 5 传感器等
3. 硬件系统的搭建
电路设计 : 绘制电路图 , 选择合适的电子元件
组装流程 : 按照电路图组装传感器和单片机
4. 软件系统的搭建 (编程语言 、开发环境)
5. 下载及功能调试
单元测试 : 确保每个模块正常工作
集成测试 : 检查系统整体功能
性能测试 : 评估系统的响应时间和稳定性
附录
程序逻辑框架图（样例）：
硬件框架图及硬件清单（样例）：
规 格 名 称 标 号
LED LED灯 LED
IN4148/4007 二极管 D2
KEY1 按键 K1 , K2
S8050 三极管 Q3 , Q4
10K 电阻 R3
1K 电阻 R5, R10, R15
10K 电阻 R13
1051A PM2. 5 模块 T6
VOC 甲醛模块 T6
DHT11 温湿度传感器 U4
POW 电源 U5
BELL 蜂鸣器 U8
OLED 液晶显示 U9
5V 风扇 U11
JDQ 5 继电器 U12
SWITCH 开关 U13
ESP8266 WIFI模块 U14
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