试论中学数字化实验室规范建设

一、数字化实验室建设概述及意义

所谓数字化实验技术，一般是指运用计算机、传感器、软件、网络等数字化产品来辅助优化实验设计，提高实验数据采集、处理和计算精度的现代化实验技术。在数字化实验技术中最常运用的数字化产品是“数字化数据采集处理系统”。该系统是一种精确测量和计算的辅助实验工具，由传感器、数据采集器和配套的科学计算软件组成，它的功用主要体现于方便对实验中的数据快捷地进行采集记录和计算分析，从而大大提高实验精度和效率。建设数字化实验室（如图1所示）是理科教育观念的更新和新课程教材改革的重要保障；保证数字化科学探究实验教学开展，是实施素质教育的重要环节，同时适应新的考评方式方法。新课程标准中，数字化科学探究实验既是学生的学习目标，又是重要的教学方式之一。

新的课程标准实验教材中都有给定选题的数字化科学探究实验，因此，有意识的研制和装备探究性实验仪器，供学生进行数字化科学探究实验，对于改变过分强调知识传承的倾向，让学生经历数字化科学探究实验过程，增强实践动手能力，学习数字化科学探究实验方法，受到科学态度和科学精神的熏陶都具有重要意义。图2为数字化实验室系统连接图。

二、中学数字化实验室建设现状与存在问题

由于在新课程标准中，数字化科学探究实验既是学生的学习目标，又是重要的教学方式之一，加之新的课程标准实验教材中都有给定选题的数字化科学探究实验，近年来各地新建数字化实验室可谓是风起云涌。与此同时，我们也应清醒地看到，由于数字化实验室投资大、进入市场时间短、标准不统一等因素的影响，导致建设方案不科学、设备闲置、资源浪费等现象时有出现。主要表现有以下3个方面。

1.由于一些学校对数字化实验技术认知不足，缺乏调研

设计方案起草大多数是由厂商提供。而实际上由于学校并未支出一定设计费用，厂家与学校沟通（特别是实地勘察）不够充分，极易导致设计方案的先天性不足。

2.由于目前国内数字化实验室建设、设计标准不统一，不少厂商均拥有自己独立知识产权的数字化传感仪器（设备），产品不具有互换性

从市场竞争角度讲，不利于公平竞争。可以说，谁获得了数字化实验室方案设计的起草权，谁就先入为主，如果不对此方案进行评估、综合，直接交由政府采购中心批准（一般情况下均获准通过）招投标作为技术方案的话，极易让投标人“钻空子”，对招标人的利益造成损害。

3.数字化实验室建设过程缺乏有效监控

目前，国内尚无专业的负责数字化实验室施工、安装的监理公司，数字化实验室施工过程的监理重任就靠学校自己控制，这就会出现众多漏洞。诸如学校专业人员匮乏，原材料或仪器进场缺少必要的检验程序，安装过程中无专职人员参与监控协调等。

三、中学数字化实验室建设特点

1.数字化科学探究实验既是中学生的学习目标，又是重要的教学方式之一

在数字化实验技术中最常运用的数字化产品是“数字化数据采集处理系统”。该系统是一种精确测量和计算的辅助实验工具，嵌入式实时操作系统，由传感器、数据采集器和配套的科学计算软件组成，它的功用主要体现于方便快捷得对实验中的数据进行采集记录和计算分析，从而大大提高实验精度和效率。

2.与传统实验相比，特点明显

数字化实验室实验设置时间大大减少，实验课的效率提高，实验耗材减少，学生有更多时间进行创造性的探索和尝试；先进的传感器，可满足各种物理量的测量需要，尤其是那些瞬间变化的量（如小车碰撞前后的速度），可以真实再现传统实验仪器无法实现的实验；运用数字化实验技术，以传感器为测量工具，计算机读取数据，精确度很高（一般可精确到小数点后5位以上），且避免了肉眼观察的误差。而且数字化实验技术可以很方便地解决气氧含量，溶氧含量，CO2含量，色度、浊度、磁场强度、光照强度等物理化学量的测量问题。在数据分析时，数字化实验技术运用专门的计算软件，可以方便地添加各种公式计算数据，还能快速创建图表描绘曲线并进行拟合、积分、切线等操作，大大提高了数据分析效率和精度。同时具备强大的误差分析功能，符合大学基础实验教学的需要。

3.中学数字化实验室建设，应建立在普通理、化、生实验室设备建设基础之上

即数字化实验室建设必须是已经有普通理、化、生实验室设备存在，抑或在数字化实验室建设之前首先建设普通理、化、生实验室，或者打包招标，但普通基础实验室须先行施工。

四、中学数字化实验室规范建设

1.数字化实验室技术方案设计，图3为数字化实验室基本配置表

（1）根据自身的招生规模确定拟建的数字化实验室的总数量。

（2）根据实验楼教室功能设计、总体分部以及教学需要确定数字化实验室的楼层分布。

（3）根据文、理科班级结构确定理、化、生数字化实验室的分配比例。

（4）根据实验楼各教室面积确定数字化实验室实验小组分配（即每几个人为一组）。

（5）在数字化实验室建设方案出台前，学校应进行充分的技术与市场调研，走访相关生产制造厂家。建议最好走访一下具有大学背景的数字化实验室制造商，充分利用其教育资源优势，有条件的学校可以尝试合作建立数字化科学实验基地，使其在新一轮的课改中保持学校的先进教学优势；同时高校也将获得宝贵的一线教育经验充实扩展自身研发方向，从而实现双赢。同时，考察相关厂家的数字化信息系统实验设备产品是否通过质量监督检验检验。配套系统软件产品是否适合国内教学习惯，具有较强的扩展性，能够支持拓展型实验和学生自主探究。产品能否较好地兼容现有实验室器材，是否具有较好的售后服务承诺、培训服务等。

（6）在博采众长的基础上形成一套集先进性、合理性和经济性于一体的技术方案。 图4为数字化实验室设计案例。

2.招标采购方案设计与制定

在上述基础上，学校应会同招标采购主管理部门，依法制定公正合理的招标采购方案。招标文件应于相关媒体公示并明确招标文件的获取途径，招标采购人名称、项目名称、项目编号、合格投标人要求、报名地点、报名与投标的截止日期、招标形式、评标办法、投标文件格式、合同格式与主要条款等。

3.施工过程控制

为保证工程质量，学校应委派专人负责数字化实验室设备施工、安装全过程监督、协调、管理。其中包括普通基础实验室地下管、线铺设，地面工程实施，实验室电器线路、桌凳的安装与调试，元器件进场检验，直至最终设备验收等各个环节。

参考文献

[1] 王斌.生物实验室数字化建设刍议[J].建设管理,2010,2