傳感器在“植物呼吸作用產(chǎn)生二氧化碳”實(shí)驗(yàn)中的運(yùn)用

趙 進(jìn)（南京市高淳區(qū)第二中學(xué) 江蘇南京 210000）

傳感器在“植物呼吸作用產(chǎn)生二氧化碳”實(shí)驗(yàn)中的運(yùn)用

趙 進(jìn)
（南京市高淳區(qū)第二中學(xué) 江蘇南京 210000）

生物學(xué)是一門(mén)以實(shí)驗(yàn)為基礎(chǔ)的科學(xué)，這就決定了生物實(shí)驗(yàn)在生物教學(xué)中占有重要位置。中學(xué)生物實(shí)驗(yàn)的教學(xué)，不但要使學(xué)生更有效地掌握生物知識(shí)，更要培養(yǎng)學(xué)生的實(shí)驗(yàn)操作能力，逐步提高學(xué)生的生物科學(xué)素養(yǎng)，為學(xué)生以后的社會(huì)實(shí)踐能力和科研能力打下良好的基礎(chǔ)。探究式學(xué)習(xí)既是新課標(biāo)的理念，又是新課程的培養(yǎng)目標(biāo)。隨著科技的進(jìn)步，傳感器和計(jì)算機(jī)組成數(shù)字化實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)逐步成為自主探究的重要陣地，特別是在研究性學(xué)習(xí)過(guò)程中，數(shù)字化實(shí)驗(yàn)設(shè)備必將發(fā)揮其強(qiáng)大的功能。下面以江蘇教育出版社生物學(xué)七年級(jí)上冊(cè)第三單元中，“植物呼吸作用產(chǎn)生二氧化碳”實(shí)驗(yàn)為例，說(shuō)明如何有效地將傳感器和計(jì)算機(jī)組成數(shù)字化實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)運(yùn)用到生物實(shí)驗(yàn)中來(lái)，為生物課堂中的實(shí)驗(yàn)教學(xué)增光添彩。

一、傳統(tǒng)“植物呼吸作用產(chǎn)生二氧化碳”實(shí)驗(yàn)教學(xué)

在傳統(tǒng)“植物呼吸作用產(chǎn)生二氧化碳”實(shí)驗(yàn)中，學(xué)生分組后，提前一天，將新鮮的和用沸水燙2—3分鐘的同一種蔬菜各100克，分別放入兩個(gè)不漏氣的黑色塑料袋中，插入軟管后適當(dāng)扎緊袋口，軟管用止水夾夾緊，實(shí)驗(yàn)時(shí)，每組隨機(jī)取一袋蔬菜，將軟管插入澄清石灰水中，松開(kāi)止水夾，輕輕擠壓塑料袋，觀察石灰水的清濁有無(wú)變化，由此來(lái)推測(cè)袋中裝的蔬菜是新鮮的還是燙過(guò)的，再打開(kāi)塑料袋驗(yàn)證自己的推測(cè)是否正確。（如右圖）

存在問(wèn)題：傳統(tǒng)做法中實(shí)驗(yàn)必須提前一天準(zhǔn)備，實(shí)驗(yàn)準(zhǔn)備時(shí)間較長(zhǎng)，黑色塑料袋以及插入軟管后扎袋口時(shí)不能出現(xiàn)漏氣，塑料袋中所裝蔬菜的量應(yīng)該與袋的容積大小相匹配，否則實(shí)驗(yàn)容易失敗。澄清石灰水因?yàn)橐着c空氣中的二氧化碳反應(yīng)生成碳酸鈣而變質(zhì)，所以不能使用保存太長(zhǎng)時(shí)間的石灰水，也不能使用剛配制的石灰水，因?yàn)闅溲趸}微溶于水，溶解速度很慢，導(dǎo)致剛配置的澄清石灰水中氫氧化鈣的濃度太低，即使遇到一定量的二氧化碳?xì)怏w也不能變混濁。為確保實(shí)驗(yàn)成功，澄清石灰水應(yīng)該提前2-3天配制。因?yàn)閷W(xué)生對(duì)澄清石灰水不熟悉，而二氧化碳通入澄清石灰水變混濁的現(xiàn)象，需要相關(guān)的化學(xué)知識(shí)作鋪墊，實(shí)驗(yàn)原理相對(duì)復(fù)雜，需要教師在實(shí)驗(yàn)的基礎(chǔ)上再作進(jìn)一步解釋才能說(shuō)明問(wèn)題，學(xué)生理解起來(lái)也較困難，增大了學(xué)生對(duì)實(shí)驗(yàn)原理的認(rèn)知難度，影響學(xué)生對(duì)植物呼吸作用等知識(shí)的構(gòu)建。學(xué)生對(duì)實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象缺少理性認(rèn)識(shí)，老師的講解缺乏說(shuō)服力，必然增加學(xué)生記憶的負(fù)擔(dān)。本傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)看似簡(jiǎn)單，但是手工操作步驟繁多，對(duì)實(shí)驗(yàn)技能要求較高，實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象不太明顯，甚至實(shí)驗(yàn)失敗。據(jù)不完全調(diào)查統(tǒng)計(jì)，這個(gè)實(shí)驗(yàn)在我區(qū)初中學(xué)校中，每年都做的學(xué)校不到一半。

二、運(yùn)用傳感器進(jìn)行“植物呼吸作用產(chǎn)生二氧化碳”實(shí)驗(yàn)教學(xué)

如果將傳感器和計(jì)算機(jī)組成數(shù)字化實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)運(yùn)用到“植物呼吸作用產(chǎn)生二氧化碳”實(shí)驗(yàn)中操作會(huì)變得簡(jiǎn)單、方便，而且實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象明顯。

實(shí)驗(yàn)?zāi)康模赫f(shuō)明植物呼吸作用產(chǎn)生二氧化碳。

實(shí)驗(yàn)原理：通過(guò)傳感器實(shí)時(shí)采集氣液相密封實(shí)驗(yàn)器內(nèi)二氧化碳和氧氣的濃度，研究植物的呼吸作用。

實(shí)驗(yàn)器材：器材：計(jì)算機(jī)，數(shù)據(jù)采集器，數(shù)據(jù)線，二氧化碳傳感器，氧氣傳感器，氣液相密封實(shí)驗(yàn)器、遮光紙、橡皮塞等。材料：

小型盆栽植物（如吊蘭、銅錢草等）

實(shí)驗(yàn)裝置圖（如下圖）

實(shí)驗(yàn)步驟：

1.按照實(shí)驗(yàn)裝置圖搭建好實(shí)驗(yàn)裝置；

2.向氣液相密封實(shí)驗(yàn)器內(nèi)放入適當(dāng)大小的盆栽植物，將二氧化碳傳感器、氧氣傳感器與采集器相連，采集器與電腦相連；

3.將二氧化碳傳感器和氧氣傳感器的探頭通過(guò)橡膠塞與密封蓋連接完畢，蓋上密封蓋，調(diào)節(jié)探頭高度；

5.觀察、分析二氧化碳傳感器采集的數(shù)據(jù)。

7.觀察、分析氧氣傳感器采集的數(shù)據(jù)。

實(shí)驗(yàn)結(jié)果

圖1　植物呼吸時(shí)二氧化碳的含量變化

圖2　植物呼吸時(shí)氧氣的含量變化

通過(guò)傳感器實(shí)時(shí)采集氣液相密封實(shí)驗(yàn)器內(nèi)二氧化碳和氧氣的濃度，學(xué)生能直觀地看到植物的呼吸作用消耗氧氣，產(chǎn)生二氧化碳，有利于學(xué)生對(duì)植物呼吸作用實(shí)質(zhì)的理解。利用數(shù)字化信息技術(shù)—“傳感器”進(jìn)行實(shí)驗(yàn)教學(xué)的研究，把平時(shí)受干擾因素較多的實(shí)驗(yàn)通過(guò)快速、高效的采集數(shù)據(jù)進(jìn)行比較，通過(guò)計(jì)算機(jī)顯示各組數(shù)據(jù)，明顯實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象，不但有利于激發(fā)學(xué)生的好奇心和學(xué)習(xí)興趣，培養(yǎng)學(xué)生運(yùn)用知識(shí)的能力，并且對(duì)解決教學(xué)難點(diǎn)也起到重要作用。課堂中，我還提供給學(xué)生如溫度傳感器、濕度傳感器等，繼續(xù)研究植物的呼吸作用，讓學(xué)生在課題的選擇、設(shè)計(jì)和操作過(guò)程中，有充分的自主，他們可以根據(jù)自己的興趣特長(zhǎng)和認(rèn)知水平，在動(dòng)手中創(chuàng)新，在實(shí)驗(yàn)中創(chuàng)新，為實(shí)現(xiàn)自我價(jià)值提供源頭活水。

實(shí)驗(yàn)優(yōu)點(diǎn)：

1.實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象直觀明了，實(shí)驗(yàn)結(jié)論學(xué)生思考后能直接得出，不受沒(méi)有學(xué)習(xí)過(guò)的有關(guān)二氧化碳等化學(xué)知識(shí)的限制。

2.實(shí)驗(yàn)材料如盆栽植物等能重復(fù)使用，有利于培養(yǎng)學(xué)生珍愛(ài)生命的意識(shí)，提高環(huán)境保護(hù)意識(shí)。

3.提高實(shí)驗(yàn)的成功率。

三、本實(shí)驗(yàn)教學(xué)后的反思

當(dāng)今社會(huì)科學(xué)技術(shù)突飛猛進(jìn)，許多高科技數(shù)字化產(chǎn)品進(jìn)入了普通學(xué)生家庭，如智能家用電器，智能手機(jī)等。而我們的生物實(shí)驗(yàn)還停留在傳統(tǒng)的實(shí)驗(yàn)方法和落后的實(shí)驗(yàn)器材上，會(huì)使學(xué)生產(chǎn)生生物學(xué)對(duì)當(dāng)今社會(huì)沒(méi)有實(shí)用價(jià)值的錯(cuò)覺(jué)，從而對(duì)生物學(xué)失去學(xué)習(xí)的興趣。只有把現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)有機(jī)地融合到基礎(chǔ)生物學(xué)實(shí)驗(yàn)中，學(xué)生才能夠?qū)W會(huì)解決實(shí)際問(wèn)題，因?yàn)閷?lái)他們面對(duì)的將是先進(jìn)的儀器和設(shè)備。采用數(shù)字化生物實(shí)驗(yàn)教學(xué)，必將提高生物學(xué)在學(xué)生心目中的地位，體現(xiàn)生物學(xué)的先進(jìn)性、科學(xué)性和實(shí)用性。

相信通過(guò)我們不斷地努力探索一定會(huì)有更多的收獲，使傳感器和計(jì)算機(jī)組成數(shù)字化實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)在初中生物實(shí)驗(yàn)教學(xué)中發(fā)揮更大的作用。