论数字化实验室的建设标准—南京市第三高级中学科学馆改造工程纪实

2011-11-07沈卫

中国现代教育装备 2011年6期

关键词：三中实验室数字化

沈卫

江苏省南京市第三高级中学江苏南京 210001

论数字化实验室的建设标准—南京市第三高级中学科学馆改造工程纪实

沈卫

江苏省南京市第三高级中学江苏南京 210001

数字化实验室是一种数字化的中学理化生实验新产品，它是由“采集器+传感器+组合教具+软件”组成，借助实验系统，教师和学生可以直观、精确地实现各种实验数据的采集和数据分析处理，高效达成实验结论的验证。

目前普遍存在的现状是，由于学校实验用场地、资金等因素限制，传统实验室建设往往投入较大，大部分经费花在购买实验教具之上，从传统的经典实验到不断变化的创新性实验，实验教具越来越多，投入也越来越大，设备管理也越来越不方便；而且传统的实验室不能保证实验分组中每一个学生都能亲自动手操作实验，更多是协助或观看实验，大部分的时间都用在数据记录及数据处理之上，如果能精确并简化数据记录采集过程，简化单一重复的数据处理过程，每一个学生都有机会自己进行至少一次的实验操作。

为满足新课改理科教学的要求，以激发学生的学习兴趣、提高学生的操作能力为目的，数字化探究实验室应运而生，利用数字化实验设备，通过简单的手段获得精确的实验结果，同时对数据进行分析整理，节省课堂学时；先进的数字化采集手段，将很多物理量如磁场、光强等从原来的定性观察变为定量记录，能同时记录多个动态的物理量，进行协同分析比较，将难以开展的实验变为可能，更好地阐述原理，加深了解，提高课堂教学效率。

笔者以南京市第三高级中学（以下简称南京三中）多功能科学馆的建设为例，简单阐述数字实验室建设的标准。

一、南京三中科学馆改造方案的提出

南京三中科学馆始建于1996年，占地面积920平方米。总建筑面积为4200平方米。随着教育现代化的快速发展，原南京三中科学馆的各项功能已逐渐不能适应学校教育教学的需求。为了达到新课程方案的标准以及新的教学手段在教学中的广泛运用，学校于2006年启动了科学馆改造方案的论证。

改造方案先后几易其稿。前期实地考察了南京外国语学校、中华中学两所学校的数字化实验室,学习他们在这方面的优秀经验；然后广泛吸收了校内教职工各种合理建议并请各方面的专家会诊把脉、出谋划策,最终形成了具有南京三中特色的科学馆——集数字实验（实践）室和网络多媒体应用室为一体的全新科学馆,如图1。本次改造,土建和装潢部分投资300多万元。工程由农业部南京设计院设计,相关建设公司提供设备并负责该项目的施工建设。

图1

经过改造后的科学馆成为一座崭新的集理化生常规实验室、理化生数字化实验室、信息技术教室、通用技术实践室、阶梯教室、电视台、天文台、网络中心和图书馆为一体的多功能建筑。新的南京三中科学馆已经成为学校教育教学中心工作服务的多功能的核心建筑，如图2、图3所示。

图2

图3

二、科学馆改造的具体工程实施

在科学馆改造工程的具体实施过程中，一切遵循科学合理、长远发展的观念，坚持对师生负责和节能环保的原则来进行，坚持每一步都做到规范、严谨，重视质量保证。科学馆改造工程由三大部分组成。

一是土建、水电改造：对原建筑物外立面装修、内墙重新粉刷、局部吊顶和更换门窗，包括对三中电视台进行了重新装潢。重做了屋顶防水层和楼内卫生间，封闭外走廊、内走廊两侧，新增了安全玻璃低窗，有效解决了原楼内各处的渗漏和采光问题。根据建设新规范要求，更新了楼内的供水和供电系统，满足了科学馆对水电的需求，提高了室内照明等级，改善了楼内消防系统。在施工中安装了室内空调管桥架，使空调可以较隐蔽地安装在楼顶和一楼地面上，有效解决了建筑物外墙的空调瘤和安全问题。通过改造科学馆新增了一个可容纳约200人的阶梯教室、2个理化生数字化实验室和3个通用技术实践室，满足了新课改的教学需要，如图4所示。

图4

二是弱电改造：科学馆是学校的神经中枢，在改造中全面排放了网络、电视、电话、广播、安防等各种弱电管线并预留了课堂实录系统的管线，如图5、图6所示。

图5

图6

三是设备更新：全面更新了理化生实验室的桌椅橱柜，新增了1个生化数字化实验室、1个物理数字化实验室和3个通用技术实践室的全套装备，各个实验室安装了白板和短焦投影仪，在阶梯教室和数字化实验室还安装了电子白板，使教师上课告别了黑板和粉笔。

科学馆的改造是在资金极端困难的情况下进行的，南京市教育局洪伟局长两次带领市、区教育局的同志到学校开会，协调各种矛盾，在改建资金上给予了大力的支持，并对科学馆的改建方案提出指导性意见。洪局长还特别强调“三中科学馆的改建不仅起点要高，更要注重质量和规范”。南京市教育局、白下区政府和白下区教育局给予了大力的支持和帮助，施工单位和设备供货单位也给予了最大的优惠和宝贵的捐赠。

现在科学馆的改造工程虽已基本结束，但还有很多的事要做，继续争取上级和各方的支持进一步完成数学数字化实验室、电视台、课堂实录系统等设备的采购，继续完成对生物标本展厅和通用技术展厅的设计和布展。从而进一步完善和提高科学馆的功能和作用，为提升南京三中的教育教学水平提供现代科技的平台。

三、科学馆建成后的管理与成效

建成后的南京三中科学馆，到目前为止，先后承担了“南京市初中学生劳动与技术作品制作竞赛”“南京市通用技术基本功大赛”“南京市信息技术基本功大赛”等市区级各学科教研活动，另外还多次接待了国际交流学校及省内外各教育代表团的参观与考察。

科学馆设立实验员集中办公制度，实验室管理人员树立服务意识，强化管理出效益，日常规范化管理，各项管理规章制度全部上墙。在传统的纸质管理的基础上，逐步探索发展电子化网络管理，各种场馆的应用、预约，各种设施设备的维护、保修等都已经实现了网络管理（如图7），从而提高了办公效率，保证了教育技术装备为一线教师服务的实效性。

图7

“十五”期间，我们先后利用科学馆先进设施设备完成了全国教育科学“十五”规划课题“普通高中选修课Ⅱ课程开发与实验研究”、中央电化教育馆“高中课程改革中运用信息技术培养学生的自主学习能力和创新意识的研究”以及市级课题“中学生自主发展的教育创新系列研究”“运用网络教学，提高中学课堂教学效益的研究”等。其中“高中课程改革中运用信息技术培养学生的自主学习能力和创新意识的研究”获得国家级三等奖；“运用网络教学，提高中学课堂教学效益的研究”获得江苏省二等奖。

四、建设数字化实验室的必要性阐述

数字化实验室的建设是将信息技术与实验教学过程科学地融合在一起，来营造一种新型互动式的教学环境。通过数字化实验系统的应用，目的是完善现有实验教学手段，培养学生掌握一种新的科学实验方法，培养学生的实践能力和创新精神。

功能一：完善物理、生化实验教学的方式。实验教学是理科学习的重要方式之一，但是，随着新课程标准的实施，信息技术的发展，大量的数字化实验仪器与手段已不断应用于新教材的实验教学，使传统物理、生化实验室无法完成或者完成不好的实验得到了很好的改进。

功能二：实时实验、省时省力，提高学习效率和质量。数字化信息系统实验室的基本构成为：“力、热、声、光、电”等系列传感器+生化系列传感器+数据采集器+计算分析显示+网络系统。数字化仪器具备“实时实验”功能，收集的是实验真实数据，学生能即时看到实验结果。数据收集、处理和图线描绘由计算分析显示+网络系统完成，因此教学中师生们可以从数据读取、记录、公式运算和图线描绘等繁琐的事情中解放出来，为完成学习方式的改变与多样化，扶植学生的自主探究钻研，进行广泛的体验、合作和交流提供了大量时间。学生数字化实验能力的提升，利用实时实验所节省的时间，可以对物理景象、生化现象和规律进行深入的分析和讨论，从而提高学习过程的质量。

功能三：为学生自主学习、合作学习和拓展性学习的广泛开展提供有利条件，促进学生探究精神和探究性思维的发展。

五、数字化实验室的建设标准简述

数字化物理、生化实验室整体设计思路应体现：科学性、创新性、开放性与先进性。实验室内应提供良好的设备安装及运行环境，避免设备在恶劣的环境中运行，这既有利于提高设备系统的无故障运行时间，也会减少意外事故的发生。良好的环境还可以延长设备的使用寿命。根据南京三中的建设经验，简要谈一下数字化实验室基础装备的一般规格要求：

1.桌椅

打破传统双人式的桌椅模式，可以根据教室的大小及环境，采用4人桌的设计；桌椅材质的选择质量牢固、绿色环保、方便打扫；桌面材质的选择要做到耐磨、耐热、耐腐蚀；桌椅的颜色要合理搭配，营造安静、愉悦、创意的实验氛围。

2.地面

使用抗静电地板（改建），地面清爽、整齐美观、经久耐用、性价比高、方便打扫。

3.墙面

墙面的设置，充分利用了空间，制作成文化墙，让其包含有现代信息技术和探究性实验的文化元素。具备感染力，增强学生对信息技术与常规实验结合的认识度。墙上布置探究实验发展史、各类设备的图片介绍、主流信息、实验程序图等。

4.照明

实验室采用自然光及辅助照明,操作台面的照度均匀度不应低于0.7,室内无可见眩光,有良好的照明度。外墙窗户装有厚窗帘,避免阳光直接照射设备。

5.空调与通风设备

（1）室内温度：因设备而异,通常的要求为5～40℃。一般情况下,应保证网络设备运行在18～22℃的室温环境下。

（2）室内湿度：因设备而异，一般为20%～80%，不结露。

（3）实验室需要安装必要的空调设备和通风设备。保证实现以上提到的温度和湿度条件。实验室内部还应保持空气清洁,人员出入时应换拖鞋或鞋套,同时,空调设备和通风设备应具备空气净化功能。