初中化学数字化实验.pptx

*,*,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,初中化学数字化试验,1,1/63,数字化化学试验室主要包含,试验室,、,手持技术仪器,(,如数据采集器与各类传感器,),、,常规试验仪器,和,计算机,等。,2,2/63,3,3/63,一、手持技术概念与原理,二、手持技术特点,三、手持技术使用方法介绍,四、手持技术在初中化学试验教学中应用示例,4,4/63,一、手持技术概念与原理,手持技术,(Held Technology),顾名思义，在掌上就能够操作技术，因而又称“掌上技术”，是一个惯用传感器技术。它是由数据采集器、传感器和配套软件组成、定量采集各种常见数据并能与计算机连接试验技术系统，因为其体积较小，在手掌上就能够操作，采集各种数据，故形象地称为手持技术仪器。,5,5/63,它工作原理如图所表示，利用传感器把从外部感应到物理量经过电信号形式传输到数据采集器,数据采集器将信号规范整合后传送到数据处理系统进行实时分析、统计、拟合等处理。,6,6/63,传感器,(,探头,),可依据需要测定参数,(,如温度、湿度、光强、,pH,值、溶解氧浓度、电导率、气压、电流、电压等,),而自行选择,数据采集器主要用于采集并储存试验数据,7,7/63,将计算机与手持技术仪器联用时,传感器能够准确地测量与传递试验中所测定各种试验参数，所得试验数据将经过数据采集器传到计算机中,计算机经由配套软件将数据以表格和图像形式展现,并进行分析处理。,8,8/63,比如将温度传感器与,pH,传感器置于盛有少许水烧杯中,伴随固体氢氧化钠固体加入,计算机屏幕上将分别出现两条逐步上升试验曲线,而且在表格中实时显示温度与,pH,值改变数据。可见,利用基于计算机化学试验,能使传统教学中定性试验得以量化验证。,9,9/63,手持技术能够广泛应用于理科试验中，能够方便而快速地搜集各类物理、化学、生物、环境等数据，如位移、速度、温度、声音、光、电、力、,pH,值、以及,Ca2+,、,NO3-,、,NH4+,、,Cl-,浓度、相对湿度、心电图等。,是一套先进便携式数据采集系统，能够利用它对许多自然现象和科学试验进行探究性学习。同时,这些仪器轻巧与便携还为学生进行户外探究提供了可能。,10,10/63,（,一）数据采集器介绍,数据采集器是一个数据采集与数据分析功效综合理科试验系统。,它把试验过程中物理信号转变为数字信号输出，全程跟踪试验过程中数据改变并以各种形式显示试验结果。,11,11/63,液晶显示器,端口,4,端口,3,端口,2,端口,1,外接传感器连接端口,计算机连线端口,AC/DC,电源插座接口,“开机”、“关机”按钮,“前进”、“后退”按钮,“退出”按钮,“执行”按钮,12,12/63,能与计算机连接，完成各种后期处理试验技术系统。将手持技术与网络技术整合组成当代科学试验室成为“掌上试验室”。,13,13/63,（二）传感器介绍,传感器：,能感受要求被测量并按照一定规律转换成可用输出信号器件或装置。或传感器是一个能把物理量或化学量转变成便于利用电信号器件。,14,14/63,工作原理：,放大变换,输出,信号处理,信号检出器,被测信号,信号检测,测量环境,15,15/63,在中学化学试验教学中惯用传感器有以下一些传感器。,(1),温度传感器,数字温度计,16,16/63,(2),电导率传感器,电导率计,17,17/63,（,4,）压力传感器,18,18/63,（,5,）电压、电流传感器,19,19/63,（,6,）,CO,2,传感器,20,20/63,（,7,）溶解氧传感器,21,21/63,（,8,）离子传感器,22,22/63,（,9,）色度传感器,23,23/63,传感器选择依据,生成气体反应能够用,压强传感器,测定单位时间内压强改变,生成有色物质反应能够用,色度传感器,测定单位时间内色度改变,逐步生成有色物质（或沉淀）,能够用,光强传感器,测定单位时间内光强改变,24,24/63,伴随显著热效应能够用,温度传感器,测定单位时间内温度改变,溶液中离子浓度或种类改变能够用,电导率、,或,离子传感器,测定单位时间内电导率（或离子）改变,25,25/63,（三）系统软件介绍,试验数据处理程序：利用计算机强大运算和数据处理功效，能愈加好地把握试验动态以及对试验结果进行分析、推测，同时还能够经过接口软件对掌上技术硬件进行愈加准确操作。,实时录像系统：将摄像头与计算机连接，可实时地统计试验现象、将数据曲线与试验现象同时展现在计算机上，且统计数据和拍摄录像都能够保留在计算机中，能够随时播放，再现试验过程。,26,26/63,二、手持技术特点,便携：,数据采集器和传感器都较小,试验时在手掌上就能够操作，可随时随地地进行定量试验探究活动。,实时：,数据改变过程与试验过程同时进行，与计算机连接，就能将显示改变过程各种形式同时演示出来，与微型摄像头连接，就能将试验整个操作过程演示出来并储存在计算机硬盘中，试验后能够重复演示。,27,27/63,准确：,既能够用仪器或电脑自动搜集数据，又可又人工控制搜集，试验数据能够准确到,0.5%,，完全符合中学对试验数据准确度要求。,综合：,数据采集器可与各种传感器连接，可同时进行物理、化学、生物、体育、环境、气象等学科试验定量探究研究。,28,28/63,直观：,手持技术能够以图像、图表等各种形式动态实时地显示试验改变过程。能够在自己喜欢一个显示方式中任意查看某一时刻、某一段时间或整个过程试验数据。,29,29/63,三、手持技术使用方法介绍,30,30/63,1,、数据采集器使用方法,(1,）开机,按下数据采集器面板上“开机”,(ON,）按键，采集器首先进行自检，然后显示主菜单（如右图）,31,31/63,设置数据采集器工作模式,从开机状态图面开始,按数据采集器上“”键到“系统配置”,按“回车”键进入“系统配置”,，依据需要按“”或“”可选择：“自动”、“手动”模式。本试验设置“工作模式为“自动”,.,图,2,系统配置,32,32/63,采样开启 样品采集 统计分析 打开文件,系统配置,33,33/63,采样开启 样品采集 统计分析 打开文件,系统配置,34,34/63,按“,ESC”,键返回到开始主界面。,35,35/63,从开机状态图面开始，移动光标到“采集器设置”，然后按“执行“键（回车键），,采样开启,样品采集,统计分析 打开文件,系统配置,36,36/63,屏幕显示“传感器通道,温度”后，接着显示右图：,37,37/63,设置采样率：,依据需要设置，经过按“”或键“”键可选择频率：,;10/min,、,1/10sec,、,1/sec,、,10/S,、,25/S,、,50/S,、,100/S,、,500/S,。,本试验选择：“,1/10sec”,按“回车”键下到“采样数”处。,38,38/63,设置采样数：,依据需要经过按“”或键“”键可选择采样数，,20,、,50,、,100,、,500,、,1000,、,、,本试验选择：“,10000”,按“回车”键下到“显示方式”处,39,39/63,设置显示方式,：,依据需要经过按“”或键“”键可选择显示方式：条图、表格、曲线、数字。,本试验选择：“曲线”,40,40/63,按“,ESC”,键回到“主菜单”,采样开启,样品采集,统计分析 打开文件,系统配置,41,41/63,2,、采集数据,按“执行”键（回车键）开始采集数据，同时打开软件（事先安装在电脑中），电脑屏幕会出现数据采集界面（事先数据采集器与电脑连接好），伴随试验进行，从电脑屏幕可观察到曲线从起点出来（,12,：,00,）慢慢到终点（,14,：,00,）。试验结束（也可在试验结束后从文件夹中观察到）。,42,42/63,四、手持技术在初中化学试验教学和研究性学习中应用示例,43,43/63,（一）手持技术在酸碱中和反应中应用,【,试验仪器与试剂,】,数据采集器、,pH,传感器、磁力搅拌器、磁力搅拌子、酸式滴定管、,100mL,烧杯；,0.1mol/L,盐酸、,0.1mol/L,氢氧化钠溶液。,44,44/63,45,45/63,46,46/63,【,试验步骤,】,量取,25mL,氢氧化钠溶液（,0.1mol/L,）于,100mL,烧杯中；酸式滴定管用,0.1mol/L,盐酸润洗，装液，调零；打开磁力搅拌器，设置软件，开始统计数据同时打开酸式滴定管活塞，控制滴加速度稳定；待加入盐酸与氢氧化钠溶液体积比约为,1,：,1,，停顿数据统计，关闭酸式滴定管活塞、磁力搅拌器，拆除并清洗仪器。,47,47/63,48,48/63,以往滴定试验都只是定性试验，我们只能经过滴加酚酞指示剂，经过溶液颜色改变来说明,pH,发生突变，只能知道化学计量点附近溶液颜色从无色到淡红色再到红色，从而说明化学计量点存在。但学生无法知道中和滴定过程中详细,pH,值改变、滴定前后溶液中各种粒子浓度改变，无法对化学计量点附近突跃进行理性认识。,49,49/63,现在经过,pH,传感器，利用手持技术，不但操作方便简单，在学生保持对试验感性认识同时，还能够让学生观察到溶液在整个滴定过程中详细,pH,数值改变情况，让学生对化学计量点附近突跃进行理性认识,。,50,50/63,（二）探求物质溶解于水时温度改变规律。,物质溶解于水往往使溶液温度发生改变。选取,NH,4,NO,3,、,NaCl,和,NaOH 3,种物质溶解于水时,应用手持技术,定量测量其温度改变,探求物质溶解于水时温度改变规律。,51,51/63,52,52/63,53,53/63,试验结果表明,:(1)NH,4,NO,3,溶解于水时,溶液温度降低,是吸热过程,而且其溶解于水中质量越多,温度也越低,54,54/63,55,55/63,(2)N aOH,溶解于水时,溶液温度升高,是放热过程,而且其溶解于水中质量越多,温度也越高,56,56/63,57,57/63,(3)NaCl,溶解于水时,溶液温度降低,是吸热过程,而且其溶解于水中质量越多,温度也越低,58,58/63,59,59/63,(4),等量,NH,4,NO,3,、,NaCl,和,NaOH,同时溶解在等量水中,NH,4,NO,3,水溶液温度降低,NaOH,水溶液温度升高,而,NaCl,水溶液温度稍有降低。物质在水中溶解是一个复杂物理化学过程,总是伴伴随能量改变,有热效应现象发生,大多数是吸热,如试验中,NH,4,NO,3,、,NaCl,有则是放热,如,NaOH,。,60,60/63,当前手持技术在国内化学教学中应用研究已经初具规模，已经有多所高校先后建立起手持技术试验室，部分经济发达地域中小学也先后建立了应用基地。,61,61/63,研究表明：采取手持技术试验教学能够激发学生学习兴趣和探究热情，加深学生对一些化学概念了解、提升学生对图像认知能力和加强学生团体合作意识等等，为中学化学试验教与学提供了一个良好、可供选择教育伎俩。,62,62/63,谢谢！,63,63/63,