理化生实验室设备中为什么要有数字化设备?

发布网友 发布时间：2022-04-25 02:50

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热心网友 时间：2023-10-22 03:34

热心网友 时间：2023-10-22 03:34

关于理化生课程所需的实验室建设以及实验室设备想必大家都不陌生，但是在最近几年在关于初中高学校实验室设备的配置方面又有了很大的改革以及更新换代，本期咱们就来讲一下理化生实验室设备中为什么要有数字化设备？

一、数字化实验设备的研发背景

众所周知，我国目前正轰轰烈烈的进行中小学课程改革。课程改革的核心理念，就是要强化学生的自主探究性学习，让学生通过自主探究性学习，掌握新的知识，获得新技能，培养科学探究的能力。

在课程改革的新形势下，理科教学中理化生实验教学的地位显得更为重要，许多的知识、规律不再是由教材直接给出后通过教师灌输给学生，而是要求让学生通过探究性实验来再发现，这就对理化生实验室的建设提出更高的要求。

威成亚为学校建设的数字化生物实验室

传统的理化生实验室的缺陷最主要有以下几个方面：

1.传统实验仪器的分辨率不高，影响了探究实验的结果；

2.传统实验室中实验数据的记录只能采用手工记录，数据采样率不高，对实验结果的精确度影响较大，更重要的是这种传统的数据记录方法面对一些快速连续变化的量时往往*为力，导致一些实验无法完成；

3.中学生分析处理数据的能力不强。

长此以往，学生会觉得实验难做，实验意义不大，严重影响学生的学习兴趣。

在这种情况下，威成亚联合清华大学研究中心达成合作，研发了数字化实验室系列产品，为中学理科实验教学提供完美的解决方案。

二、数字化实验设备的构成

数字化(探究性)实验室系统由数据采集器（+软件）、系列传感器、及附件构成。

威成亚数字化实验室系统结构图

（一）采集器

采集器是微处理器控制的智能设备，其作用是采集多个电脉冲信号，并转换成数字数据信息记录保存，故称数据采集器简称采集器。是一种具有现场实时数据采集，处理功能的自动化设备。为现场数据的真实性，有效性，实时性，可用性提供了保证。

具备实时采集，自动存储，即时反馈，自动处理，自动传输功能。通过数据线与计算机/平板电脑进行数据的传输。

威成亚研发生产的智能采集器

威成亚研发生产的标准采集器

（二）传感器

传感器是一种将测得非电信号转换成电信号,并对该微小的电信号进行放大且按照一定规律输出的器件或装置。

威成亚目前已研发、生产60余种不同功能的传感器，且传感器的种类正在根据教学内容与要求不断扩展，基本覆盖初高中所有实验。

威成亚研发生产的传感器

（三）附件

有了采集器和传感器，只解决了数字化实验室中数据测量的基本测量装置。如果将先进的手段和精密的测量与传统的实验环境结合，会带来巨大的误差。

基于教材和实验的要求，根据数字化实验的特点而研发的配套附件，大大提高了数字化实验的优越性。从根本上解决了传统实验中无法实现的或误差大的测量。

威成亚研发生产的数字化实验室附件

三、数字化实验设备的应用优势

1.实验“可视化”，解决了传统实验受力现象无法直观呈现的问题，例如“斜面上力的合成与分解”实验：

数字化实验

此实验为教学重点，但也是讲解难点。受限于受力大小和方向“看”不到，使得传统实验手段无法完成。

而数字化实验，能够通过传感器可实时显示物体的受力大小及方向，并可以通过图像拟合进一步学习掌握平行四边形定则内容。

2.实验设备简单，数据准确。解决了传统实验设备连接复杂，过程容易出现失误，实验结果无法量化分析的问题。例如“法拉第电磁感应”实验：

数字化实验2

传统实验过程中，仪器组装需要连接多个元件，容易由于连接错误导致实验失败，数据难以精确测量，无法进行对比实验。

数字化实验器材连接起来就简单许多，且可通过智能电源进行组合波操作，通过传感器精确采集数据，能够进行相关性分析。

3.可同时持续记录多组实验数据，方便观察分析不同变量对实验结果的影响。例如“气体流速与压强”实验：

数字化实验3

传统实验只能进行初级的现象观察，无法深入探究。

数字化实验通过采集三组传感器数据，可深入探究管径不同时气体流速与压强的关系，并将实验结果完美呈现在软件当中，方便后续对比分析。

4.在软件中内置实验原理动画，老师可以选择让学生对实验进行预习和复习，或者自行操作实验，以提高学生学习的自主性，加深理解。

数字化实验4

四、数字化实验设备的市场前景

现代信息技术和传感技术的发展，对数字化实验室的产生提供了技术支撑。

相比传统实验，数字化实验更真实、更具体、更直观的对真实世界进行反馈，尊重实验的科学性。通过简化实验设备的复杂程度、更好地监控实验过程，保证了实验的成功率，降低老师授课难度。

我们对10个常见实验进行研究，据统计，利用数字化实验手段反复实验，其成功率达到99%。

有了数字化设备，能帮助学生开展自主性学习，提升学生的数学图形分析能力、对复杂物理问题的分析判断能力以及联想探究能力。

研究表明，数字化实验在提高学生学习兴趣、转变学生学习方式以及树立正确的价值观等方面都有着积极的作用。

在这个注重科学素养、创造性思维培养的时代，数字化设备无疑是理化生实验室的标配，必然会有越来越多的学校需要配置，市场潜力不容忽视。