用傳感器改進傳統(tǒng)實驗的教學(xué)設(shè)計

摘要：當今社會許多高科技數(shù)字化產(chǎn)品進入了普通家庭，如智能家用電器，智能手機等。而我們的生物實驗教學(xué)還停留在傳統(tǒng)的實驗方法和器材上，這樣會使學(xué)生產(chǎn)生生物學(xué)對當今社會沒有實用價值的錯覺。傳感器和計算機組成數(shù)字化實驗系統(tǒng)成為實驗教學(xué)的新方法、新手段。利用這一新方法改進傳統(tǒng)的生物實驗教學(xué)有利教學(xué)目標的達成，有利于提高教學(xué)效率。

關(guān)鍵詞：傳感器、生物實驗

中圖分類號：G633.7

隨著科技的進步，傳感器和計算機組成數(shù)字化實驗系統(tǒng)成為實驗教學(xué)的新方法、新手段。目前教材中的實驗設(shè)計仍是傳統(tǒng)的方法，但作為教師要不斷斷探索和運用新的方法。

二氧化碳傳感器是利用二氧化碳在紅外線具有的特殊特征，檢測二氧化碳對紅外線吸收情況，就可以確定二氧化碳氣體的濃度。 它在塑料大棚栽培作物生產(chǎn)中有廣泛的應(yīng)用。

案例一：植物呼吸作用產(chǎn)生二氧化碳

生物教材中“植物呼吸作用產(chǎn)生二氧化碳”的實驗設(shè)計思路是采用比較法，比較燙過的蔬菜與新鮮蔬菜的呼吸情況，燙過的蔬菜不能呼吸，新鮮蔬菜能呼吸，蔬菜呼吸產(chǎn)生二氧化碳，檢驗的方法是用澄清的石灰水變渾濁這個方法，這是一個定性的方法。如果采用傳感器就能將定性推向定量，當然初中課程標準并沒有定量的教學(xué)要求。

在傳統(tǒng)的“植物呼吸作用產(chǎn)生二氧化碳”實驗中，常用的操作的方法是：先對學(xué)生分組，提前一天，將新鮮的和用沸水燙2—3分鐘的同一種蔬菜各100克，分別放入兩個不漏氣的黑色塑料袋中，插入軟管后適當扎緊袋口，軟管用止水夾夾緊，實驗時，每組隨機取一袋蔬菜，將軟管插入澄清石灰水中，松開止水夾，輕輕擠壓塑料袋，觀察石灰水的清濁有無變化，由此來推測袋中裝的蔬菜是新鮮的還是燙過的，再打開塑料袋驗證自己的推測是否正確。

存在問題：操作時間長，操作過程比較繁瑣。

利用傳感器改進：實驗原理是利用二氧化碳在紅外線具有的特殊特征，檢測二氧化碳對紅外線吸收情況，就可以確定二氧化碳氣體的濃度。操作步驟：通過傳感器實時采集氣液相密封實驗器內(nèi)二氧化碳的濃度，學(xué)生能直觀地看到植物的呼吸作用消耗氧氣，產(chǎn)生二氧化碳，有利于學(xué)生對植物呼吸作用實質(zhì)的理解。利用數(shù)字化信息技術(shù)—“傳感器”進行實驗教學(xué)的研究，把平時受干擾因素較多的實驗通過快速、高效的采集數(shù)據(jù)進行比較，通過計算機顯示各組數(shù)據(jù)，有利于激發(fā)學(xué)生的好奇心和學(xué)習興趣，培養(yǎng)學(xué)生運用知識的能力。

實驗步驟：

1、按照實驗裝置圖搭建好實驗裝置。

2、向密封實驗器內(nèi)放入適當?shù)呐柙灾参铮瑢⒍趸紓鞲衅鳌⒀鯕鈧鞲衅髋c采集器相連，采集器與電腦相連。

3、將二氧化碳傳感器和氧氣傳感器的探頭通過橡膠塞與密封蓋連接完畢，蓋上密封蓋，調(diào)節(jié)探頭高度。

4、打開實驗系統(tǒng)軟件，選擇“教材通用軟件”，點擊傳感謝器材圖標，進入實驗平臺，在單坐標系上建立“二氧化碳--時間”坐標關(guān)系，設(shè)置采集時間“10min”，采集間隔“100ms”。

5、觀察、分析二氧化碳傳感器采集的數(shù)據(jù)。

改進后的優(yōu)點：

1、實驗現(xiàn)象直觀明了，實驗結(jié)論學(xué)生思考后能直接得出。

2、實驗材料如盆栽植物等能重復(fù)使用。

3、實驗的成功率高，有利于學(xué)生對實驗數(shù)據(jù)進行分析。

案例二：呼吸過程中二氧化碳含量的變化

生物教材中“呼吸過程中二氧化碳含量的變化”實驗，實驗操作的方法利用吸管向澄清的石灰水中吹氣，石灰水變渾濁。

存在問題：如何比較人呼吸時吸入的氣體和呼出的氣體相比，二氧化碳的含量的變化，只能作出定性判斷。

利用傳感器改進：通過傳感器實時采集密封實驗器內(nèi)二氧化碳的濃度，學(xué)生能直觀地看到呼吸作用消耗氧氣，產(chǎn)生二氧化碳，有利于學(xué)生對呼吸作用實質(zhì)的理解。具體的操作與前一個實驗植物呼吸實驗類似。

改進后的優(yōu)點：有利于學(xué)生直觀、快速地了解實驗結(jié)果。用數(shù)據(jù)和圖象來說明實驗結(jié)果，比定性的澄清的石灰水變混濁了要更有說服力。

參考文獻：

[1]汪忠.生物學(xué).江蘇鳳凰教育出版社.2014. （七上）

[2] ]汪忠.生物學(xué).江蘇鳳凰教育出版社.2014. （七下）

作者簡介：袁邦順，男，二級教師，1968年生，初中生物教師。