利用传感器技术优化化学实验教学研究

引言

传感器技术逐渐地成为化学实验教学创新新方式，就高中化学实验的教学方面，使用传感器的教学技术，能够提升实验的准确率和安全性，并能够提高学生的学习积极性，培养学生的科学精神。

一、智变实验场：传感器驱动实验设计的数据化革新

利用传感集成，能够将传统的化学实验转变为数据化、智慧化的实验，像温度传感器、pH 传感器、气体传感器等，能够对化学反应过程中的温度、酸碱值、气体的产生等进行实时监测，从而为化学实验中的结果定量分析提供依据，让学生更好地把握化学实验过程中的化学反应。

传感器的引入使实验教学个性化，采集每位学生的数据，教师据此分析并提供及时反馈与指导。这种教学方式提升效率，激发学生潜能，培养创新和解决问题的能力。智能化实验平台还支持远程和虚拟实验，突破时间和场地限制，为学生提供更多化学实验机会[1]。

例如“同周期、同主族元素性质的递变”的化学实验，实验中采用传感器技术，实验过程更加精确可控，学生通过获取传感器的数据，分析同周期元素随着原子序数的递增金属性逐渐减弱、非金属性逐渐增强以及同主族随着从上到下金属性逐渐增强、非金属性逐渐减弱的规律。比如钠与水反应时，温度传感器显示 30 秒内溶液温度从 25℃升至 68℃，PH 传感器记录溶液 PH 迅速升至13.2，产生氢气的速率约为 5mL/s ；镁与热水反应时，温度在 2 分钟内从 25℃升至 42℃，PH 稳定在 9.5，氢气生成速率约为 1.2mL/s ；铝与水反应几乎无明显温度变化，PH 维持在7.0 左右。通过对比温度变化速率、PH 数值及气体生成量，学生可量化验证“同周期从左到右金属性减弱”的规律。这种以数据为实证的探究方式，培养学生实证意识和数据分析能力，在实验中让学生既能看到实验宏观现象又能了解微观本质。此外，传感器技术使得实验过程的记录和分享更加方便，学生可以分享实验数据到云端，进行远程实验合作和交流，进一步拓展化学实验教学空间。

二、重构教与学：传感器引领探究式教学模式的生态转型

在教学模式方面，传感器技术的应用推动高中化学实验教学由课堂讲授走向探究、项目式学习，教师并非知识的传授者，而是学生进行科学探究的引导者和合作者，教师可以在课堂上设计一些基于传感器技术的探究任务，学生通过小组合作，借助传感器收集实验数据，探寻化学反应规律，尝试解释实验现象背后的科学道理等。在合作中，学生学会倾听、尊重他人意见，并培养批判性和跨学科思维。传感器技术丰富教学资源和评价方法，使教师能够实时掌握学生学习情况，及时调整教学策略，通过数据分析评估学生的科学探究和合作能力，为学生提供个性化指导 [2]。

例如教师在进行“铁和铁的化合物”实验教学中，通过设计不同氧化状态的铁具有稳定性和反应性，铁离子在水溶液中呈现出不同的颜色等探究任务，让学生能够利用氧化还原传感器、电导率传感器等实时检测铁离子浓度和溶液电导率，认识铁、铁化合物等，在完成探究任务的同时能够从铁离子、溶液电导率等数据中看出铁离子含量随时间的变化，并能根据检测数据判定铁离子的种类、数量变化并理解化学反应的本质，实验数据反馈的直观性让学生学习更具体验感和实时感。教师可以让学生对不同条件下铁与铁化合物进行性质变化探究，如铁离子在不同温度、PH 等条件下的稳定性探究等，在 50℃条件下，Fe³⁺ 溶液的电导率随时间下降，10 分钟内从 200μS/cm 降至 185μS/cm ，对应水解生成 Fe(OH)3 的趋势；而 25^∘C 时，电导率 10 分钟内仅从 200μS/cm 降至195μS/cm。数据表明温度升高促进 Fe³⁺ 水解，稳定性下降。通过此种实验分析拓宽学生科学视野，培养学生的探究意识和创新思维。

三、三维赋能：传感器技术激活教学效果的实证与可视化突破

传感器技术应用于高中化学实验教学中，还使教学过程变得生动活泼、充满趣味性和互动性。传统高中化学实验受到实验条件和实验步骤的限制，学生按部就班地进行程序化操作，缺乏主观能动性，不能发挥学生的主观能动性。而通过传感器技术，可以让学生自由地设计方案、探索未知，发现新的化学现象，借助传感器，自主改变实验条件，观察不同的条件下化学反应的差异，发现新的现象。

此外，传感器技术还可以为化学实验教学提供丰富的可视化手段，帮助学生直观地将数据转换成可视化的图形、图像，便于学生对复杂的化学过程进行理解和学习，培养学生的想象力、创造力，激发学生对化学知识学习的兴趣。

如在进行“影响化学反应速率的因素”实验教学中，学生可以利用温度传感器、压力传感器、光传感器，实时探究温度、压力、光强等不同条件下化学反应的速率，并通过数据可视化软件将温度传感器、压力传感器、光传感器所采集到的数据绘制成折线图或散点图，形象地表达温度与压力、光强与化学反应速率的关系。学生通过可视化软件的应用，在探究化学实验过程中发现新的化学实验规律，如温度每升高 10^∘C ，化学反应速率提高几倍等。探究与发现的过程，极大地提高学生对化学实验的兴趣与学习的积极性，培养学生的实证思维和科学研究的能力。

结语

传感器技术在高中化学实验教学里的施行，不仅提升实验在精准度、安全性与便捷性上的水平，还加速教学模式和效果的改善步伐，该技术把传统实验转化为智能实验，让教学更体现个性化，它把化学教学从传统讲授方式转变为探究性与项目式教学，倡导学生合作以处理实际问题。应用传感器技术增加教学的趣味与互动，增添更多可视化的工具，点燃学生的学习兴趣与想象火花。

参考文献：

[1] 朱成东 , 杨涛 , 徐泓 . 原理和思维是数字化实验教学的根基——从中学化学实验中 3 个压强传感器应用案例谈起 [J]. 中小学数字化教学 ,2024,(07):16-20.

[2]孙娟.传感器电子仪器用于化学实验的探究[J].课程教材教学研究(中教研究 ),2021,(Z3):52-54.