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pH 传感器–为实验教学带来了新的变革

发布时间：

2025-5-15 17:16:36

在化学实验教学及环境科学等相关学科的实践课程中，pH 值作为衡量溶液酸碱性的关键指标，其准确测定对实验结果和知识理解至关重要。传统的 pH 测定方法存在诸多局限，而 pH 传感器的出现，为实验教学带来了新的变革，在数据采集、知识呈现、实验探究等多个维度产生了显著影响。

一、实时精确的数据采集，提升实验可靠性

传统测量溶液 pH 值常使用 pH 试纸或酸碱指示剂，通过与标准比色卡对比判断 pH 值，这种方法不仅操作繁琐，而且测量结果受人为因素影响大，误差较大。例如，在使用 pH 试纸时，不同观察者对颜色的分辨存在差异，即便同一观察者在不同光线条件下，判断结果也可能不同，导致测量精度较低。

pH 传感器则利用玻璃电极等敏感元件，能够将溶液中的氢离子活度转化为电信号，再经数据采集系统转换为 pH 数值，实现高精度、实时的数据采集。在酸碱中和滴定实验中，pH 传感器可每秒多次采集溶液的 pH 变化数据，并通过配套软件绘制出精确的 pH – 滴定体积曲线。学生能够清晰看到滴定过程中溶液 pH 的突变过程，准确确定滴定终点，相比传统方法，实验数据的准确性和可靠性大幅提升，实验结果更具说服力。同时，自动采集和记录数据，也减少了学生因手动记录可能出现的错误，节省了实验时间。

二、动态可视化呈现，深化知识理解

pH 传感器可以将抽象的酸碱反应过程和溶液酸碱度变化，以直观的动态曲线形式呈现，帮助学生更好地理解化学原理。在探究弱酸与强碱的中和反应时，通过 pH 传感器实时监测，学生能在计算机屏幕上看到随着强碱的不断加入，溶液 pH 起初缓慢上升，接近滴定终点时 pH 迅速突变的全过程。结合曲线的变化趋势，学生能更深刻地理解弱酸的电离平衡、缓冲溶液的作用原理等知识。

对于一些复杂的化学过程，如酸雨中 pH 的变化，传统教学难以直观展示其动态变化过程。而利用 pH 传感器，学生可以模拟酸雨形成过程，实时监测溶液 pH 随时间的变化，观察到溶液在吸收二氧化硫、氮氧化物等气体后，pH 逐渐降低的现象，从而直观地认识酸雨的形成机制及其危害，有效突破了传统教学中难以呈现的知识难点，深化了学生对相关知识的理解和掌握。

三、拓展实验探究维度，激发创新实践

pH 传感器的应用为实验教学拓展了丰富的探究空间，鼓励学生开展创新性实验。在环境科学实验中，学生可以手持 pH 传感器，对校园内的池塘水、雨水、土壤浸出液等进行 pH 检测，分析不同环境样本的酸碱度差异及其原因。还能通过改变环境因素，如向水体中添加不同物质，观察 pH 的变化，探究影响水体酸碱度的因素，从而加深对环境化学知识的理解和应用。

在化学教学中，学生可以基于 pH 传感器设计探究性实验，如研究不同浓度的盐溶液对 pH 的影响，探索盐类水解的规律；或者对比不同品牌的清洁剂的 pH，分析其成分与酸碱度的关系等。这些自主设计的实验项目，充分调动了学生的积极性和主动性，激发了学生的创新思维和实践能力，培养了学生发现问题、分析问题和解决问题的科学探究能力。

四、推动教学模式变革，促进主动学习

pH 传感器与现代信息技术的结合，为多样化教学模式的开展提供了可能。在课堂教学中，教师可以通过实时展示 pH 传感器采集的数据和生成的曲线，引导学生观察、思考和讨论，开展探究式教学。学生分组使用 pH 传感器进行实验探究，在自主操作、团队合作中获取知识，培养合作交流能力和自主学习能力。

此外，借助网络技术和虚拟仿真平台，pH 传感器还能实现远程实验和虚拟实验教学。学生可以通过网络远程操控实验室中的 pH 传感器设备，进行实验操作和数据采集；也可以在虚拟仿真环境中，模拟各种复杂的酸碱实验场景，进行反复练习和探究。这种多样化的教学模式，打破了时间和空间的限制，为学生提供了更丰富的学习资源和更灵活的学习方式，有效促进了学生的主动学习。

五、优化教学评价，实现全面反馈

传统实验教学评价多关注实验结果和实验报告，难以全面反映学生的实验过程和学习情况。pH 传感器在实验过程中采集的大量数据，为教学评价提供了丰富的依据。教师可以通过分析学生实验中 pH 数据的采集过程、数据处理方法以及对实验结果的分析讨论，了解学生对实验原理的掌握程度、实验操作技能水平以及科学思维能力的发展情况。

例如，教师可以观察学生在实验中是否正确使用 pH 传感器进行校准和测量，能否准确分析 pH 曲线变化趋势并解释原因，是否能够根据实验数据提出合理的改进方案等，对学生进行过程性评价。同时，根据学生在实验过程中遇到的问题和困惑，及时给予针对性的指导和反馈，帮助学生改进学习方法，提高学习效果，实现更全面、客观的教学评价。