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[供應]中學科學數(shù)字化探究實驗室、理化生探究實驗室、物理探究實驗室

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產(chǎn)品產(chǎn)地：中國
產(chǎn)品品牌：朗康
包裝規(guī)格：
產(chǎn)品數(shù)量：100
計量單位：套
產(chǎn)品單價：0
更新日期：2025-02-10 15:39:38
有效期至：2035-02-08
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中學科學數(shù)字化探究實驗室、理化生探究實驗室、物理探究實驗室詳細信息

部分初中數(shù)字化探究實驗室建設方案

一、概述

1.1 中學科學探究實驗室建設的背景

我國近年實施的課程改革，對于科學教育（包括化學、化學、生物、科學等學科）提出了新的要求，更重視學生科學素養(yǎng)的培養(yǎng)，更強調(diào)學生實驗、尤其是探究性實驗的重要性，更突出了科學是實驗學科、科學源于生活的特點。在此背景下，傳統(tǒng)的中學物理、化學、生物、科學實驗室已經(jīng)不能滿足新課程的教師教與學生學科學的需要，建設中學科學探究實驗室（涵蓋物理、化學、生物學科），已經(jīng)成為實施中學科學教學、培養(yǎng)學生科學素養(yǎng)和探究能力的必要的配套措施。

探究實驗室能為學生提供了必要的探究工具，是課程改革非常重要的組成部分，也是進一步深化改改革，切實推進素質(zhì)教育的關鍵。有“軟件”指引，“硬件”支持，從而，在真正意義上有力保證了中學實驗教學從傳統(tǒng)模式邁入數(shù)字化、信息化，與社會時代發(fā)展接軌。

數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的探究實驗室引進現(xiàn)代先進測量技術，基于計算機平臺使用，是一種融合傳感技術、光機電一體化技術及軟件技術，共同完成對化學、化學、生物、科學等學科的探究實驗。該系統(tǒng)充分支持新課改下學生進行多方面探究學習的環(huán)境，創(chuàng)設一個面對真實事物進行探究的環(huán)境。探究實驗可由教師提出探究問題或學生自我發(fā)現(xiàn)探究問題，學生自己設計實驗步驟，通過實驗得出結論。顯然，探究實驗室所進行的實驗活動更能體現(xiàn)學生主體性，增加學生的參與度，既有利于學生基本知識技能的形成，又有利于培養(yǎng)學生的科學態(tài)度和精神。

基于數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的化學、化學、生物、科學等學科的探究實驗室已在英國、美國、日本、香港、臺灣等先進國家和地區(qū)推行十年以上，例如在英國、香港和新加坡，傳感器已經(jīng)列入理科國家課程標準。國內(nèi)的上海，也早于2002年開始實施基于數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的化學、化學、生物等學科的探究實驗室的建設，目前國內(nèi)已經(jīng)有超過15個?。ㄊ校┌l(fā)布了物理、化學、生物數(shù)字化探究實驗室的配備標準。

1.2 科學數(shù)字化探究實驗室的組成

科學探究實驗室是在傳統(tǒng)實驗室的基礎上，增加學生電腦、數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)、計算機網(wǎng)絡等設備，從而構建數(shù)字化、網(wǎng)絡化的實驗室，其中的核心部分是數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)。數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)由傳感器、數(shù)據(jù)采集器、數(shù)據(jù)分析處理軟件、實驗教程構成的一套完成的系統(tǒng)，其中：

傳感器(Sensors)：包括溫度、聲波、聲級、光、氣壓、電壓、電流、磁場、相對濕度、力、運動、光電門、pH值、電導率、氧氣、二氧化碳、溶解氧、色度計、滴定計數(shù)器、心電圖等20種以上涵蓋中學化學、化學、生物大部分探究性實驗所涉及的實驗數(shù)據(jù)測量工具。

數(shù)據(jù)采集器（Data-logger)：數(shù)據(jù)采集器是一種電子儀器，用于采集在一段特定時間內(nèi)，來自傳感器對溫度、光強、電壓、氣壓等傳感器測量數(shù)據(jù)的變化狀況，經(jīng)模數(shù)轉換后將信號提交計算機處理，其采樣頻率通常可以根絕測量數(shù)據(jù)的要求的不同，從每小時采集1個數(shù)據(jù)到每小時采集4萬個數(shù)據(jù)。

數(shù)據(jù)分析處理軟件（Software)：用來處理、分析數(shù)據(jù)采集器采集到的實驗數(shù)據(jù)，可形成曲線、數(shù)字表、表格、示波器等數(shù)據(jù)分析圖形，用于學生對實驗數(shù)據(jù)的整理、分析與應用。

實驗教程（Worksheets）：與課程教材配套的實驗指導或探究案例，方便教師組織開展基于新課標的化學、化學、生物等學科的探究實驗或探究活動。

1.3 科學探究實驗室的優(yōu)勢

基于數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的科學實驗室有以下的優(yōu)勢：

1.3.1有利于培養(yǎng)學生的科學素養(yǎng)。（科學素養(yǎng)就是對個人決策、參與公共和文化事務以及經(jīng)濟生產(chǎn)所需要的科學概念和過程的知識和理解。具有科學素養(yǎng)的人能夠提出、發(fā)現(xiàn)和解答與日常體驗有關的問題。他們能夠描述、解釋和預言自然現(xiàn)象——《美國國家科學教育標準》）。

1.3.2有利于培養(yǎng)社會需要的善于學習、善于推理、思維具有創(chuàng)造性、具有良好問題解決能力的人。1.3.3有利于科學—技術—社會的緊密聯(lián)系，有利于學生科學精神和人文精神的結合，形成正確的科學觀和價值觀。

1.3.4大大節(jié)省傳統(tǒng)實驗數(shù)據(jù)的記錄、計算、分析的時間，使實驗的重心落在問題的假設級探究活動上。

1.3.5提供比手工觀察、記錄實驗數(shù)據(jù)高得多的數(shù)據(jù)精確性，保證實驗的成功。

1.3.6為學生提供在玩中做實驗的情境，有利于提高學生對于科學實驗的興趣，激發(fā)學生學習的內(nèi)在動力，從而樂于探究、熱愛科學。

1.3.7支持教師設計個性化的實驗，有利于學校校本實驗課程的建設。

1.3.8支持持續(xù)時間長的實驗，支持戶外實驗，支持跨時間與地域的合作實驗。

1.3.9教師可以在線評價學生的實驗報告，學?？山嶒瀳蟾尜Y源庫，也方便學校實驗教學的宣傳。

1.3.10數(shù)據(jù)采集器和傳感器是固化、成熟的產(chǎn)品，一般可以用多年而不易損壞，投資效益非常高。

二、方案設計原則及思路

2.1 方案設計遵循的原則

2.1.1實用性。能夠滿足高中化學新課程標準的實驗教學要求，并能夠和傳統(tǒng)的化學實驗儀器裝置形成良好的配合，同時配有化學學科的探究實驗教程。

2.1.2良好的測量精度和穩(wěn)定性。由于探究實驗設備實質(zhì)上就是用于科學實驗的測量儀器，其測量結果的精度和測量信號的穩(wěn)定性非常重要，否則容易影響實驗結果，從而影響教師和學生使用的積極性。而探究實驗設備的核心部件傳感器在測量時信號的飄移是難以解決的問題，蘊含比較高的技術成分，其精度往往和產(chǎn)品研發(fā)、生產(chǎn)的成本有直接關系，即高精度和高穩(wěn)定性的傳感器往往需要選擇良好的元器件。同時，產(chǎn)品的精確度和穩(wěn)定性往往需要經(jīng)過多年市場和用戶的檢驗。

2.1.3牢固性。由于探究實驗設備除了教師教學演示用以外，學生自主探究實驗的使用是重點，學生的誤操作、不愛惜實驗器材等特點要求配備的實驗儀器牢固不易損壞，同時探究實驗設備造價昂貴，所以選擇的產(chǎn)品需做工良好，材料穩(wěn)定牢固，接插口簡單牢固，不易損壞，從而達到超過5年的使用壽命。

2.1.4易用性。由于探究實驗室設備面向教師和各年級學生，產(chǎn)品的易用與否直接影響到設備的使用效率，選擇連接簡單，軟件界面友好的產(chǎn)品有利于探究實驗室設備真正應用到教學中，而有些國際知名品牌的產(chǎn)品雖然也很穩(wěn)定、牢固、精確，但是存在軟件功能過于強大而導致操作復雜、上手難的問題，所以這樣的產(chǎn)品也不在我們的選擇范圍之內(nèi)。

2.1.5易擴展性。由于探究實驗室對于學校來講是新生事物，教師和學生短時間內(nèi)對設備的使用還不夠精通，往往會影響使用效率，如果一下子配備整套的學科探究實驗室，容易導致投資效益低下，國際上通用的配備測量都是分期配置傳感器，首先配置***常用的傳感器，等老師和學生都能夠精通操作后，逐步配備其他的傳感器。

2.1.6安全性。實驗室儀器設備應盡量避免強電（220V）連接，選用低壓12V以下的探究實驗室設備有利于保證學生實驗的安全。

2.1.7整體性。將數(shù)據(jù)采集器、傳感器、數(shù)據(jù)分析軟件及探究實驗教程作為一個整體，采用統(tǒng)一的產(chǎn)品方案，有利于使用和維護。

2.1.8兼容性。數(shù)字化實驗系統(tǒng)應該能夠與傳統(tǒng)實驗裝置配合使用。

2.2 方案設計思路

2.2.1給教師配備一套涵蓋完整的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，方便教師教學演示用。

2.2.2由于數(shù)字化探究實驗設備需要連接電腦，所以操作電腦、連接傳感器、操作傳統(tǒng)實驗裝置等需要多人協(xié)作進行，所以方案設計4名學生一組探究實驗設備，按照每個班級48名班額設計，共配備12套學生用探究設備，探究設備配備基礎的常用的傳感器。

2.2.3設計專門的能夠支撐小組協(xié)同探究實驗的實驗桌，桌子上除開展實驗的空間外，還設置放置多媒體電腦的顯示器、機箱及鍵盤鼠標的位置。

2.3 產(chǎn)品選型

根據(jù)學校的探究教學需要，通過市場充分考察，我們認識到目前探究實驗設備在國外已有超過10年的應用，形成了多個良好口碑的國際產(chǎn)品專業(yè)品牌，如PASCO、VERNIER、ADDEST、Data-Harvest等，都能夠提供完善、專業(yè)的解決方案。其中來自新加坡的ADDEST（艾迪）產(chǎn)品價格適中，具有以下的優(yōu)點：

2.3.1產(chǎn)品已經(jīng)面世近10年，經(jīng)過了嚴格的國際市場的考驗；

2.3.2產(chǎn)品連接簡單，軟件操作界面友好，簡單的鼠標右鍵即可完成絕大多數(shù)的操作；

2.3.3產(chǎn)品具有良好測量精度、牢固性和穩(wěn)定性；

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