中小学实验教学数字化平台建设与应用

张蕾

摘要：数字化实验室是传统实验室与计算机技术、网络通讯技术、多媒体技术等相关信息加工处理与传 播技术有机结合的产物，是以实验的教与学为中心的综合性开放型实验教学环境平台。 中国数字化实验室 的发展经历了教学课件、仿真实验、虚拟仪器、数字化实验仪器4个阶段。数字化实验室建设的原则和建设 要求为实验教学、科研与管理等资源的有效整合提供了保证。

关键词：传统教学仪器;数字化实验仪器;数字化实验室

伴随着信息技术和传感技术的发展，数字化实验仪器已逐渐普及到校。目前，由计算机和数字传感系统为主要架构的数字化实验室已成为学校开 展素质教育的一个全新的教育场所。进一步说，数字化实验室建设的规模、建设的水平等将直接影响到学校实验教学的质量，将直接成为衡量学校建设水平的重要指标。 因此，我们有必要就相关问题展开探讨，以便提高中小学数字化实验室建设的水平。

1 數字化实验仪器概念阐述

数字化实验仪器是伴随着计算机和传感器的普及 和发展而产生的一种实验仪器。与传统教学仪器相比， 它更侧重于仪表的功能，一般过程为：通过传感器测量 实验数据，将测量到的实验数据经采集器转换为数字信 号后上传到计算机，运用专用软件进行数据分析，最后 得出实验结论。 数字化实验仪器具有应用范围广、测量精度高、 基础数据量大、便于过程记录、测量结果显示直观、数 据处理便捷等多方面的优势，是与信息技术时代相匹配 的、具有良好的教学效果的实验教学手段。

2 数字化实验室在中国的发展历程

从文献上看，中国的数字化实验室正式起步时间虽然从2002年算起，但其 发展很快，大致经历了以下4个阶段。

2.1 教学课件

为弥补传统教学仪器在实验教学中存在的演示不方便、不安全，实验效果不明显等方面的不足，一些软件公司相继开发了有关教学课件。虽然这些课件在一定程度上解决了教学问题，但课件只能实现演示功能，学生仍然只能被动地接受信息，无法实现信息之间的高效交流，所以这些课件只是数字化实验室发展的一个雏形。

2.2 仿真实验

伴随着计算机技术的不断发展， 仿真实验逐渐出现在各大中小学校的实验教学之中。 仿真实验无需实验器材，而是在计算机上用仿真软件模拟出现实的实验效果。这种方式不但可以重复实验、节省耗材，而且不存在安全问题。仿真实验大大解决了部分实验难题，但学生只能通过软件进行操作，无法真实体验实验仪器的各项功能，导致学生的动手动脑能力得不到有效的培养。

2.3 虚拟仪器

虚拟仪器是在以通用计算机为核心的硬件平台上，由用户设计定义实验仪器，具有虚拟的操作面板及相关测试功能， 并由测试软件实现教学功效的一种计算机仪器系统。虚拟仪器应用于实验教学，不仅可以降低实验成本，改善实验条件，减少仪器设备的损坏率，提高实验教学水平，而且可以减小实验测量 过程中的人为误差，达到提高实验测量准确度的目标。 虚拟仪器的人机界面友好，交互方便，简单易学，易于激发学生的学习兴趣，因而在培养学生主动性和创造性方面发挥了巨大的推动作用。

2.4 数字化实验仪器

数字化实验仪器的应用可以实现实验数据的实时测量、实时采集、实时分析、实时处理和实时显示，从而有效地实现了理科教学与信息技术的有效整合。在运用数字化实验仪器时， 学生可以亲手操作仪器，能亲身感知由操作所带来的实验数据的变化。这种方式不但能大大激发学生的学习兴趣， 而且为学生主动学习、主动创新提供了一个很好的平台。

3 对数字化实验室建设的要求

3.1 数字化实验室建设的原则

（1）数字化实验室建设必须遵循教育规律，服从教育思想和理念，达到国家实验室建设的规范。（2） 数字化实验室建设要凸显开放性（不仅是时间和空间的 开放，更是教学内容和教学方式的开放）、人性化（真正做到学习上的自由）和过程化（动态的、面向过程的、全方位的管理）的特点。（3）数字化实验室建设要融入学校数字化校园建设中去，要成为数字化校园建设的一部分，要与数字化校园同步建设、同步发展。（4）数字化实验室建设要充分考虑共建问题，既可以按学科共建（传统实验室与数字化实验室两室合一建设），也可以按理化生的自身特点综合性共建（理化生综合数字化实验室或生化综合数字化实验室）。

3.2 数字化实验室建设的要求

（1）构成要求。数字化实验室可单独建设，也可在原有的传统实验室基础上增加数字化仪器设备。还应建设仪器室（可与传统实验室共用）、准备室（可 与传统实验室共用，也可与仪器室合并）、实验教师室（可独立设置，也可安置在准备室内）、药品室、危险药品室 （也可在药品室内间隔出一间独立小间或配置危险药品专柜）等配套设施。（2）面积要求。数字化实验室每间使用面积不得小于 96 m2 。同时，有条件的学校可单独配套建设仪器室（24m2）、准备室（24 m2 ）、实验教师室（12 m2）、药品室（24 m2）、危险药品室（8m2）等辅助用房。（3）建筑要求。数字化实验室在建设时应充分考虑地面、门窗、综合布线系统、用电负荷等方面的建筑要求。（4）布置要求。在进行实验室布置时，学校应结合学科特点，充分体现科学性、合理性、安全性。（5）设施设备要求。数字化实验室的设施设备在配备时应充分考虑数字化实验室的特点，配备必要的基本设备、多媒体设备以及计算机数据采集处理系统等。此外，还应配备必要的软件资源（学科资源、计算机数据采集处理系统专用软件和学习评价系统等）。

结束语：

数字化实验室是传统实验室在时间和空间上的延伸，它的开放性、人性化等特点为学生自主学习、自主探究提供了良好的学习平台。数字化实验室的建设不仅要注重软件和硬件的建设，更要注重观念的建设和人员的建设，从而促进实验教学的有效开展。

参考文献

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[2]张卫光， 周坤， 吕刚. 植物病虫数字化玻片标本共享平台的建设[J]. 实验科学与技术， 2019， 017（004）：134-137.