手持技術(shù)在中學(xué)化學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)中的運(yùn)用

手持技術(shù)在中學(xué)化學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)中的運(yùn)用一、“手持實(shí)驗(yàn)技術(shù)”簡(jiǎn)介“手持實(shí)驗(yàn)技術(shù)”又稱“手持技術(shù)”(heldtechnology)，顧名思義，在掌上就可以操作的技術(shù)，因而又稱“掌上技術(shù)”。手持技術(shù)可以廣泛應(yīng)用于理科實(shí)驗(yàn)中，可以方便而迅速地收集各類物理、化學(xué)、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(jìn)的便攜式數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，可以利用它對(duì)許多自然現(xiàn)象和科學(xué)實(shí)驗(yàn)進(jìn)行探究性學(xué)習(xí)。二、手持實(shí)驗(yàn)技術(shù)的組成手持技術(shù)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(jì)算機(jī)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(jì)算機(jī)連線端口AC/DC電源插座接口“開機(jī)”、“關(guān)機(jī)”按鈕“前進(jìn)”、“后退”按鈕“退出”按鈕“執(zhí)行”按鈕三、手持技術(shù)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(gè)具有強(qiáng)大數(shù)據(jù)采集與數(shù)據(jù)分分析功能的綜合理科實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)。它把實(shí)驗(yàn)過程中的物理信號(hào)轉(zhuǎn)變?yōu)閿?shù)字信號(hào)輸出，全程跟蹤實(shí)驗(yàn)過程中的數(shù)據(jù)變化并以多種形式顯示實(shí)驗(yàn)結(jié)果?！捕硞鞲衅鹘榻B傳感器：能感受規(guī)定的被測(cè)量并按照一定的規(guī)律轉(zhuǎn)換成可用輸出信號(hào)的器件或裝置?；騻鞲衅魇且环N能把物理量或化學(xué)量轉(zhuǎn)變成便于利用的電信號(hào)的器件。工作原理：信號(hào)檢出器信號(hào)檢出器被測(cè)信號(hào)放大變換輸出信號(hào)處理信號(hào)檢測(cè)測(cè)量環(huán)境在中學(xué)化學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)中常用的傳感器有以下一些傳感器。數(shù)字溫度計(jì)(1)溫度傳感器數(shù)字溫度計(jì)電導(dǎo)率計(jì)(2)電導(dǎo)率傳感器電導(dǎo)率計(jì)〔3〕pH傳感器酸度計(jì)酸度計(jì)計(jì)〔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(jì)算機(jī)強(qiáng)大的運(yùn)算和數(shù)據(jù)處理功能，能更好地把握實(shí)驗(yàn)的動(dòng)態(tài)以及對(duì)實(shí)驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行分析、推測(cè)，同時(shí)還可以通過接口軟件對(duì)掌上技術(shù)的硬件進(jìn)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(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)處理程序：利用計(jì)算機(jī)強(qiáng)大的運(yùn)算和數(shù)據(jù)處理功能，能更好地把握實(shí)驗(yàn)的動(dòng)態(tài)以及對(duì)實(shí)驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行分析、推測(cè)，同時(shí)還可以通過接口軟件對(duì)掌上技術(shù)的硬件進(jìn)行更加精確的操作。實(shí)時(shí)錄像系統(tǒng)：將攝像頭與計(jì)算機(jī)連接，可實(shí)時(shí)地記錄實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象、將數(shù)據(jù)曲線與實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象同時(shí)呈現(xiàn)在計(jì)算機(jī)上，且記錄的數(shù)據(jù)和拍攝的錄像都可以保存在計(jì)算機(jī)中，可以隨時(shí)播放，再現(xiàn)實(shí)驗(yàn)過程。四、手持技術(shù)的特點(diǎn)便攜：數(shù)據(jù)采集器和傳感器都較小,實(shí)驗(yàn)時(shí)在手掌上就可以操作，可隨時(shí)隨地地進(jìn)行定量實(shí)驗(yàn)探究活動(dòng)。實(shí)時(shí)：數(shù)據(jù)變化過程與實(shí)驗(yàn)過程同時(shí)進(jìn)行，與計(jì)算機(jī)連接，就能將顯示變化過程的各種形式同時(shí)演示出來，與微型攝像頭連接，就能將實(shí)驗(yàn)的整個(gè)操作過程演示出來并儲(chǔ)存在計(jì)算機(jī)的硬盤中，實(shí)驗(yàn)后可以重復(fù)演示。準(zhǔn)確：既可以用儀器或電腦自動(dòng)收集數(shù)據(jù)，又可又人工控制收集，實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)可以準(zhǔn)確到0.5%，完全符合中學(xué)對(duì)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)準(zhǔn)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(shí)進(jìn)行物理、化學(xué)、生物、體育、環(huán)境、氣象等學(xué)科實(shí)驗(yàn)的定量探究研究。直觀：手持技術(shù)可以以圖像、圖表等多種形式動(dòng)態(tài)實(shí)時(shí)地顯示實(shí)驗(yàn)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(shí)刻、某一段時(shí)間或整個(gè)過程的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)。五、手持技術(shù)使用方法介紹以手持技術(shù)探究影響大氣“溫室效應(yīng)”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(gè)集氣瓶中，連接好裝置。翻開數(shù)據(jù)采集器，實(shí)驗(yàn)時(shí)間從北京時(shí)間12∶00到14∶00，測(cè)得此期間4種氣體在太陽光照射下的溫度變化情況。由實(shí)驗(yàn)結(jié)果分析，在實(shí)驗(yàn)的大局部時(shí)間內(nèi)4圖11、數(shù)據(jù)采集器使用方法(1〕開機(jī)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(gè)端口上。連接方法：1號(hào)-N22號(hào)-O23號(hào)-CO24號(hào)-空氣〔3〕設(shè)置數(shù)據(jù)采集器的工作模式從開機(jī)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(jìn)入“系統(tǒng)配置”(圖3)，根據(jù)需要按“→”或“←”可選擇：“自動(dòng)”、“手動(dòng)”模式。本實(shí)驗(yàn)設(shè)置“工作模式為“自動(dòng)”→按“ESC”鍵返回到開始的主界面(圖1)。采樣啟動(dòng)樣品采集統(tǒng)計(jì)分析翻開文件系統(tǒng)配置采樣啟動(dòng)樣品采集統(tǒng)計(jì)分析翻開文件系統(tǒng)配置圖2圖2圖3〔4〕設(shè)置實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)采集參數(shù)從開機(jī)狀態(tài)的圖面開始，移動(dòng)光標(biāo)到“采集器設(shè)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(shè)置采樣率：根據(jù)需要設(shè)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(shí)驗(yàn)選擇：“1/10sec”→按“回車”鍵下到“采樣數(shù)”圖4設(shè)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(shí)驗(yàn)選擇：“10000”→按“回車”鍵下到“顯示方式”處434139373533312927溫度／℃空氣二氧化碳氮?dú)庋鯕?2∶0012∶3013∶0013434139373533312927溫度／℃空氣二氧化碳氮?dú)庋鯕?2∶0012∶3013∶0013∶3014∶00時(shí)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(shí)翻開“探世界”軟件〔事先安裝在電腦中〕，電腦屏幕會(huì)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(shí)驗(yàn)的進(jìn)行，從電腦屏幕可觀察到曲線從起點(diǎn)出來〔12：00〕慢慢的到終點(diǎn)〔14：00〕。實(shí)驗(yàn)結(jié)束〔也可在實(shí)驗(yàn)結(jié)束后從文件夾中觀察到〕。3、實(shí)驗(yàn)結(jié)果分析從實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)可看出：在實(shí)驗(yàn)的大局部時(shí)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(jié)論可知：二氧化碳是造成溫室效應(yīng)的罪魁禍?zhǔn)琢?、儀器參數(shù)設(shè)置依據(jù)及考前須知〔1〕采樣頻率的設(shè)置應(yīng)根據(jù)反響速度的快慢來確定，反響速率快，采樣頻率要設(shè)置快〔一般是采樣對(duì)象反響速度的2倍或以上〕，反之那么慢。〔2〕采樣總數(shù)的設(shè)置：需要根據(jù)情況來確定。對(duì)于在不斷變化的測(cè)定對(duì)象：需要根據(jù)反響的總時(shí)間和頻率來設(shè)置，其公式為：采樣數(shù)＝采樣時(shí)間×采樣頻率注意：其中采樣時(shí)間的單位應(yīng)與采樣頻率相同。例如：探究濃度對(duì)過氧化氫分解速率的影響時(shí)，因反響比擬快大約在2分鐘內(nèi)能夠完成，因此，設(shè)置儀器參數(shù)為：采樣頻率：10/S采樣數(shù)：120S×10/S=1200個(gè)顯示方式：曲線對(duì)于反響已經(jīng)停止的對(duì)象〔如測(cè)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(cè)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(shí)驗(yàn)為例談傳感器的選擇。生成氣體的反響－可以用壓強(qiáng)傳感器測(cè)定單位時(shí)間內(nèi)壓強(qiáng)的變化生成有色物質(zhì)的反響－可以用色度傳感器測(cè)定單位時(shí)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(qiáng)傳感器測(cè)定單位時(shí)間內(nèi)光強(qiáng)的變化伴隨明顯的熱效應(yīng)－可以用溫度傳感器測(cè)定單位時(shí)間內(nèi)溫度的變化溶