建設數字化實驗室有以下幾方面的重要意義:
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,不僅無法引起學生的興趣和注意,反而會使學生感到厭煩。
數字化實驗室拓展問題探究的廣度,借助數字化實驗室,把很多原來只能意會的問題數字化、外顯化,它的可攜帶性使實驗可直接應用于真實情境,更容易解決生活中的實際問題,如可用數字化實驗設備測定酸雨、水質污染等環境污染問題。
數字化設備對探究問題的深度提出了更高的挑戰,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的正負極,讓學生在學習交叉分類法的同時又參與了探究活動。
預測和假說更具方向性和指導性。
預測與假說是學生根據初步的資料與事實材料,運用已知的科學原理,充分發揮想象力和創造力,對所研究的物質的本質和規律提出的一種初步設想。假設是一種帶方向性的、有待驗證的思想,又是一種組織研究的過程,確定研究邏輯、制定研究途徑的方法。
在數字化設備的支持下,通過初步方向性探究,提供了大量的有用的數據提示,使我們可以縮小預測范圍,有效控制預測和假說的變量,讓對問題的預測和假說更具方向性和指導性。
豐富了探究方案的選擇。
數字化設備的引入,擴大了學生的參與面,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生都能參與探究的實驗。數字化設備的引入,使很多原本傳統中小學階段教學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。
方便了證據的收集。
數字化實驗設備含:傳感器——數據采集器——計算機——應用軟件,計算機和傳感器的介入更快更準確的獲得可連續的監測和采集實驗數據,從而節省了教學時間,使精力投入更有創造性的方面。實踐證明,過分要求操作的實驗,讓學生的精力主要集中在實驗操作上,不利于學生探究思維的培養。利用探究實驗設備測出來的數據和證據以數字、圖表為主,更客觀、真實地展現實驗過程和收集到的證據。
作為實驗數據的記錄,傳統實驗是采樣的方法來記錄,容易有疏漏,在數字化實驗設備中如實記錄了每一個實給過程的數據。特別是對那些現在沒法解釋的數據,記錄下來在以后的學生中尤為重要。
解釋與結論更加真實有效。
借助數字化設備和相關的數學工具進行的數據分析,利用已有的原理和方法,充分利用各種科學探究中的統計方法,讓我們能透過反應現象看反應本質,使我們的結論更加科學,使我們對問題的解釋更加客觀,真實、有效。
學生間相互討論各自對問題的解釋,能夠引發新的問題,有助于學生將實驗證據、已有的科學知識和他們所提出的解釋這三者之間更緊密地聯系起來。終,學生能解決彼此觀點中的矛盾,鞏固以實驗為基礎的論證。
反思與評價更加客觀有效的。
數字化實驗設備的引入讓探究活動反思更細致,借助設備可記錄整個實驗過程。如在實驗中存在一些數據異常,給了我們分析、質疑、反思、評價時更客觀的依據。特別是對實驗結果和預測不同的分析,通過同學們相互質疑和討論分析,就可搞清楚數據結果有誤的原因。
數字化實驗設備的引入使評價更客觀,更具備發展性,有利于學生的成長。如在配制一定物質的量濃度的溶液時,由于課堂教學中教師不可能一一觀察到所有學生的實驗操作是否規范,只憑定容是否準確而不是根據溶液濃度是否準確來判斷,這種做法當然有失偏頗。借助離子電極或電導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,也給了學生反思的空間,學會誤差分析,學會如何在實驗中有效的控制誤差。這種誤差分析和控制也是新課標對學生提出的能力要求。
表達和交流更加清晰、明了的。
數字化實驗設備讓學生分享探究心得的體會時的表達與交流更清晰、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,更方便的再現實驗當時的真實情境,在這種回放情境中相互的表達和交流是更加容易讓人理解,產生共鳴。同樣的功能若用在高考實驗復習階段,復習效率將會大大提高。
中學物理數字化探究實驗室建設方案
序號 名稱
1 教師演示臺
2 學生實驗臺
3 學生凳
4 計算機
1 數字化實驗考試系統
2 數據采集器
3 傳感器藍牙模塊
3 分析軟件
4 聲音傳感器
5 溫度壓強一體傳感器
6 電流電壓組合傳感器
7 光強傳感器
8 位移傳感器
9 力傳感器
10 微電流傳感器
11 磁場傳感器
12 光電門傳感器(可同時連接4個門閘,標配2個門閘)
13 電子羅盤
14 核輻射傳感器
15 加速度傳感器
16 轉動(旋轉運動)傳感器
17 傳感器附件
南京師范大學課程資源研究所
研究所可提供的中小學系列教育產品有:
中小學科技館、AI與VR實驗室、人工智能實驗室、創意智造教室、航模探究實驗室、創客實驗室建設方案、機器人實驗室建設方案、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、自然災害)、數學探究實驗室、低碳與環保實驗室、高中物聯網實驗室、現代農業科普館、生命科學實驗室、初中地理探究實驗室、高中地理探究實驗室、初中生物創新實驗室、高中生物創新實驗室、數字化實驗室、壁掛式科技館(智慧墻)建設方案、幼兒園科學發現室建設方案、通用技術實驗室-設計室建設方案、通用技術實驗室-實踐室建設方案、電子控制技術實驗室建設方案、大篷車展品、中小學STEAM教室、綜合實踐室、勞技實驗室、禁毒體驗館、室外科技館、古代科技教育館、生命鏈康安全體驗教室