傳感器在中學(xué)化學(xué)實(shí)驗(yàn)探究中的應(yīng)用

周良駿

（南京一中 江蘇 南京 210001）

傳感器在中學(xué)化學(xué)實(shí)驗(yàn)探究中的應(yīng)用

周良駿

（南京一中 江蘇 南京 210001）

現(xiàn)代教育離不開信息化手段，隨著教學(xué)技術(shù)手段的不斷發(fā)展，傳感器的使用也在不斷向中學(xué)課堂滲透。目前有不少四星級(jí)以上學(xué)校都建有自己的數(shù)字化實(shí)驗(yàn)室，作為學(xué)校的硬件資源提升了學(xué)校的綜合實(shí)力，但是目前研究和開發(fā)傳感器在中學(xué)化學(xué)實(shí)驗(yàn)中的應(yīng)用尚處于摸索階段。筆者有幸接觸到傳感器，在自己的化學(xué)實(shí)驗(yàn)探究過程中嘗試使用傳感器，得到一些淺薄的經(jīng)驗(yàn)，愿與各位同仁分享，并希望得到更多同仁的關(guān)注與探討。

傳感器是一種檢測(cè)裝置，能感受到被測(cè)量的信息，并能將檢測(cè)到的信息，按一定規(guī)律變換成為電信號(hào)或其他所需形式的信息輸出。傳感器將信號(hào)通過數(shù)字采集器和電腦程序的處理，轉(zhuǎn)變?yōu)槲覀兛梢暤谋阌谟涗浐褪褂玫臄?shù)據(jù)輸出，并可以各種我們需要的形式呈現(xiàn)出來，有利于我們觀察和分析實(shí)驗(yàn)中的微小變化，更使實(shí)驗(yàn)得到深入的探究。下面筆者以自己的三個(gè)課堂教學(xué)過程為案例，來探討傳感器在中學(xué)化學(xué)實(shí)驗(yàn)探究課的應(yīng)用情況。

一、邊講邊實(shí)驗(yàn)中發(fā)揮傳感器的功用，可以使實(shí)驗(yàn)更加細(xì)微和深入

在《氫氧化亞鐵的制備和保存》一課中，我引導(dǎo)學(xué)生探討如何制備純凈的白色氫氧化亞鐵，起初采用的是將裝有氫氧化鈉的長(zhǎng)滴管深入硫酸亞鐵溶液中，而后采用的是植物油液封的方法，但是效果都不理想。這時(shí)我們發(fā)現(xiàn)造成不良影響的可能是來自于溶液中少量的溶解氧。為了測(cè)定溶解氧及其變化，我們需要借助先進(jìn)的溶解氧傳感器。只要一個(gè)小小的探頭，連接好數(shù)據(jù)采集器和電腦，就可以即刻顯示出溶解氧的數(shù)據(jù)，并記錄溶解氧的變化。傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)中要想測(cè)定溶解氧，通常使用碘量法，想要測(cè)定準(zhǔn)確的數(shù)值，還需要配制標(biāo)準(zhǔn)的碘化鉀溶液和硫代硫酸鈉溶液，并用淀粉做指示劑，完成一個(gè)氧化還原滴定，這可不是一下兩下可以完成的。有了溶解氧傳感器，只要將它放在待測(cè)溶液中，約10秒鐘就可以測(cè)定出溶解氧了。我們立刻得到了5.3ppm的溶解氧數(shù)據(jù)。那么是不是溶解氧在氧化氫氧化亞鐵呢？我們只要做含有氫氧化亞鐵的濁液中溶解氧的變化就可以了。所以我們利用傳感器的連續(xù)在線測(cè)量的功能就可以立刻得到溶解氧下降的數(shù)據(jù)，直到下降到0.0ppm。這個(gè)百萬分之幾的變化，試想，用傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)方法怎么能觀察得到呢？

二、傳感器的多通道功能，使我們可以同時(shí)觀測(cè)到多個(gè)物理量的變化，并找出它們之間的相互關(guān)系

例如我在探究“暖寶寶”發(fā)熱原理的時(shí)候，由學(xué)生設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)方案來證明是鐵與氧氣發(fā)生反應(yīng)，而不是碳與氧氣反應(yīng)，我們需要測(cè)量那些物理量的變化？經(jīng)討論，我們找到三個(gè)傳感器，一個(gè)氧氣傳感器，一個(gè)二氧化碳傳感器，一個(gè)溫度傳感器。我們用三頸燒瓶和這三個(gè)傳感器，同時(shí)測(cè)量，發(fā)現(xiàn)溫度不斷上升，氧氣的百分含量不斷下降，而二氧化碳的濃度幾乎不變，這至少得到了兩個(gè)說明：一是鐵與氧氣反應(yīng)放熱，二是碳沒有被氧化。那么碳又起什么作用呢？實(shí)驗(yàn)探究不斷深入。

三、方便的對(duì)比試驗(yàn)，微小的變化也逃不過傳感器

為了研究“暖寶寶”成分中氯化鈉和活性炭的作用，我們可以設(shè)計(jì)這樣的對(duì)比試驗(yàn)。一份純鐵粉，另一份是純鐵粉＋活性炭＋氯化鈉的混合物，同時(shí)測(cè)量溫度的變化。我們用兩個(gè)溫度傳感器分別放入兩堆混合物中，但把溫度隨時(shí)間的變化圖同時(shí)顯示在一個(gè)二維坐標(biāo)系中，結(jié)果得到了一個(gè)漸漸上升的曲線和一個(gè)水平線。有人會(huì)說，那用傳統(tǒng)的溫度計(jì)不也能做嗎？是的。傳統(tǒng)的方法重在最后的溫度能否升高；而傳感器的使用則能夠顯示出過程的變化，這個(gè)溫度的升高快慢，變化的速率都可以從圖線的變化曲直中得到，所以傳感器在本實(shí)驗(yàn)中發(fā)揮了極大的作用。

四、傳感器使學(xué)生奇思妙想的實(shí)現(xiàn)成為了可能

現(xiàn)代教育理念強(qiáng)調(diào)培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)造性思維，培養(yǎng)學(xué)生的科學(xué)探究精神和創(chuàng)新意識(shí)。以前我們?cè)谡劦綄W(xué)生設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)的時(shí)候，其實(shí)是帶有很強(qiáng)的引導(dǎo)性的，因?yàn)槲覀冎溃瑢W(xué)生的很多想法是無法實(shí)現(xiàn)的，所以我們必須要讓他們的想法和自己設(shè)計(jì)的一致，否則可能導(dǎo)致自己的課都上不下去的狀況。那么我們?yōu)槭裁匆d學(xué)生的想法呢？這還是開放性的實(shí)驗(yàn)探究嗎？那我們來分析一下為什么不能讓學(xué)生嘗試一下他自己的想法呢。這恐怕是我們無法滿足學(xué)生的想法吧。譬如在討論如何測(cè)定鋅和硫酸反應(yīng)速率的問題時(shí)，根據(jù)化學(xué)反應(yīng)速率的定義，我們可以測(cè)量硫酸的消耗速率即c（H+）的變化，那么我們還有其它的方法嗎？ 例如鋅離子濃度的變化？ 氫氣的產(chǎn)生量？ 可能有的老師會(huì)說，這怎么測(cè)??？ 鋅離子的變化好測(cè)嗎？ 該不會(huì)是每隔幾秒來一次取樣，然后加硫化鈉來測(cè)硫化鋅沉淀的質(zhì)量吧，這也太費(fèi)事了吧； 那或者我們來測(cè)測(cè)氫氣的量吧， 怎么測(cè)， 最簡(jiǎn)單的方法是在一個(gè)密閉的大針筒里看針筒活塞的推移速率吧。學(xué)生說那測(cè)測(cè)壓強(qiáng)變化可以嗎？———當(dāng)然可以。傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)不容易做到，不過現(xiàn)在我們有壓強(qiáng)傳感器就很方便了。用一個(gè)單孔橡膠塞連接反應(yīng)容器和壓力傳感器即可。我們可以繪制出壓強(qiáng)隨時(shí)間變化的圖像，通過分析就可以得到反應(yīng)速率。當(dāng)然我們還可以用鋅離子濃度傳感器、酸度傳感器來測(cè)量隨時(shí)間的變化量。

隨著科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展，傳感器的功能也越來越強(qiáng)大，隨著價(jià)格的下降，很多學(xué)校都可以根據(jù)需要選擇合適的傳感器來使用。我相信，只要我們一線的教師能接受并使用它， 一定會(huì)在今后的教學(xué)中發(fā)揮更大的作用，為我們的教學(xué)帶來全新的變革。

1008-0546（2012）03-0092-01

G633.8

B

10.3969/j.issn.1008－0546.2012.03.042