產(chǎn)生背景

　　數(shù)字化探究實驗室產(chǎn)生背景：

　　1．國家實施的2000－2010年的課程改革對科學(xué)教育的反思（強調(diào)科學(xué)探究、強調(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個主流的科學(xué)教育觀點：“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，對探究實驗室的產(chǎn)生提供了技術(shù)支撐；

　　4．當(dāng)前已有13個省（市）出臺數(shù)字化探究實驗室配備標(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）。

簡介

　　數(shù)字化探究實驗室簡介：

　　眾所周知，我國目前正轟轟烈烈的進行中小學(xué)課程改革。課程改革的核心理念，就是要強化學(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，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下，理科教學(xué)中實驗教學(xué)的地位顯得更為重要。許多的知識、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)生通過探究性實驗來再發(fā)現(xiàn)，這就對理科實驗室提出更高的要求。

　　傳統(tǒng)的理科實驗室的缺陷，常常使教師在教學(xué)過程中產(chǎn)生困惑。最主要有以下幾個方面的問題：一是傳統(tǒng)實驗儀器的分辨率不高，影響了探究實驗的結(jié)果。既然要求學(xué)生通過探究實驗對科學(xué)知識和規(guī)律進行再發(fā)現(xiàn)，那么就必須使探究實驗的結(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)實驗儀器的分辨率不高，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)目的無法實現(xiàn)；二是傳統(tǒng)實驗室中實驗數(shù)據(jù)的記錄只能采用手工記錄，數(shù)據(jù)采樣率不高，對實驗結(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)記錄方法面對一些快速連續(xù)變化的量時往往無能為力，導(dǎo)致一些實驗無法完成；三是中學(xué)生分析處理數(shù)據(jù)的能力不強。傳統(tǒng)實驗室只能根據(jù)實驗要求采集實驗數(shù)據(jù)，但沒有自動分析處理實驗數(shù)據(jù)的功能。學(xué)生雖然在老師的指導(dǎo)下獲得實驗數(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驗結(jié)果的老路上，使實驗不能真正體現(xiàn)課程改革的理念。長此以往，學(xué)生會覺得實驗難做，實驗意義不大，嚴重影響學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣。

　　在這種情況下，數(shù)字化探究實驗室產(chǎn)品應(yīng)運而生，為中學(xué)理科實驗教學(xué)提供完美的解決方案。對比傳統(tǒng)實驗室，數(shù)字化探究實驗室在上述幾個方面都擁有巨大的優(yōu)勢：首先數(shù)字化實驗室采用傳感器作為采集實驗數(shù)據(jù)的工具，其分辨率遠遠高于傳統(tǒng)實驗儀器。以物理實驗室中最簡單、最常用的測力工具為例，傳統(tǒng)實驗室大多用彈簧測力計作為測力工具，其分辨率一般為0.1N，而數(shù)字化探究實驗室采用力傳感器作為測力工具，其分辨率一般可達到0.005N，精確度遠高于傳統(tǒng)測力工具。數(shù)字化探究實驗平臺采用各種類型的高分辨率傳感器作為實驗數(shù)據(jù)采集工具，精確度大大優(yōu)于傳統(tǒng)實驗室，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)字化探究實驗平臺具有實驗數(shù)據(jù)自動采集的功能，采集頻率一般在10kHz以上。足夠高的數(shù)據(jù)采樣率保證了實驗結(jié)果的精確度，同時可以輕松解決許多傳統(tǒng)實驗室無法解決的涉及到連續(xù)快速變化的量的各種實驗；最后，數(shù)字化探究實驗平臺的軟件部分具有強大的數(shù)據(jù)處理功能，可以幫助學(xué)生輕松的對實驗結(jié)果進行分析處理，讓學(xué)生通過探究實驗對科學(xué)規(guī)律進行再發(fā)現(xiàn)，使理科實驗教學(xué)得到大大的簡化，真正體現(xiàn)了新課程改革的核心理念。

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

主要組成部分

　　數(shù)字化探究實驗室主要組成部分：

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

　　2．采集器：采集器是傳感器與計算機的接口。它的作用是把實驗中各種傳感器輸出的電信號轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號并輸入到計算機中。

　　3．?dāng)?shù)字化探究實驗室專用軟件： 數(shù)字化實驗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、曲線擬合和線形回歸等方式，操作簡單，使用方便。采集器與計算機之間通過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。

　　進行實驗時，首先通過傳感器測量各種物理量，并把測量的值傳遞給數(shù)據(jù)采集器；然后由數(shù)據(jù)采集器把采集到的實驗數(shù)據(jù)傳遞給計算機；最后通過計算機軟件以數(shù)值、圖表、曲線等各種方式表現(xiàn)實驗數(shù)據(jù)，并可根據(jù)教學(xué)要求對實驗數(shù)據(jù)進行各種分析與處理。

推廣意義

　　數(shù)字化探究實驗室的推廣意義：

　　1．創(chuàng)新教學(xué)手段，促進信息技術(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)、計算機智能技術(shù)和控制技術(shù)。”

　　科技的進步必然促進教育的發(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)人對此產(chǎn)生了困惑。數(shù)字化探究實驗室的出現(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)——實驗入手，通過數(shù)字化的實驗設(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，更進一步培養(yǎng)了學(xué)生的動手能力和探究精神。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驗教學(xué)模式，為教學(xué)改革的創(chuàng)新提供了舞臺，為促進信息技術(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)度和價值觀。

　　目前中國正進行著新一輪的基礎(chǔ)教育課程改革。新課改提倡全面發(fā)揮學(xué)生的主動性，使學(xué)生較為深入地學(xué)習(xí)物理、化學(xué)、生物實驗的有關(guān)理論、方法和技能，進一步提高學(xué)生的實驗素養(yǎng)。主要表現(xiàn)為，激發(fā)學(xué)生實驗探究的興趣，增強學(xué)生的創(chuàng)新意識，培養(yǎng)學(xué)生實事求是、嚴謹認真的科學(xué)態(tài)度，養(yǎng)成交流與合作的良好習(xí)慣，發(fā)展學(xué)生的實踐能力等方面。

　　新課程標(biāo)準(zhǔn)要求學(xué)生通過強化實驗方案的自我設(shè)計，深入對實驗過程和實驗誤差分析，重視對實驗方案和實驗結(jié)果評估。而數(shù)字化探究實驗室在激發(fā)學(xué)生興趣，幫助師生更好地對實驗過程探究、實驗誤差分析、實驗結(jié)果評估等方面顯然具有傳統(tǒng)實驗設(shè)備無法超越、無可比擬的優(yōu)勢。