傳感器在初中化學實驗教學中的應用探析

徐壽友

（安徽省廣德縣柏墊初級中學，安徽 宣城）

一、傳感器應用的現實背景及意義

從20世紀80年代開始，傳感器技術就在國外發達國家尤其美國的中學理科教學中得到廣泛應用，后來陸續在我國發達地區使用。直到現在，初中化學實驗教學中使用傳感器仍處于起步階段，只零星體現在教師教學比賽及教師實驗創新比賽中。隨著數字化技術的日新月異，我省提出三到五年基本普及建成智慧校園，筆者所在的縣城屬于省內較發達地區，智慧校園建設周期更短。我想，實驗技術數字化是智慧校園的重要組成部分。傳感器可把自然界中的各種物理量和化學量等變量精確地變換為電信號，再經電子電路或計算機進行處理，從而對這些量進行檢測或控制。應用傳感器技術的顯著優點之一，便是可以將傳統實驗無法直觀顯示出的物理量直接以表格、曲線、刻度等形式呈現給學生，易于學生接受。因此，在化學實驗中引入傳感器技術，是對傳統實驗的一種有力補充，既拓寬了化學探究型實驗的內容，又能使初中化學實驗更容易由定性轉為定量，甚至變模擬實驗為真實實驗，實現初中階段化學課程和計算機技術的有機整合。

二、對教材實驗應用傳感器情況的歸納與整理

在初中化學實驗教學中應用傳感器技術，不能脫離教材。筆者以2012年教育部審定的義務教育教科書九年級化學上下兩冊為藍本，結合查閱的文獻資料，最終確定有10個實驗活動，具體如下：

（一）九年級化學教材上冊

1.分子濃度傳感器，《對人體吸入空氣和呼出氣體的探究》，14頁，教師演示與學生探究?？梢灾庇^感受兩種混合氣體組成的差別。

2.溫度傳感器，《酒精燈火焰溫度測定》，20頁，教師演示?？梢灾庇^感受酒精燈火焰各層溫度差異。

3.分子濃度傳感器，《測定空氣里氧氣的含量》，27頁，教師演示。可以直接測定氧氣含量，還可以直觀感受燃燒法并不能完全消耗氧氣的事實。

4.分子濃度傳感器，《氧氣使帶火星的木條復燃》，33頁，教師演示，學生探究?？梢苑浅Ｈ菀椎靥骄砍瞿苁箮Щ鹦堑哪緱l復燃時氧氣的濃度。

5.分子濃度傳感器，《分子運動》，49頁，教師演示?？梢灾庇^感受分子擴散。

（二）九年級化學教材下冊

6.離子濃度傳感器，《溶液導電性》，57頁，教師演示，學生探究。

7.離子濃度傳感器，《酸堿中和反應》，60頁，教師演示，學生探究?？梢灾庇^感受中和反應的本質。

8.離子濃度傳感器，《pH測定》，62頁，教師演示，學生探究?？梢灾苯邮褂胮H計。

9.離子濃度傳感器，《酸堿性質》，69頁，教師演示?？梢灾庇^感受酸堿中不同離子所起的作用。

10.離子濃度傳感器，《復分解反應》，75頁，教師演示?？梢灾庇^地理解復分解反應的本質。

三、對上述實驗的操作措施及目標

上述的10個實驗活動，大體上分為教師演示和學生實驗。有些只考慮了教師演示實驗，主要是考慮到實驗安全性、環境問題等。從筆者的歸納整理中可以看到，絕大多數只涉及分子或離子傳感器，只有一個用到溫度傳感器。因此，實驗器材對大多學校都不是問題，實驗難度也不大。當然這里僅僅是教材中的實驗，不包括拓展型，在初中化學中還有許多拓展型實驗，還要運用各類傳感器，本篇不討論。

需要特別指出的是，有些實驗雖說通過數字技術一目了然，但是教材中的傳統設計有著特殊的意義。如，空氣中氧氣含量測定，用數字技術很容易得出結論。但教材中的設計重在使學生明白氣體壓強變化導致氣、液體流動的原理。所以筆者認為，不可一概而論地認為能用數字技術就不必回到傳統。

在使用傳感器進行實驗時，希望能達成以下目標：（1）充分調動學生對化學探究的熱情。化學實驗重在探究，盡管從實驗操作上看，絕大多數歸于驗證，但探究思想的滲透尤為重要。（2）使化學和計算機學科知識實現有機整合，培養學生的學科綜合知識，拓寬學生視野。（3）通過對綜合設計、整合應用的關注，提高學生的科學素養。（4）鼓勵創新。數字技術在實驗中的應用，使實驗更趨于真實，更能激發學生的創新精神。

四、可能遇到的問題

在具體實驗活動中，可能會遇到一些困難，比如傳感器與計算機如何連接；如何設計參數體現實驗活動變量，呈現結果；學生設計不完善，學生遇到的實際操作問題不能有效解答等。若是遇到問題，教師一定要秉著學習提高的態度，充分利用各種資源，在實踐中解決問題。比如，遇到計算機使用方面的問題，應請教計算機教師幫助解決。遇到跨學科問題，應多與物理、生物等教師溝通，共同參與，共同解決問題。另外還要分清楚是硬件出了問題，還是軟件出了問題等?？傊趯嶒炛?，只要抱著開放、客觀、虛心學習的態度，問題總能得到解決。