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教育的反思（強調(diào)科學探究、強調(diào)學生科學素養(yǎng)、創(chuàng)造性思維、問題解決能力的培養(yǎng)）；
2．2個主流的科學教育觀點：“做中學”科學，“科學學習與生活結合”；
3．現(xiàn)代信息技術和傳感技術的發(fā)展，對探究實驗室的產(chǎn)生提供了技術支撐；
4．當前已有13個省（市）出臺數(shù)字化探究實驗室配備標準（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課程改革。課程改革的核心理念，就是要強化學生的自主探究性學習，讓學生通過自主探究性學習，掌握新的知識，獲得新技能，培養(yǎng)科學探究的能力。在課程改革的新形勢下，理科教學中實驗教學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生，而是要求讓學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果。既然要求學生通過探究實驗對科學知識和規(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，導致最后得到的結果和科學規(guī)律不盡相符，教學目的無法實現(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，導致一些實驗無法完成；三是中學生分析處理數(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。學生雖然在老師的指導下獲得實驗數(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，學生會覺得實驗難做，實驗意義不大，嚴重影響學生的學習興趣。
在這種情況下，數(shù)字化探究實驗室產(chǎn)品應運而生，為中學理科實驗教學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，可以幫助學生輕松的對實驗結果進行分析處理，讓學生通過探究實驗對科學規(guī)律進行再發(fā)現(xiàn)，使理科實驗教學得到大大的簡化，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，使其在基礎教育中能得到廣泛的應用。在發(fā)達國家，數(shù)字化探究實驗室早已經(jīng)成為基礎教育中必備的工具，而在我國，在課程改革的要求下，也開始了關于數(shù)字化探究實驗室在基礎教育中的嘗試。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上，中國教育部在2003年制定的《普通高中物理課程標準（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中，正式拉開了在我國基礎教育部分廣泛應用數(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教育裝備標準，數(shù)字化探究實驗室作為基礎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)換成標準的電信號，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．數(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)新教學手段，促進信息技術與課程的全面整合
“信息技術應包括：現(xiàn)代感應技術、通訊技術、計算機智能技術和控制技術。”
科技的進步必然促進教育的發(fā)展，近年來，信息技術的飛速發(fā)展，給教育教學領域帶來翻天覆地的變化，新型的教學設備提供了全新的教學手段，開拓了全新的視野，更產(chǎn)生了的全新的成果，其中信息技術與學科教學的整合已經(jīng)成為世界教育領域發(fā)展的潮流。
科學的本質(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，它從理科教學的重要環(huán)節(jié)——實驗入手，通過數(shù)字化的實驗設備去解決理化生學科教學中的問題，不僅提高了教學效率，解決了教學難題，更進一步培養(yǎng)了學生的動手能力和探究精神。這種新型的教學設備是教育技術發(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模式，為教學改革的創(chuàng)新提供了舞臺，為促進信息技術與中學理科教學的全面整合起到了革命性的作用！
2．更新教學理念，適應新課改的需要
現(xiàn)代教育的理念是不僅要使學生獲得一定的知識和技能，更要通過學習過程養(yǎng)成科學的思維和研究方法，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教育課程改革。新課改提倡全面發(fā)揮學生的主動性，使學生較為深入地學習物理、化學、生物實驗的有關理論、方法和技能，進一步提高學生的實驗素養(yǎng)。主要表現(xiàn)為，激發(fā)學生實驗探究的興趣，增強學生的創(chuàng)新意識，培養(yǎng)學生實事求是、嚴謹認真的科學態(tài)度，養(yǎng)成交流與合作的良好習慣，發(fā)展學生的實踐能力等方面。
新課程標準要求學生通過強化實驗方案的自我設計，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果評估。而數(shù)字化探究實驗室在激發(fā)學生興趣，幫助師生更好地對實驗過程探究、實驗誤差分析、實驗結果評估等方面顯然具有傳統(tǒng)實驗設備無法超越、無可比擬的優(yōu)勢。
所以，數(shù)字化探究實驗室的推廣與運用，不僅是教學手段的創(chuàng)新，更是教學理念的革命！
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