例談傳感器在科學(xué)探究中的應(yīng)用

曹寧

案例一：探究綠葉進(jìn)行光合作用和呼吸作用時(shí)二氧化碳的變化

（選自廣州市天河區(qū)龍口西小學(xué)學(xué)生探究報(bào)告）

探究起因

在學(xué)習(xí)《植物的生長(zhǎng)變化》這一單元后知道，植物所需的養(yǎng)料是由植物的葉依靠陽(yáng)光提供的能量，利用二氧化碳和水制成的，用來(lái)滿足自身生長(zhǎng)的需要。

植物的呼吸作用要消耗氧氣，產(chǎn)生二氧化碳、水和能量。

一般情況下，空氣中氧氣約占21%，二氧化碳約占0.03%。

我越來(lái)越覺(jué)得光合作用和呼吸作用的神奇，于是嘗試運(yùn)用儀器對(duì)綠葉進(jìn)行光合作用和呼吸作用時(shí)消耗或產(chǎn)生二氧化碳的變化進(jìn)行驗(yàn)證。

探究目的

通過(guò)實(shí)驗(yàn)，檢驗(yàn)綠葉在陽(yáng)光照射一定時(shí)間后，通過(guò)光合作用，原有環(huán)境（密閉空間）中的二氧化碳含量會(huì)減少;綠葉在黑暗環(huán)境下一段時(shí)間，通過(guò)呼吸作用，原有環(huán)境（密閉空間）中的二氧化碳含量會(huì)增加。

主要實(shí)驗(yàn)器材

二氧化碳傳感器、塑料集氣瓶、光傳感器、MGA圖像數(shù)據(jù)采集器（如圖1），以及澳洲鴨腳木的綠葉。

實(shí)驗(yàn)步驟

1.綠葉在進(jìn)行光合作用時(shí)二氧化碳含量的變化

（1）在1號(hào)集氣瓶中放入綠葉，2號(hào)集氣瓶為對(duì)照實(shí)驗(yàn)瓶。向1號(hào)、2號(hào)瓶中緩慢吹氣，瓶口裝上二氧化碳傳感器，并連接圖像數(shù)據(jù)采集器。

（2）將1號(hào)、2號(hào)瓶放到陽(yáng)光下照射，使用光傳感器測(cè)量光的強(qiáng)度。2小時(shí)后，用二氧化碳傳感器測(cè)量1號(hào)、2號(hào)瓶中的二氧化碳含量，采集、記錄數(shù)據(jù)。

2.綠葉在進(jìn)行呼吸作用時(shí)二氧化碳含量的變化

（1）在1號(hào)集氣瓶中放入綠葉，2號(hào)集氣瓶為對(duì)照實(shí)驗(yàn)瓶，瓶口裝上二氧化碳傳感器，并連接圖像數(shù)據(jù)采集器。

（2）將1號(hào)、2號(hào)瓶密封，用三層黑色環(huán)保布袋套住，確保不透光，放置10小時(shí)。用二氧化碳傳感器測(cè)量1號(hào)、2號(hào)瓶中的二氧化碳含量變化，采集、記錄數(shù)據(jù)。

數(shù)據(jù)采集、記錄和處理

1.綠葉在進(jìn)行光合作用過(guò)程中，二氧化碳含量的變化如圖2（具體數(shù)據(jù)略）。

2.綠葉在進(jìn)行呼吸作用過(guò)程中，二氧化碳含量的變化如圖3（具體數(shù)據(jù)略）。

結(jié)論

綠葉在太陽(yáng)光照射2小時(shí)后，原有空間的二氧化碳含量會(huì)減少;綠葉在黑暗環(huán)境下10小時(shí)后，原有空間的二氧化碳含量增加。說(shuō)明綠葉在光照條件下，消耗二氧化碳;在黑暗環(huán)境下，能產(chǎn)生二氧化碳。

感想和收獲

通過(guò)這次活動(dòng)，讓我對(duì)科學(xué)探究更加充滿興趣，感覺(jué)研究原來(lái)沒(méi)有那么神秘。在做的過(guò)程中，我的具體收獲很多：

1.通過(guò)查閱資料和進(jìn)行實(shí)驗(yàn)獲得了很多知識(shí)，積累了一些經(jīng)驗(yàn)和體驗(yàn)。

2.實(shí)驗(yàn)過(guò)程中，控制實(shí)驗(yàn)變量和使用對(duì)比實(shí)驗(yàn)都是重要的實(shí)驗(yàn)方法。

3.通過(guò)感應(yīng)器及數(shù)據(jù)采集器，能獲取實(shí)驗(yàn)中肉眼不能觀察到的數(shù)據(jù)。

4.深刻體會(huì)到植物能使大氣中的氧氣和二氧化碳的含量相對(duì)穩(wěn)定，在大自然中發(fā)揮著非常重要的作用。

案例二：《聲音的變化》教學(xué)思考

（選自廣州市天河區(qū)御景小學(xué)彭華葉老師執(zhí)教課例）

在《聲音的變化》一課中，把聲音高低的變化與物體振動(dòng)的頻率聯(lián)系起來(lái)是本課的重點(diǎn)。傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)教學(xué)中，一般通過(guò)三個(gè)層次來(lái)進(jìn)行。

第一個(gè)層次，學(xué)生通過(guò)反復(fù)敲擊裝有不同水量的杯子，并用聲音“高、較高、較低、低”等來(lái)描述聽(tīng)到的聲音，讓學(xué)生感受聲音高低的變化。

第二個(gè)層次，盡量用相同的力度撥動(dòng)松緊不同的橡皮筋，描述聲音高低的變化;觀察松緊不同的橡皮筋的振動(dòng)狀況有什么不同，并同發(fā)出的聲音聯(lián)系起來(lái)，初步建立“物體振動(dòng)的頻率越快聲音越高、頻率越慢聲音越低”的概念。

第三個(gè)層次，推測(cè)在分別敲擊長(zhǎng)短不同的3個(gè)鐵釘，粗細(xì)不同的3根鋼管，粗細(xì)相同、長(zhǎng)短不同的3根鐵管和彈撥六弦琴上粗細(xì)不同的琴弦時(shí)聲音高低可能會(huì)怎樣變化。通過(guò)上述一系列活動(dòng)，希望學(xué)生對(duì)引起聲音變化的因素有了感性認(rèn)識(shí)的基礎(chǔ)上，推測(cè)物體的長(zhǎng)短、粗細(xì)對(duì)音高的影響，并將音高與振動(dòng)頻率聯(lián)系起來(lái)。

但是在實(shí)際教學(xué)時(shí)，通常會(huì)遇到一些問(wèn)題：敲擊不同水量的杯子時(shí)，學(xué)生能聽(tīng)出聲音有所不同，但不容易辨別出來(lái)哪個(gè)聲音更高;在聽(tīng)橡皮筋和玻璃杯發(fā)出的聲音時(shí)，很難判斷是音高變化，還是音量變化;要保證力度相同，很難實(shí)現(xiàn);實(shí)驗(yàn)時(shí)各組聲音會(huì)交叉干擾，等等。

經(jīng)過(guò)研究與試教，我們?cè)诒菊n采用手機(jī)App“體檢寶”中的聽(tīng)力檢測(cè)功能來(lái)輔助教學(xué)，希望解決傳統(tǒng)課堂的諸多不足，更好地促進(jìn)學(xué)生建構(gòu)科學(xué)概念。

手機(jī)App“體檢寶”中聽(tīng)力檢測(cè)這一功能，可以準(zhǔn)確發(fā)出音量相同、頻率不同的聲音，且有其對(duì)應(yīng)的聲音波形變化;該聲音的高低變化比較明顯，容易區(qū)分;學(xué)生用耳機(jī)聽(tīng)聲音，可以防止彼此聲音的干擾。課堂中，學(xué)生聽(tīng)頻率不同的聲音并觀察其波形變化，可以充分認(rèn)識(shí)到音高與振動(dòng)頻率之間的關(guān)系。學(xué)生還可以調(diào)節(jié)頻率來(lái)聽(tīng)到不同的聲音（如圖4），發(fā)現(xiàn)音高與頻率有關(guān)，進(jìn)而產(chǎn)生深入探究的興趣。

（本文系廣東省教育科學(xué)十二五規(guī)劃課題《基于數(shù)字化探究的小學(xué)科學(xué)素養(yǎng)教育研究》及廣州市小學(xué)科學(xué)雷曉暉名師工作室研究成果。）