高级中学物理数字化探究实验室建设方案文档格式.docx

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1、计算机信息技术的快速发展及普及：

随着计算机信息技术的日益快速发展，计算机已经走进了生活、工作中的各个领域，也日益成为我们普遍使用的现代化工具，这为数字化探究实验系统的出现提供了基本的技术准备；

2、新课程标准中明确提出了提倡把计算机信息及多媒体技术应用的理科实验中去：

“现代信息技术的迅猛发展和网络技术的广泛应用，为物理课程提供了丰富的课程资源。

将信息技术与物理课程整合，既有利于学生学习物理知识和技能，又有利于培养学生收集信息、处理信息、传递信息的能力。

”……“3．信息技术要进入物理实验室：

重视将信息技术应用到物理实验室，加快中学物理实验软件的开发和应用，诸如通过计算机实时测量、处理实验数据，分析实验结果等。

”……“例6用传感器和计算机实时采集和处理实验数据。

”……

3、教材中出现了相关的实验内容，比如沪教版、人教版的高中物理教材中已经有很多的物理实验需要数字化实验方式解决。

4、传统的实验仪器及方式越来越不能满足现代化教学的需要，传统的实验仪器使很多实验没法做、做不好，新的教学方法越来越重视探究性教学，数字化实验系统是探究性教学的平台和工具，师生也越来越欢迎新的实验手段和方法。

……

三、数字化实验系统的优势

1.测量手段先进，实验数据精度高，比如力的测量：

2.实验数据可连续量化显示，比如单根导线切割空间磁场的实验：

3.分析手段先进:

数据处理能力强、准，比如加速度与拉力的关系的实验拟合：

4.尊重实验的科学性，比如上图中加速度与拉力的关系实验中，5个数据点比较均匀地分布并紧凑在拟合直线的两侧，这些存在客观误差的点不完全在理论直线上正说明实验的科学性。

5.实验成功率有保障，现代化成熟的计算机信息技术及科学合理的实验设计对实验的成功率有足够的保证，我们对10个常见实验进行研究,据统计，利用数字化实验手段反复实验,其成功率达到99%。

6.解决了传统实验中不好做的、做不出的、效果差的问题，比如“绿色植物、水生植物的光和作用”、“玻意尔定律”、“牛三定律”等等

7.理念更为先进:

注重学生的主动探究性学习,是新教法改革的有效工具。

8.帮助学生理解掌握基本概念和基本规律方面优势:

1）由于DIS实验实验误差较小，这就使物理学规律的发现或验证更具严谨性和可信度。

2）由于DIS实验测量精确、快速、操作灵活、简便，使得学生能够较容易发现或验证各物理量间的数学关系，对定量研究物理学规律非常适用。

3）由于DIS实验可以实时动态地采集实验信息，因而在分析物理动态变化问题上有着不言而喻的优势。

4）由于DIS实验由计算机代替人脑对数据进行简单统计，处理和分析，使学生摆脱了烦琐的计算过程，从而能将更多的时间、精力用于研究掌握物理学规律上。

9.帮助学生发展提高各种能力方面的优势:

1）由于有了计算机辅助进行分析处理，这使得学生的数学图形分析能力、对复杂物理问题的分析判断能力以及联想猜测能力有了较大的提高。

2）由于实验设备先进，使得原本较难完成或不能完成的实验有了得以实施的可能，这就在很大程度上提高了学生的实验设计能力。

10、帮助学生开展自主性学习、以及对学生情感态度价值观的影响方面：

1）由于实验设备先进，使得教师能够在教学形式上从过多的灌输、讲授物理规律转变为引导学生自己去发现、验证物理规律。

2）由于实验设备先进，使得DIS实验具有很强的拓展性，能够更加方便地开展研究型课程和进行研究性学习,给了学生更为广阔的进行自主发展的空间。

3）研究表明，DIS实验在提高学生学习兴趣转变学生学习方式以及树立正确的价值观等方面都有着积极的作用。

……

建设数字化探究实验室的必要性与可行性报告

一、必要性：

1、新课程标准中明确有要求把计算机信息技术应用到理科实验中去，作为理科实验重要的先进的工具——数字化探究实验系统必不可少；

2、人教版、沪教版等教材中已经明确了数字化实验手段地位，许多实验明确要求用数字化实验做一做，没有数字化实验系统，没有数字化实验室，将给师生的教学带来一定的困难；

3、教材中既然明确了数字化实验手段的地位，势必会加强在重要考核评价——高考中的地位，可以预料，在以后的高考试题中，将会出现数字化探究实验的内容，尽早让学生掌握数字化探究实验的方法，会是明智的选择；

4、教育部相关教育装备标准里面明确了“计算机数据采集处理系统”——“数字化探究实验系统”是普通教育阶段装备的选择；

部分省份，如上海、某、山东、河北等地区均把数字化实验室装备列入本地区的装备标准里；

5、现在的规范化学校/重点学校/星级学校的评比及考核中，是否拥有一定数量的现代化实验室，是一项重要的评分依据；

6、素质教育是中国教育的发展趋势和潮流，作为素质教育、探究式学习的有效工具——数字化探究实验系统，必然是学校装备的适合选择；

7、新的实验手段和理念，让师生们拓宽了实验思路，寻找到更多教学灵感，所以随着装备数字化探究实验系统的学校越来越多有关数字化实验手段的实验教学论文犹如雨后春笋般地发表在各种教学杂志上；

二、可行性

1、政策及实际教学需求方面，装备数字化探究实验室的必要性说明了在政策及实际教学需要方面的具有可行性；

2、物质基础方面，数字化探究实验室建设可以量力而行，一般的数字化探究实验室根据学生分组数量确定不同的装备数量，一般按13、15（48、56人，4或人分组，老师1组）组或25、29（48、56人，2人分组，老师一组）组，所以，一般的数字化实验室加上计算机、网络、实验台等基础部分的投入大概在15—55万之间，这些资金对于一些重点学校来说并不是很大的压力。

某（EDIS）数字化探究实验系统介绍及其优势

一、“某”（EDIS）数字化探究实验系统组成

EDIS传感器

+EDIS数据采集器

+EDIS软件

二、EDIS配套产品组成：

EDIS数字化探究实验专用辅材

+铝合金包装整理箱

+产品说明书/实验案例指导书

三、“某”（EDIS）数字化探究实验系统工作示意图

四、“某”（EDIS）传感器介绍

1、“某”（EDIS）传感器简介，“某”（EDIS）传感器目前已经研发出比较常用的模块有27种，其他传感器正在陆续研发之中，27种传感器如下表：

序号

传感器名称

型号

技术参数

学科应用

应用举例

1

静力传感器

FS400

两种可选量程：

-50N～+50N/-10N～+10N

分辨率：

0.01N/0.001N

物理

牛三定律、最大静摩擦力、力的合成分解、超重与失重、向心力…

2

微力传感器

MFS400

-10N～+10N/-2N～+2N

0.006N/0.001N

金属丝的热胀冷缩、单摆拉力的测量…

3

光电门

LTS400

1μS，挡光物宽度d>

1mm，光门宽度4.5cm

牛二定律、自由落体、单摆周期测量、平均速度测量…

4

声振动传感器

SS400

频率量程：

20HZ～20000HZ；

声强量程：

30～130dB

声波干涉、振幅与响度的关系…

5

光照度传感器

Lis400

0～1000Lux/0～10000lux;

分辨率0.25lux/2.5lux

物理/化学/生物

光强与光源距离的关系、光合作用、化学光解现象…

6

电流传感器

CS400

-0.6A～+0.6A/-3A～+3A

0.002A/0.01A

测量电路电流、欧姆定律、安培定律…

7

电压传感器

VS400

-15V～+15V/-3V～+3V分辨率：

0.01V/0.002V

测量电路电压、研究电容器充放电…

8

微电流传感器

MCS400

量程：

-5μA～+5μA

0.01μA

测量电路微小电流、测量生物电流、地磁感应电流…

9

普通温度传感器

GTS400

-50℃～+150℃；

0.1℃；

直径3mm不锈钢探针，可测量各种物体或溶液的温度.

摩擦生热、气体或者液体的热传导探究、化学反应的热效应、查理定律…

10

磁感应强度传感器

MIS400

-1mT～+1mT/-20mT～+20mT

0.001mT/0.02mT

各类磁铁的磁感应强度测量、探究通电螺线管的磁感强度、探测地磁强度…

11

气体压强传感器

PAS400

0KPa～700Kpa，可用于直接测量气体的绝对压强；

0.1KPa

测量其他压强、玻意尔定律、有其他发生的化学、生物发应…

13

位移（分体）

发射DSS400

0m～3m分辨率：

1mm,无测量盲区；

可直接测量绘制v-t图线

测量短程距离、测量物体运动位移、加速度、研究弹簧振子…

接收DRS400

14

位移单体（运动）

DS400

0.4-4M,分辨率:

1mm

测量长程距离、测量物体运动位移、加速度、研究弹簧振子…

15

G-M计数器

GMS400

0～40000cpm分辨率：

1cpm

用于测量β、γ粒子脉冲数

测量核辐射强度…

16

光强分布传感器

LSS400

512pixel/64mm

研究光的干涉、探究光的衍射…

17

加速度传感器

ACS400

-1.5g～+1.5g/-6g～+6g

0.005g/0.01g

直接测量三维加速度…

18

高温传感器

HTS400

0℃～1000℃分辨率：

1℃；

直径3mm不锈钢探针，可测量高温物体或者火焰的温度

化学

测量高温环境温度，测量酒精灯内外焰温度，测量部分固体的熔点…

19

气中氧传感器

GOS400

0～100%分辨率：

0.1%;

电化学探头,无需加充填充液.

化学/生物

研究光合作用、探究呼吸作用、环境中氧气含量的测量…

20

pH值传感器

PHS400

0～14分辨率：

0.1

各种溶液PH值的精确测量…

21

电导率传感器

CDS400

0~2000μS/cm;

0~20000μS/cm

分辨率1μS/cm;

10μS/cm

测量各种溶液的电导率、探究液体的电导率与温度、浓度的关系…

22

溶解氧传感器

DOS400

0~20mg/L；

分辨率0.01mg/L,极谱式探头,探头直径不超过13mm。

测量溶液中氧气含量、酵母呼吸耗氧量测量…

23

湿度传感器

HDS400

量程:

0~100%RH；

分辨率:

0.1%

测量气体中的湿度…

24

CO2传感器

CDOS400

0~5000ppm；

分辨率20ppm;

探头采用脉冲红外光源技术,热电堆红外气体传感无需填充液.

研究光合作用、研究呼吸作用、研究有二氧化碳参与或生成的反应…

25

色度计（比色计）

CMS300

0-100%；

分辨率:

0.05%

测量溶液的透光率、水质检测、有色溶液浓度测量…

26

浊度计

TDS300

0-1000NTU；

0.1NTU

测量溶液的浑浊度、比较不同的水体浊度…

27

心率传感器

HRS200

30～200次/分钟；

1次/分钟

生物

人体心率的测量、健康与心率研究…

28

肺活量计

SPS200

-310-+310L/min,分辨率:

0.7L/min

（研发中）

29

心电图传感器

EKG200

取样率:

47-200个/秒,量程:

45-250bpm,分辨率:

1bpm

30

甲醛气体传感器

持续研发中

部分传感器图（在包装整理箱中）：

2、“某”（EDIS）传感器的优点：

1）体型小，电路集成化高；

2）采用HDMI（高清数字多媒体接口）接口，传输速度快；

3）做工精细，工艺先进，性能稳定；

4）多量程传感器内部采用模拟开关控制量程调节，减小接触电阻和接触电容产生的影响，提高测量精度和一致性；

选量程软件控制，应用更灵活；

5）二氧化碳传感器探头采用脉冲红外技术,热电堆红外气体传感无需填充液，即插即可测量数据，无须各种“标定”、“补偿”等烦琐操作；

6）气中氧传感器采用电化学探头，无需加充填充液，即插即可测量数据，无须各种“标定”、“补偿”等烦琐操作；

7）溶解氧传感器采用电化学探头，无需频繁加充填充液，即插即可测量数据，无须各种“标定”、“补偿”等烦琐操作；

8）温度/高温传感器探头为3mm，易导热，反应迅速；

9）PH值传感器校准简洁方便，可以用硬件校准或者标定液校准两种方式。

10）位移传感器有分体和单体可选

11）种类齐全，基本满足中学理科实验要求。

五、“某”（EDIS）数据采集器介绍及其优点：

2）做工精细，工艺先进；

3）所有端口具备12KVESD静电防护；

4）支持USB直接供电，无须外接电源（对于大功率传感器也支持外接5v电源适配），避免220v直接供电带来的安全隐患；

5）信号传输采用USB2.0标准而不采用串行通信，支持热插拔，避免采用串行接口转换卡带来的通信不稳定现象和带宽瓶颈；

6）4通道HDMI（高清数字多媒体接口）传感器接口，并行采集，与传感器任意组合，支持热插拔；

7）同时满足各种模拟或者数字传输传感器；

8）可接PDA供室外拓展实验；

9）预留升级扩展接口；

10）贴片工艺生产，质量稳定；

…………

六、“某”（EDIS）系统软件优势介绍

1）Office软件（WORD、EXCEL）风格和开放式设计，易用、好用。

2）自动识别传感器，可通过软件选择设定选择传感器的两个量程；

3）可以设置与硬件设备连接和脱机工作，可以同时打开多个软件窗口进行实验（可以打开一个连接硬件的软件窗口，无限多个脱机的软件窗口）；

4）用户可根据需要自由设定常用工具的快捷按钮；

5）实验过程中可实现数据和图象的同时显示,并有实时显示数据窗口，同一页面可以根据设定多图表和多表格显示（最多可6个）；

6）在数据采集的同时可以对图象进行放大、缩小、拖拽等操作；

7）可自由设定采集数据的计算精确位数；

8）可以自由插入文本列；

9）采集数据可以保存为历史组，实现与前面采集数据的对比；

10）实验结果可以WORD\EXCEL的形式导出\保存；

11）内嵌电子实验报告模板功能，实验结果可直接自动导入到电子实验报告中

12）实现智能设定最佳采样频率；

13）自动配置显示数据的表格、图表、数值仪器、表盘等多种数据显示方式；

14）通过计算列、积分、拟合（14种以上的拟合函数，并且函数可自定义系数）等功能，可以进行专业的实验数据分析。

15）软件可由老师按照实际的教学需要建立规范化的实验模板,可内置几百个物理、化学、生物学科的实验；

16）包含各种特殊符号插入公式的功能。

17）可自由设定多种图象点的样式和颜色；

18）图象有点显示、连线显示、点连线三种显示功能；

19）实验前可预先添加计算公式，自动计算相关数据并显示图象；

五、系统包装整理箱的介绍

包装箱整理采用高强度PVC材料，铝合金包边，轻便小巧，做工精细，内有传感器定位槽（硬海绵），可放置传感器不少于28个，设置机械锁，方便整理和管理。

方案介绍

一、物理数字化探究实验室设备总表

（56座，4人分组试验，14组，教师1组，共15组）

设备名称

规格

单位

数量

单价

小计

单位：

元

备注

“某”物理数字化探究实验系统

详见清单

套

12035

180525

“某”物理数字化探究实验辅材清单

详件清单

2781

50715

物理数字实验室基础设备

66128

69128

计算机、多媒体及网络

80450

总计

380818

可按优惠价320000元

二、项目详细清单：

1、某（EDIS）物理数字化实验系统配置表

名称

数据采集器

LABPRO

400

详见上述相关技术参数

2300

34500

系统软件

EDIS400

15对

1150

17250

700

10500

两种量程：

300

4500

725

10875

500

7500

-15V～+15V/-3V～+3V

425

6375

625

9375

12

875

13125

0m～3m分辨率：

1mm，无测量盲区；

600

9000

接受DRS400

512pixel/64mm,采用线性CCD传感器

1550

23250

775

11625

包装箱、各种数据连接线、软件等配件

　铝合金箱尺寸：

39（长）*29（宽）*12（高）mm，硬海绵内胆，各种传感器对应嵌槽，方便整理，4根HDMI数据线、1根USB数据线。

660

9900

合计

2、“某”物理数字化探究实验辅材清单

名称

参数

多用力学轨道