巧用傳感器提高初中生物實驗的效能

王芳

摘 要 有些實驗通過傳感器能更準確的感受實驗結果，保證結果精確度，大大節省計算時間。更能鞏固課堂所學，提高效能。氧氣傳感器和二氧化碳傳感器的量程最寬廣，在很多實驗中都可使用。在進行實驗時，可以首先通過傳感器測量各種量，并把測量的值傳遞給數據采集器，數據采集器再把實驗數據傳遞給計算機，然后通過計算機軟件以數值、圖表、曲線等各種方式表現出來，最后根據教學要求對數據進行各種分析和處理。通過實驗平臺強大的數據處理功能可以定量觀察數值的變化，還能回放實驗過程，保存和共享數據，使生物實驗教學大大的簡化了。

關鍵詞 傳感器 實驗 數據 效能

初中生物常規實驗有許多優點：直觀、成本低，能更好地培養學生動手操作能力和觀察能力。但也有不足：花費時間長，有時實驗現象不明顯，實驗結果常常只能定性不能定量。實驗數據存在較大誤差，特別是測量瞬間數據和微小數據時。

我校生物實驗室引入數字化實驗室系統之后，我進行了探索嘗試，發現有些實驗通過傳感器能更準確的感受實驗結果，保證結果精確度，大大節省計算時間。這套系統的原理是：在進行實驗時，可以首先通過傳感器測量各種量，并把測量的值傳遞給數據采集器，數據采集器再把實驗數據傳遞給計算機，然后通過計算機軟件以數值、圖表、曲線等各種方式表現出來，最后根據教學要求對數據進行各種分析和處理。

那么初中生物實驗中到底哪些適合用傳感器呢？我發現氧氣傳感器和二氧化碳傳感器的量程最寬廣，在很多實驗中都可使用。總結如下：

1蠟燭燃燒時氧氣和二氧化碳的變化

初一下冊的普利斯特利實驗：鐘罩內的蠟燭為什么熄滅？古人只能猜測蠟燭燃燒使空氣變污濁了。今天我們可以用傳感器去記錄氣體的變化過程：連接設備，打開軟件和模板，將點燃的蠟燭，氧氣傳感器和二氧化碳傳感器放入鐘罩，保存記錄下氧氣和二氧化碳變化曲線圖，單擊實驗結束。重復三次，分析數據，得出結論：蠟燭燃燒消耗氧氣，產生二氧化碳。

2植物的光合作用產生氧氣，消耗二氧化碳

初一下冊光合作用實驗：用試管倒扣在漏斗上收集水生植物產生的氣體，把帶火星的衛生香伸入試管內，衛生香復燃，說明產生的是氧氣。氧氣用排水法收集是因為它的化學性質不溶于水，初一學生理解起來有難度，再者收集時間長，難以滿足幾個班同時實驗的要求。

我們用兩種傳感器與數據采集器連接，并將綠蘿葉片放在光合作用同化箱蓋好，打開軟件和模板，就可以記錄氣體的變化了。可以很明顯的看出氧氣的濃度不斷上升，二氧化碳的濃度下降。

3檢驗各種呼吸作用產生二氧化碳，消耗氧氣

3.1探究空氣和人體呼出氣體中氣體的變化

初二下冊吸氣和呼氣實驗，課本列出了一個各種氣體含量的表格，直接告訴學生空氣中氧氣占21%，二氧化碳占0.04%，呼出氣體中氧氣占16%，二氧化碳占4%。若我們用傳感器來做這個實驗，會定量看到兩種氣體的變化，更有信服力。方法如下：連接設備，先測出空氣中兩種氣體的含量，然后一位同學分別向氧氣和二氧化碳傳感器中吹氣，記錄曲線的變化得出結論。而課本的實驗只是用澄清石灰水是否變渾濁，來定性說明呼出氣體中二氧化碳的含量大于吸入的氣體。

3.2萌發種子呼吸作用中氣體的變化

初一下冊有關呼吸作用的三個演示實驗：第一個當把點燃的蠟燭伸入瓶口，蠟燭熄滅了，可以推測瓶內缺氧，種子呼吸需要氧氣的參與。我發現由于學生還沒有學習氧氣的化學性質—助燃性，誤認為蠟燭熄滅是因為瓶內產生了大量二氧化碳，不能得出正確結論。第二個實驗裝置復雜，對于向漏斗中注水，氣體怎樣被壓到石灰水中也要解釋氣壓的原理，費時費力。若我們用傳感器做實驗就便捷多了，只需提前一天發好豆芽，放入錐形瓶中，實驗時連接設備將氧氣傳感器和二氧化碳傳感器分別放入測量氣體的變化即可。

第三個實驗，課本上是通過保溫瓶中溫度計刻度上升來說明呼吸作用放出熱量的，若我們用溫度傳感器插入綠豆中間，就可以采集到此過程溫度的數據，直觀地了解熱量的變化。

3.3綠色開花植物的呼吸作用中氣體的變化

綠色開花植物的六大器官都能進行呼吸作用，由于課本沒有相關實驗，導致有些學生認為植物的呼吸器官是葉，只有葉片能進行，還認為植物白天只進行光合作用，晚上才進行呼吸作用。我們可以用黑色塑料袋分別包住甘薯、土豆、菠菜、菜花，西紅柿，蕓豆，代表根、莖、葉、花、果實、種子，然后將氧氣和二氧化碳傳感器、溫度傳感器分別伸入測量數據。通過分析數據圖表，得出結論：六大器官的呼吸作用都能消耗氧氣，產生二氧化碳，放出熱量。

3.4酵母菌的發酵實驗中氣體的變化

酵母菌號稱“發酵之母”，可以把葡萄糖在缺氧的情況下，分解成酒精和二氧化碳。初二上冊“人類對細菌和真菌的利用”一課中，將酵母菌、白糖、溫水放入瓶中，瓶口套一個氣球，一段時間后看到氣球鼓起來，說明有氣體產生。因為操作較麻煩，課本沒有做驗證是放出了哪種氣體，教師往往會直接告訴學生是二氧化碳，探究過程不完整。

我們用傳感器來做這個實驗簡單易行，向葡萄糖溶液中用膠頭滴管滴入數十滴酵母菌培養液，打開按鈕，輕輕搖動錐形瓶測量放出的二氧化碳，分析數據得出結論。

4總結

通過實驗平臺強大的數據處理功能可以定量觀察數值的變化，還能回放實驗過程，保存和共享數據，使生物實驗教學大大的簡化了。所以說它是信息技術與傳統實驗整合的載體。通過對實驗數據的處理讓學生對許多的知識和科學規律進行再發現，也體現了新課程改革的核心理念。這些實驗也可以在教師演示之后，學生利用傳感器再去進一步實驗，更能鞏固課堂所學，提高效能。

參考文獻

[1] 劉德祥.初中生物課堂生活化教學模式的構建[J].科學咨詢（教育科研），2018（11）.

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