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理化生数字化探究实验室建设方案

一、建设数字化探究实验室的重要意义

物理学、化学和生物学是以实验为基础的自然科学，可以说理科实验是物理学、化学和生物学赖以生存并不断发展的基础。从一定意义上说，实验就是物理学、化学和生物学学科的生命线。抓住“以实验为基础”这一基础特征，不仅能使学生加深理解，巩固化学基础知识，更重要的意义在于可以培养学生形成科学的思维方式，掌握科学的研究。高中新课程物理学、化学和生物学教材把相当多的验证性实验改为探究性实验，更有利于激发学生的学习兴趣，有利于提高学生分析问题和解决问题的能力，有利于培养学生实事求是，严肃认真地科学态度，有利于培养学生的欲望和能力，也有利于使学生将所学的知识和技能应用于科学技术的和日常生活等方面。

在新一轮的课程改革中，科学探究不仅被作为重要的理念强调、作为教学建议提出，而且被列入了课程目标和内容标准之中。但在中学开展探究性实验教学多年来，特别是在实行高中新课改以来，一直存在以下几个困难：一是探究活动需要时间的与紧张课时的矛盾；二是探究实验设备特别是较的数字化实验设备的需要与实际设备不足的矛盾；三是课本上验证性实验过多而探究性实验不足的矛盾；四是定性实验过多，定量实验过少的矛盾；五是探究实验的过程的体验与严谨的实验操作要求的矛盾。

数字化实验室的建设可以解决缺少探究设备的问题；同时由于它的快速直观也可缓解课堂教学时间紧张的问题；它的灵活、方便、易用性可改变部分传统实验过度要求规范操作导致的重细节忽视整体实验过程体验的问题。从此在中学物理学、化学和生物学中大量的定性实验引入定量要素，从关注实验现象转变成关注实验过程与原理，再结合其它科学探究的要素，从而使中学物理学、化学和生物学实验由此进入准科学探究的阶段。

建设数字化实验室有以下几方面的重要意义：

1、 可拓展探究问题的深度和广度。

问题是探究活动的核心，但是枯燥、平淡的问题味同嚼蜡，不仅无法引起学生的兴趣和注意，反而会使学生感到厌烦。

数字化实验室拓展问题探究的广度，借助数字化实验室，把很多原来只能意会的问题数字化、外显化，它的可携带性使实验可直接应用于真实情境，更容易解决生活中的实际问题，如可用数字化实验设备测定酸雨、水质污染等环境污染问题。

数字化设备对探究问题的深度提出了更高的挑战，如在原电池实验中，利用简单的实验，电极、溶液的相互组合判断原电池的形成条件及相应的正负极，让学生在学习交叉分类法的同时又参与了探究活动。

2、 预测和假说更具方向性和指导性。

预测与假说是学生根据初步的资料与事实材料，运用已知的科学原理,充分发挥想象力和创造力，对所研究的物质的本质和规律提出的一种初步设想。假设是一种带方向性的、有待验证的思想，又是一种组织研究的过程，确定研究逻辑、制定研究途径的。

在数字化设备的支持下，通过初步方向性探究，提供了大量的有用的数据提示，使我们可以缩小预测范围，有效控制预测和假说的变量，让对问题的预测和假说更具方向性和指导性。   

3、 丰富了探究方案的选择。

数字化设备的引入，扩大了学生的参与面，降低了实验操作水平的要求，同时也降低了分析难度，由原来的演示实验变成了可让每个学生都能参与探究的实验。数字化设备的引入，使很多原本传统中小学阶段教学中无法实施的实验方案变得可能，给了我们更多的选择空间。

4、 方便了证据的收集。

数字化实验设备含：传感器——数据采集器——计算机——应用软件，计算机和传感器的介入更快的获得可连续的监测和采集实验数据，从而节省了教学时间，使精力投入更有创造性的方面。实践证明，过分要求操作的实验，让学生的精力主要集中在实验操作上，不利于学生探究思维的培养。利用探究实验设备测出来的数据和证据以数字、图表为主，更客观、真实地展现实验过程和收集到的证据。

   作为实验数据的记录，传统实验是采样的来记录，容易有疏漏，在数字化实验设备中如实记录了每一个实给过程的数据。特别是对那些现在没法解释的数据，记录下来在以后的学生中尤为重要。

5、 解释与结论更加真实有效。

      借助数字化设备和相关的数学工具进行的数据分析，利用已有的原理和，充分利用各种科学探究中的统计，让我们能透过反应现象看反应本质，使我们的结论更加科学，使我们对问题的解释更加客观，真实、有效。

      学生间相互讨论各自对问题的解释，能够引发新的问题，有助于学生将实验证据、已有的科学知识和他们所提出的解释这三者之间更紧密地联系起来。终，学生能解决彼此观点中的矛盾，巩固以实验为基础的论证。

6、 反思与评价更加客观。

数字化实验设备的引入让探究活动反思更细致，借助设备可记录整个实验过程。如在实验中存在一些数据异常，给了我们分析、质疑、反思、评价时更客观的依据。特别是对实验结果和预测不同的分析，通过同学们相互质疑和讨论分析，就可搞清楚数据结果有误的原因。

数字化实验设备的引入使评价更客观，更具备发展性，有利于学生的成长。如在配制一定物质的量浓度的溶液时，由于课堂教学中教师不可能一一观察到所有学生的实验操作是否规范，只凭后定容是否准确而不是根据溶液浓度是否准确来判断，这种做法当然有失偏颇。借助离子电极或电导率仪或密度计可以立即测定出氯化钠溶液浓度是否与要求相符，也给了学生反思的空间，学会误差分析，学会在实验中控制误差。这种误差分析和控制也是新课标对学生提出的能力要求。   

7、 表达和交流更加清晰、明了的。

数字化实验设备让学生分享探究心得的体会时的表达与交流更清晰、明了，利用实验的同步回放，可分析每一实验不同时间段的情况，更方便的再现实验当时的真实情境，在这种回放情境中相互的表达和交流是更加容易让人理解，产生共鸣。同样的功能若用在高考实验复习阶段，复习效率将会大大提高。

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