理化生數(shù)字化探究實驗室建設(shè)方案
一、建設(shè)數(shù)字化探究實驗室的重要意義
物理學(xué)、化學(xué)和生物學(xué)是以實驗為基礎(chǔ)的自然科學(xué)，可以說理科實驗是物理學(xué)、化學(xué)和生物學(xué)賴以生存并不斷發(fā)展的基礎(chǔ)。從一定意義上說，實驗就是物理學(xué)、化學(xué)和生物學(xué)學(xué)科的生命線。抓住“以實驗為基礎(chǔ)”這一基礎(chǔ)特征，不僅能使學(xué)生加深理解，鞏固化學(xué)基礎(chǔ)知識，更重要的意義在于可以培養(yǎng)學(xué)生形成科學(xué)的思維方式，掌握科學(xué)的研究。高中新課程物理學(xué)、化學(xué)和生物學(xué)教材把相當(dāng)多的驗證性實驗改為探究性實驗，更有利于激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，有利于提高學(xué)生分析問題和解決問題的能力，有利于培養(yǎng)學(xué)生實事求是，嚴(yán)肅認(rèn)真地科學(xué)態(tài)度，有利于培養(yǎng)學(xué)生的欲望和能力，也有利于使學(xué)生將所學(xué)的知識和技能應(yīng)用于科學(xué)技術(shù)的和日常生活等方面。
在新一輪的課程改革中，科學(xué)探究不僅被作為重要的理念強(qiáng)調(diào)、作為教學(xué)建議提出，而且被列入了課程目標(biāo)和內(nèi)容標(biāo)準(zhǔn)之中。但在中學(xué)開展探究性實驗教學(xué)多年來，特別是在實行高中新課改以來，一直存在以下幾個困難：一是探究活動需要時間的與緊張課時的矛盾；二是探究實驗設(shè)備特別是較的數(shù)字化實驗設(shè)備的需要與實際設(shè)備不足的矛盾；三是課本上驗證性實驗過多而探究性實驗不足的矛盾；四是定性實驗過多，定量實驗過少的矛盾；五是探究實驗的過程的體驗與嚴(yán)謹(jǐn)?shù)膶嶒灢僮饕蟮拿堋?/p>
數(shù)字化實驗室的建設(shè)可以解決缺少探究設(shè)備的問題；同時由于它的快速直觀也可緩解課堂教學(xué)時間緊張的問題；它的靈活、方便、易用性可改變部分傳統(tǒng)實驗過度要求規(guī)范操作導(dǎo)致的重細(xì)節(jié)忽視整體實驗過程體驗的問題。從此在中學(xué)物理學(xué)、化學(xué)和生物學(xué)中大量的定性實驗引入定量要素，從關(guān)注實驗現(xiàn)象轉(zhuǎn)變成關(guān)注實驗過程與原理，再結(jié)合其它科學(xué)探究的要素，從而使中學(xué)物理學(xué)、化學(xué)和生物學(xué)實驗由此進(jìn)入準(zhǔn)科學(xué)探究的階段。
建設(shè)數(shù)字化實驗室有以下幾方面的重要意義：
1、 可拓展探究問題的深度和廣度。
問題是探究活動的核心，但是枯燥、平淡的問題味同嚼蠟，不僅無法引起學(xué)生的興趣和注意，反而會使學(xué)生感到厭煩。
數(shù)字化實驗室拓展問題探究的廣度，借助數(shù)字化實驗室，把很多原來只能意會的問題數(shù)字化、外顯化，它的可攜帶性使實驗可直接應(yīng)用于真實情境，更容易解決生活中的實際問題，如可用數(shù)字化實驗設(shè)備測定酸雨、水質(zhì)污染等環(huán)境污染問題。
數(shù)字化設(shè)備對探究問題的深度提出了更高的挑戰(zhàn)，如在原電池實驗中，利用簡單的實驗，電極、溶液的相互組合判斷原電池的形成條件及相應(yīng)的正負(fù)極，讓學(xué)生在學(xué)習(xí)交叉分類法的同時又參與了探究活動。
2、 預(yù)測和假說更具方向性和指導(dǎo)性。
預(yù)測與假說是學(xué)生根據(jù)初步的資料與事實材料，運(yùn)用已知的科學(xué)原理,充分發(fā)揮想象力和創(chuàng)造力，對所研究的物質(zhì)的本質(zhì)和規(guī)律提出的一種初步設(shè)想。假設(shè)是一種帶方向性的、有待驗證的思想，又是一種組織研究的過程，確定研究邏輯、制定研究途徑的。
在數(shù)字化設(shè)備的支持下，通過初步方向性探究，提供了大量的有用的數(shù)據(jù)提示，使我們可以縮小預(yù)測范圍，有效控制預(yù)測和假說的變量，讓對問題的預(yù)測和假說更具方向性和指導(dǎo)性。
3、 豐富了探究方案的選擇。
數(shù)字化設(shè)備的引入，擴(kuò)大了學(xué)生的參與面，降低了實驗操作水平的要求，同時也降低了分析難度，由原來的演示實驗變成了可讓每個學(xué)生都能參與探究的實驗。數(shù)字化設(shè)備的引入，使很多原本傳統(tǒng)中小學(xué)階段教學(xué)中無法實施的實驗方案變得可能，給了我們更多的選擇空間。
4、 方便了證據(jù)的收集。
數(shù)字化實驗設(shè)備含：傳感器——數(shù)據(jù)采集器——計算機(jī)——應(yīng)用軟件，計算機(jī)和傳感器的介入更快的獲得可連續(xù)的監(jiān)測和采集實驗數(shù)據(jù)，從而節(jié)省了教學(xué)時間，使精力投入更有創(chuàng)造性的方面。實踐證明，過分要求操作的實驗，讓學(xué)生的精力主要集中在實驗操作上，不利于學(xué)生探究思維的培養(yǎng)。利用探究實驗設(shè)備測出來的數(shù)據(jù)和證據(jù)以數(shù)字、圖表為主，更客觀、真實地展現(xiàn)實驗過程和收集到的證據(jù)。
作為實驗數(shù)據(jù)的記錄，傳統(tǒng)實驗是采樣的來記錄，容易有疏漏，在數(shù)字化實驗設(shè)備中如實記錄了每一個實給過程的數(shù)據(jù)。特別是對那些現(xiàn)在沒法解釋的數(shù)據(jù)，記錄下來在以后的學(xué)生中尤為重要。
5、 解釋與結(jié)論更加真實有效。
借助數(shù)字化設(shè)備和相關(guān)的數(shù)學(xué)工具進(jìn)行的數(shù)據(jù)分析，利用已有的原理和，充分利用各種科學(xué)探究中的統(tǒng)計，讓我們能透過反應(yīng)現(xiàn)象看反應(yīng)本質(zhì)，使我們的結(jié)論更加科學(xué)，使我們對問題的解釋更加客觀，真實、有效。
學(xué)生間相互討論各自對問題的解釋，能夠引發(fā)新的問題，有助于學(xué)生將實驗證據(jù)、已有的科學(xué)知識和他們所提出的解釋這三者之間更緊密地聯(lián)系起來。終，學(xué)生能解決彼此觀點(diǎn)中的矛盾，鞏固以實驗為基礎(chǔ)的論證。
6、 反思與評價更加客觀。
數(shù)字化實驗設(shè)備的引入讓探究活動反思更細(xì)致，借助設(shè)備可記錄整個實驗過程。如在實驗中存在一些數(shù)據(jù)異常，給了我們分析、質(zhì)疑、反思、評價時更客觀的依據(jù)。特別是對實驗結(jié)果和預(yù)測不同的分析，通過同學(xué)們相互質(zhì)疑和討論分析，就可搞清楚數(shù)據(jù)結(jié)果有誤的原因。
數(shù)字化實驗設(shè)備的引入使評價更客觀，更具備發(fā)展性，有利于學(xué)生的成長。如在配制一定物質(zhì)的量濃度的溶液時，由于課堂教學(xué)中教師不可能一一觀察到所有學(xué)生的實驗操作是否規(guī)范，只憑后定容是否準(zhǔn)確而不是根據(jù)溶液濃度是否準(zhǔn)確來判斷，這種做法當(dāng)然有失偏頗。借助離子電極或電導(dǎo)率儀或密度計可以立即測定出氯化鈉溶液濃度是否與要求相符，也給了學(xué)生反思的空間，學(xué)會誤差分析，學(xué)會在實驗中控制誤差。這種誤差分析和控制也是新課標(biāo)對學(xué)生提出的能力要求。
7、 表達(dá)和交流更加清晰、明了的。
數(shù)字化實驗設(shè)備讓學(xué)生分享探究心得的體會時的表達(dá)與交流更清晰、明了，利用實驗的同步回放，可分析每一實驗不同時間段的情況，更方便的再現(xiàn)實驗當(dāng)時的真實情境，在這種回放情境中相互的表達(dá)和交流是更加容易讓人理解，產(chǎn)生共鳴。同樣的功能若用在高考實驗復(fù)習(xí)階段，復(fù)習(xí)效率將會大大提高。
中學(xué)生物數(shù)字化探究實驗室建設(shè)方案
一、基礎(chǔ)設(shè)備（教師1套，學(xué)生7套）
編號名稱單位數(shù)量
1教師演示臺張1
2教師電源套1
3教師椅把1
4學(xué)生實驗臺張7
5洗眼器套1
6高壓三聯(lián)水嘴套1
7教師pp水槽套1
8水槽柜套1
9學(xué)生電源套14
10四腳圓面學(xué)生凳張56
11實驗室接線調(diào)試套1
12實驗室給排水系統(tǒng)套1
13儀器柜個4
14計算機(jī)臺1
二、生物數(shù)字化探究實驗儀器配置清單15套(教師1套，學(xué)生14套，4人/組，56人)
序號名稱單位數(shù)量
1數(shù)字化實驗考試系統(tǒng)套1
2智能數(shù)據(jù)采集器套15
3傳感器藍(lán)牙模塊套15
4分析軟件套1
5電流傳感器套15
6電壓傳感器套15
6壓強(qiáng)傳感器套15
7電導(dǎo)率傳感器套15
PH傳感器套15
8光強(qiáng)傳感器套15
9二氧化碳傳感器套15
10溶氧傳感器套15
11氣中氧傳感器套15
12心率傳感器套15
13濕溫度一體傳感器套15
14溫度傳感器套15
15濕度傳感器套15
16心電圖(EKG)傳感器套15
17呼吸率傳感器套15
18露點(diǎn)傳感器套15
19二氧化硫傳感器套15
20空氣質(zhì)量檢測傳感器套15
21人體感知傳感器套15
22傳感器附件套15
三、生物探究實驗儀器：15套（教師1套，學(xué)生14套），配置如下：
序號產(chǎn)品名稱單位數(shù)量
合計
1植物光合作用呼吸作用蒸騰作用演示器套15
2推球運(yùn)動套15
3植物根的生長觀察器套15
4自動澆水器（自動噴水器）制作材料★（提供樣品）套15
5研究植物套15
6臺式數(shù)碼顯微鏡套15
7生命游戲套1
8讀心轉(zhuǎn)盤套1
9血型與遺傳套1
10顏色與密碼套1
我公司有生產(chǎn)廠房20000平方米，并有成套生產(chǎn)設(shè)備，本公司集研發(fā)、生產(chǎn)、銷售于一體，主要生產(chǎn)和經(jīng)營理化生數(shù)字化探究實驗室、中小學(xué)科學(xué)探究實驗室、中小學(xué)科技、創(chuàng)客實驗室、校園科技館、高中通用技術(shù)實踐室、教育機(jī)器實驗室等現(xiàn)代化教學(xué)裝備。
我公司具有雄厚的設(shè)計及生產(chǎn)能力，可根據(jù)客戶的需求定制各種款式和風(fēng)格的產(chǎn)品，公司擁有一批精干的研發(fā)人員和營銷團(tuán)隊。我公司先后引進(jìn)多臺進(jìn)口生產(chǎn)設(shè)備，并在生產(chǎn)過程中對每一道生產(chǎn)環(huán)節(jié)嚴(yán)格要求，同時內(nèi)部管理，以確保所有的產(chǎn)品質(zhì)量、在提高產(chǎn)品質(zhì)量的同時，我公司更加注重聽取廣大用戶的建議，組織科研人員不斷研發(fā)新產(chǎn)品，積極跟進(jìn)現(xiàn)代教育的發(fā)展趨勢。對于我公司產(chǎn)品性能和、快捷的服務(wù)也深受到廣大客戶的認(rèn)可，并獲得。
我公司發(fā)揚(yáng)“敬業(yè)、專注、誠信、”的企業(yè)精神，在科技飛速發(fā)展的今天，以傳承科技、啟迪未來的科技和機(jī)制為動力，向國際化、高科技型現(xiàn)代化企業(yè)的目標(biāo)前進(jìn)。
公司產(chǎn)品有：中小學(xué)科技館、科技實驗室、科學(xué)探究實驗室、創(chuàng)客實驗室、數(shù)學(xué)探究實驗室（計算機(jī)數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)）、AI與VR實驗室、人工智能實驗室、創(chuàng)意智造教室、航模探究實驗室、創(chuàng)客實驗室建設(shè)方案、機(jī)器人實驗室建設(shè)方案、新能源與新材料探究實驗室、安全教育實驗室（交通安全、消防安全、自然災(zāi)害）、低碳與環(huán)保實驗室、高中物聯(lián)網(wǎng)實驗室、現(xiàn)代農(nóng)業(yè)科普館、生命科學(xué)實驗室、初中地理探究實驗室、高中地理探究實驗室、初中生物實驗室、高中生物實驗室、壁掛式科技館(智慧墻)建設(shè)方案、幼兒園科學(xué)發(fā)現(xiàn)室建設(shè)方案、通用技術(shù)實驗室-設(shè)計室建設(shè)方案、通用技術(shù)實驗室（實踐室）建設(shè)方案、電子控制技術(shù)實驗室建設(shè)方案、大篷車展品、中小學(xué)STEAM教室、綜合實踐室、勞技實驗室、禁毒體驗館、室外科技館、生命主題科普館、社區(qū)科普科技館、綜合實踐基地、綜合實踐實驗室。
