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[供应]中学科学数字化探究实验室、理化生探究实验室、物理探究实验室
- 产品产地：中国
- 产品品牌：朗康
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- 更新日期：2025-02-10 15:39:38
- 有效期至：2035-02-08
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中学科学数字化探究实验室、理化生探究实验室、物理探究实验室
详细信息
部分 初中数字化探究实验室建设方案
一、概述
1.1 中学科学探究实验室建设的背景
我国近年实施的课程改革，对于科学教育（包括化学、化学、生物、科学等学科）提出了新的要求，更重视学生科学素养的培养，更强调学生实验、尤其是探究性实验的重要性，更突出了科学是实验学科、科学源于生活的特点。在此背景下，传统的中学物理、化学、生物、科学实验室已经不能满足新课程的教师教与学生学科学的需要，建设中学科学探究实验室（涵盖物理、化学、生物学科），已经成为实施中学科学教学、培养学生科学素养和探究能力的必要的配套措施。
探究实验室能为学生提供了必要的探究工具，是课程改革非常重要的组成部分，也是进一步深化改改革，切实推进素质教育的关键。有“软件”指引，“硬件”支持，从而，在真正意义上有力保证了中学实验教学从传统模式迈入数字化、信息化，与社会时代发展接轨。
数据采集系统的探究实验室引进现代先进测量技术，基于计算机平台使用，是一种融合传感技术、光机电一体化技术及软件技术，共同完成对化学、化学、生物、科学等学科的探究实验。该系统充分支持新课改下学生进行多方面探究学习的环境，创设一个面对真实事物进行探究的环境。探究实验可由教师提出探究问题或学生自我发现探究问题，学生自己设计实验步骤，通过实验得出结论。显然，探究实验室所进行的实验活动更能体现学生主体性，增加学生的参与度，既有利于学生基本知识技能的形成，又有利于培养学生的科学态度和精神。
基于数据采集系统的化学、化学、生物、科学等学科的探究实验室已在英国、美国、日本、香港、台湾等先进国家和地区推行十年以上，例如在英国、香港和新加坡，传感器已经列入理科国家课程标准。国内的上海，也早于2002年开始实施基于数据采集系统的化学、化学、生物等学科的探究实验室的建设，目前国内已经有超过15个省（市）发布了物理、化学、生物数字化探究实验室的配备标准。
1.2 科学数字化探究实验室的组成
科学探究实验室是在传统实验室的基础上，增加学生电脑、数据采集系统、计算机网络等设备，从而构建数字化、网络化的实验室，其中的核心部分是数据采集系统。数据采集系统由传感器、数据采集器、数据分析处理软件、实验教程构成的一套完成的系统，其中：
传感器(Sensors)：包括温度、声波、声级、光、气压、电压、电流、磁场、相对湿度、力、运动、光电门、pH值、电导率、氧气、二氧化碳、溶解氧、色度计、滴定计数器、心电图等20种以上涵盖中学化学、化学、生物大部分探究性实验所涉及的实验数据测量工具。
数据采集器（Data-logger)：数据采集器是一种电子仪器，用于采集在一段特定时间内，来自传感器对温度、光强、电压、气压等传感器测量数据的变化状况，经模数转换后将信号提交计算机处理，其采样频率通常可以根绝测量数据的要求的不同，从每小时采集1个数据到每小时采集4万个数据。
数据分析处理软件（Software)：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、示波器等数据分析图形，用于学生对实验数据的整理、分析与应用。
实验教程（Worksheets）：与课程教材配套的实验指导或探究案例，方便教师组织开展基于新课标的化学、化学、生物等学科的探究实验或探究活动。
1.3 科学探究实验室的优势
基于数据采集系统的科学实验室有以下的优势：
1.3.1有利于培养学生的科学素养。（科学素养就是对个人决策、参与公共和文化事务以及经济生产所需要的科学概念和过程的知识和理解。具有科学素养的人能够提出、发现和解答与日常体验有关的问题。他们能够描述、解释和预言自然现象——《美国国家科学教育标准》）。
1.3.2有利于培养社会需要的善于学习、善于推理、思维具有创造性、具有良好问题解决能力的人。1.3.3有利于科学—技术—社会的紧密联系，有利于学生科学精神和人文精神的结合，形成正确的科学观和价值观。
1.3.4大大节省传统实验数据的记录、计算、分析的时间，使实验的重心落在问题的假设级探究活动上。
1.3.5提供比手工观察、记录实验数据高得多的数据精确性，保证实验的成功。
1.3.6为学生提供在玩中做实验的情境，有利于提高学生对于科学实验的兴趣，激发学生学习的内在动力，从而乐于探究、热爱科学。
1.3.7支持教师设计个性化的实验，有利于学校校本实验课程的建设。
1.3.8支持持续时间长的实验，支持户外实验，支持跨时间与地域的合作实验。
1.3.9教师可以在线评价学生的实验报告，学校可建立实验报告资源库，也方便学校实验教学的宣传。
1.3.10数据采集器和传感器是固化、成熟的产品，一般可以用多年而不易损坏，投资效益非常高。
二、方案设计原则及思路
2.1 方案设计遵循的原则
2.1.1实用性。能够满足高中化学新课程标准的实验教学要求，并能够和传统的化学实验仪器装置形成良好的配合，同时配有化学学科的探究实验教程。
2.1.2良好的测量精度和稳定性。由于探究实验设备实质上就是用于科学实验的测量仪器，其测量结果的精度和测量信号的稳定性非常重要，否则容易影响实验结果，从而影响教师和学生使用的积极性。而探究实验设备的核心部件传感器在测量时信号的飘移是难以解决的问题，蕴含比较高的技术成分，其精度往往和产品研发、生产的成本有直接关系，即高精度和高稳定性的传感器往往需要选择良好的元器件。同时，产品的精确度和稳定性往往需要经过多年市场和用户的检验。
2.1.3牢固性。由于探究实验设备除了教师教学演示用以外，学生自主探究实验的使用是重点，学生的误操作、不爱惜实验器材等特点要求配备的实验仪器牢固不易损坏，同时探究实验设备造价昂贵，所以选择的产品需做工良好，材料稳定牢固，接插口简单牢固，不易损坏，从而达到超过5年的使用寿命。
2.1.4易用性。由于探究实验室设备面向教师和各年级学生，产品的易用与否直接影响到设备的使用效率，选择连接简单，软件界面友好的产品有利于探究实验室设备真正应用到教学中，而有些国际知名品牌的产品虽然也很稳定、牢固、精确，但是存在软件功能过于强大而导致操作复杂、上手难的问题，所以这样的产品也不在我们的选择范围之内。
2.1.5易扩展性。由于探究实验室对于学校来讲是新生事物，教师和学生短时间内对设备的使用还不够精通，往往会影响使用效率，如果一下子配备整套的学科探究实验室，容易导致投资效益低下，国际上通用的配备测量都是分期配置传感器，首先配置***常用的传感器，等老师和学生都能够精通操作后，逐步配备其他的传感器。
2.1.6安全性。实验室仪器设备应尽量避免强电（220V）连接，选用低压12V以下的探究实验室设备有利于保证学生实验的安全。
2.1.7整体性。将数据采集器、传感器、数据分析软件及探究实验教程作为一个整体，采用统一的产品方案，有利于使用和维护。
2.1.8兼容性。数字化实验系统应该能够与传统实验装置配合使用。
2.2 方案设计思路
2.2.1给教师配备一套涵盖完整的数据采集系统，方便教师教学演示用。
2.2.2由于数字化探究实验设备需要连接电脑，所以操作电脑、连接传感器、操作传统实验装置等需要多人协作进行，所以方案设计4名学生一组探究实验设备，按照每个班级48名班额设计，共配备12套学生用探究设备，探究设备配备基础的常用的传感器。
2.2.3设计专门的能够支撑小组协同探究实验的实验桌，桌子上除开展实验的空间外，还设置放置多媒体电脑的显示器、机箱及键盘鼠标的位置。
2.3 产品选型
根据学校的探究教学需要，通过市场充分考察，我们认识到目前探究实验设备在国外已有超过10年的应用，形成了多个良好口碑的国际产品专业品牌，如PASCO、VERNIER、ADDEST、Data-Harvest等，都能够提供完善、专业的解决方案。其中来自新加坡的ADDEST（艾迪）产品价格适中，具有以下的优点：
2.3.1产品已经面世近10年，经过了严格的国际市场的考验；
2.3.2产品连接简单，软件操作界面友好，简单的鼠标右键即可完成绝大多数的操作；
2.3.3产品具有良好测量精度、牢固性和稳定性；
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