手持技術在中學化學實驗教學中的運用

手持技術在中學化學實驗教學中的運用一、“手持實驗技術”簡介“手持實驗技術”又稱“手持技術”(heldtechnology)，顧名思義，在掌上就可以操作的技術，因而又稱“掌上技術”。手持技術可以廣泛應用于理科實驗中，可以方便而迅速地收集各類物理、化學、生物、環(huán)境等數(shù)據(jù)，如位移、速度、溫度、聲音、光、電、力、pH值、心電圖等。是一套先進的便攜式數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，可以利用它對許多自然現(xiàn)象和科學實驗進行探究性學習。二、手持實驗技術的組成手持技術是由數(shù)據(jù)采集器、傳感器〔又稱為探頭〕和配套的軟件組成的定量采集和處理數(shù)據(jù)系統(tǒng)。液晶顯示屏端口4端口3端口2端口1外接傳感器連接端口計算機連線端口AC/DC電源插座接口液晶顯示屏端口4端口3端口2端口1外接傳感器連接端口計算機連線端口AC/DC電源插座接口“開機”、“關機”按鈕“前進”、“后退”按鈕“退出”按鈕“執(zhí)行”按鈕三、手持技術系統(tǒng)介紹〔一〕數(shù)據(jù)采集器介紹〔以“探世界”牌為例〕“探世界”萬能數(shù)據(jù)采集器是一個具有強大數(shù)據(jù)采集與數(shù)據(jù)分分析功能的綜合理科實驗系統(tǒng)。它把實驗過程中的物理信號轉(zhuǎn)變?yōu)閿?shù)字信號輸出，全程跟蹤實驗過程中的數(shù)據(jù)變化并以多種形式顯示實驗結果?！捕硞鞲衅鹘榻B傳感器：能感受規(guī)定的被測量并按照一定的規(guī)律轉(zhuǎn)換成可用輸出信號的器件或裝置?；騻鞲衅魇且环N能把物理量或化學量轉(zhuǎn)變成便于利用的電信號的器件。工作原理：信號檢出器信號檢出器被測信號放大變換輸出信號處理信號檢測測量環(huán)境在中學化學實驗教學中常用的傳感器有以下一些傳感器。數(shù)字溫度計(1)溫度傳感器數(shù)字溫度計電導率計(2)電導率傳感器電導率計〔3〕pH傳感器酸度計酸度計計〔4〕壓力傳感器〔5〕電壓、電流傳感器〔6〕CO2傳感器〔7〕溶解氧傳感器〔8〕離子傳感器〔9〕色度傳感器〔三〕系統(tǒng)軟件介紹利用計算機強大的運算和數(shù)據(jù)處理功能，能更好地把握實驗的動態(tài)以及對實驗結果進行分析、推測，同時還可以通過接口軟件對掌上技術的硬件進行更加精確的操作。主工具欄主工具欄數(shù)據(jù)地圖圖形窗口圖形工具欄視頻窗口列表窗口列表工具欄實驗數(shù)據(jù)處理程序：利用計算機強大的運算和數(shù)據(jù)處理功能，能更好地把握實驗的動態(tài)以及對實驗結果進行分析、推測，同時還可以通過接口軟件對掌上技術的硬件進行更加精確的操作。實時錄像系統(tǒng)：將攝像頭與計算機連接，可實時地記錄實驗現(xiàn)象、將數(shù)據(jù)曲線與實驗現(xiàn)象同時呈現(xiàn)在計算機上，且記錄的數(shù)據(jù)和拍攝的錄像都可以保存在計算機中，可以隨時播放，再現(xiàn)實驗過程。四、手持技術的特點便攜：數(shù)據(jù)采集器和傳感器都較小,實驗時在手掌上就可以操作，可隨時隨地地進行定量實驗探究活動。實時：數(shù)據(jù)變化過程與實驗過程同時進行，與計算機連接，就能將顯示變化過程的各種形式同時演示出來，與微型攝像頭連接，就能將實驗的整個操作過程演示出來并儲存在計算機的硬盤中，實驗后可以重復演示。準確：既可以用儀器或電腦自動收集數(shù)據(jù)，又可又人工控制收集，實驗數(shù)據(jù)可以準確到0.5%，完全符合中學對實驗數(shù)據(jù)準確度的要求。綜合：數(shù)據(jù)采集器可與各種傳感器連接，可同時進行物理、化學、生物、體育、環(huán)境、氣象等學科實驗的定量探究研究。直觀：手持技術可以以圖像、圖表等多種形式動態(tài)實時地顯示實驗的變化過程?？梢栽谧约合矚g的一種顯示方式中任意查看某一時刻、某一段時間或整個過程的實驗數(shù)據(jù)。五、手持技術使用方法介紹以手持技術探究影響大氣“溫室效應”的因素為例圖1將制得的N2、O2、CO2及空氣4瓶氣體放在室外的太陽光下，在互相不遮太陽光的條件下盡量使集氣瓶靠近，以保證地表和光照條件。將溫度傳感器插入4個集氣瓶中，連接好裝置。翻開數(shù)據(jù)采集器，實驗時間從北京時間12∶00到14∶00，測得此期間4種氣體在太陽光照射下的溫度變化情況。由實驗結果分析，在實驗的大局部時間內(nèi)4圖11、數(shù)據(jù)采集器使用方法(1〕開機空氣N2CO2O2溫度傳空氣N2CO2O2溫度傳器感數(shù)據(jù)采集器4321〔2〕安裝溫度傳感器將溫度傳感器連接在數(shù)據(jù)采集器的4個端口上。連接方法：1號-N22號-O23號-CO24號-空氣〔3〕設置數(shù)據(jù)采集器的工作模式從開機狀態(tài)的圖面開始按數(shù)據(jù)采集器上的“→”鍵到“系統(tǒng)配置”〔圖2〕→按“回車”鍵進入“系統(tǒng)配置”(圖3)，根據(jù)需要按“→”或“←”可選擇：“自動”、“手動”模式。本實驗設置“工作模式為“自動”→按“ESC”鍵返回到開始的主界面(圖1)。采樣啟動樣品采集統(tǒng)計分析翻開文件系統(tǒng)配置采樣啟動樣品采集統(tǒng)計分析翻開文件系統(tǒng)配置圖2圖2圖3〔4〕設置實驗數(shù)據(jù)采集參數(shù)從開機狀態(tài)的圖面開始，移動光標到“采集器設置”，然后按“執(zhí)行“鍵〔回車鍵〕，屏幕顯示“傳感器通道——溫度”后，接著顯示圖4：圖4設置采樣率：根據(jù)需要設置，通過按“←”或鍵“→”鍵可選擇頻率：……;10/min、1/10sec、1/sec、10/S、25/S、50/S、100/S、500/S……。本實驗選擇：“1/10sec”→按“回車”鍵下到“采樣數(shù)”圖4設置采樣數(shù)：根據(jù)需要通過按“←”或鍵“→”鍵可選擇選擇，20、50、100、500、1000、2000、……本實驗選擇：“10000”→按“回車”鍵下到“顯示方式”處434139373533312927溫度／℃空氣二氧化碳氮氣氧氣12∶0012∶3013∶0013434139373533312927溫度／℃空氣二氧化碳氮氣氧氣12∶0012∶3013∶0013∶3014∶00時間2、采集數(shù)據(jù)按“執(zhí)行”鍵〔回車鍵〕開始采集數(shù)據(jù)，同時翻開“探世界”軟件〔事先安裝在電腦中〕，電腦屏幕會出現(xiàn)數(shù)據(jù)采集界面〔事先數(shù)據(jù)采集器與電腦連接好〕，隨著實驗的進行，從電腦屏幕可觀察到曲線從起點出來〔12：00〕慢慢的到終點〔14：00〕。實驗結束〔也可在實驗結束后從文件夾中觀察到〕。3、實驗結果分析從實驗數(shù)據(jù)可看出：在實驗的大局部時間內(nèi)4瓶氣體的溫度由高到低的順序是：CO2、空氣、N2、O2從結論可知：二氧化碳是造成溫室效應的罪魁禍首六、儀器參數(shù)設置依據(jù)及考前須知〔1〕采樣頻率的設置應根據(jù)反響速度的快慢來確定，反響速率快，采樣頻率要設置快〔一般是采樣對象反響速度的2倍或以上〕，反之那么慢?！?〕采樣總數(shù)的設置：需要根據(jù)情況來確定。對于在不斷變化的測定對象：需要根據(jù)反響的總時間和頻率來設置，其公式為：采樣數(shù)＝采樣時間×采樣頻率注意：其中采樣時間的單位應與采樣頻率相同。例如：探究濃度對過氧化氫分解速率的影響時，因反響比擬快大約在2分鐘內(nèi)能夠完成，因此，設置儀器參數(shù)為：采樣頻率：10/S采樣數(shù)：120S×10/S=1200個顯示方式：曲線對于反響已經(jīng)停止的對象〔如測定吸光度〕，采樣數(shù)那么可以用“連續(xù)”。在連續(xù)不斷的過程中測定某物質(zhì)或某濃度的透射率。七、傳感器的選擇依據(jù)以探究反響速率實驗為例談傳感器的選擇。生成氣體的反響－可以用壓強傳感器測定單位時間內(nèi)壓強的變化生成有色物質(zhì)的反響－可以用色度傳感器測定單位時間內(nèi)色度的變化逐漸生成有色物質(zhì)〔或沉淀〕——可以用光強傳感器測定單位時間內(nèi)光強的變化伴隨明顯的熱效應－可以用溫度傳感器測定單位時間內(nèi)溫度的變化溶