鄭祥 王國芳

● 項目背景

如今，人們越來越追求高品質的生活，要么購買新房更換居住空間，要么對現(xiàn)有的居住環(huán)境進行改造，“裝修”成為當前的熱點話題。甲醛是近年來被大眾認知的危害，不僅會污染環(huán)境，更重要的是會對人體產生極大的影響。可并不是所有人都了解甲醛，很多人可能只知道家居建材中有甲醛的存在，其實生活中有好多地方都可能受到甲醛的污染，如汽車內。

2003年3月1日開始實施的我國推薦性標準《室內空氣質量標準（GB/T 18883-2002）》規(guī)定，室內甲醛濃度要求小于等于每立方米0.1毫克（0.1mg/m3），即每立方米空氣中的甲醛濃度不得超過0.1毫克。中華人民共和國國家標準《居室空氣中甲醛的衛(wèi)生標準》規(guī)定，居室空氣中甲醛的最高容許濃度為0.08毫克/立方米。

那么，汽車內的甲醛含量如何呢？這是一個值得探究的問題。

● 研究目標

了解甲醛的產生及危害，掌握掌控板和傳感器的基本使用，掌握物聯(lián)網(wǎng)技術的基本原理;培養(yǎng)提出問題和實驗設計能力，通過探究汽車甲醛含量的活動，學習數(shù)據(jù)采集和數(shù)據(jù)處理方法，培養(yǎng)總結歸納能力;初步認識科學、技術與社會的關系，了解科學探究的過程和方法，培養(yǎng)科學探究的精神品質;能將科學知識和生活密切結合起來。

● 研究內容

新買的汽車車內甲醛濃度是多少？是否超過國家標準？已經開了五年的舊汽車車內甲醛濃度是多少？是否超過國家標準？如何利用物聯(lián)網(wǎng)和傳感器技術，實時測定汽車內的甲醛濃度？如何基于測量數(shù)據(jù)的分析，得出降低汽車內甲醛濃度的有效方法？

● 研究方法

1.實驗研究法

將一新一舊兩輛同一品牌同一型號的汽車放在同一地點，將靈敏度接近的甲醛檢測裝置分別同時放入新舊汽車的車內中心同一位置，并保持甲醛傳感器懸空放置。在保證同時開窗5分鐘的前提下同時關閉窗戶，接受相同強度的陽光直射。利用甲醛檢測裝置每隔半分鐘定時持續(xù)地采集新舊汽車內的甲醛濃度，并將新舊汽車內的甲醛濃度記錄在物聯(lián)網(wǎng)平臺上。

2.定量分析法

通過物聯(lián)網(wǎng)平臺上一新一舊兩輛汽車的甲醛濃度數(shù)據(jù)變化和對比，得出新舊汽車車內的甲醛含量，以及是否超過國家標準。

● 實驗原理

實驗過程中需要一輛新車和一輛舊車（同一品牌和型號）在開窗后閉窗的初始狀態(tài)下，同時在相同的陽光下暴曬來完成對成甲醛濃度數(shù)據(jù)的采集。甲醛數(shù)據(jù)的采集實驗原理過程如下頁圖1所示。核心工作是利用掌控板和專用傳感器采集甲醛濃度的數(shù)據(jù)，再將數(shù)據(jù)匯總到SIoT服務器。

為了提高實驗數(shù)據(jù)的可靠性和可對比性，實驗過程中需要通過無線網(wǎng)絡的形式同時進行新舊汽車甲醛數(shù)據(jù)的實時收集。

因此，甲醛采集裝置須滿足以下條件：①兩個甲醛傳感器的靈敏度應較為接近;②接有甲醛傳感器的數(shù)據(jù)采集裝置要支持Wi-Fi的連接。

● 活動步驟

第一階段：準備器材、下載并安裝軟件

（1）準備器材

①兩輛一新一舊相同型號汽車。

②根據(jù)甲醛測試實驗，需要如上表所列的器材。

（2）下載并安裝軟件

①下載并安裝編程軟件mind+1.6及以上的版本（下載地址：http：//mindplus.cc/）。

②下載并運行最新版的局域網(wǎng)物聯(lián)網(wǎng)平臺SIoT（下載地址：https：//siot.readthedocs.io/zh_CN/latest/）。

③連接甲醛傳感器和掌控板，甲醛傳感器連接擴展板的p0針腳。

④校正兩個甲醛傳感器的靈敏度和數(shù)據(jù)，保證兩個傳感器的靈敏度非常接近，且在允許的誤差范圍內，并且要利用專用的甲醛檢測儀器，比較二者數(shù)據(jù)的差異。

第二階段：搭建物聯(lián)網(wǎng)平臺、制作甲醛檢測儀

①在PC上運行物聯(lián)網(wǎng)平臺SIoT。②編程實現(xiàn)。Mind+中已經提供了物聯(lián)網(wǎng)采集數(shù)據(jù)的范例代碼，只要做一些修改即可，參考代碼如圖2所示。新車和舊車的代碼基本一致，不同的是MQTT的消息主題（TopicID）和屏幕顯示的文字。

第三階段：數(shù)據(jù)檢測與分析

（1）變量控制

將一新一舊兩輛汽車同時停在同一地方，同時打開車窗5分鐘后同時關閉車窗，并將甲醛檢測裝置分別放置在兩輛汽車的前后排中間，甲醛傳感器保持懸空放置。

（2）數(shù)據(jù)采集

在SIoT的Web管理頁面中，能夠看到實時收集的數(shù)據(jù)，頁面中還提供了自動刷新的簡單圖表（如下頁圖3、圖4）。

（3）數(shù)據(jù)分析

檢測初期：從兩組折線圖可以看出，受開關車門的影響，檢測初期的車內甲醛濃度數(shù)值并不準確，但可供參考。

檢測中期：從檢測中期的數(shù)據(jù)可以得出，兩輛車的甲醛濃度都在持續(xù)上升，而新車的甲醛濃度上升速度更快，幾乎是呈線性上升狀態(tài)。25分鐘后，新車內的甲醛濃度高達0.25ppm左右，是國標線的4倍左右，而與此同時，舊車內甲醛濃度雖也有上升，但仍在國標線的標準0.08ppm左右。

檢測后期：出于好奇，在檢測的后期兩位檢測人員試著開了一下車門。從兩組折線圖中可以看出甲醛濃度的曲線都有一個“v”字型走向。

通過SIoT收集的數(shù)據(jù)，還可以導出為Xls表格文件，供后期做更加詳細的分析。

● 項目總結

通過數(shù)據(jù)分析，我們可以得出這樣一些結論。

結論1：從檢測中期的折線圖可以得出，在溫度很高的情況下，新車內的甲醛濃度超過國家標準濃度0.08ppm好幾倍，因此需要經常通風。

結論2：從檢測后期的折線圖和操作情況可以得出，一個開車門的動作就可以讓當前車內甲醛濃度降低一半左右，建議在開車前先打開車門或車窗通風幾分鐘。長時間行車要打開外循環(huán)，或者定時搖下玻璃窗通風。

結論3：新舊車輛的內部甲醛濃度還是有差別的，舊車內的甲醛濃度明顯低于新車內的甲醛濃度，但在暴曬的時候最高濃度仍會超出國標線，無論新車還是舊車在開車前都建議開車門或開車窗通風幾分鐘。長時間行車要注意通風。

● 項目反思

實驗探究是培養(yǎng)學生科學素養(yǎng)的重要手段。信息化時代，數(shù)字化技術為科學探究提供了更多的技術支持，能完成一些傳統(tǒng)探究手段無法完成的試驗項目。尤其是當物聯(lián)網(wǎng)技術的門檻降低后，基于數(shù)字化技術的科學探究活動也不再局限在實驗中，可以走出來，在大自然里設計各種有趣的探究實驗，尤其是那些需要一定周期的數(shù)據(jù)支持的科學實驗?！靶屡f汽車的甲醛檢測”僅僅是一個小小的開端，后續(xù)我們還會帶著學生做更多的探究實驗。