傳感器技術給中學實驗帶來的變化

張慧君

隨著科技發展的日新月異，數字化探究實驗室隨之走進了中學實驗室。數字化探究實驗室是以傳感器和數據采集器為主的測量工具，能夠完成傳統實驗設備所不能滿足的實驗要求，在提高教學質量的基礎上營造出形象生動逼真、知識表現多元的情境。中學實驗的變化依據是實驗和信息技術與課程教材的整合，因此說，傳感器技術給中學實驗帶來了變化是巨大的。

在中學實驗中常用的傳感器有：溫度傳感器、壓強傳感器、電導率傳感器、pH傳感器、色度計傳感器、電流傳感器、電壓傳感器、光電門傳感器、力傳感器，磁感強度傳感器，光強傳感器等等，相當于將數字溫度計、pH計、電導率計、分光光度計、測力計等儀器簡易化、微型化，整合于一體。由于傳感器和數據采集器體積較小，攜帶方便，拿在手中就可以完成很多實驗探究活動，因此許多研究者又形象地稱其為手持技術，并將手持技術與網絡技術整合構成的現代科學實驗室稱為掌上實驗室。

一般來說，傳統的酸堿中和滴定實驗是通過指示劑顏色的變化確定滴定終點，實驗過程中用肉眼無法觀察到pH值的變化及其滴定曲線，同理傳統的瞬時速度測定是通過打點計時器在紙帶上打出的點，用直尺測量計算，無法測量到瞬時速度的變化及變化曲線。自從我們采用pH等傳感器，光電門傳感器進行數字化探究以后，在實驗過程中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算機以圖像形式即刻顯示出來。

由此看來，傳感技術所特有的數據化、圖形化、直觀化和定量化的研究手段，能夠幫助學生理解和認識實驗原理的實質，降低實驗和學習的難度，改變學生學習方式，激發學生學習興趣，提高了學生科學探究的水平，極大地培養了學生分析數據、處理數據的能力。

傳感器技術給中學實驗帶來很大的變化，為了更進一步地了解和掌握傳感器技術，根據新課程標準教材把中學階段可用傳感器開展的部分數字化實驗列出來（表1），期待傳感器技術更廣泛地應用到中學化學實驗教學中。中學理科實驗系統的傳感器技術主要由傳感器（探頭）、數據采集器、計算機等硬件設施以及實驗數據處理程序等軟件構成。

中學實驗系統的傳感器技術的特點如下：

突破傳統實驗的時空限制。傳統實驗多數都在實驗室里進行，不易與周圍的環境發生聯系。由于傳感技術儀器的便攜性，使得教學和實驗也能在室外方便地進行。

進一步揭示實驗反應的原理或實質。例如溫度傳感器較溫度計更加精確和靈敏，使許多熱效應并不明顯的實驗都可以進入課堂；對于速率較快的實驗，可以通過采集速率的設置使我們能夠深入分析瞬間進行數據采集；同時通過電導率、pH值、磁感強度、電流、電壓、透光率等多種指標的檢測，便于對各種反應的監控以及對反應原理的揭示。

提供更多可供選擇的定量實驗。傳感技術的使用，使一些傳統的定量實驗得到優化，實驗過程更加簡便，實驗結果更加精準。例如化學反應平衡常數的測定、斜面上力的分解的測定等，這些定量實驗的引入，對于學生定量研究和能力的培養將起到積極的促進作用。

傳感器技術的引入是中學實驗的一次革新，無論是理論還是實踐都證明了傳感器技術應用于教學具有非常獨到的優點，豐富多樣的傳感器增強了學生的實踐體驗。數字化實驗手段能夠激發了學生探究自然現象的欲望，極大地培養了學生的創新精神和實踐能力，全面提升了學生的科學素養，給中學實驗帶來的巨大的變化。