用樹莓派進行初中科學實驗(上)

用樹莓派進行初中科學實驗(上)

近幾年 STEM 在香港的中小學,發展非常蓬勃,當中主要的概念,是將不同科目的知識及技能,融匯貫通,加強學生的創意,將學到的東西應用在日常生活當中,或解決生活上的問題。今次我們就用樹莓派 Raspberry Pi 來作初中課堂實驗。

除了在課堂上使用平板電腦外,微型電腦的使用也非常普及,當中為人熟悉的產品之一是樹莓派 Raspberry Pi 。 Raspberry Pi 是以 Linux 系統運作的單板機電腦,體積差不多是一張信用卡的大小,價格便宜,他的發展概念是為用家提供一個低價的電腦硬體,配以免費的系統軟件,以令電腦的使用更加普及。

Raspberry Pi Model B Starter Kit 套裝,包括電線與儲存系統的記憶卡,售價約 600 港元左右,比傳統 DIY 電腦便宜得多。

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與 Arduino 一樣, Raspberry Pi 設有多個接口,可作輸入及輸出,方便學生接駁不同的線路,配合不同的感應器的使用,就可以製作出不同的習作。

今期的文章會描述如何運用 Raspberry Pi 來進行初中的科學實驗。其實在 Raspberry Pi 的官方網站中,提供了大量的學習資源,其中一個資源集叫做 Sensing Science ,涉及的科目包括化學、生物及物理科,我們將按 Lesson 1 :探究溫度對化學反應速度的影響試作。

網站內有很多初中科學實驗內容。

網站內有很多初中科學實驗內容。

Raspberry Pi 是一塊單機底板,但已有齊所有配置。

Raspberry Pi 是一塊單機底板,但已有齊所有配置。

https://www.raspberrypi.org/learning/sensing-science
探究溫度對化學反應速度的影響
https://www.raspberrypi.org/learning/sensing-science/lesson-1/plan

探究溫度對化學反應速度的影響

這個實驗的目的是探究硫代硫酸鈉 Sodium Thiosulfate 溶液( Na2S2O3 )與稀氫氯酸( HCL )在不同溫度的反應速度。當兩種液體混合時,會產生黃色的沉澱物硫,這些沉澱物會令原本透明的溶液變成混濁,從而減低溶液的透光度,我們便利用這個特點來量度這個實驗的反應速度,化學反應的公式如下:

photoformula

公式的最後一項是硫( S ),便是那些黃色的沉澱物。

同學進行這個實驗的時候, 要小心處理稀氫氯酸( HCL ),避免沾到眼睛及皮膚,也要小心在化學反應中所產生的二氧化硫( SO2 ),所以請確保實驗室的空氣流通,避免吸入二氧化硫氣體。

實驗步驟

Step 1 :用量筒把 5cm的 0.05M 硫代硫酸鈉溶液和 45cm去離子水,加入一個乾淨和乾燥的 100cm燒杯中。

Step 2 :將 Sense HAT 安裝到 Raspberry Pi 的接口,並以透明膠袋包好,以避免在實驗過程中沾上溶液。

Step 3 :把燒杯放在 Sense HAT 上面,迅速把 5cm3 的 2.0M 稀氫氯酸加入燒杯中。

準備設備。

準備設備。

加入稀氫氯酸。

加入稀氫氯酸。

Step 4 :即時執行 Python 程式 rate.py 。(程式部分,限於篇幅,待下期詳解。)

Step 5 :當 Python 程式執行後, Sense HAT 上的 8x8LED 顯示器便會出現一個交叉符號。當混合物進行化學反應後,溶液便會漸漸變成混濁,直至不能再在燒杯上面看到顯示器上的交叉符號時候,便按下鍵盤上的 Enter 按鈕,以記錄化學反應時間。

Step 6 :重複預備第一個步驟的溶液,並將溶液加熱至另一個溫度(例如 35 度),之後便重複步驟 ( 3 ) 至 ( 5 ) ,便可以記錄混合物在不同的溫度之下,進行化學反應的時間。

下星期待續……