《义务教育生物学课程标准（2022年版）》（以下简称“课程标准”）提出了“推动现代信息技术与教学深度结合”的新理念，要求加强对数字教学资源的开发与利用，加强师生之间的互动与沟通，推动学生的个性化学习
［1］。为践行“课程标准”，很多教师已开始将传感器技术运用到教学实践中。
笔者以“传感器”“教学”为关键词在知网上搜索，找到了数千条有关的文献，研究学段包括中小学教育、高职教育和大学教育。一些研究者对北京和上海两个地区的中小学进行实证研究后发现：在中学物理实验课中引入传感器后，学生对实验课的满意度由原来的60%上升到85%；在抽象物理概念理解测验中，错误率从50%下降到30%。但是，将传感器技术运用于中学生物学教学的研究尚不多见。笔者开展教学实践，探索不同类型传感器在初中生物学实验教学中的应用策略，以期拓宽实验教学的思路，达成培养学生核心素养的目标。
1 “课程标准”中的建议
笔者将“课程标准”中建议运用传感器的部分实践活动归纳于
表1之中，希望据此进行相关探究。
2 初中生物学实验教学中运用传感器的优势、问题及对策
2.1 运用传感器开展初中生物学实验教学的优势
（1） 减少实验教学的制约因素。
部分初中生物学实验，会受到实验材料、天气、实验时长等因素的制约。例如，各地教师尽管优选了适合本地开展植物光合作用实验的植物类型，并创新制作和使用了一些实验器具，但仍会受到天气因素的影响。当改用氧气、二氧化碳和光照传感器的组合后，能用于光合作用探究实验的植物种类大为增加，且不再受天气因素的制约。学生可以设计出更多的实验方案，且个性化的实验装置组合完成后，短时间内就能准确监测到连续的实验数据，学生有充足的时间全程参与到光合作用实验中，从而充分理解光合作用是所有植物共同具有的重要生理过程。
（2） 数据精准，实验高效。
很多生命活动中的细微变化难以用肉眼观察和分辨，如淀粉酶对淀粉的消化程度无法用肉眼分辨，而通过色度传感器检测滴加碘液后蓝色的深浅变化，就能探究淀粉酶浓度、温度、反应时长等因素对实验的影响，还可以进一步拓展探究食盐、酒精、槟榔浸出液等材料对唾液淀粉酶的影响，从而使学生对微观生理过程有了深刻理解，并有助于树立生命观念与健康理念。
例如，人教版实验“探究比较玉米幼苗在蒸馏水和土壤浸出液中的生长状况”，是通过比较玉米幼苗在蒸馏水和土壤浸出液中的生长状况来推断植物生活需要无机盐
［2］。对此，我们可以使用N、P、K、pH四合一传感器检测培养液中无机盐浓度的数据变化，即可直接获得植物实际吸收无机盐的实验数据。
又如，在用人教版教材装置开展“探究测定几种食物中的能量”实验时发现，实验数据误差较大。采用温度传感器对原装置进行增加吸热效能、减少热量损失、供氧等改进处理后，测得的实验数据非常接近教材提供的标准值，大大减少了人为操作和实验器材带来的误差
［3］。
再如，还可以自制一个密闭的植物生理作用实验箱（箱内装有由二氧化碳、氧气、光照强度、温度等传感器组合的装置），可同时探究蒸腾作用、光合作用和呼吸作用，且实验箱中的传感器能准确捕捉植物生命过程中连续、细微的变化，极大地提高了学生实验的成功率，既有效激发了学生学习生物学的兴趣，也有利于在此基础上开展微型智慧农业的项目式学习。
（3） 突破难点，解决大单元教学或跨学科实践难题。
人教版生物学七年级上册“植物呼吸作用消耗氧气的验证”实验利用了氧气助燃的化学性质（学生尚未学习氧气的化学性质），以点燃的蜡烛熄灭来反推萌发种子消耗氧气。而使用氧气传感器，就能直接显示萌发种子耗氧的多少，有助于学生理解植物种子萌发时对氧气的需求。
人教版生物学七年级下册有“观察思考模拟膈肌的收缩和舒张与呼吸的关系”实验，其中吸气、呼气时肺内气压的变化（初一学生尚未学习气压知识）是一大教学难点。改用气压传感器结合膈肌模型，可以让学生直接观察到呼气和吸气时气压的变化值，无须再用各种教具向学生科普气压知识，学生就有了更多时间去探究呼吸运动实现肺与外界气体交换的原理。
传感器技术的应用涉及生物学、物理、化学、信息学、工程学等多个学科的知识，有助于促进学生的跨学科学习和综合能力的培养。合理使用传感器，能帮助学生理解同一生命活动过程中不同学科之间的联系。
例如，在探究栽培一种植物所需的物理和化学环境条件、探究植物无土栽培条件的控制和发酵食品制作类等实验时，可先由学生设计实验方案，选用传感器及其他实验器具，采集、记录和分析实验数据，再评价、完善原实验方案，最后得到解决问题的最佳方案和物化成果。
又如，在使用血氧仪检测学生在运动前后血氧饱和度和心率变化时，可以引导学生开展人体生理与健康的学习，即采取大单元学习模式（整合人体循环、呼吸、内分泌和神经系统等），促其理解人体的结构与功能相适应，各系统协调统一，共同完成复杂的生命活动这一大概念的学习。
传感器在初中生物学实验教学中的应用，能够在一个完整的大情境中整合教材内容，帮助学生构建系统的知识体系，有效培养其综合素养。教师还可以借助DeepSeek或豆包等应用软件编程，并运用传感器及相关组件创新制作生物学模型，开展多种生物学模型的制作活动或模拟实验活动。例如，制作有感应功能的缩手反射弧模型，具有接近人体结构和功能的优点，能让学生在活动或实验中更容易形成结构功能观和进化适应观。
（4） 有利于培养学生的生物学核心素养。
在利用传感器开展的生物学实验专题小组合作学习中，小组成员共同完成方案设计、装置组装、数据采集、实验分析、推理和总结等环节，有助于培养学生的创新思维、合作精神和语言沟通能力；运用生物学和数学知识对实验过程中产生的数据进行整理、分析，推测其变化趋势或规律，能培养学生严谨的科学态度和科学思维；使用传感器监测生态瓶中的各项指标，有利于培养学生的环境保护意识与社会责任感。
例如，利用相对湿度传感器分别测定3只密闭容器内3组等量小叶女贞枝条（一组不处理，另外两组分别用凡士林涂满小叶女贞叶片的上表皮和下表皮）相对湿度变化的数据，比较三者相对湿度的变化情况，据此推测上下表皮气孔数量的差异，观察温水中小叶女贞上下表皮气泡的多少；再用数码显微镜观察小叶女贞叶片的上下表皮的气孔，统计、比较同一放大倍数、同一视野内气孔的数量，形成一条完整的证据链。实践证明，分析数据后进行推测，再到实证的观察，很好地培养了学生的科学思维和科学探究能力。
又如，使用N、P、K、pH四合一传感器探究植物生长需要无机盐，能帮助学生形成物质和能量观；使用血氧仪测定运动前后血氧饱和度和心率的变化，能帮助学生形成平衡稳定观、进化适应观。
2.2 初中生物学实验教学中运用传感器的问题及对策
（1） 传感器的配备问题及对策。
【问题】传感器及配套设备价格相对较高，部分传感器使用和维护有一定的要求，这使得每所学校都配齐配足传感器并不现实。
【对策】一部分学校可以在经费允许的前提下配置经济型传感器组合（氧气、二氧化碳、相对湿度、溶解氧、温度、光照强度和气压等传感器，数据采集器，气液相密封实验器，袖珍生化密封实验器等），该组合最好是每种传感器配备两只，以便于进行对照实验。如果条件有限，可以考虑网购农用四合一传感器替代二氧化碳、相对湿度、温度和光照强度等传感器，因其价格比专业传感器要便宜许多，每年只需支付少量云数据使用费用即可。倘若理化生教师都尝试使用这些传感器，则必然能提高设备的使用率。
在使用传感器前，师生应仔细阅读使用说明或观看官方网址的使用教程视频，如溶解氧传感器使用前需要校准（观看视频），氧气传感器与二氧化碳传感器工作原理不同，检测数据可能与预期有差距，需要向厂家技术人员或熟练使用者学习、求助。教师可以在使用中积累经验，鼓励校内外教师之间相互交流学习，从而提高教师运用传感器开展生物学实验教学的能力。
（2） 传感器使用受限及对策。
【问题】在一定的条件下，一些观察类、测量类和模拟实验，无法使用传感器进行教学。
【对策】如果传感器配置过少，无法开展多组学生实验，则可以同时开出传感器实验组和传统实验组，让学生同时体验、比较两种实验方式的优劣；如果能在分组实验中将传感器的使用有机融入传统实验教学中，则更为理想，其案例如
表2所示。教师也可以根据教材内容创造性地设计出能使用传感器的生物学实验，拓展传感器的使用范围，以更好地服务于教师的教学和学生的学习。
（3） 易出现重数据、轻实验现象观察的问题及对策。
【问题】使用传感器进行实验教学，虽然可以获得海量数据，但学生易陷于数据处理之中，而忽视对一些实验现象的观察和分析。
【对策】很多实验可以将传统实验与传感器实验结合起来，实现优势互补。如鱼的呼吸，在教学中，传统观察、试剂鉴定与溶解氧传感器可同时使用，学生受到数据、视觉等多种信息的刺激，有助于学生对“脊椎动物都具有适应其生活方式和环境的主要特征”这一概念的理解，也有利于其他学科的学习。
3 结语
将传感器技术应用于中学生物学实验，有助于学生更好地理解生物学概念，培养其生物学核心素养。尽管在实施过程中存在一些问题，但好的解决办法是用好、用对传感器，以便其更好地服务于初中生物学教学，为教师的专业化发展和学生的终身发展创造更多的机遇。
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