傳感器技術(shù)給中學(xué)實(shí)驗(yàn)帶來(lái)的變化

張慧君

隨著科技發(fā)展的日新月異，數(shù)字化探究實(shí)驗(yàn)室隨之走進(jìn)了中學(xué)實(shí)驗(yàn)室。數(shù)字化探究實(shí)驗(yàn)室是以傳感器和數(shù)據(jù)采集器為主的測(cè)量工具，能夠完成傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)設(shè)備所不能滿足的實(shí)驗(yàn)要求，在提高教學(xué)質(zhì)量的基礎(chǔ)上營(yíng)造出形象生動(dòng)逼真、知識(shí)表現(xiàn)多元的情境。中學(xué)實(shí)驗(yàn)的變化依據(jù)是實(shí)驗(yàn)和信息技術(shù)與課程教材的整合，因此說(shuō)，傳感器技術(shù)給中學(xué)實(shí)驗(yàn)帶來(lái)了變化是巨大的。

在中學(xué)實(shí)驗(yàn)中常用的傳感器有：溫度傳感器、壓強(qiáng)傳感器、電導(dǎo)率傳感器、pH傳感器、色度計(jì)傳感器、電流傳感器、電壓傳感器、光電門傳感器、力傳感器，磁感強(qiáng)度傳感器，光強(qiáng)傳感器等等，相當(dāng)于將數(shù)字溫度計(jì)、pH計(jì)、電導(dǎo)率計(jì)、分光光度計(jì)、測(cè)力計(jì)等儀器簡(jiǎn)易化、微型化，整合于一體。由于傳感器和數(shù)據(jù)采集器體積較小，攜帶方便，拿在手中就可以完成很多實(shí)驗(yàn)探究活動(dòng)，因此許多研究者又形象地稱其為手持技術(shù)，并將手持技術(shù)與網(wǎng)絡(luò)技術(shù)整合構(gòu)成的現(xiàn)代科學(xué)實(shí)驗(yàn)室稱為掌上實(shí)驗(yàn)室。

一般來(lái)說(shuō)，傳統(tǒng)的酸堿中和滴定實(shí)驗(yàn)是通過(guò)指示劑顏色的變化確定滴定終點(diǎn)，實(shí)驗(yàn)過(guò)程中用肉眼無(wú)法觀察到pH值的變化及其滴定曲線，同理傳統(tǒng)的瞬時(shí)速度測(cè)定是通過(guò)打點(diǎn)計(jì)時(shí)器在紙帶上打出的點(diǎn)，用直尺測(cè)量計(jì)算，無(wú)法測(cè)量到瞬時(shí)速度的變化及變化曲線。自從我們采用pH等傳感器，光電門傳感器進(jìn)行數(shù)字化探究以后，在實(shí)驗(yàn)過(guò)程中pH值變化及其滴定曲線，速度值的變化及其變化曲線借助計(jì)算機(jī)以圖像形式即刻顯示出來(lái)。

由此看來(lái)，傳感技術(shù)所特有的數(shù)據(jù)化、圖形化、直觀化和定量化的研究手段，能夠幫助學(xué)生理解和認(rèn)識(shí)實(shí)驗(yàn)原理的實(shí)質(zhì)，降低實(shí)驗(yàn)和學(xué)習(xí)的難度，改變學(xué)生學(xué)習(xí)方式，激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)興趣，提高了學(xué)生科學(xué)探究的水平，極大地培養(yǎng)了學(xué)生分析數(shù)據(jù)、處理數(shù)據(jù)的能力。

傳感器技術(shù)給中學(xué)實(shí)驗(yàn)帶來(lái)很大的變化，為了更進(jìn)一步地了解和掌握傳感器技術(shù)，根據(jù)新課程標(biāo)準(zhǔn)教材把中學(xué)階段可用傳感器開展的部分?jǐn)?shù)字化實(shí)驗(yàn)列出來(lái)（表1），期待傳感器技術(shù)更廣泛地應(yīng)用到中學(xué)化學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)中。中學(xué)理科實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)的傳感器技術(shù)主要由傳感器（探頭）、數(shù)據(jù)采集器、計(jì)算機(jī)等硬件設(shè)施以及實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)處理程序等軟件構(gòu)成。

中學(xué)實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)的傳感器技術(shù)的特點(diǎn)如下：

突破傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)的時(shí)空限制。傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)多數(shù)都在實(shí)驗(yàn)室里進(jìn)行，不易與周圍的環(huán)境發(fā)生聯(lián)系。由于傳感技術(shù)儀器的便攜性，使得教學(xué)和實(shí)驗(yàn)也能在室外方便地進(jìn)行。

進(jìn)一步揭示實(shí)驗(yàn)反應(yīng)的原理或?qū)嵸|(zhì)。例如溫度傳感器較溫度計(jì)更加精確和靈敏，使許多熱效應(yīng)并不明顯的實(shí)驗(yàn)都可以進(jìn)入課堂；對(duì)于速率較快的實(shí)驗(yàn)，可以通過(guò)采集速率的設(shè)置使我們能夠深入分析瞬間進(jìn)行數(shù)據(jù)采集；同時(shí)通過(guò)電導(dǎo)率、pH值、磁感強(qiáng)度、電流、電壓、透光率等多種指標(biāo)的檢測(cè)，便于對(duì)各種反應(yīng)的監(jiān)控以及對(duì)反應(yīng)原理的揭示。

提供更多可供選擇的定量實(shí)驗(yàn)。傳感技術(shù)的使用，使一些傳統(tǒng)的定量實(shí)驗(yàn)得到優(yōu)化，實(shí)驗(yàn)過(guò)程更加簡(jiǎn)便，實(shí)驗(yàn)結(jié)果更加精準(zhǔn)。例如化學(xué)反應(yīng)平衡常數(shù)的測(cè)定、斜面上力的分解的測(cè)定等，這些定量實(shí)驗(yàn)的引入，對(duì)于學(xué)生定量研究和能力的培養(yǎng)將起到積極的促進(jìn)作用。

傳感器技術(shù)的引入是中學(xué)實(shí)驗(yàn)的一次革新，無(wú)論是理論還是實(shí)踐都證明了傳感器技術(shù)應(yīng)用于教學(xué)具有非常獨(dú)到的優(yōu)點(diǎn)，豐富多樣的傳感器增強(qiáng)了學(xué)生的實(shí)踐體驗(yàn)。數(shù)字化實(shí)驗(yàn)手段能夠激發(fā)了學(xué)生探究自然現(xiàn)象的欲望，極大地培養(yǎng)了學(xué)生的創(chuàng)新精神和實(shí)踐能力，全面提升了學(xué)生的科學(xué)素養(yǎng)，給中學(xué)實(shí)驗(yàn)帶來(lái)的巨大的變化。