傳感器在中學化學實驗探究中的應用

周良駿

（南京一中 江蘇 南京 210001）

傳感器在中學化學實驗探究中的應用

周良駿

（南京一中 江蘇 南京 210001）

現代教育離不開信息化手段，隨著教學技術手段的不斷發展，傳感器的使用也在不斷向中學課堂滲透。目前有不少四星級以上學校都建有自己的數字化實驗室，作為學校的硬件資源提升了學校的綜合實力，但是目前研究和開發傳感器在中學化學實驗中的應用尚處于摸索階段。筆者有幸接觸到傳感器，在自己的化學實驗探究過程中嘗試使用傳感器，得到一些淺薄的經驗，愿與各位同仁分享，并希望得到更多同仁的關注與探討。

傳感器是一種檢測裝置，能感受到被測量的信息，并能將檢測到的信息，按一定規律變換成為電信號或其他所需形式的信息輸出。傳感器將信號通過數字采集器和電腦程序的處理，轉變為我們可視的便于記錄和使用的數據輸出，并可以各種我們需要的形式呈現出來，有利于我們觀察和分析實驗中的微小變化，更使實驗得到深入的探究。下面筆者以自己的三個課堂教學過程為案例，來探討傳感器在中學化學實驗探究課的應用情況。

一、邊講邊實驗中發揮傳感器的功用，可以使實驗更加細微和深入

在《氫氧化亞鐵的制備和保存》一課中，我引導學生探討如何制備純凈的白色氫氧化亞鐵，起初采用的是將裝有氫氧化鈉的長滴管深入硫酸亞鐵溶液中，而后采用的是植物油液封的方法，但是效果都不理想。這時我們發現造成不良影響的可能是來自于溶液中少量的溶解氧。為了測定溶解氧及其變化，我們需要借助先進的溶解氧傳感器。只要一個小小的探頭，連接好數據采集器和電腦，就可以即刻顯示出溶解氧的數據，并記錄溶解氧的變化。傳統實驗中要想測定溶解氧，通常使用碘量法，想要測定準確的數值，還需要配制標準的碘化鉀溶液和硫代硫酸鈉溶液，并用淀粉做指示劑，完成一個氧化還原滴定，這可不是一下兩下可以完成的。有了溶解氧傳感器，只要將它放在待測溶液中，約10秒鐘就可以測定出溶解氧了。我們立刻得到了5.3ppm的溶解氧數據。那么是不是溶解氧在氧化氫氧化亞鐵呢？我們只要做含有氫氧化亞鐵的濁液中溶解氧的變化就可以了。所以我們利用傳感器的連續在線測量的功能就可以立刻得到溶解氧下降的數據，直到下降到0.0ppm。這個百萬分之幾的變化，試想，用傳統實驗方法怎么能觀察得到呢？

二、傳感器的多通道功能，使我們可以同時觀測到多個物理量的變化，并找出它們之間的相互關系

例如我在探究“暖寶寶”發熱原理的時候，由學生設計實驗方案來證明是鐵與氧氣發生反應，而不是碳與氧氣反應，我們需要測量那些物理量的變化？經討論，我們找到三個傳感器，一個氧氣傳感器，一個二氧化碳傳感器，一個溫度傳感器。我們用三頸燒瓶和這三個傳感器，同時測量，發現溫度不斷上升，氧氣的百分含量不斷下降，而二氧化碳的濃度幾乎不變，這至少得到了兩個說明：一是鐵與氧氣反應放熱，二是碳沒有被氧化。那么碳又起什么作用呢？實驗探究不斷深入。

三、方便的對比試驗，微小的變化也逃不過傳感器

為了研究“暖寶寶”成分中氯化鈉和活性炭的作用，我們可以設計這樣的對比試驗。一份純鐵粉，另一份是純鐵粉＋活性炭＋氯化鈉的混合物，同時測量溫度的變化。我們用兩個溫度傳感器分別放入兩堆混合物中，但把溫度隨時間的變化圖同時顯示在一個二維坐標系中，結果得到了一個漸漸上升的曲線和一個水平線。有人會說，那用傳統的溫度計不也能做嗎？是的。傳統的方法重在最后的溫度能否升高；而傳感器的使用則能夠顯示出過程的變化，這個溫度的升高快慢，變化的速率都可以從圖線的變化曲直中得到，所以傳感器在本實驗中發揮了極大的作用。

四、傳感器使學生奇思妙想的實現成為了可能

現代教育理念強調培養學生的創造性思維，培養學生的科學探究精神和創新意識。以前我們在談到學生設計實驗的時候，其實是帶有很強的引導性的，因為我們知道，學生的很多想法是無法實現的，所以我們必須要讓他們的想法和自己設計的一致，否則可能導致自己的課都上不下去的狀況。那么我們為什么要禁錮學生的想法呢？這還是開放性的實驗探究嗎？那我們來分析一下為什么不能讓學生嘗試一下他自己的想法呢。這恐怕是我們無法滿足學生的想法吧。譬如在討論如何測定鋅和硫酸反應速率的問題時，根據化學反應速率的定義，我們可以測量硫酸的消耗速率即c（H+）的變化，那么我們還有其它的方法嗎？ 例如鋅離子濃度的變化？ 氫氣的產生量？ 可能有的老師會說，這怎么測啊？ 鋅離子的變化好測嗎？ 該不會是每隔幾秒來一次取樣，然后加硫化鈉來測硫化鋅沉淀的質量吧，這也太費事了吧； 那或者我們來測測氫氣的量吧， 怎么測， 最簡單的方法是在一個密閉的大針筒里看針筒活塞的推移速率吧。學生說那測測壓強變化可以嗎？———當然可以。傳統實驗不容易做到，不過現在我們有壓強傳感器就很方便了。用一個單孔橡膠塞連接反應容器和壓力傳感器即可。我們可以繪制出壓強隨時間變化的圖像，通過分析就可以得到反應速率。當然我們還可以用鋅離子濃度傳感器、酸度傳感器來測量隨時間的變化量。

隨著科學技術的不斷發展，傳感器的功能也越來越強大，隨著價格的下降，很多學校都可以根據需要選擇合適的傳感器來使用。我相信，只要我們一線的教師能接受并使用它， 一定會在今后的教學中發揮更大的作用，為我們的教學帶來全新的變革。

1008-0546（2012）03-0092-01

G633.8

B

10.3969/j.issn.1008－0546.2012.03.042