例谈传感器在科学探究中的应用

曹宁

案例一：探究绿叶进行光合作用和呼吸作用时二氧化碳的变化

（选自广州市天河区龙口西小学学生探究报告）

探究起因

在学习《植物的生长变化》这一单元后知道，植物所需的养料是由植物的叶依靠阳光提供的能量，利用二氧化碳和水制成的，用来满足自身生长的需要。

植物的呼吸作用要消耗氧气，产生二氧化碳、水和能量。

一般情况下，空气中氧气约占21%，二氧化碳约占0.03%。

我越来越觉得光合作用和呼吸作用的神奇，于是尝试运用仪器对绿叶进行光合作用和呼吸作用时消耗或产生二氧化碳的变化进行验证。

探究目的

通过实验，检验绿叶在阳光照射一定时间后，通过光合作用，原有环境（密闭空间）中的二氧化碳含量会减少;绿叶在黑暗环境下一段时间，通过呼吸作用，原有环境（密闭空间）中的二氧化碳含量会增加。

主要实验器材

二氧化碳传感器、塑料集气瓶、光传感器、MGA图像数据采集器（如图1），以及澳洲鸭脚木的绿叶。

实验步骤

1.绿叶在进行光合作用时二氧化碳含量的变化

（1）在1号集气瓶中放入绿叶，2号集气瓶为对照实验瓶。向1号、2号瓶中缓慢吹气，瓶口装上二氧化碳传感器，并连接图像数据采集器。

（2）将1号、2号瓶放到阳光下照射，使用光传感器测量光的强度。2小时后，用二氧化碳传感器测量1号、2号瓶中的二氧化碳含量，采集、记录数据。

2.绿叶在进行呼吸作用时二氧化碳含量的变化

（1）在1号集气瓶中放入绿叶，2号集气瓶为对照实验瓶，瓶口装上二氧化碳传感器，并连接图像数据采集器。

（2）将1号、2号瓶密封，用三層黑色环保布袋套住，确保不透光，放置10小时。用二氧化碳传感器测量1号、2号瓶中的二氧化碳含量变化，采集、记录数据。

数据采集、记录和处理

1.绿叶在进行光合作用过程中，二氧化碳含量的变化如图2（具体数据略）。

2.绿叶在进行呼吸作用过程中，二氧化碳含量的变化如图3（具体数据略）。

结论

绿叶在太阳光照射2小时后，原有空间的二氧化碳含量会减少;绿叶在黑暗环境下10小时后，原有空间的二氧化碳含量增加。说明绿叶在光照条件下，消耗二氧化碳;在黑暗环境下，能产生二氧化碳。

感想和收获

通过这次活动，让我对科学探究更加充满兴趣，感觉研究原来没有那么神秘。在做的过程中，我的具体收获很多：

1.通过查阅资料和进行实验获得了很多知识，积累了一些经验和体验。

2.实验过程中，控制实验变量和使用对比实验都是重要的实验方法。

3.通过感应器及数据采集器，能获取实验中肉眼不能观察到的数据。

4.深刻体会到植物能使大气中的氧气和二氧化碳的含量相对稳定，在大自然中发挥着非常重要的作用。

案例二：《声音的变化》教学思考

（选自广州市天河区御景小学彭华叶老师执教课例）

在《声音的变化》一课中，把声音高低的变化与物体振动的频率联系起来是本课的重点。传统实验教学中，一般通过三个层次来进行。

第一个层次，学生通过反复敲击装有不同水量的杯子，并用声音“高、较高、较低、低”等来描述听到的声音，让学生感受声音高低的变化。

第二个层次，尽量用相同的力度拨动松紧不同的橡皮筋，描述声音高低的变化;观察松紧不同的橡皮筋的振动状况有什么不同，并同发出的声音联系起来，初步建立“物体振动的频率越快声音越高、频率越慢声音越低”的概念。

第三个层次，推测在分别敲击长短不同的3个铁钉，粗细不同的3根钢管，粗细相同、长短不同的3根铁管和弹拨六弦琴上粗细不同的琴弦时声音高低可能会怎样变化。通过上述一系列活动，希望学生对引起声音变化的因素有了感性认识的基础上，推测物体的长短、粗细对音高的影响，并将音高与振动频率联系起来。

但是在实际教学时，通常会遇到一些问题：敲击不同水量的杯子时，学生能听出声音有所不同，但不容易辨别出来哪个声音更高;在听橡皮筋和玻璃杯发出的声音时，很难判断是音高变化，还是音量变化;要保证力度相同，很难实现;实验时各组声音会交叉干扰，等等。

经过研究与试教，我们在本课采用手机App“体检宝”中的听力检测功能来辅助教学，希望解决传统课堂的诸多不足，更好地促进学生建构科学概念。

手机App“体检宝”中听力检测这一功能，可以准确发出音量相同、频率不同的声音，且有其对应的声音波形变化;该声音的高低变化比较明显，容易区分;学生用耳机听声音，可以防止彼此声音的干扰。课堂中，学生听频率不同的声音并观察其波形变化，可以充分认识到音高与振动频率之间的关系。学生还可以调节频率来听到不同的声音（如图4），发现音高与频率有关，进而产生深入探究的兴趣。

（本文系广东省教育科学十二五规划课题《基于数字化探究的小学科学素养教育研究》及广州市小学科学雷晓晖名师工作室研究成果。）