传感器在初中化学实验教学中的应用探析

徐寿友

（安徽省广德县柏垫初级中学，安徽 宣城）

一、传感器应用的现实背景及意义

从20世纪80年代开始，传感器技术就在国外发达国家尤其美国的中学理科教学中得到广泛应用，后来陆续在我国发达地区使用。直到现在，初中化学实验教学中使用传感器仍处于起步阶段，只零星体现在教师教学比赛及教师实验创新比赛中。随着数字化技术的日新月异，我省提出三到五年基本普及建成智慧校园，笔者所在的县城属于省内较发达地区，智慧校园建设周期更短。我想，实验技术数字化是智慧校园的重要组成部分。传感器可把自然界中的各种物理量和化学量等变量精确地变换为电信号，再经电子电路或计算机进行处理，从而对这些量进行检测或控制。应用传感器技术的显著优点之一，便是可以将传统实验无法直观显示出的物理量直接以表格、曲线、刻度等形式呈现给学生，易于学生接受。因此，在化学实验中引入传感器技术，是对传统实验的一种有力补充，既拓宽了化学探究型实验的内容，又能使初中化学实验更容易由定性转为定量，甚至变模拟实验为真实实验，实现初中阶段化学课程和计算机技术的有机整合。

二、对教材实验应用传感器情况的归纳与整理

在初中化学实验教学中应用传感器技术，不能脱离教材。笔者以2012年教育部审定的义务教育教科书九年级化学上下两册为蓝本，结合查阅的文献资料，最终确定有10个实验活动，具体如下：

（一）九年级化学教材上册

1.分子浓度传感器，《对人体吸入空气和呼出气体的探究》，14页，教师演示与学生探究。可以直观感受两种混合气体组成的差别。

2.温度传感器，《酒精灯火焰温度测定》，20页，教师演示。可以直观感受酒精灯火焰各层温度差异。

3.分子浓度传感器，《测定空气里氧气的含量》，27页，教师演示。可以直接测定氧气含量，还可以直观感受燃烧法并不能完全消耗氧气的事实。

4.分子浓度传感器，《氧气使带火星的木条复燃》，33页，教师演示，学生探究。可以非常容易地探究出能使带火星的木条复燃时氧气的浓度。

5.分子浓度传感器，《分子运动》，49页，教师演示。可以直观感受分子扩散。

（二）九年级化学教材下册

6.离子浓度传感器，《溶液导电性》，57页，教师演示，学生探究。

7.离子浓度传感器，《酸碱中和反应》，60页，教师演示，学生探究。可以直观感受中和反应的本质。

8.离子浓度传感器，《pH测定》，62页，教师演示，学生探究。可以直接使用pH计。

9.离子浓度传感器，《酸碱性质》，69页，教师演示。可以直观感受酸碱中不同离子所起的作用。

10.离子浓度传感器，《复分解反应》，75页，教师演示。可以直观地理解复分解反应的本质。

三、对上述实验的操作措施及目标

上述的10个实验活动，大体上分为教师演示和学生实验。有些只考虑了教师演示实验，主要是考虑到实验安全性、环境问题等。从笔者的归纳整理中可以看到，绝大多数只涉及分子或离子传感器，只有一个用到温度传感器。因此，实验器材对大多学校都不是问题，实验难度也不大。当然这里仅仅是教材中的实验，不包括拓展型，在初中化学中还有许多拓展型实验，还要运用各类传感器，本篇不讨论。

需要特别指出的是，有些实验虽说通过数字技术一目了然，但是教材中的传统设计有着特殊的意义。如，空气中氧气含量测定，用数字技术很容易得出结论。但教材中的设计重在使学生明白气体压强变化导致气、液体流动的原理。所以笔者认为，不可一概而论地认为能用数字技术就不必回到传统。

在使用传感器进行实验时，希望能达成以下目标：（1）充分调动学生对化学探究的热情。化学实验重在探究，尽管从实验操作上看，绝大多数归于验证，但探究思想的渗透尤为重要。（2）使化学和计算机学科知识实现有机整合，培养学生的学科综合知识，拓宽学生视野。（3）通过对综合设计、整合应用的关注，提高学生的科学素养。（4）鼓励创新。数字技术在实验中的应用，使实验更趋于真实，更能激发学生的创新精神。

四、可能遇到的问题

在具体实验活动中，可能会遇到一些困难，比如传感器与计算机如何连接；如何设计参数体现实验活动变量，呈现结果；学生设计不完善，学生遇到的实际操作问题不能有效解答等。若是遇到问题，教师一定要秉着学习提高的态度，充分利用各种资源，在实践中解决问题。比如，遇到计算机使用方面的问题，应请教计算机教师帮助解决。遇到跨学科问题，应多与物理、生物等教师沟通，共同参与，共同解决问题。另外还要分清楚是硬件出了问题，还是软件出了问题等。总之，在实验中，只要抱着开放、客观、虚心学习的态度，问题总能得到解决。