实验室建设方案1.docx
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实验室建设方案1
艾迪(ADDEST)
数字化探究实验室
(理化生综合解决方案)
北京东方中原数码科技有限公司
目录
一、概述3
1.1中学科学探究实验室建设的背景3
1.2科学探究实验室的组成3
1.3科学探究实验室的优势4
二、方案设计原则及思路6
2.1方案设计遵循的原则6
2.2方案设计思路7
2.3产品选型7
2.4ADDEST数字化探究实验室产品介绍和功能特点8
三、传感器应用的典型探究实验15
3.1传感器对应中学物理部分典型探究实验15
3.2传感器对应中学化学部分典型探究实验16
3.3传感器对应中学生物部分典型探究实验17
四、售后服务与培训计划18
4.1免费保修期。
18
4.2应急维修时间安排。
18
4.3维修服务及升级收费标准。
18
4.4零配件及易损件价格。
19
4.5优惠的后续支持服务。
19
4.6培训计划。
19
五、方案设计及价格21
六、数字化探究实验室效果图22
一、概述
1.1中学科学探究实验室建设的背景
我国近年实施的课程改革,对于科学教育(包括物理、化学、生物、科学等学科)提出了新的要求,更重视学生科学素养的培养,更强调学生实验、尤其是探究性实验的重要性,更突出了科学源于生活的特点。
在此背景下,传统的中学物理、化学、生物、科学实验室已经不能满足新课程的教师教与学生学的需要,建设中学科学探究实验室(涵盖物理、化学、生物学科),已经成为实施中学科学教学、培养学生科学素养和探究能力的配套措施。
探究实验室能为学生提供了必要的探究工具,是课程改革非常重要的组成部分,也是进一步深化改改革,切实推进素质教育的关键。
有“软件”指引,“硬件”支持,从而,在真正意义上有力保证了中学实验教学从传统模式迈入数字化、信息化,与社会时代发展接轨。
数据采集系统的探究实验室引进现代先进测量技术,基于计算机平台使用,是一种融合传感技术、光机电一体化技术及软件技术,共同完成对物理、化学、生物、科学等学科的探究实验。
该系统充分支持新课改下学生进行多方面探究学习的环境,创设一个面对真实事物进行探究的环境。
探究实验可由教师提出探究问题或学生自我发现探究问题,学生自己设计实验步骤,通过实验得出结论。
显然,探究实验室所进行的实验活动更能体现学生主体性,增加学生的参与度,既有利于学生基本知识技能的形成,又有利于培养学生的科学态度和精神。
基于数据采集系统的物理、化学、生物、科学等学科的探究实验室已在英国、美国、日本、香港、台湾等先进国家和地区推行十年以上,例如在英国、香港和新加坡,传感器已经列入理科国家课程标准。
国内的上海,也早于2002年开始实施基于数据采集系统的物理、化学、生物等学科的探究实验室的建设,目前已经有超过300所中学完成了探究实验室的配备。
1.2科学探究实验室的组成
科学探究实验室是在传统实验室的基础上,增加学生电脑、数据采集系统、计算机网络等设备,从而构建数字化、网络化的实验室,其中的核心部分是数据采集系统。
数据采集系统由传感器、数据采集器、数据分析处理软件、实验教程构成的一套完成的系统,其中:
1.2.1传感器(Sensors):
包括温度、声波、声级、光、气压、电压、电流、磁场、相对湿度、力、运动、光电门、pH值、电导率、氧气、二氧化碳、溶解氧、色度计、滴定计数器、心电图等20种以上涵盖中学物理、化学、生物大部分探究性实验所涉及的实验数据测量工具。
1.2.2数据采集器(Data-logger):
数据采集器是一种电子仪器,用于采集在一段特定时间内,来自传感器对温度、光强、电压、气压等传感器测量数据的变化状况,经模数转换后将信号提交计算机处理,其采样频率通常可以根绝测量数据的要求的不同,从每小时采集1个数据到每小时采集4万个数据。
1.2.3数据分析处理软件(Software):
用来处理、分析数据采集器采集到的实验数据,可形成曲线、数字表、表格、示波器等数据分析图形,用于学生对实验数据的整理、分析与应用。
1.2.4实验教程(Worksheets):
与课程教材配套的实验指导或探究案例,方便教师组织开展基于新课标的物理、化学、生物等学科的探究实验或探究活动。
1.3科学探究实验室的优势
基于数据采集系统的科学实验室有以下的优势:
1.3.1有利于培养学生的科学素养。
(科学素养就是对个人决策、参与公共和文化事务以及经济生产所需要的科学概念和过程的知识和理解。
具有科学素养的人能够提出、发现和解答与日常体验有关的问题。
他们能够描述、解释和预言自然现象——《美国国家科学教育标准》)。
1.3.2有利于培养社会需要的善于学习、善于推理、思维具有创造性、具有良好问题解决能力的人。
1.3.3有利于科学—技术—社会的紧密联系,有利于学生科学精神和人文精神的结合,形成正确的科学观和价值观。
1.3.3大大节省传统实验数据的记录、计算、分析的时间,使实验的重心落在问题的假设级探究活动上。
1.3.4提供比手工观察、记录实验数据高得多的数据精确性,保证实验的成功。
1.3.5为学生提供在玩中做实验的情境,有利于提高学生对于科学实验的兴趣,激发学生学习的内在动力,从而乐于探究、热爱科学。
1.3.6支持教师设计个性化的实验,有利于学校校本实验课程的建设。
1.3.7支持持续时间长的实验,支持户外实验,支持跨时间与地域的合作实验。
1.3.8教师可以在线评价学生的实验报告,学校可建立实验报告资源库,也方便学校实验教学的宣传。
1.3.9数据采集器和传感器是固化、成熟的产品,一般可以用多年而不易损坏,投资效益非常高。
二、方案设计原则及思路
2.1方案设计遵循的原则
2.1.1实用性。
能够满足高中物理新课程标准的实验教学要求,并能够和传统的物理实验仪器装置形成良好的配合,同时配有物理学科的探究实验教程。
2.1.2良好的测量精度和稳定性。
由于探究实验设备实质上就是用于科学实验的测量仪器,其测量结果的精度和测量信号的稳定性非常重要,否则容易影响实验结果,从而影响教师和学生使用的积极性。
而探究实验设备的核心部件传感器在测量时信号的飘移是难以解决的问题,蕴含比较高的技术成分;同事,传感器的精度往往和产品研发、生产的成本有直接关系,即高精度和高稳定性的传感器往往需要选择良好的元器件,例如物理学科的运动传感器,其整块电路板美国的PASCO、VERNIER、英国的DATA-HARVEST、新加坡的ADDEST都采用自同一家供应商。
同时,产品的精确度和稳定性往往需要经过多年市场和用户的检验。
2.1.3牢固性。
由于探究实验设备除了教师教学演示用以外,学生自主探究实验的使用是重点,学生的误操作、不爱惜实验器材等特点要求配备的实验仪器牢固不易损坏,同时探究实验设备造价昂贵,所以选择的产品需做工良好,材料稳定牢固,接插口简单牢固,不易损坏,从而达到超过5年的使用寿命。
2.1.4易用性。
由于探究实验室设备面向教师和各年级学生,产品的易用与否直接影响到设备的使用效率,选择连接简单,软件界面友好的产品有利于探究实验室设备真正应用到教学中,而有些国际知名品牌的产品虽然也很稳定、牢固、精确,但是存在软件功能过于强大而导致操作复杂、上手难的问题,所以这样的产品也不在我们的选择范围之内。
2.1.5易扩展性。
由于探究实验室对于学校来讲是新生事物,教师和学生短时间内对设备的使用还不够精通,往往会影响使用效率,如果一下子配备整套的学科探究实验室,容易导致投资效益低下,国际上通用的配备测量都是分期配置传感器,首先配置最常用的传感器,等老师和学生都能够精通操作后,逐步配备其他的传感器。
2.1.6安全性。
实验室仪器设备应尽量避免强电(220V)连接,选用低压12V以下的探究实验室设备有利于保证学生实验的安全。
2.1.7整体性。
将数据采集器、传感器、数据分析软件及探究实验教程作为一个整体,采用统一的产品方案,有利于使用和维护。
2.1.8兼容性。
数字化实验系统应该能够与传统实验装置配合使用。
2.2方案设计思路
2.2.1首先给教师配备1套涵盖完整的数据采集系统,方便教师教学演示用,教师可在探究实验室内使用,也可以携带到普通教室,利用教室内的多媒体平台方便地进行教学实验演示。
2.2.2由于数字化探究实验设备需要连接电脑,所以操作电脑、连接传感器、操作传统实验装置等需要多人协作进行,所以方案设计8名学生一组探究实验设备,按照每个班级64名班额设计,共配备9套学生用探究设备。
2.2.3设计专门的能够支撑小组协同探究实验的实验桌,桌子上除开展实验的空间外,还设置放置多媒体电脑的显示器、机箱及键盘鼠标的位置。
2.3产品选型
根据学校的探究教学需要,通过市场充分考察,我们认识到目前探究实验设备在国外已有超过10年的应用,形成了多个良好口碑的国际产品专业品牌,如PASCO、VERNIER、ADDEST、Data-Harvest等,都能够提供完善、专业的解决方案。
其中来自新加坡的ADDEST(艾迪)产品价格适中,具有以下的优点:
2.3.1产品已经面世近10年,经过了严格的国际市场的考验;
2.3.2产品连接简单,软件操作界面友好,简单的鼠标右键即可完成绝大多数的操作;
2.3.2产品具有良好测量精度、牢固性和稳定性;
2.3.3该产品在新加坡的市场占有率达到90%以上,在日本,韩国、香港、中国大陆、台湾等国家和地区拥有大量的用户;
2.3.4多种传感器具备双量程或者多量程,能够减少学校购买传感器的数量,节约投资;
2.3.5其中国区总代理设置在北京,同时全国各省设立了维修和备件中心,保证良好的售后服务。
2.4ADDEST数字化探究实验室产品介绍和功能特点
2.4.1ADDEST数据采集器aMixerMGA。
1、采样频率:
50kHz,实时无延时采样频率:
32kHz;
2、外接传感器接口数:
4个
3、内置温度传感器(-20至80°C)
4、可脱机使用,无需连接电脑直接进行数据采集及数据分析;
可通过USB接口连接电脑在电脑上进行数据采集和数据分析
5、QVGA彩色LCD触摸屏,3.2英寸,亮度可自行调整
6、可提供曲线图、数码表、数据表等数据显示功能
7、能进行如微分、线性回归、曲线拟合等数据分析
8、内置信强大号发生器功能,可产生正弦波、脉冲波、
随机脉冲波等波形和播放(心跳)功能。
9、2GB内存或可扩充(2GB储存量可存3,000个实验文件);
10、内置可充电锂电池供户外长时间使用,可持续使用24小时,
待机状态可达3个月;
11、可兼容其它国际厂家的旧传感器;
2.4.2数据分析软件
2.4.2.1数据显示方式:
数字表、模拟表(指针式)、实时曲线;
2.4.2.2系统可以自动同时、连续、实时采集1-3组传感器的数据,也可以手动方式输入传感器无法读取的数据;
2.4.2.3三个频道所采集的数据可以通过屏幕以十三种方式显示;
2.4.2.4屏幕上的曲线图可以上下、左右滚动或者放大、缩小,自由选看所观察的部分;
2.4.2.5数据分析功能具有数据统计、曲线拟合等功能;
2.4.2.6能够对多种传感器在实验之前进行均衡校正;
2.4.2.7增益调谐功能用来调整信号接收的敏感度与曲线显示的精度;
2.4.2.8内建的波形信号发生器可以产生2组独立的正弦波或者脉冲波信号;
2.4.2.9内建的谐波发生器可以设定基频,同时产生第二、三、四、五、六谐音输出及同步显示;
2.4.2.10数据与曲线经过编辑后可以输出到Excell表格数据。
2.4.3传感器
温度传感器【产品编号:
ST001A】
量程:
-20℃——120℃分辨率:
0.01℃
典型应用:
1、能量转换;2、液体的蒸发、蒸馏;
3、水的沸点、冰点;4、晶体与非晶体的熔化曲线;
5、冷却的速度和效率;6、液体蒸发降温;
7、物质三态变化的吸热、放热;8、气压与温度的关系;
9、热辐射、热传导;10、沸点与压强的关系;
11、查理定律;12、盖.吕萨克定律。
电压传感器【产品编号:
SV002A】
量程:
±25V分辨率:
12.5mV
典型应用:
1、串、并联电路;2、电压与电流的关系;3、欧姆定律;4、新旧电池的测量;5、导体的伏安特性曲线;6、描绘小灯泡的伏安特性曲线;7、电容的充放电;8、电磁铁研究;9、磁感电动势;10、LC振荡电路;11、电源的功率与效率;12、发电机原理;13、简单逻辑电路;14、测量电源的电动势和内阻。
电流传感器【产品编号:
SC002A】
量程:
±2.5A分辨率:
1mA
典型应用:
1、串、并联电路;2、电压与电流的关系;3、欧姆定律;4、导体的伏安特性曲线;5、描绘小灯泡的伏安特性曲线;6、电容的充放电;7、电磁铁研究;8、磁感电动势;9、LC振荡电路;10、电源的功率与效率;11、发电机原理;12、简单逻辑电路;13、测量电源的电动势和内阻。
磁感电动势传感器【产品编号:
DI002B】
量程:
-0.5V-0.5V
配备线圈和可变磁场强度磁棒内置采集电路,无需采集器可直接通过USB口连接电脑
典型应用:
1、电磁感应研究;
2、法拉第定律;
3、愣次定律。
力传感器【产品编号:
SF001A】
2个量程:
量程1:
±10N分辨率:
0.005N
量程2:
±50N分辨率:
0.03N
典型应用:
1、静摩擦力与滑动摩擦力;2、胡克定律;3、力的合成与分解;4、牛顿第三定律;5、向心力研究;6、超重与失重;7、力矩的原理;8、杠杆、滑轮省力装置;9、牛顿第二定律;10、弹性和非弹性碰撞中的力;11、动量定理,动量和冲量;12、动量守恒定律。
运动传感器【产品编号:
SM002A】
2个量程:
量程:
0.15m-1.6m 分辨率:
0.5mm
量程:
0.4m-10m分辨率:
1mm
典型应用:
1、距离与速度,平均速度、瞬时速度的测量;2、匀速直线运动和变速直线运动;3、测量物体运动的加速度;4、机械能守恒定律;5、动量守恒定律;6、机械能守恒定律;7、弹簧振子的振动图像;8、抛物运动;9、单摆运动。
光门传感器【产品编号:
SPG001A】
输出:
>4.0V(封闭)<1.0V(未封闭)时间分辨率:
0.002mS
典型应用:
1、平均速度的测量;2、测量加速度;3、单摆的周期;4、单摆法测量重力加速度;5、弹射运动;6、弹性与非弹性碰撞。
声波传感器【产品编号:
GMAM002B】
量程:
20-20,000Hz灵敏度:
-58dB±3dB
典型应用:
1、声波的图像;2、声波的振幅、频率、响度;3、声音的共鸣;4、乐音与噪音的声波图像的比较;5、声的干涉、衍射;6、声速的测量;7、多普勒效应。
pH值传感器【产品编号:
SP001A】
量程:
0-14pH分辨率:
0.005pH
典型应用:
1.溶液的酸碱性比较和测定;
2.研究化学反应中缓冲液的作用;
3.探究家庭使用液体中的酸和碱;
4.水质检测分析
5.酸雨研究
6.土壤酸碱性的测定;
7.酶的活性。
电导率传感器【产品编号:
SC003A】
3个量程:
量程1:
0-200μs/cm3
量程2:
0-2,000μs/cm3
量程3:
0-20,000μs/cm3
分辨率:
0.1%操作范围
典型应用:
1.比较不同溶液的导电性能;2.电解液和非电解液;3.研究化学凝聚剂对导电率的影响;4.环境研究;5.测量饮用水的纯度,牛奶的质量。
相对湿度传感器【产品编号:
SR001A】
量程:
0-100%相对湿度分辨率:
0.1%
典型应用:
1、温室研究;2、植物的蒸腾作用;3、比较一块叶子两个面上气孔的分布。
氧气传感器【产品编号:
SOG001A】
量程:
0%-27%分辨率:
±0.01%
典型应用:
1、植物的光合作用;2、光强对植物光合作用中产生氧气速率的影响;3、光合作用中二氧化碳的必须性;4、人的呼吸;5、发芽种子的呼吸作用;6、温度和pH对酶反应的影响;7、酶浓度对酶活性的影响;
绝对气压传感器【产品编号:
SG002A】
量程:
0-700kPa分辨率:
0.1kPa
典型应用:
1、在帕斯卡实验中测量绝对气压;2、液体的蒸汽压强;
3、玻意耳定律;4、理想气体定律;5、气体常数的测量。
三、传感器应用的典型探究实验
3.1传感器对应中学物理部分典型探究实验
编号
实验名称
传感器
1
实验与探究:
用打点计时器记录运动信息
运动传感器
2
实验与探究:
物体做曲线运动的瞬时速度
运动传感器
3
实验与探究:
匀速直线运动的S-T图象
运动传感器
4
观察与思考:
羽毛与金属片的下落情况
光电门
5
实验与探究:
斜面实验探究
运动传感器
6
实验与探究:
形变与弹力
运动传感器、力传感器
7
实验与探究:
用弹簧测力计拉物体
运动传感器、力传感器
8
实验与探究:
探究作用力与反作用力的关系
力传感器
9
实验与探究:
相互拉着的弹簧秤
力传感器
10
实验与探究:
加速度与力的定量关系
运动传感器
11
实验与探究:
加速度与质量的定量关系
运动传感器
12
实践与拓展:
探究曲线运动的条件
运动传感器
13
实验与探究:
平抛仪
运动传感器
14
实验:
验证机械能守恒定律
运动传感器、力传感器
15
蒸发降温
温度传感器
16
研究不同环境的声级(教室、室外等)
声波传感器
17
研究声级和声密度的关系
声波传感器
18
声音波形
声波传感器
19
振幅和响度的关系
声波传感器
20
频率和音调
声波传感器
21
声音的干涉
声波传感器
22
拍频
声波传感器
23
什么是电压
电压传感器、电流传感器
24
什么是电流
电压传感器、电流传感器
25
欧姆定律
电压传感器、电流传感器
26
导体的伏安特性
电压传感器、电流传感器
27
测量电源电动势和内阻
电压传感器、电流传感器
28
电容充放电
电压传感器、电流传感器
29
RLC电路
电压传感器、电流传感器
30
相对运动-参照系
运动传感器
31
位置-时间曲线
运动传感器
32
位置-符合曲线
运动传感器
33
自由落体运动
光电门
34
速度-匀速运动小车
运动传感器
35
加速度-沿导轨下滑小车
运动传感器
36
测量重力加速度
运动传感器
37
测量加速度
运动传感器
38
研究摩擦力-静摩擦和滑动摩擦
力传感器
39
牛顿第一定律
力传感器
40
牛顿第二定律-合力为零
力传感器
41
牛顿第二定律-加速度
力传感器、运动传感器
42
浮力
力传感器
43
胡克定律
气压传感器
44
冲量和动量的变化
力传感器
45
能量守恒
运动传感器
46
波意尔定律
气压传感器
3.2传感器对应中学化学部分典型探究实验
编号
实验名称
传感器
1
金属的化学性质
pH值传感器
2
几种重要的金属氧化物和金属氢氧化物
pH值传感器
3
铝盐和铁盐的净水作用
pH值传感器
4
分析空气污染的成因
pH值传感器
5
雨水PH的测定
pH值传感器
6
化学反应中的能量变化
温度传感器
7
甲烷的结构与性质
气压传感器
8
石蜡油的裂解和乙烯的性质
气压传感器
9
加热和冷却
温度传感器
10
化学反应热
温度传感器
11
溶解热和蒸发热
温度传感器
12
测量溶液的电导率
电导率传感器
13
调查饮用水的纯度
电导率传感器
14
研究导电系数对化学凝聚物的影响
电导率传感器
15
燃烧热
温度传感器
16
吸热和放热反应
温度传感器
3.3传感器对应中学生物部分典型探究实验
编号
实验名称
传感器
1
植物叶片的蒸腾作用
气压传感器
2
比较过氧化氢在不同条件下的分解
气压传感器
3
影响酶活性的条件
气压传感器
4
探究不同色光对植物光合作用的影响
气压传感器
5
水的净化
pH值传感器、电导率传感器
6
探究人体体温的调节作用
温度传感器
7
探究生物体pH值的维持
pH值传感器
8
非生物因素对生物的影响
光传感器、温度传感器
9
溶解氧和水的污染
pH值传感器、电导率传感器
10
酸雨与植物生长
电导率传感器
11
牛奶的酸化
pH值传感器
12
土壤的PH值
pH值传感器
13
水和PH
pH值传感器、电导率传感器
14
身体热能规则
温度传感器
15
水的电导率
电导率传感器
16
土壤盐碱性
温度传感器、电导率传感器
四、售后服务与培训计划
本着“科学、求实、精益求精”的宗旨,我公司把“精诚服务,以最大诚意满足用户的需求”作为企业文化之一,建立了一只强大的技术支持与服务的专业队伍,为用户提供多种技术服务,帮助用户正确地选择和使用产品,及时为用户排除使用中发生的故障。
同时,通过广泛收集售后服务中的各种问题、意见和要求的信息,不断改进和提高我们的服务工作质量,为用户更好地提供优质的产品和完善的服务。
日后设备维护所需的备品备件将以优惠的价格提供。
在生产质保期内因产品质量问题引起的故障,我公司免费提供维修服务。
保证在30分钟内响应用户需求,保证24小时内派人去现场排除设备故障。
设备安装调试时,我公司将派工程技术人员免费现场进行安装调试,保证设备正常投入运行。
系统调试运行后,由双方及有关部门共同对产品按验收标准进行总体验收,若因我公司产品质量问题及安装时出现的产品质量问题,验收不合格,我公司及时予以处理,直至验收合格,期间发生的一切相关费用均由我公司负担。
若用户对设备有改造、扩容等要求时,我公司将及时、准确地予以满足。
且我公司可免费为用户提供技术方案。
服务中心设有热线服务电话,由专职的工程师受理用户来电,保证用户在使用设备的过程中,及时得到技术上的支持和服务。
4.1免费保修期。
在任何非人为的原因造成的设备缺陷或损坏,我公司提供系统三年整体免费调换,终生维护服务。
4.2应急维修时间安排。
设备保修期内,在接到用户单位的报修电话后,我公司维修人员将在2个小时内到位进行维护工作,一般的维修在3个工作日内完成。
我公司有存储充足的零配件,在保修期内能保证客户不会因为零配件而耽误系统的正常运行,特殊情况无法到达现场解决时,12小时将无条件提供相同型号或更高档的产品暂时替补使用。
4.3维修服务及升级收费标准。
本公司所售产品,由生产厂家提供整体两年的免费保修服务,同时提供软件的终身免费升级上门服务。
保修期内,设备出现非人为损坏,上门服务不收任何费用。
保修期后只收元器件成本费用。
4.4零配件及易损件价格。
设备保修期满后,我公司继续提供维护服务,即终身维护,仅收取更换零配件的成本费,人工费减免。
4.5优惠的后续支持服务。
在保修期结束后,本公司承诺将继续为客户提供技术咨询、系统维修以及系统升级扩充方案设计等后续服务,并以优惠条件(器材市场价格浮动不超过5%,按当时行情报价为准)供应本项目所需的备品备件等。
4.6培训计划。
系统的稳定、正常运行有赖于具有较高素质的操作维护人员。
因此对于用户的培训至关重要,它是整个系统实施过程中不可缺少的
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- 关 键 词:
- 实验室 建设 方案