张慧君

随着科技发展的日新月异，数字化探究实验室随之走进了中学实验室。数字化探究实验室是以传感器和数据采集器为主的测量工具，能够完成传统实验设备所不能满足的实验要求，在提高教学质量的基础上营造出形象生动逼真、知识表现多元的情境。中学实验的变化依据是实验和信息技术与课程教材的整合，因此说，传感器技术给中学实验带来了变化是巨大的。

在中学实验中常用的传感器有：温度传感器、压强传感器、电导率传感器、pH传感器、色度计传感器、电流传感器、电压传感器、光电门传感器、力传感器，磁感强度传感器，光强传感器等等，相当于将数字温度计、pH计、电导率计、分光光度计、测力计等仪器简易化、微型化，整合于一体。由于传感器和数据采集器体积较小，携带方便，拿在手中就可以完成很多实验探究活动，因此许多研究者又形象地称其为手持技术，并将手持技术与网络技术整合构成的现代科学实验室称为掌上实验室。

一般来说，传统的酸碱中和滴定实验是通过指示剂颜色的变化确定滴定终点，实验过程中用肉眼无法观察到pH值的变化及其滴定曲线，同理传统的瞬时速度测定是通过打点计时器在纸带上打出的点，用直尺测量计算，无法测量到瞬时速度的变化及变化曲线。自从我们采用pH等传感器，光电门传感器进行数字化探究以后，在实验过程中pH值变化及其滴定曲线，速度值的变化及其变化曲线借助计算机以图像形式即刻显示出来。

由此看来，传感技术所特有的数据化、图形化、直观化和定量化的研究手段，能够帮助学生理解和认识实验原理的实质，降低实验和学习的难度，改变学生学习方式，激发学生学习兴趣，提高了学生科学探究的水平，极大地培养了学生分析数据、处理数据的能力。

传感器技术给中学实验带来很大的变化，为了更进一步地了解和掌握传感器技术，根据新课程标准教材把中学阶段可用传感器开展的部分数字化实验列出来（表1），期待传感器技术更广泛地应用到中学化学实验教学中。中学理科实验系统的传感器技术主要由传感器（探头）、数据采集器、计算机等硬件设施以及实验数据处理程序等软件构成。

中学实验系统的传感器技术的特点如下：

突破传统实验的时空限制。传统实验多数都在实验室里进行，不易与周围的环境发生联系。由于传感技术仪器的便携性，使得教学和实验也能在室外方便地进行。

进一步揭示实验反应的原理或实质。例如温度传感器较温度计更加精确和灵敏，使许多热效应并不明显的实验都可以进入课堂；对于速率较快的实验，可以通过采集速率的设置使我们能够深入分析瞬间进行数据采集；同时通过电导率、pH值、磁感强度、电流、电压、透光率等多种指标的检测，便于对各种反应的监控以及对反应原理的揭示。

提供更多可供选择的定量实验。传感技术的使用，使一些传统的定量实验得到优化，实验过程更加简便，实验结果更加精准。例如化学反应平衡常数的测定、斜面上力的分解的测定等，这些定量实验的引入，对于学生定量研究和能力的培养将起到积极的促进作用。

传感器技术的引入是中学实验的一次革新，无论是理论还是实践都证明了传感器技术应用于教学具有非常独到的优点，丰富多样的传感器增强了学生的实践体验。数字化实验手段能够激发了学生探究自然现象的欲望，极大地培养了学生的创新精神和实践能力，全面提升了学生的科学素养，给中学实验带来的巨大的变化。