產(chǎn)生背景

　　數(shù)字化探究實(shí)驗(yàn)室產(chǎn)生背景：

　　1．國(guó)家實(shí)施的2000－2010年的課程改革對(duì)科學(xué)教育的反思（強(qiáng)調(diào)科學(xué)探究、強(qiáng)調(diào)學(xué)生科學(xué)素養(yǎng)、創(chuàng)造性思維、問題解決能力的培養(yǎng)）；

　　2．2個(gè)主流的科學(xué)教育觀點(diǎn)：“做中學(xué)”科學(xué)，“科學(xué)學(xué)習(xí)與生活結(jié)合”；

　　3．現(xiàn)代信息技術(shù)和傳感技術(shù)的發(fā)展，對(duì)探究實(shí)驗(yàn)室的產(chǎn)生提供了技術(shù)支撐；

　　4．當(dāng)前已有13個(gè)省（市）出臺(tái)數(shù)字化探究實(shí)驗(yàn)室配備標(biāo)準(zhǔn)（北京、天津、上海、山東、廣東、江蘇、浙江、福建、河北、山西、陜西、湖南、湖北）。

簡(jiǎn)介

　　數(shù)字化探究實(shí)驗(yàn)室簡(jiǎn)介：

　　眾所周知，我國(guó)目前正轟轟烈烈的進(jìn)行中小學(xué)課程改革。課程改革的核心理念，就是要強(qiáng)化學(xué)生的自主探究性學(xué)習(xí)，讓學(xué)生通過自主探究性學(xué)習(xí)，掌握新的知識(shí)，獲得新技能，培養(yǎng)科學(xué)探究的能力。在課程改革的新形勢(shì)下，理科教學(xué)中實(shí)驗(yàn)教學(xué)的地位顯得更為重要。許多的知識(shí)、規(guī)律不再是由教材直接給出后通過教師灌輸給學(xué)生，而是要求讓學(xué)生通過探究性實(shí)驗(yàn)來再發(fā)現(xiàn)，這就對(duì)理科實(shí)驗(yàn)室提出更高的要求。

　　傳統(tǒng)的理科實(shí)驗(yàn)室的缺陷，常常使教師在教學(xué)過程中產(chǎn)生困惑。最主要有以下幾個(gè)方面的問題：一是傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)儀器的分辨率不高，影響了探究實(shí)驗(yàn)的結(jié)果。既然要求學(xué)生通過探究實(shí)驗(yàn)對(duì)科學(xué)知識(shí)和規(guī)律進(jìn)行再發(fā)現(xiàn)，那么就必須使探究實(shí)驗(yàn)的結(jié)果和需再發(fā)現(xiàn)的規(guī)律盡可能的相符合，可是由于傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)儀器的分辨率不高，導(dǎo)致最后得到的結(jié)果和科學(xué)規(guī)律不盡相符，教學(xué)目的無法實(shí)現(xiàn)；二是傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)室中實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的記錄只能采用手工記錄，數(shù)據(jù)采樣率不高，對(duì)實(shí)驗(yàn)結(jié)果的精確度影響較大，更重要的是這種傳統(tǒng)的數(shù)據(jù)記錄方法面對(duì)一些快速連續(xù)變化的量時(shí)往往無能為力，導(dǎo)致一些實(shí)驗(yàn)無法完成；三是中學(xué)生分析處理數(shù)據(jù)的能力不強(qiáng)。傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)室只能根據(jù)實(shí)驗(yàn)要求采集實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，但沒有自動(dòng)分析處理實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的功能。學(xué)生雖然在老師的指導(dǎo)下獲得實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，但不懂如何分析和處理數(shù)據(jù)，最后還是回到由教師直接給出實(shí)驗(yàn)結(jié)果的老路上，使實(shí)驗(yàn)不能真正體現(xiàn)課程改革的理念。長(zhǎng)此以往，學(xué)生會(huì)覺得實(shí)驗(yàn)難做，實(shí)驗(yàn)意義不大，嚴(yán)重影響學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣。

　　在這種情況下，數(shù)字化探究實(shí)驗(yàn)室產(chǎn)品應(yīng)運(yùn)而生，為中學(xué)理科實(shí)驗(yàn)教學(xué)提供完美的解決方案。對(duì)比傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)室，數(shù)字化探究實(shí)驗(yàn)室在上述幾個(gè)方面都擁有巨大的優(yōu)勢(shì)：首先數(shù)字化實(shí)驗(yàn)室采用傳感器作為采集實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的工具，其分辨率遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)儀器。以物理實(shí)驗(yàn)室中最簡(jiǎn)單、最常用的測(cè)力工具為例，傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)室大多用彈簧測(cè)力計(jì)作為測(cè)力工具，其分辨率一般為0.1N，而數(shù)字化探究實(shí)驗(yàn)室采用力傳感器作為測(cè)力工具，其分辨率一般可達(dá)到0.005N，精確度遠(yuǎn)高于傳統(tǒng)測(cè)力工具。數(shù)字化探究實(shí)驗(yàn)平臺(tái)采用各種類型的高分辨率傳感器作為實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)采集工具，精確度大大優(yōu)于傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)室，為科學(xué)規(guī)律的再發(fā)現(xiàn)提供了完美的工具；其次，數(shù)字化探究實(shí)驗(yàn)平臺(tái)具有實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)自動(dòng)采集的功能，采集頻率一般在10kHz以上。足夠高的數(shù)據(jù)采樣率保證了實(shí)驗(yàn)結(jié)果的精確度，同時(shí)可以輕松解決許多傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)室無法解決的涉及到連續(xù)快速變化的量的各種實(shí)驗(yàn)；最后，數(shù)字化探究實(shí)驗(yàn)平臺(tái)的軟件部分具有強(qiáng)大的數(shù)據(jù)處理功能，可以幫助學(xué)生輕松的對(duì)實(shí)驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行分析處理，讓學(xué)生通過探究實(shí)驗(yàn)對(duì)科學(xué)規(guī)律進(jìn)行再發(fā)現(xiàn)，使理科實(shí)驗(yàn)教學(xué)得到大大的簡(jiǎn)化，真正體現(xiàn)了新課程改革的核心理念。

　　數(shù)字化探究實(shí)驗(yàn)室所具有的這些優(yōu)勢(shì)，使其在基礎(chǔ)教育中能得到廣泛的應(yīng)用。在發(fā)達(dá)國(guó)家，數(shù)字化探究實(shí)驗(yàn)室早已經(jīng)成為基礎(chǔ)教育中必備的工具，而在我國(guó)，在課程改革的要求下，也開始了關(guān)于數(shù)字化探究實(shí)驗(yàn)室在基礎(chǔ)教育中的嘗試。作為中國(guó)新課程改革首批試點(diǎn)地區(qū)的上海率先將數(shù)字化實(shí)驗(yàn)室引入基礎(chǔ)教育中，2002年上海市教委將數(shù)字化探究實(shí)驗(yàn)室引入二期課改的高中物理教材，開了我國(guó)在基礎(chǔ)教育部分推廣數(shù)字化探究實(shí)驗(yàn)室的先河。在上海市課程改革取得初步成功的基礎(chǔ)上，中國(guó)教育部在2003年制定的《普通高中物理課程標(biāo)準(zhǔn)（實(shí)驗(yàn)）》也將數(shù)字化探究實(shí)驗(yàn)室引入到國(guó)家新課程理科實(shí)驗(yàn)教學(xué)中，正式拉開了在我國(guó)基礎(chǔ)教育部分廣泛應(yīng)用數(shù)字化探究實(shí)驗(yàn)室的序幕。目前，全國(guó)大多數(shù)省市已將數(shù)字化探究實(shí)驗(yàn)室列入基礎(chǔ)教育裝備標(biāo)準(zhǔn)，數(shù)字化探究實(shí)驗(yàn)室作為基礎(chǔ)教育中理科實(shí)驗(yàn)室的發(fā)展方向，已經(jīng)得到教育界大多數(shù)專家、學(xué)者和決策者的公認(rèn)。

主要組成部分

　　數(shù)字化探究實(shí)驗(yàn)室主要組成部分：

　　1．傳感器：傳感器的作用是把實(shí)驗(yàn)中測(cè)量的各種非電信號(hào)（例如：力、位移、光強(qiáng)、PH值等）轉(zhuǎn)換成標(biāo)準(zhǔn)的電信號(hào)，并把這些電信號(hào)傳遞給采集器。

　　2．采集器：采集器是傳感器與計(jì)算機(jī)的接口。它的作用是把實(shí)驗(yàn)中各種傳感器輸出的電信號(hào)轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號(hào)并輸入到計(jì)算機(jī)中。

　　3．?dāng)?shù)字化探究實(shí)驗(yàn)室專用軟件： 數(shù)字化實(shí)驗(yàn)室軟件主要用于傳感器數(shù)據(jù)的采集、數(shù)據(jù)表現(xiàn)與數(shù)據(jù)分析。軟件在數(shù)據(jù)表現(xiàn)上，提供了數(shù)據(jù)表格、數(shù)據(jù)曲線等表現(xiàn)形式。在數(shù)據(jù)分析上，提供了數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)、曲線擬合和線形回歸等方式，操作簡(jiǎn)單，使用方便。采集器與計(jì)算機(jī)之間通過USB接口相聯(lián)，具有優(yōu)秀的兼容性、穩(wěn)定性和操作上的靈活性。

　　進(jìn)行實(shí)驗(yàn)時(shí)，首先通過傳感器測(cè)量各種物理量，并把測(cè)量的值傳遞給數(shù)據(jù)采集器；然后由數(shù)據(jù)采集器把采集到的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)傳遞給計(jì)算機(jī)；最后通過計(jì)算機(jī)軟件以數(shù)值、圖表、曲線等各種方式表現(xiàn)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，并可根據(jù)教學(xué)要求對(duì)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行各種分析與處理。

推廣意義

　　數(shù)字化探究實(shí)驗(yàn)室的推廣意義：

　　1．創(chuàng)新教學(xué)手段，促進(jìn)信息技術(shù)與課程的全面整合

　　“信息技術(shù)應(yīng)包括：現(xiàn)代感應(yīng)技術(shù)、通訊技術(shù)、計(jì)算機(jī)智能技術(shù)和控制技術(shù)�！�

　　科技的進(jìn)步必然促進(jìn)教育的發(fā)展，近年來，信息技術(shù)的飛速發(fā)展，給教育教學(xué)領(lǐng)域帶來翻天覆地的變化，新型的教學(xué)設(shè)備提供了全新的教學(xué)手段，開拓了全新的視野，更產(chǎn)生了的全新的成果，其中信息技術(shù)與學(xué)科教學(xué)的整合已經(jīng)成為世界教育領(lǐng)域發(fā)展的潮流。

　　科學(xué)的本質(zhì)是探索真理和發(fā)現(xiàn)真理，但是由于國(guó)內(nèi)以前缺乏有效的手段，信息技術(shù)與課程的整合一直停留在比較膚淺的層面上，根本不能深入到學(xué)科的本質(zhì)中去，大多數(shù)人對(duì)此產(chǎn)生了困惑。數(shù)字化探究實(shí)驗(yàn)室的出現(xiàn)從根本上解決了這一問題，它從理科教學(xué)的重要環(huán)節(jié)——實(shí)驗(yàn)入手，通過數(shù)字化的實(shí)驗(yàn)設(shè)備去解決理化生學(xué)科教學(xué)中的問題，不僅提高了教學(xué)效率，解決了教學(xué)難題，更進(jìn)一步培養(yǎng)了學(xué)生的動(dòng)手能力和探究精神。這種新型的教學(xué)設(shè)備是教育技術(shù)發(fā)展的最新成果，從根本上改變了以前幾十年不變的實(shí)驗(yàn)教學(xué)模式，為教學(xué)改革的創(chuàng)新提供了舞臺(tái)，為促進(jìn)信息技術(shù)與中學(xué)理科教學(xué)的全面整合起到了革命性的作用！

　　2．更新教學(xué)理念，適應(yīng)新課改的需要

　　現(xiàn)代教育的理念是不僅要使學(xué)生獲得一定的知識(shí)和技能，更要通過學(xué)習(xí)過程養(yǎng)成科學(xué)的思維和研究方法，還要形成正確的情感、態(tài)度和價(jià)值觀。

　　目前中國(guó)正進(jìn)行著新一輪的基礎(chǔ)教育課程改革。新課改提倡全面發(fā)揮學(xué)生的主動(dòng)性，使學(xué)生較為深入地學(xué)習(xí)物理、化學(xué)、生物實(shí)驗(yàn)的有關(guān)理論、方法和技能，進(jìn)一步提高學(xué)生的實(shí)驗(yàn)素養(yǎng)。主要表現(xiàn)為，激發(fā)學(xué)生實(shí)驗(yàn)探究的興趣，增強(qiáng)學(xué)生的創(chuàng)新意識(shí)，培養(yǎng)學(xué)生實(shí)事求是、嚴(yán)謹(jǐn)認(rèn)真的科學(xué)態(tài)度，養(yǎng)成交流與合作的良好習(xí)慣，發(fā)展學(xué)生的實(shí)踐能力等方面。

　　新課程標(biāo)準(zhǔn)要求學(xué)生通過強(qiáng)化實(shí)驗(yàn)方案的自我設(shè)計(jì)，深入對(duì)實(shí)驗(yàn)過程和實(shí)驗(yàn)誤差分析，重視對(duì)實(shí)驗(yàn)方案和實(shí)驗(yàn)結(jié)果評(píng)估。而數(shù)字化探究實(shí)驗(yàn)室在激發(fā)學(xué)生興趣，幫助師生更好地對(duì)實(shí)驗(yàn)過程探究、實(shí)驗(yàn)誤差分析、實(shí)驗(yàn)結(jié)果評(píng)估等方面顯然具有傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)設(shè)備無法超越、無可比擬的優(yōu)勢(shì)。