中小學實驗教學數字化平臺建設與應用

張蕾

摘要：數字化實驗室是傳統實驗室與計算機技術、網絡通訊技術、多媒體技術等相關信息加工處理與傳 播技術有機結合的產物，是以實驗的教與學為中心的綜合性開放型實驗教學環境平臺。 中國數字化實驗室 的發展經歷了教學課件、仿真實驗、虛擬儀器、數字化實驗儀器4個階段。數字化實驗室建設的原則和建設 要求為實驗教學、科研與管理等資源的有效整合提供了保證。

關鍵詞：傳統教學儀器;數字化實驗儀器;數字化實驗室

伴隨著信息技術和傳感技術的發展，數字化實驗儀器已逐漸普及到校。目前，由計算機和數字傳感系統為主要架構的數字化實驗室已成為學校開 展素質教育的一個全新的教育場所。進一步說，數字化實驗室建設的規模、建設的水平等將直接影響到學校實驗教學的質量，將直接成為衡量學校建設水平的重要指標。 因此，我們有必要就相關問題展開探討，以便提高中小學數字化實驗室建設的水平。

1 數字化實驗儀器概念闡述

數字化實驗儀器是伴隨著計算機和傳感器的普及 和發展而產生的一種實驗儀器。與傳統教學儀器相比， 它更側重于儀表的功能，一般過程為：通過傳感器測量 實驗數據，將測量到的實驗數據經采集器轉換為數字信 號后上傳到計算機，運用專用軟件進行數據分析，最后 得出實驗結論。 數字化實驗儀器具有應用范圍廣、測量精度高、 基礎數據量大、便于過程記錄、測量結果顯示直觀、數 據處理便捷等多方面的優勢，是與信息技術時代相匹配 的、具有良好的教學效果的實驗教學手段。

2 數字化實驗室在中國的發展歷程

從文獻上看，中國的數字化實驗室正式起步時間雖然從2002年算起，但其 發展很快，大致經歷了以下4個階段。

2.1 教學課件

為彌補傳統教學儀器在實驗教學中存在的演示不方便、不安全，實驗效果不明顯等方面的不足，一些軟件公司相繼開發了有關教學課件。雖然這些課件在一定程度上解決了教學問題，但課件只能實現演示功能，學生仍然只能被動地接受信息，無法實現信息之間的高效交流，所以這些課件只是數字化實驗室發展的一個雛形。

2.2 仿真實驗

伴隨著計算機技術的不斷發展， 仿真實驗逐漸出現在各大中小學校的實驗教學之中。 仿真實驗無需實驗器材，而是在計算機上用仿真軟件模擬出現實的實驗效果。這種方式不但可以重復實驗、節省耗材，而且不存在安全問題。仿真實驗大大解決了部分實驗難題，但學生只能通過軟件進行操作，無法真實體驗實驗儀器的各項功能，導致學生的動手動腦能力得不到有效的培養。

2.3 虛擬儀器

虛擬儀器是在以通用計算機為核心的硬件平臺上，由用戶設計定義實驗儀器，具有虛擬的操作面板及相關測試功能， 并由測試軟件實現教學功效的一種計算機儀器系統。虛擬儀器應用于實驗教學，不僅可以降低實驗成本，改善實驗條件，減少儀器設備的損壞率，提高實驗教學水平，而且可以減小實驗測量 過程中的人為誤差，達到提高實驗測量準確度的目標。 虛擬儀器的人機界面友好，交互方便，簡單易學，易于激發學生的學習興趣，因而在培養學生主動性和創造性方面發揮了巨大的推動作用。

2.4 數字化實驗儀器

數字化實驗儀器的應用可以實現實驗數據的實時測量、實時采集、實時分析、實時處理和實時顯示，從而有效地實現了理科教學與信息技術的有效整合。在運用數字化實驗儀器時， 學生可以親手操作儀器，能親身感知由操作所帶來的實驗數據的變化。這種方式不但能大大激發學生的學習興趣， 而且為學生主動學習、主動創新提供了一個很好的平臺。

3 對數字化實驗室建設的要求

3.1 數字化實驗室建設的原則

（1）數字化實驗室建設必須遵循教育規律，服從教育思想和理念，達到國家實驗室建設的規范。（2） 數字化實驗室建設要凸顯開放性（不僅是時間和空間的 開放，更是教學內容和教學方式的開放）、人性化（真正做到學習上的自由）和過程化（動態的、面向過程的、全方位的管理）的特點。（3）數字化實驗室建設要融入學校數字化校園建設中去，要成為數字化校園建設的一部分，要與數字化校園同步建設、同步發展。（4）數字化實驗室建設要充分考慮共建問題，既可以按學科共建（傳統實驗室與數字化實驗室兩室合一建設），也可以按理化生的自身特點綜合性共建（理化生綜合數字化實驗室或生化綜合數字化實驗室）。

3.2 數字化實驗室建設的要求

（1）構成要求。數字化實驗室可單獨建設，也可在原有的傳統實驗室基礎上增加數字化儀器設備。還應建設儀器室（可與傳統實驗室共用）、準備室（可 與傳統實驗室共用，也可與儀器室合并）、實驗教師室（可獨立設置，也可安置在準備室內）、藥品室、危險藥品室 （也可在藥品室內間隔出一間獨立小間或配置危險藥品專柜）等配套設施。（2）面積要求。數字化實驗室每間使用面積不得小于 96 m2 。同時，有條件的學校可單獨配套建設儀器室（24m2）、準備室（24 m2 ）、實驗教師室（12 m2）、藥品室（24 m2）、危險藥品室（8m2）等輔助用房。（3）建筑要求。數字化實驗室在建設時應充分考慮地面、門窗、綜合布線系統、用電負荷等方面的建筑要求。（4）布置要求。在進行實驗室布置時，學校應結合學科特點，充分體現科學性、合理性、安全性。（5）設施設備要求。數字化實驗室的設施設備在配備時應充分考慮數字化實驗室的特點，配備必要的基本設備、多媒體設備以及計算機數據采集處理系統等。此外，還應配備必要的軟件資源（學科資源、計算機數據采集處理系統專用軟件和學習評價系統等）。

結束語：

數字化實驗室是傳統實驗室在時間和空間上的延伸，它的開放性、人性化等特點為學生自主學習、自主探究提供了良好的學習平臺。數字化實驗室的建設不僅要注重軟件和硬件的建設，更要注重觀念的建設和人員的建設，從而促進實驗教學的有效開展。

參考文獻

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