巧用传感器提高初中生物实验的效能

王芳

摘 要 有些实验通过传感器能更准确的感受实验结果，保证结果精确度，大大节省计算时间。更能巩固课堂所学，提高效能。氧气传感器和二氧化碳传感器的量程最宽广，在很多实验中都可使用。在进行实验时，可以首先通过传感器测量各种量，并把测量的值传递给数据采集器，数据采集器再把实验数据传递给计算机，然后通过计算机软件以数值、图表、曲线等各种方式表现出来，最后根据教学要求对数据进行各种分析和处理。通过实验平台强大的数据处理功能可以定量观察数值的变化，还能回放实验过程，保存和共享数据，使生物实验教学大大的简化了。

关键词 传感器 实验 数据 效能

初中生物常规实验有许多优点：直观、成本低，能更好地培养学生动手操作能力和观察能力。但也有不足：花费时间长，有时实验现象不明显，实验结果常常只能定性不能定量。实验数据存在较大误差，特别是测量瞬间数据和微小数据时。

我校生物实验室引入数字化实验室系统之后，我进行了探索尝试，发现有些实验通过传感器能更准确的感受实验结果，保证结果精确度，大大节省计算时间。这套系统的原理是：在进行实验时，可以首先通过传感器测量各种量，并把测量的值传递给数据采集器，数据采集器再把实验数据传递给计算机，然后通过计算机软件以数值、图表、曲线等各种方式表现出来，最后根据教学要求对数据进行各种分析和处理。

那么初中生物实验中到底哪些适合用传感器呢？我发现氧气传感器和二氧化碳传感器的量程最宽广，在很多实验中都可使用。总结如下：

1蜡烛燃烧时氧气和二氧化碳的变化

初一下册的普利斯特利实验：钟罩内的蜡烛为什么熄灭？古人只能猜测蜡烛燃烧使空气变污浊了。今天我们可以用传感器去记录气体的变化过程：连接设备，打开软件和模板，将点燃的蜡烛，氧气传感器和二氧化碳传感器放入钟罩，保存记录下氧气和二氧化碳变化曲线图，单击实验结束。重复三次，分析数据，得出结论：蜡烛燃烧消耗氧气，产生二氧化碳。

2植物的光合作用产生氧气，消耗二氧化碳

初一下册光合作用实验：用试管倒扣在漏斗上收集水生植物产生的气体，把带火星的卫生香伸入試管内，卫生香复燃，说明产生的是氧气。氧气用排水法收集是因为它的化学性质不溶于水，初一学生理解起来有难度，再者收集时间长，难以满足几个班同时实验的要求。

我们用两种传感器与数据采集器连接，并将绿萝叶片放在光合作用同化箱盖好，打开软件和模板，就可以记录气体的变化了。可以很明显的看出氧气的浓度不断上升，二氧化碳的浓度下降。

3检验各种呼吸作用产生二氧化碳，消耗氧气

3.1探究空气和人体呼出气体中气体的变化

初二下册吸气和呼气实验，课本列出了一个各种气体含量的表格，直接告诉学生空气中氧气占21%，二氧化碳占0.04%，呼出气体中氧气占16%，二氧化碳占4%。若我们用传感器来做这个实验，会定量看到两种气体的变化，更有信服力。方法如下：连接设备，先测出空气中两种气体的含量，然后一位同学分别向氧气和二氧化碳传感器中吹气，记录曲线的变化得出结论。而课本的实验只是用澄清石灰水是否变浑浊，来定性说明呼出气体中二氧化碳的含量大于吸入的气体。

3.2萌发种子呼吸作用中气体的变化

初一下册有关呼吸作用的三个演示实验：第一个当把点燃的蜡烛伸入瓶口，蜡烛熄灭了，可以推测瓶内缺氧，种子呼吸需要氧气的参与。我发现由于学生还没有学习氧气的化学性质—助燃性，误认为蜡烛熄灭是因为瓶内产生了大量二氧化碳，不能得出正确结论。第二个实验装置复杂，对于向漏斗中注水，气体怎样被压到石灰水中也要解释气压的原理，费时费力。若我们用传感器做实验就便捷多了，只需提前一天发好豆芽，放入锥形瓶中，实验时连接设备将氧气传感器和二氧化碳传感器分别放入测量气体的变化即可。

第三个实验，课本上是通过保温瓶中温度计刻度上升来说明呼吸作用放出热量的，若我们用温度传感器插入绿豆中间，就可以采集到此过程温度的数据，直观地了解热量的变化。

3.3绿色开花植物的呼吸作用中气体的变化

绿色开花植物的六大器官都能进行呼吸作用，由于课本没有相关实验，导致有些学生认为植物的呼吸器官是叶，只有叶片能进行，还认为植物白天只进行光合作用，晚上才进行呼吸作用。我们可以用黑色塑料袋分别包住甘薯、土豆、菠菜、菜花，西红柿，芸豆，代表根、茎、叶、花、果实、种子，然后将氧气和二氧化碳传感器、温度传感器分别伸入测量数据。通过分析数据图表，得出结论：六大器官的呼吸作用都能消耗氧气，产生二氧化碳，放出热量。

3.4酵母菌的发酵实验中气体的变化

酵母菌号称“发酵之母”，可以把葡萄糖在缺氧的情况下，分解成酒精和二氧化碳。初二上册“人类对细菌和真菌的利用”一课中，将酵母菌、白糖、温水放入瓶中，瓶口套一个气球，一段时间后看到气球鼓起来，说明有气体产生。因为操作较麻烦，课本没有做验证是放出了哪种气体，教师往往会直接告诉学生是二氧化碳，探究过程不完整。

我们用传感器来做这个实验简单易行，向葡萄糖溶液中用胶头滴管滴入数十滴酵母菌培养液，打开按钮，轻轻摇动锥形瓶测量放出的二氧化碳，分析数据得出结论。

4总结

通过实验平台强大的数据处理功能可以定量观察数值的变化，还能回放实验过程，保存和共享数据，使生物实验教学大大的简化了。所以说它是信息技术与传统实验整合的载体。通过对实验数据的处理让学生对许多的知识和科学规律进行再发现，也体现了新课程改革的核心理念。这些实验也可以在教师演示之后，学生利用传感器再去进一步实验，更能巩固课堂所学，提高效能。

参考文献

[1] 刘德祥.初中生物课堂生活化教学模式的构建[J].科学咨询（教育科研），2018（11）.

[2] 赵革.解析初中生物课堂中生活化教学的实践应用[J].生物技术世界，2014（11）.