傳感器在初中化學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)中的應(yīng)用探析

徐壽友

（安徽省廣德縣柏墊初級(jí)中學(xué)，安徽 宣城）

一、傳感器應(yīng)用的現(xiàn)實(shí)背景及意義

從20世紀(jì)80年代開始，傳感器技術(shù)就在國(guó)外發(fā)達(dá)國(guó)家尤其美國(guó)的中學(xué)理科教學(xué)中得到廣泛應(yīng)用，后來(lái)陸續(xù)在我國(guó)發(fā)達(dá)地區(qū)使用。直到現(xiàn)在，初中化學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)中使用傳感器仍處于起步階段，只零星體現(xiàn)在教師教學(xué)比賽及教師實(shí)驗(yàn)創(chuàng)新比賽中。隨著數(shù)字化技術(shù)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(nèi)較發(fā)達(dá)地區(qū)，智慧校園建設(shè)周期更短。我想，實(shí)驗(yàn)技術(shù)數(shù)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(xué)量等變量精確地變換為電信號(hào)，再經(jīng)電子電路或計(jì)算機(jī)進(jìn)行處理，從而對(duì)這些量進(jìn)行檢測(cè)或控制。應(yīng)用傳感器技術(shù)的顯著優(yōu)點(diǎn)之一，便是可以將傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)無(wú)法直觀顯示出的物理量直接以表格、曲線、刻度等形式呈現(xiàn)給學(xué)生，易于學(xué)生接受。因此，在化學(xué)實(shí)驗(yàn)中引入傳感器技術(shù)，是對(duì)傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)的一種有力補(bǔ)充，既拓寬了化學(xué)探究型實(shí)驗(yàn)的內(nèi)容，又能使初中化學(xué)實(shí)驗(yàn)更容易由定性轉(zhuǎn)為定量，甚至變模擬實(shí)驗(yàn)為真實(shí)實(shí)驗(yàn)，實(shí)現(xiàn)初中階段化學(xué)課程和計(jì)算機(jī)技術(shù)的有機(jī)整合。

二、對(duì)教材實(shí)驗(yàn)應(yīng)用傳感器情況的歸納與整理

在初中化學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)中應(yīng)用傳感器技術(shù)，不能脫離教材。筆者以2012年教育部審定的義務(wù)教育教科書九年級(jí)化學(xué)上下兩冊(cè)為藍(lán)本，結(jié)合查閱的文獻(xiàn)資料，最終確定有10個(gè)實(shí)驗(yàn)活動(dòng)，具體如下：

（一）九年級(jí)化學(xué)教材上冊(cè)

1.分子濃度傳感器，《對(duì)人體吸入空氣和呼出氣體的探究》，14頁(yè)，教師演示與學(xué)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(cè)定》，20頁(yè)，教師演示。可以直觀感受酒精燈火焰各層溫度差異。

3.分子濃度傳感器，《測(cè)定空氣里氧氣的含量》，27頁(yè)，教師演示?？梢灾苯訙y(cè)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(shí)。

4.分子濃度傳感器，《氧氣使帶火星的木條復(fù)燃》，33頁(yè)，教師演示，學(xué)生探究?？梢苑浅Ｈ菀椎靥骄砍瞿苁箮Щ鹦堑哪緱l復(fù)燃時(shí)氧氣的濃度。

5.分子濃度傳感器，《分子運(yùn)動(dòng)》，49頁(yè)，教師演示?？梢灾庇^感受分子擴(kuò)散。

（二）九年級(jí)化學(xué)教材下冊(cè)

6.離子濃度傳感器，《溶液導(dǎo)電性》，57頁(yè)，教師演示，學(xué)生探究。

7.離子濃度傳感器，《酸堿中和反應(yīng)》，60頁(yè)，教師演示，學(xué)生探究?？梢灾庇^感受中和反應(yīng)的本質(zhì)。

8.離子濃度傳感器，《pH測(cè)定》，62頁(yè)，教師演示，學(xué)生探究?？梢灾苯邮褂胮H計(jì)。

9.離子濃度傳感器，《酸堿性質(zhì)》，69頁(yè)，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(fù)分解反應(yīng)》，75頁(yè)，教師演示?？梢灾庇^地理解復(fù)分解反應(yīng)的本質(zhì)。

三、對(duì)上述實(shí)驗(yàn)的操作措施及目標(biāo)

上述的10個(gè)實(shí)驗(yàn)活動(dòng)，大體上分為教師演示和學(xué)生實(shí)驗(yàn)。有些只考慮了教師演示實(shí)驗(yàn)，主要是考慮到實(shí)驗(yàn)安全性、環(huán)境問題等。從筆者的歸納整理中可以看到，絕大多數(shù)只涉及分子或離子傳感器，只有一個(gè)用到溫度傳感器。因此，實(shí)驗(yàn)器材對(duì)大多學(xué)校都不是問題，實(shí)驗(yàn)難度也不大。當(dāng)然這里僅僅是教材中的實(shí)驗(yàn)，不包括拓展型，在初中化學(xué)中還有許多拓展型實(shí)驗(yàn)，還要運(yùn)用各類傳感器，本篇不討論。

需要特別指出的是，有些實(shí)驗(yàn)雖說通過數(shù)字技術(shù)一目了然，但是教材中的傳統(tǒng)設(shè)計(jì)有著特殊的意義。如，空氣中氧氣含量測(cè)定，用數(shù)字技術(shù)很容易得出結(jié)論。但教材中的設(shè)計(jì)重在使學(xué)生明白氣體壓強(qiáng)變化導(dǎo)致氣、液體流動(dòng)的原理。所以筆者認(rèn)為，不可一概而論地認(rèn)為能用數(shù)字技術(shù)就不必回到傳統(tǒng)。

在使用傳感器進(jìn)行實(shí)驗(yàn)時(shí)，希望能達(dá)成以下目標(biāo)：（1）充分調(diào)動(dòng)學(xué)生對(duì)化學(xué)探究的熱情?；瘜W(xué)實(shí)驗(yàn)重在探究，盡管從實(shí)驗(yàn)操作上看，絕大多數(shù)歸于驗(yàn)證，但探究思想的滲透尤為重要。（2）使化學(xué)和計(jì)算機(jī)學(xué)科知識(shí)實(shí)現(xiàn)有機(jī)整合，培養(yǎng)學(xué)生的學(xué)科綜合知識(shí)，拓寬學(xué)生視野。（3）通過對(duì)綜合設(shè)計(jì)、整合應(yīng)用的關(guān)注，提高學(xué)生的科學(xué)素養(yǎng)。（4）鼓勵(lì)創(chuàng)新。數(shù)字技術(shù)在實(shí)驗(yàn)中的應(yīng)用，使實(shí)驗(yàn)更趨于真實(shí)，更能激發(fā)學(xué)生的創(chuàng)新精神。

四、可能遇到的問題

在具體實(shí)驗(yàn)活動(dòng)中，可能會(huì)遇到一些困難，比如傳感器與計(jì)算機(jī)如何連接；如何設(shè)計(jì)參數(shù)體現(xiàn)實(shí)驗(yàn)活動(dòng)變量，呈現(xiàn)結(jié)果；學(xué)生設(shè)計(jì)不完善，學(xué)生遇到的實(shí)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(xué)習(xí)提高的態(tài)度，充分利用各種資源，在實(shí)踐中解決問題。比如，遇到計(jì)算機(jī)使用方面的問題，應(yīng)請(qǐng)教計(jì)算機(jī)教師幫助解決。遇到跨學(xué)科問題，應(yīng)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?，在實(shí)驗(yàn)中，只要抱著開放、客觀、虛心學(xué)習(xí)的態(tài)度，問題總能得到解決。