例谈运用数字化仪器开展探究

1、例谈运用数字化仪器开展探究科学论文例谈运用数字化仪器开展探究徐莉信息化时代,知识变得触手可及，技术已渗透到教学的各个环节,掌握数 字化的信息收集、分析工具，是科学素养的新要求。数字化科学探究能够为学生 提供良好的问题解决环境，在这样的环境中，教师能够更好地组织学生参与问题 解决过程，学生在实验过程中能准确、翔实地收集各种数据，并在对实验数据进 行分析的基础上，更加科学地发现新问题，形成科学求解问题的思维习惯和能力。数字化探究实验辅助系统介绍.传感器 传感器包括几十种数据测量工具，用来测量氧气、二氧化碳、心电图、磁场、气场、电流、电压、ph值、心率、温度、湿度、力等。2 .数据采集器数据采集器用

2、于采集在一段特定时间内传感器测得的温度、湿度、光强、 电压、压力等数据,大部分数据采集器均可与pc连接，通过软件启动传感器进 行数据采集，并对所采集的数据进行阅读及分析。3.数据分析处理软件用来处理、分析数据采集器采集到的实验数据”可形成曲线、数字表、表 格、直方图、示波器等数据分析图形，使探究实验的结果更为直观，更容易帮助 学生找到规律。4 .实验教程一般是指与课程配套的实验指导或案例。二、运用数字化仪器进行科学探究的实例 案例:探究绿叶在进行光合作用和呼吸作用时二氧化碳的变化（-）探究起因通过学习我们知道，植物的叶子可以为植物提供食物，满足自身生长 的需要，植物所需的养料是由植物绿色的叶依

3、靠阳光提供的能量，利用二氧化碳 和水制成的。由于光合作用是在植物叶的内部发生的,很难直接观察，也较难理解，老 师希望我们通过查阅有关资料进一步了解光合作用。在查阅资料的过程中，我们 越来越感觉到光合作用和呼吸作用的神奇，于是尝试运用仪器对绿叶在进行光合 作用和呼吸作用时】肖耗或产生二氧化碳的变化进行验证。（二）知识背景光合作用表达式:二氧化碳+水一有机物（糖类）+氧气,条件为光照、酶、叶绿 体呼吸作用表达式:有机物（储存着能量）+氧气一二氧化碳+水+能量二氧化碳含量一般情况下,空气中二氧化碳约占0.03%。（三）思考与猜想绿叶在阳光照射一定时间后，由于光合作用，原有环境的二氧化碳含量会减少。绿

4、叶在黑暗环境下一段时间,由于呼吸作用z原有环境的二氧化碳含量会增加。（四）探究方案设计探究目的 通过实验，检验绿叶在阳光照射和黑暗环境下（密闭空间）,二氧化碳含量是否会发生变化，从而检验植物在进行光合作用过程中是否消耗二氧化碳，在 进行呼吸作用过程中是否释放二氧化碳。实验仪器、材料 艾迪数字化设备，包括二氧化碳传感器、塑料集气瓶、光传感器、mga图像数据采集器（如图1所示），澳洲鸭脚木的绿叶等。实验步骤1绿叶在进行呼吸作用过程中，二氧化碳含量的变化（1）在1号集气瓶中放入绿叶，2号集气瓶为对照实验瓶z瓶口装上二氧化 碳传感器,并连接图像数据采集器。（2）将1、2号瓶密封,用3层黑色环保布袋套住

5、，确保不透光,放10小时。观察二氧化碳传感器测量1、2号瓶中的二氧化碳含量变化，进行数据采 集、记录（如图2所示2绿叶在进行光合作用过程中，二氧化碳含量的变化(1) 在1号集气瓶中放入绿叶，2号集气瓶为对照实验瓶。向1、2号瓶中 缓慢吹气，瓶口装上二氧化碳传感器，并连接图像数据采集器。(2) 将1、2号瓶放到阳光下照射,使用光传感器测量实验现场光强度。2 小时后，观察二氧化碳传感器测量1、2号瓶中的二氧化碳含量，进行数据采集、 记录(如图3所示)0数据采集、记录和处理绿叶在进行呼吸作用过程中,二氧化碳含量的变化数据见表一,转换成图表如图4所示。表一 二氧化碳含量的变化(单位:ppm)实验开始5

6、小时10小时对应图示1号瓶1176.505152.228812.00图42号瓶608.62745.39686.77绿叶在进行光合作用过程中,二氧化碳含量的变化数据见表二,转换成图表如图5所示。表二 二氧化碳含量的变化(单位：ppm)实验开始1小时2小时对应图示1号瓶5000036533.9611826.70图52号瓶|500005000050000光传感器显示2小时期间，阳光光线亮度(klux)平均4:21.07;最大值:37.89;最小值：12.30.其他基本实验参数日期：2014年5月1h-5月11日时间:中午 12:30-14:00 ;晚上 21:30-7:00地点:家里阳台或室内设备：

7、艾迪二氧化碳传感器产品编号:scg003a，艾迪光传感器产品编 号：sl004a,艾迪mga图像数据采集器。植物叶片：取自楼下小区的澳洲鸭脚木。温度:2027摄氏度之间。湿度：60%- 95%之间。空气中的二氧化碳含量（ppm）:577.32（室内、平均值）（五）结论绿叶在太阳光照射一定时间后，原有空间的二氧化碳含量会减少。绿叶在黑暗环境下一段时间,原有空间的二氧化碳含量增加。说明绿叶在光照条件下, 消耗二氧化碳;在黑暗环境下z产生二氧化碳。（六）感想和收获通过这次活动,让我们对探究更加充满兴趣和好奇，感觉硏究没有那么神 秘,在做的过程中,收获很多。通过查阅资料和进行实验获得很多知识、经验和体

8、验;实验过程中”控制实验变量是重要的实验方法;通过感应器及数据采集器,实验能获取平常肉眼很难观察到的数据;深刻体验到植物能使大气中的氧气和二氧化碳的含量相对稳定,植物在大 自然中发挥着非常重要的作用，我们要保护绿色生态。三、开展数字化探究的优势1.充分体现学生是学习的主体,是学习过程的积极参与者分析案例可以发现”学生在科学学习过程中,对光合作用和呼吸作用产生了好奇和兴趣,由此萌发进一步自主探究的动机，并在探究过程中，积极思考实 践，学习运用数字化仪器获取和分析实验数据，获得深刻体验。在活动结束后， 谈到未来探究方向时，有学生表示：”如果还有时间和机会，我们希望增加氧气 传感器，同时检测绿叶在光

9、合作用和呼吸作用过程中氧气和二氧化碳的含量变 化。这显示学生处在学习的主体地位,是学习的积极参与和实践者。2培养学生主动发现问题的能力在传统教学中”老师不善于将问题解决的主动权下放给学生,习惯于由老师提出问题让学生回答，在这种情境中,学生是被动的跟随者，难以发展主动发 现问题的能力。在上述案例中学生发现，同样的条件检测到绿叶发生呼吸作用的数据较明 显，而绿叶进行光合作用消耗二氧化碳的现象却不明显。经过讨论思考及查阅资料才知道,原来空气按体积分数计算是:氧气约占21% ,二氧化碳约占0.03%。因为实验要在塑料集气瓶的有限密闭空间中进行，学生推断，在呼吸作用中，绿 叶有较足够的氧气参与作用，而在

10、光合作用中，绿叶需要的二氧化碳含量有限, 于是思考如何加大集气瓶中的二氧化碳气体含量。由于人呼出的气体中有较多的 二氧化碳，因此，学生对光合作用的实验作调整，在实验前，向集气瓶中呼入气 体，增加瓶中的二氧化碳含量。由此可见,学生能够对问题进行自主分析，设计问题解决过程，并通过一定的仪器设备获取相关数据，在逻辑推理、分析判断的基础上解决问题，从而提 升主动发现问题的能力。3.解决一些传统探究实验中难以解决的问题由于光合作用和呼吸作用是在植物叶的内部发生的,很难直接观察,也较难理解。在上述案例中,学生使用二氧化碳传感器、光传感器和数据采集器长时 间收集数据，能清晰观测到二氧化碳含量及光强度的变化，通过对具体、真实数 据的分析，探究变得直观，学生也更容易理解概念。数字化探究系统能为学生提 供传统仪器所不能获取的数据，与传统