馬淑平李 毅

數(shù)字化實驗室的應(yīng)用研究

馬淑平1李 毅2

隨著科技的迅猛發(fā)展，學校信息化建設(shè)的要求也越來越高。數(shù)字化實驗室伴隨著科技的發(fā)展及國家對科技創(chuàng)新人才培養(yǎng)的要求，在校園里應(yīng)運而生。如何將數(shù)字化實驗室充分利用起來，推進數(shù)字化校園的全面應(yīng)用是值得我們研究、探討的問題。

一、什么是數(shù)字化實驗室

所謂數(shù)字化實驗室，簡單地說就是用來完成采用傳感器或數(shù)字化平臺制作的軟件來完成一些只能定性無法定量的實驗以及一些微小或瞬間數(shù)據(jù)的測量、演示實驗的場所，配備標準包括初高中的理化生實驗、通用技術(shù)實驗(智能機器人實驗室是通用技術(shù)實驗室的一部分)。虛擬實驗室的建立是對傳統(tǒng)實驗的一個非常好的補充，能發(fā)揮出巨大的作用。

二、長春市數(shù)字化實驗室應(yīng)用研究

三、結(jié)束語

隨著教育信息化的推進，數(shù)字化實驗室越來越得到廣泛應(yīng)用，但對其應(yīng)用模式的探索是一項長期的系統(tǒng)工程。相信在國家及社會各界的廣泛支持下，它的發(fā)展會更加迅速。

2012-05-23

馬淑平，本科，中教一級。李毅，本科，中教高級。

1.長春市電化教育館。2.長春市第四十五中學。

1.初中理化生虛擬實驗的應(yīng)用

長春市目前所應(yīng)用的數(shù)字化平臺是由東北師大理想信息研究所開發(fā)的初中理化生虛擬實驗平臺。該實驗教學平臺針對目前理化生實驗平臺中常見的問題，集合了眾多功能，同時能為中學教師、學生提供全方位的數(shù)字化支撐。實驗是激發(fā)學生探索欲望，培養(yǎng)學生創(chuàng)新精神和實踐能力的重要途徑。根據(jù)實驗教學的特點，初中理化生實驗分為兩大類：演示和分組實驗、探究實驗。

在實踐中，我們感到，當學校實驗器材不能滿足現(xiàn)有教學需求時，該實驗教學平臺是最好的補充，它能實現(xiàn)學生平時“看也看不到、想也想不到、做也做不到”的實驗課程和內(nèi)容。它能調(diào)動視覺、聽覺、動手等多種感官參與教學，學生更有積極性，更有熱情，對實驗感興趣了自然就愿意學習理化生這三門學科了。理化生虛擬實驗軟件具有如下特點：一是針對性強。如對有毒氣體的制取，演示微觀看不到的分子、離子，物質(zhì)內(nèi)部結(jié)構(gòu)，宏觀地球，動物解剖，植物成長過程，危險的實驗課程。通過學習平臺的演示，可以把知識形象化，有利于學生對掌握的知識，減輕學生的學習負擔。二是有效性。它有助于規(guī)范操作，使實驗更科學準確。它可以重復(fù)多次實驗操作，使用效率高，尤其是對設(shè)備經(jīng)費不足的學校更有益。應(yīng)用于復(fù)習課效果更明顯，即便條件好的學校也很少在復(fù)習課上重做實驗，而軟件學習平臺可以隨時進行實驗操作，也可以把幾個實驗串聯(lián)起來一起做。教師備課時，不用花費很多時間準備實驗器材，節(jié)約了時間，減少了藥品、器材、電等資源，減輕了教師的備課負擔，降低了能耗。可以說它做到了“三省”，即省時、省力、省錢。三是智能性。利用動畫可以培養(yǎng)學生的探究能力，能把教學過程與實驗過程融合在一起，使二者成為不可分割的一部分。它是信息技術(shù)與學科課程有效整合的典范。四是便捷性。適合教師備課、演示、復(fù)習使用，課堂容量大，實驗過程方便快捷。

可以說，初中理化生虛擬實驗軟件是解決現(xiàn)有實驗器械不足和教學資源匱乏的最好方式。它加快了農(nóng)村中學信息化建設(shè)和發(fā)展進程，提高了教師、學生的信息素養(yǎng)及學生的感知認識能力，促進了教師專業(yè)發(fā)展，培養(yǎng)了學生的學習能力，有利于農(nóng)村教學質(zhì)量的提高。當然，初中理化生虛擬實驗軟件也存在不足之處。例如：學生缺少親自動手操作的體驗，視頻格式單一，限于單機使用，應(yīng)用軟件不恰當?shù)取ＯＭ踔欣砘摂M實驗軟件不斷完善和提高，更好地應(yīng)用于教育教學中，成為理化生教師在教學中不可缺少的學習平臺。

2.通用技術(shù)實驗室的應(yīng)用

通用技術(shù)實驗是將無法完成課程目標要求的課堂教學變?yōu)樘摂M現(xiàn)實技術(shù)、人工智能技術(shù)，主要涵蓋“技術(shù)設(shè)計、技術(shù)試驗、技術(shù)制作、技術(shù)探究”等功能。其中技術(shù)設(shè)計的主要作用是讓學生針對技術(shù)問題進行多方案設(shè)計，培養(yǎng)學生的創(chuàng)造性思維和問題解決能力；技術(shù)試驗的主要作用是讓學生親歷技術(shù)試驗過程，初步掌握測量、加工、安裝、調(diào)試等簡單的技術(shù)操作技能，形成初步的技術(shù)試驗?zāi)芰?；技術(shù)制作的主要作用是為學生提供動手機會，經(jīng)歷技術(shù)方案的實現(xiàn)和物化的過程，促進學生動作技能的發(fā)展；技術(shù)探究的主要作用是培養(yǎng)學生的探究精神，提高學生的技術(shù)探究能力。智能機器人實驗室是通用技術(shù)實驗室的一部分，虛擬機器人的教學工作已經(jīng)在長春市中學全面展開。

(1)什么是智能機器人實驗室

所謂智能機器人實驗室，是在學校建立的對學生開展機器人學習、活動的場所。智能機器人教育是培養(yǎng)創(chuàng)新精神和實踐能力的重要途徑。智能機器人技術(shù)應(yīng)用了信息技術(shù)中的感測技術(shù)、傳感技術(shù)、控制技術(shù)等，是信息技術(shù)課程和相關(guān)科技活動的良好載體。智能機器人是信息技術(shù)教學的最佳載體，為實施探究性學習，培養(yǎng)學生的創(chuàng)新精神和實踐能力提供了良好的平臺和發(fā)展空間。

(2)智能機器人實驗室應(yīng)用研究

目前，長春市中小學機器人實驗室所采用的設(shè)備分為教學用機器人和比賽用機器人。教學用機器人，使學生掌握單片機和機械傳動的基本知識，能設(shè)計與制作由單片機和傳動機械等組成的簡易自動控制機器或簡單的自動控制系統(tǒng)。課程設(shè)置一般分為初級、中級、高級三個階段。長春市教育局從2010年起，在全市幾個區(qū)選擇一些小學建起了智能機器人實驗室，并裝備了機器人設(shè)備，學校利用科技活動時間對學生進行機器人的搭建、組裝培訓。囿于小學生的認知水平，長春市目前開展的機器人教育僅限于搭建。這種機器人配備標準只適用于學生進行簡單的操作，可以參加一些創(chuàng)意比賽，但不能參加更多的比賽項目。教學用智能機器人還包括虛擬機器人，虛擬機器人是打破傳統(tǒng)教育模式的教育平臺，它集虛擬機器人運行平臺、機器人程序編輯平臺于一身，兼顧不同水平層次的需求。用戶通過機器人控制接口控制機器人的動作，將編寫好程序的機器人放到賽場上和其他用戶的機器人同臺競技，在比賽的過程中感受學習帶來的快樂，并且在玩的過程中不斷學習程序設(shè)計和機器人策略算法，在玩—學習—玩—學習的循環(huán)過程中不斷提高自己的素養(yǎng)。

比賽用機器人包括各種大賽允許參加的廠家設(shè)計的機器人配件。吉林省每年都舉辦全省青少年機器人大賽，大賽中成績優(yōu)秀的隊伍會推薦參加全國青少年機器人大賽。長春市每年都有隊伍參賽，而且占吉林省參賽人數(shù)的40%以上。東北師大附中初中部、高中部，長春市第二實驗中學，東北師大附屬中學、第二附屬小學，長春十一高中以及汽車區(qū)多所學校在全國青少年機器人競賽中都取得過很好的成績。對虛擬機器人比賽，我們主要組織了NOC大賽，長春市在歷屆大賽中成績斐然。

(本欄責任編輯/安健)