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1、高中化学新课程新课程背景下传感器在中学化学试验中的作者：区县：单位：电话：手机：Email ：应用探讨 郭晓雪 北京市西城区 北师大二附中 (010)62042244-3185 1*新课程背景下传感器在中学化学试验中的应用探讨北师大二附中 郭晓雪摘 要：本文主要从三方面介绍了在新课程理念下，将传感器应用于中学化学教学中的应用案例，探讨了传感器对化学教学的影响。关键词：新课程理念 传感器 化学试验 教学 数据转换一、新课程理念对化学试验教学的要求新的中学化学课程标准明确指出：“通过试验探究，驾驭基本的化学试验技能和方法，进一步体验试验探究的基本过程，相识试验在化学科学探讨和化学学习中的重要作用，
2、提高化学试验实力。”因此，新课标理念下的中学化学教学要通过以化学试验为主的多种探究活动 ，使学生体验科学探究过程，激发学习情趣，强化科学探究意识，促进学习方式的转变，培育学生的创新精神。二、传感器技术应用于化学试验教学是一次教学手段的革新随着课程改革的不断深化，对于化学试验教学的相识也在不断深化，先进的科学技术不断引入到化学试验中。利用传感器进行化学试验教学， 不仅开拓了现代化学试验教学的一个新的领域，而且变更并弥补了传统试验方法的不足，使试验不仅关注定性探讨而且进行定量探讨，而且更符合学生的认知规律。我们传统试验过于强调干脆视察，让学生产生就有一种错觉，一说化学试验就和烧杯、试管、酒精灯联系
3、在一起，看不到试验现象就不叫化学试验；所以在化学试验中假如不能干脆视察和看得到就似乎没法做试验探讨了，认为真正的科学试验就是这样子。化学学科的现代化试验，不是靠干脆去测量视察而进行探讨的，一般都要变成一种物理信号，然后进行转换测量和转换处理。传感器技术的引入会让学生意识到有些化学现象虽然不能干脆视察到，但是并不意味着它们没有发生，可以借助一些工具把那些看不到的现象变得可视察、可分析。三、传感器技术在化学试验中的案例探讨在化学试验中可用多种传感器，如pH 传感器、电导率传感器、二氧化碳传感器、温度传感器、压强传感器、色度计传感器等。通过传感器进行试验，变更了以往传统的试验方法，更使一些以前无法做
4、到的试验得以实现。同时，就某些学问点，可以进行一些拓展试验，激励学生进行探究性学习，从而培育学生的自主探究、发觉探究和合作学习的实力。详细主要体现在如下几个方面：（一）、通过传感器可以增加常规化学试验的可操作性及可观测性案例1：新课程人教版中学化学必修1中有一个探究碳酸钠和碳酸氢钠溶于水时温度改变的试验。在试验过程中发觉，1g 碳酸氢钠和碳酸钠分别溶于水时，用手触摸试管，感觉到其温度改变并不是很明显。假如增加其用量又会造成试剂的奢侈。但假如采纳温度传感器对碳酸钠和碳酸氢钠溶于水后的温度进行测量，会看到1g 碳酸钠溶于水时，温度从15.4上升到21.3. 碳酸氢钠溶于水时温度从15.4降到14.
5、5. 随后，将试剂的量逐步削减，再进行测量，得到结果如下表所示：表1 碳酸钠和碳酸氢钠溶于水的温度改变表通过以上结果可以看出，碳酸钠溶于水的确伴有温度上升的现象，而碳酸氢钠溶于水伴有温度降低的现象。在试验室里，运用温度计和通过手触摸可以分别定量和定性的检测温度的改变，但是这两种方法的灵敏度都相对比较低，仅凭视察、触摸，很难获得真实牢靠的试验结果。而利用传感技术，则大大增加了检测的灵敏度，只须要很少的量就能看到很明显的试验效果。案例2：在“化学平衡的影响因素”的教学过程中，压强对平衡的影响是个难点。传统试验中老师往往用针筒压缩NO 2气体，让学生视察气体颜色的改变来体会平衡的移动，但是这样的颜色
6、改变很不明显，学生视察也很不便利。压强传感器的出现很好地解决了这个问题，它通过压强改变曲线图让学生更加清晰地看到压强的改变规律，帮助学生更好地理解平衡移动的影响因素。试验过程图1 压强对平衡的影响试验装置图a 、两个针筒分别充好空气和NO 2气体，固定在铁夹台商，并连接好压强传感器；b 、用力向下压固定器的上木板，快速固定好双拧螺丝，视察投影屏幕上的压强曲线改变图。可以视察到充空气针筒的压强曲线在螺丝固定后不再改变，保持水平；而充NO 2气体的针筒的压强曲线在螺丝固定后渐渐下降，说明平衡在向着减小压强的方向移动。c 、松开针筒活塞，再固定好双拧螺丝，减压后再次视察压强曲线改变。可以视察到充空气
7、针筒的压强曲线在螺丝固定后不再改变，保持水平；而充NO 2气体的针筒的压强曲线在螺丝固定后渐渐上升，也说明平衡在向着增大压强的方向移动。d 、试验后，将废气通入NaOH 溶液中进行处理。试验结果：图2 变更空气体积时压强随时间改变曲线图3 变更NO 2体积时压强随时间改变曲线（二）、通过传感器可以对教材内容进行拓展试验。在中学化学中有一些比较重要的章节，因其内容的理论性、抽象性比较强，又没有可操作性的试验，导致其在传统教学中很难让学生理解透。例如，新课程选修模块4“化学反应原理”中的“弱电解质的电离”这一节，始终被视为教学难点。通过传感器，试验具有了可操作性。可以利用电导率传感器和PH 传感器
8、，通过采集试验数据，绘制相关曲线，让学生理解透强弱电解质的概念，并将冰醋酸溶于水的抽象过程转化成一个详细的可观测的量化过程。以下是对本节内容的一些相关探究试验。试验探究1 温度对电离平衡的影响在两个小烧杯中分别加入等浓度等体积的醋酸溶液，一份在常温下测其PH 值，另一份放在水浴中加热，等微热后测定其PH 值。常温：PH=2.23 微热：PH=1.86试验探究2 浓度对电离平衡的影响在常温下将2ml 的醋酸溶液用蒸馏水稀释100倍后，测其稀释前后PH 值的改变。稀释前：PH=2.3 稀释后：PH=3.4图4 醋酸溶液PH 值随浓度改变曲线试验探究3 冰醋酸稀释过程中C(H+) 的改变在常温下将冰
9、醋酸用蒸馏水不断稀释，利用电导率传感器视察稀释前后溶液电导率随浓度改变的曲线图。图5 冰醋酸稀释过程中电导率的改变曲线（横坐标表示醋酸溶液的浓度，纵坐标表示电导率）试验探究4 同浓度、同体积的盐酸溶液、醋酸溶液中分别加入足量镁条、视察比较反应速率的快慢和改变；同PH 、等体积的盐酸溶液、醋酸溶液中分别加入足量镁条、视察比较反应速率的快慢和改变。（试验说明：用PH 传感器将盐酸和醋酸配成相同PH 的溶液，在和镁条反应之前将其数值显示在大屏幕上PH=1.97,增加试验的真实性。）利用传感器技术把弱电解质的电离过程以量化的形式真真实切地呈现在了学生地面前。将操作试验带来的爱好随之带入了对于问题的思索
10、中。有数值和图的读取，学生解决问题就相对简单了，这就是传感器试验所带来的独特的优势，从学生更简单感知、理解的角度探讨了弱电解质电离的宏观表现形式 。另外，在整个试验过程中还培育了学生的视察实力和图像分析的实力。（三）传感器可以作为探讨性学习的一个重要协助工具在新课程改革中，“探讨性学习”的重要性受到强调，传感器可以为探讨性学习供应工具支持。比如野外采样，假如不用传感器试验系统，在数据采集和处理上是难以实现的。而借助于传感器可以使试验变得简洁且简单认知。仪器会自动显示给学生清楚的试验结果而不需进行困难的数据处理工作。以下是用传感器进行探讨性学习的一个案例：利用二氧化碳传感器对教室内二氧化碳浓度进
11、行测定。在一般空间的干净空气中，CO 2含量约占0.04%左右，但假如达到0.07%0.1%使人感到不适；假如浓度达到2%，使人头痛，恶心，血压上升；达到5%会使人窒息。冬天门窗关闭的上课教室，CO 2的浓度比较高。有必要测定其含量。利用二氧化碳传感器对课前课后教室内二氧化碳的含量进行监测四节课的二氧化碳浓度含量如下表所示：表2 二氧化碳含量改变记录表 利用传感器学生很简单的就获得了课前课后教室内二氧化碳含量 改变的数据, 它不受时间空间的限制，操作简洁，数据真实牢靠，将试验从定性分析上升到了定量分析。通过此次探究性学习，让学生相识并会运用新型仪器，培育了学生的科学看法、创新精神及社会责任心，
12、使学生学会关切环境、关切社会，并对室内的空气清洁提出很多合理化的建议。四、传感器技术应用于化学试验教学的前景展望丰富的传感器可以增加学生的实践体验, 信息化的试验手段可以拓展学生探究日常生活中化学改变的实力。利用传感技术较高精度的测量可以检测反应过程中很多试验现象或物理参数的微弱改变：通过设定不同的采集速率，使我们就像电影中的慢镜头一样来探讨瞬间反应中的微小改变，像快镜头一样来浓缩历时较长的化学改变过程。同时，由于传感技术多种指标的检测功能使一批原理简洁、操作困难的定量试验变得简便易行，可供中学化学教学选用。例如化学平衡常数的测定、化学反应速率的测定、含铁物质中铁元素含量的测定、影响淀粉和碘的显色因素等。这些定量试验的引入，对于学生定量探讨意识和实力培育将起到主动地促进作用。参考文献1 钱扬义. 手持技术在理科试验中的应用探讨. 北京:高等教化出版社,2023:229-2332 王磊 魏锐 传感技术-化学试验探究手册 北京师范高校出版社 2023年3 邓锋 钱扬义. 化学教化，2023，27（6）：37394 邓锋 钱扬义. 化学教化，2023，30（1）：35375 王祖浩. 一般中学课程标准试验教科书. 化学（必修1、选修4）.