周良駿

（南京一中 江蘇 南京 210001）

傳感器在中學化學實驗探究中的應用

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，隨著教學技術手段的不斷發(fā)展，傳感器的使用也在不斷向中學課堂滲透。目前有不少四星級以上學校都建有自己的數(shù)字化實驗室，作為學校的硬件資源提升了學校的綜合實力，但是目前研究和開發(fā)傳感器在中學化學實驗中的應用尚處于摸索階段。筆者有幸接觸到傳感器，在自己的化學實驗探究過程中嘗試使用傳感器，得到一些淺薄的經驗，愿與各位同仁分享，并希望得到更多同仁的關注與探討。

傳感器是一種檢測裝置，能感受到被測量的信息，并能將檢測到的信息，按一定規(guī)律變換成為電信號或其他所需形式的信息輸出。傳感器將信號通過數(shù)字采集器和電腦程序的處理，轉變?yōu)槲覀兛梢暤谋阌谟涗浐褪褂玫臄?shù)據輸出，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驗中的微小變化，更使實驗得到深入的探究。下面筆者以自己的三個課堂教學過程為案例，來探討傳感器在中學化學實驗探究課的應用情況。

一、邊講邊實驗中發(fā)揮傳感器的功用，可以使實驗更加細微和深入

在《氫氧化亞鐵的制備和保存》一課中，我引導學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。為了測定溶解氧及其變化，我們需要借助先進的溶解氧傳感器。只要一個小小的探頭，連接好數(shù)據采集器和電腦，就可以即刻顯示出溶解氧的數(shù)據，并記錄溶解氧的變化。傳統(tǒng)實驗中要想測定溶解氧，通常使用碘量法，想要測定準確的數(shù)值，還需要配制標準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，只要將它放在待測溶液中，約10秒鐘就可以測定出溶解氧了。我們立刻得到了5.3ppm的溶解氧數(shù)據。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)在線測量的功能就可以立刻得到溶解氧下降的數(shù)據，直到下降到0.0ppm。這個百萬分之幾的變化，試想，用傳統(tǒng)實驗方法怎么能觀察得到呢？

二、傳感器的多通道功能，使我們可以同時觀測到多個物理量的變化，并找出它們之間的相互關系

例如我在探究“暖寶寶”發(fā)熱原理的時候，由學生設計實驗方案來證明是鐵與氧氣發(fā)生反應，而不是碳與氧氣反應，我們需要測量那些物理量的變化？經討論，我們找到三個傳感器，一個氧氣傳感器，一個二氧化碳傳感器，一個溫度傳感器。我們用三頸燒瓶和這三個傳感器，同時測量，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，這至少得到了兩個說明：一是鐵與氧氣反應放熱，二是碳沒有被氧化。那么碳又起什么作用呢？實驗探究不斷深入。

三、方便的對比試驗，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，我們可以設計這樣的對比試驗。一份純鐵粉，另一份是純鐵粉＋活性炭＋氯化鈉的混合物，同時測量溫度的變化。我們用兩個溫度傳感器分別放入兩堆混合物中，但把溫度隨時間的變化圖同時顯示在一個二維坐標系中，結果得到了一個漸漸上升的曲線和一個水平線。有人會說，那用傳統(tǒng)的溫度計不也能做嗎？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，所以傳感器在本實驗中發(fā)揮了極大的作用。

四、傳感器使學生奇思妙想的實現(xiàn)成為了可能

現(xiàn)代教育理念強調培養(yǎng)學生的創(chuàng)造性思維，培養(yǎng)學生的科學探究精神和創(chuàng)新意識。以前我們在談到學生設計實驗的時候，其實是帶有很強的引導性的，因為我們知道，學生的很多想法是無法實現(xiàn)的，所以我們必須要讓他們的想法和自己設計的一致，否則可能導致自己的課都上不下去的狀況。那么我們?yōu)槭裁匆d學生的想法呢？這還是開放性的實驗探究嗎？那我們來分析一下為什么不能讓學生嘗試一下他自己的想法呢。這恐怕是我們無法滿足學生的想法吧。譬如在討論如何測定鋅和硫酸反應速率的問題時，根據化學反應速率的定義，我們可以測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？ 氫氣的產生量？ 可能有的老師會說，這怎么測?。?鋅離子的變化好測嗎？ 該不會是每隔幾秒來一次取樣，然后加硫化鈉來測硫化鋅沉淀的質量吧，這也太費事了吧； 那或者我們來測測氫氣的量吧， 怎么測， 最簡單的方法是在一個密閉的大針筒里看針筒活塞的推移速率吧。學生說那測測壓強變化可以嗎？———當然可以。傳統(tǒng)實驗不容易做到，不過現(xiàn)在我們有壓強傳感器就很方便了。用一個單孔橡膠塞連接反應容器和壓力傳感器即可。我們可以繪制出壓強隨時間變化的圖像，通過分析就可以得到反應速率。當然我們還可以用鋅離子濃度傳感器、酸度傳感器來測量隨時間的變化量。

隨著科學技術的不斷發(fā)展，傳感器的功能也越來越強大，隨著價格的下降，很多學校都可以根據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， 一定會在今后的教學中發(fā)揮更大的作用，為我們的教學帶來全新的變革。

1008-0546（2012）03-0092-01

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10.3969/j.issn.1008－0546.2012.03.042