数字化科学实验室解决方案.docx

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数字化科学实验室解决方案

数字化科学实验室是专门服务于科学教学（如物理、化学、生物等学科）的专用教室之一。

利用传感器，数字化实验系统能够探测、感受外界的信号，物理条件（如光、热、湿度、温度等）或化学组成，并将探知的信息转化成数字信号输出出来，弥补了传统实验的缺陷，充分体现了数字化实验集数据记录、数据分析和自动控制等功能于一体的优势，实现了实验数据采集的数字化和自动化、数据处理和数据分析的智能化，很好地解决了传统科学实验中“定性实验多，定量实验少；验证实验多，探究实验少”的问题。

数字化的科学探究实验室为有效实现信息技术与科学教学的整合提供了新的平台，为学生探究科学规律提供了新的契机。

一、数字化科学实验室环境下的资源与活动

在数字化科学实验室环境下，通过使用不同的教学资源就能够进行多种不同类型的教学活动，如高精度实时采集数据、数据可视化呈现、自动记录数据、分析处理数据、辅助生成实验报告、教师演示实验、分组实验、分组讨论等等。

具体如图所示。

二、环境构成及其功能

（一）环境构成概述及功能分析

数字化科学实验室主要由传感器、数据采集器、信号发生器、实验设备、计算机和数据采集分析软件系统构成。

该环境还可以扩展多种设备，如扩音器、视频展示台、互动反馈系统、液晶书写屏、多网合一、录课软件等，具体情况如下表所示。

环境构成

1.传感器

2.数据采集器

3.信号发生器

4.实验设备

5.计算机

6.数据采集分析软件

参考报价

略

基本功能

n全数字化实验系统：

借助数字实验设备，将过往仅能定性观察的实验转变为定量记录与分析，加深学生对实验原理的理解，提高认识水平。

n高精度、快速呈现实验结果：

借助数字实验设备，在实验数据采集的同时自动以数据表、图像等形式呈现实验的结果。

同时，数字实验设备具有传统设备无法比拟的精确性，实验结果更加科学可靠。

n自动记录数据：

无需手动对实验数据逐个记录，节省教学时间，使学生可以将更多的时间与精力用在实验分析及重复实验探究的过程中。

n数据分析处理功能：

对通过数字实验室硬件设备自动采集记录得到的数据，以及在常规实验中手动录入的数据，进行多种形式的处理和分析。

n提供教学实验模板，让数字实验设备能方便地、广泛地应用在日常学科实验教学以及学科科研活动之中。

可扩展功能

²扩音器：

通过添加扩音器设备，将教师或学生的声音清晰、自然、无失真地再现出来，使教师的讲授更加轻松自然，增大了授课教师的活动范围，学生可以更加清楚地聆听教师讲授。

²视频展示台：

实现对实物教具、学具、学生作品等物品放大展示的功能，便于呈现事物的细节，以及在此基础上师生展开讨论、评价等活动。

²互动反馈系统：

学生对教师的问题可做出即时回答，教师能立即得知并统计学生的评测结果，为课堂的教学决策提供依据。

²液晶书写屏：

利用专用的书写笔代替鼠标操作电脑，使教师或者学生获得全新的操作体验。

²中控：

实现对投影机、电动幕等设备的集成控制和远程控制，其中多媒体网络中控，这种中控系统的网络化发展使中控兼具了设备控制和设备管理功能。

²多网合一：

在摄像头、视频采集卡/视频服务器、IP机顶盒/PC机/视频服务终端等硬件的支持下，实现音视频的并发点播、双向电视教学、校园网、校园电视台等各项功能。

²录课软件：

一种简单易用的课堂授课/培训内容录播工具。

配合视音频采集设备，可将教学/培训中的音视频场景、PPT演示文稿、电脑操作等内容录制为一体化的多媒体课件。

（二）数字化物理实验室环境构成示例

1.数字实验设备配置包（单组配置）

功能组合

名称

数量

数据采集

数据采集器

1个

数字实验室多媒体教学辅助系统

1套

动力学

光电门传感器

2个

位移传感器

1套

拉压力传感器

2个

电磁学

电压传感器

1个

电流传感器

1个

微电流传感器

1个

磁感应传感器

1个

声学

声音/声强传感器

1个

光学

光强传感器

1个

热学

温度传感器

1个

压强传感器

1个

信号源

信号发生器

1个

数控功率电阻

1个

控制开关

1个

附材及配套资源

线材

1套

传感器专用仪器箱

1套

实验指导手册

1套

产品使用说明

1套

力学

动力学组合导轨

1套

电学

电学实验平台

1套

2.整体配置方案

整体配置方案如下：

按照一班56名学生计算，分14组，每组4名学生，每学生分组各使用1套设备，老师用1套。

课室面积约96m2，水、电、网、气等装修布线施工符合国家相关标准。

功能组合

名称

数量

实验设备

数字实验设备

15套

实验教具设备

15套

网络化互动式电教平台

交互式电子白板

1块

投影机

1台

电脑

15台

网络集线器

1台

网络多媒体教学辅助系统

1套

基础施工

桌椅设施

1间

电、网布线

1间

（三）数字化化学实验室环境构成示例

1.数字实验设备配置包（单组配置）

功能组合

名称

数量

数据采集

数据采集器

1个

数字实验室多媒体教学辅助系统

1套

常规传感器

电压传感器

1个

电流传感器

1个

温度传感器

1个

压强传感器

1个

pH传感器

1个

色度传感器

1个

电导率传感器

1个

附材及配套资源

线材

1套

传感器专用仪器箱

1套

实验指导手册

1套

产品使用说明

1套

2.整体配置方案

整体配置方案如下：

按照一班56名学生计算，分14组，每组4名学生，每学生分组各使用1套设备，老师用1套。

课室面积约96m2，水、电、网、气等装修布线施工符合国家相关标准。

功能组合

名称

数量

实验设备

数字实验设备

15套

实验教具设备

15套

网络化互动式电教平台

交互式电子白板

1块

投影机

1台

电脑

15台

网络集线器

1台

网络多媒体教学辅助系统

1套

基础施工

桌椅设施

1间

电、网、水、气布线

1间

（四）数字化生物实验室环境构成示例

1.数字实验设备配置包（单组配置）

功能组合

名称

数量

数据采集

数据采集器

1个

数字实验室多媒体教学辅助系统

1套

传感器

微电流传感器

1个

光强传感器

1个

温度传感器

1个

压强传感器

1个

pH传感器

1个

色度传感器

1个

湿度传感器

1个

溶解氧传感器

1个

二氧化碳传感器

1个

附材及配套资源

线材

1套

传感器专用仪器箱

1套

实验指导手册

1套

产品使用说明

1套

2.整体配置方案

整体配置方案如下：

按照一班56名学生计算，分14组，每组4名学生，每学生分组各使用1套设备，老师用1套。

课室面积约96m2，水、电、网、气等装修布线施工符合国家相关标准。

功能组合

名称

数量

实验设备

数字实验设备

15套

实验教具设备

15套

网络化互动式电教平台

交互式电子白板

1块

投影机

1台

电脑

15台

网络集线器

1台

网络多媒体教学辅助系统

1套

基础施工

桌椅设施

1间

电、网、水布线

1间

3、环境点评

（一）基本配置、操作及维护

数字化科学实验室利用由传感器和计算机组成的多功能测量系统，能够独立地或与传统的实验仪器结合起来进行实验，充分发挥传统实验仪器设备的功效，并对其功能实现了进一步拓展。

选择搭配不同的数字实验设备配置包，即可以完成相应的物理、化学、生物实验，全面满足初高中不同学科的实验教学需求。

在实验室整体配置方案中，通过增加交互式电子白板、投影机、电脑等设备，可构建起网络化的数字科学实验室，产生更大的功能和效益。

（二）教学应用

利用数字化科学实验室系统，可以实现快速、高精度地实时采集数据，自动记录以及分析处理、生成实验报告等功能。

能够完成教师和学生自行设计的许多实验，以及用传统仪器做不成或做不好的实验。

通过与校园网、局域网的配合，还可以进一步实现教师对学生进行实验演示、监视学生实验过程、广播教学、远程辅导、集体讨论、学生作业提交、教师作业评判、答疑等一系列教学流程及相应的管理功能，充分实现对实验的指导与监控，大大提升实验教学的效能和水平。

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