1、浙江省小学科学数字化实验指南浙江省小学科学数字化实验指南目 次1 范围 292 规范性引用文件 293 术语 294 总则 305 管理制度 306 实验项目 307 实验项目的选择参考因素 317.1 实验项目 317.2 实验类别 337.3 传感器 338 实验项目的仪器 349 实验方案 359.1 测量温度 359.2 测量磁 389.3 测量电 399.4 测量氧气、二氧化碳、湿度 429.5 测量光 459.6 测量声 469.7 测量力 4910 教师开展数字化实验所需知识和能力 54附录A（资料性附录）小学科学学科数字化实验专用仪器技术条件 55图 1 不带显示屏的力传感器
2、34图 2 数据显示模块 34图 3 带显示屏的力传感器 34图 4 测量水的温度实验装置示意图 36图 5 比较不同颜色材料的吸热能力实验装置示意图 36图 6 测量水沸腾时的温度实验装置示意图 37图 7 测量火焰的温度实验示意图 38图 8 磁感应强度传感器的使用 38图 9 比较磁铁的磁性强弱实验示意图 39图 10 比较电磁铁磁性强弱实验示意图 39图 11 禁止用电压传感器测量电网电源的电压 40图 12 观察水导电和人体导电实验示意图 40图 13 这样操作将损坏微电流传感器 41图 14 观察温差发电实验装置示意图 41图 15 制作水果电池实验示意图 42图 16 氧化锆极限
3、式氧传感器结构示意图 42图 17 测量空气成分与呼出气体实验装置示意图 43图 18 观察光合作用实验装置示意图 44图 19 观察水中氧气含量和鱼的活动实验装置示意图 45图 20 观察小苏打和白醋产生二氧化碳实验装置示意图 45图 21 测量光的强弱实验示意图 46图 22 观察声波图像实验示意图 47图 23 产生乐音装置示意图 47图 24 产生噪声装置示意图 48图 25 乐音波形 48图 26 噪音波形 48图 27 500Hz 低音，音量大 49图 28 500Hz 低音，音量小 49图 29 1000Hz 高音，音量大 49图 30 1000Hz 高音，音量小 49图 31
4、力传感器结构示意图 50图 32 力传感器的正确使用 50图 33 力传感器的显示示意图 50图 34 浮力实验示意图 51图 35 摩擦力实验装置示意图 51图 36 研究斜面实验示意图 51图 37 研究杠杆实验示意图 52图 38 研究滑轮和滑轮组实验示意图 52图 39 比较磁铁不同部位的磁力大小实验示意图 53图 40 观察手臂弯曲时肌肉的力实验装置示意图 53表1 小学科学可开设的数字化实验30表2 各实验项目的说明 31表3 各实验项目的实验仪器 34表A1 小学科学数字化实验专用仪器 55表A2 抽样数和接收/拒收数 581 范围本文件规定了小学科学学科数字化实验的总则、管理制
5、度、实验项目例、实验项目的选择参考因素、实验项目、实验方案，以及开展数字化实验教师所需知识和能力。本文件适用于浙江省小学科学（使用教科版教材）数字化实验项目的选择和实验仪器的确定。本文件可作为小学科学数字化实验的参考方案。2 规范性引用文件下列文件对于本文件的应用是必不可少的。凡是注日期的引用文件，仅注日期的版本适用于本文件。凡是不注日期的引用文件，其最新版本（包括所有的修改单）适用于本文件。GB/T 21298-2007 实验室玻璃仪器 试管JY 00571994 教学用磁钢JY 1721984 杠杆JY/T 0393-2007 教学支架JY/T 0395-2007 教学音叉JY/T 041
6、32010 摩擦计JY/T 04162010 教学用滑轮JY/T 0424-2011 教学用玻璃仪器 酒精灯DB33/T 734.12009 中学理科教学实验仪器基本要求 第1部分：实验数据采集系统钩码、槽码R20电池盒浙江省中小学教育技术装备管理规则小学科学数字化实验条件装备要求3 术语下列术语适用于本文件。3.1 计算机实验数据采集系统 computer experiment data acquisition system由非电量转换为电学量的传感器采集实验数据，经过A/D转换，由计算机进行数据处理、存储和显示（或者其它执行动作）的系统。注：（1） 数据处理包括对原始数据进行适合于显示的处
7、理，以及根据使用者需要进行的数学处理。（2） 根据使用者需要进行的数学处理可以包括比较、分析，以及例如多项式（一次、二次、三次）、反比、指数（以e为底和以任意数为底）、对数（自然、常用）、正弦的拟合；求平均数、最大值、最小值；求导和积分的计算。（3）实验数据计算机采集系统中的电流、电压传感器是不属于非电量转换为电学量的特例，但是其中也需要进行适合于系统进行处理的转换。（4）本术语不含虽然采用了数字信号处理，但是不具有上述功能的设备。3.2 数字化实验 Digital experiment教学中采用计算机实验数据采集系统进行的对自然现象进行观察、分析、比较、测量等科学实验。3.3 小学科学数字化
8、实验 Digital experiment for the junior middle school science discipline小学科学学科开展的数字化实验。注：小学科学数字化实验不进行数学计算，直接显示实测数据（个别实验显示图线）。4 总则4.1 小学科学数字化实验项目应由学校根据教学需要选择，并确定开展实验的方式。教师可以创新研究新的实验项目。4.2 开展数字化信息系统实验的关键在于师资力量。学校应充分重视师资培训。教师应多实践，多研究。5 管理制度按浙江省中小学教育技术装备管理规则第2.62.8条。6 实验项目例小学科学学科可开设的数字化实验项目例见表1。表1 小学科学可开设的
9、数字化实验编号实验名称教 材传感器实验类别1 测量温度1测量水的温度三下温度内学生2比较不同颜色材料的吸热能力五上温度内学生3测量水沸腾时的温度三下温度外演示4测量水结冰和冰融化时的温度三下温度内学生5测量火焰的温度五下高温外2 测量磁6比较磁铁的磁性强弱三下磁内学生7比较电磁铁磁性强弱六上磁内学生3 测量电8观察水导电和人体导电四下微电流内学生9观察温差发电六上电压外演示10制作水果电池六上电压外学生4 测量氧气、二氧化碳、湿度11测量空气与呼出气体的成分四上氧气、二氧化碳、湿度*内学生12观察光合作用三上氧气、二氧化碳外学生13观察绿色植物的呼吸作用三上氧气、二氧化碳外学生表1续 小学科学
10、可开设的数字化实验编号实验名称教 材传感器实验类别14观察水中氧气含量和鱼的活动六上溶解氧内演示15观察小苏打和白醋产生二氧化碳六下二氧化碳内学生5 测量光16测量光的强弱五下（直射、斜射）光照度内学生6 测量声17观察声波图像四上声内演示18比较乐音和噪音的图像四上声内演示19比较声音的强弱和高低四上声内演示7 测量力20测量力的大小五下、六上力内学生21研究斜面六上力内学生22研究杠杆六上力内学生23研究滑轮和滑轮组六上力内学生24比较磁铁不同部位的磁力大小三下力内学生25观察手臂弯曲时肌肉的力四上力内学生注：表中“内”表示课内实验，“外”表示课外实验；“演示”表示只适合于做演示实验，“学
11、生”表示也可做学生实验。*：测量湿度可放在课外。各实验所需计算机实验数据采集系统传感器的情况和装备方案详见小学科学数字化实验条件装备要求。专用仪器的要求、试验方法和检验规则见附录A（资料性附录）。7 实验项目的选择参考因素7.1 实验项目本指南例举的各实验项目选择的因素参见表2。表2 各实验项目的说明编号实 验 名 称说 明测量温度1测量水的温度用温度传感器测量是测温的另一种方式2比较不同颜色材料的吸热能力用温度传感器测量温度，比较不同颜色材料的吸热效果，比使用玻璃液体温度计明显3测量水沸腾时的温度直接演示水的液态和气态互相转变，结合温度测量，知道水沸腾时的温度，是测量温度的另一种方式4测量水
12、结冰和冰融化时的温度测量水结冰和冰融化的温度，是测量温度的另一种方式5测量火焰的温度课外实验，可以测量火焰的温度。用玻璃液体温度计无法测量火焰温度表2续 各实验项目的说明编号实 验 名 称说 明测量磁6比较磁铁的磁性大小用磁感应强度传感器测量磁铁各部分的磁感应强度，认识磁铁的两极7比较电磁铁磁性大小用磁感应强度传感器测量，研究线圈圈数与磁性强弱的关系，加入铁芯后成为电磁铁，测量电磁铁的磁强度测量电8观察水导电和人体导电用微电流传感器测量水能够导电，配合“导体与绝缘体”一课内容，可进行安全教育9观察温差发电可以作为“寻找新能源”部分的一个案例，用电压传感器测量温差发电产生的电压10制作水果电池这
13、是趣味实验，用于“各种各样的电池”内容，自制电池测量氧气、二氧化碳、湿度11测量空气与呼出气体的成分用氧气传感器和二氧化碳传感器测量，对比空气和呼出的气体中氧气和二氧化碳含量的变化，用于呼吸部分的教学。用湿度传感器测量呼出气体中的水份12观察光合作用用于“植物的生长”内容，用氧气传感器和二氧化碳传感器测量空气中氧气和二氧化碳含量的变化13观察绿色植物的呼吸作用用于与“光合作用”对比，用氧气传感器和二氧化碳传感器测量空气中氧气和二氧化碳含量的变化，观察在同样的条件下，没有光照时植物是否还会吸收二氧化碳，放出氧气14观察水中氧气含量和鱼的活动观察水中溶解氧的含量与鱼的活动，常规方法无法测量15观察
14、小苏打和白醋产生二氧化碳证实小苏打和白醋反应产生二氧化碳测量光16测量光的强弱用光强度传感器测量光直射和斜射时光强的区别测量声17观察声波图像用声传感器采集声信号，在计算机屏幕上显示，观察有声和无声时图像变化，是说明“声是物体振动产生的”一种方案18比较乐音和噪音的图像用声传感器采集声音，在计算机屏幕上显示图像，体验乐音和噪音，观察乐音和噪音的图像，用图像便于区分哪些是噪音；多个乐音同时出现，也形成噪音19比较声音的强弱和高低声音的强弱（音量大小）和高低（音调高低）往往是学生不易分清的概念，用音频信号发生器，同时观察声音的图像变化，体验不同大小音量和不同高低音调的感受和图像，认识到声音强弱是振
15、动强弱引起的，声音高低是有振动快慢引起的测量力20测量力的大小（1）测量浮力。用力传感器比弹簧测力计方便，可以拉，也可压。实验内容分为浮的物体和沉的物体的浮力（2）用力传感器测量不同材料的摩擦力，实验时比使用弹簧测力计稳定，可直接读数表2续 各实验项目的选择编号实 验 名 称情 况21研究斜面用力传感器测量斜面不同倾角时沿斜面向高处牵引小车所需的力，实验时比使用弹簧测力计稳定，直接读数22研究杠杆用力传感器测量不同长度动力臂和阻力臂时拉动杠杆所需的力，实验时比使用弹簧测力计稳定，可直接读数，并且弹簧测力计不能向下拉，力传感器则没有此限制23研究滑轮和滑轮组用力传感器测量经过定滑轮、动滑轮和滑轮
16、组牵引重物上升的力，实验时比使用弹簧测力计稳定，可直接读数，并且弹簧测力计不能向下拉，力传感器则没有此限制24比较磁铁不同部位的磁力大小用力传感器测量磁钢不同部位吸引铁块的力，比定性观察能够吸引多少大头针准确25观察手臂弯曲时肌肉的力用力传感器测量模拟手臂结构中上屈时的力，观察使手臂上屈时肌肉的力7.2 实验类别以下实验宜采用演示实验，不适合课堂学生实验：1） 测量水的温度因为需要用酒精灯加热，不是很安全，宜只进行演示实验。2）比较电磁铁磁性大小本实验需要的电流大，如果使用干电池很不经济。在小学教学电源中已经安排了电磁铁专用输出，但是无法在学生实验桌上使用。另一方面，这个实验应该是学生实验，因
17、此建议在课外做，便于轮流使用小学教学电源。3）观察温差发电需要使用开水，宜只进行教师演示实验。4） 三个声学实验因为接在传感器上的数据显示模块不支持声传感器，并且使用声传感器的实验都是需要观看图像的，因此必须使用计算机，其中的音频信号发生器也需使用交流电源。所以这三个实验只适合于教师演示。其余都可以适用于学生实验。7.3 传感器7.3.1 浙江省小学科学数字化实验条件装备要求中的传感器种类和数量是根据本标准的实验项目列出的。同一个实验项目也可有不同的实验方案，因此所需传感器种类和数量可能是不同的，因此应注意这方面的情况，并根据实验需要选择传感器种类和数量。目前由于数字化信息系统实验配套仪器并没
18、有标准化，并且各企业的传感器性能也不完全一致，配套仪器也没有普遍生产，因此采购以前需要具体了解企业的产品情况和配套情况。本规范列出的只是按本标准第5章的实验项目和第8章的实验方案所需的传感器和配套仪器。DB33/T 734.12009中学理科教学实验仪器基本要求 第1部分：实验数据采集系统见浙江省地方标准网，网址：Fttp:/7.3.2 因为学生实验桌上不应安装电网电源插座，同时小学生不能理解实验图线，因此学生实验用传感器应采用带显示屏的方式，直接显示数字。带显示屏的传感器（例）见图1图3。显示屏是通用的。传感器可接计算机，也可接显示屏。 图 1 不带显示屏的力传感器 图 2 数据显示模块 图
19、 3 带显示屏的力传感器 8 实验项目的仪器各实验项目所需的除传感器以外配套实验仪器见表3。其中“目录中”是小学数学科学教学仪器配备目录中已列的，“需增配”是传感器实验专用的。按小学科学开设实验项目，所需的配套实验仪器见表3。表 3 各实验项目的实验仪器 编 号实 验 名 称实 验 仪 器目 录 中需 增 配测量温度1测量水的温度塑料量杯 100mL2比较不同颜色材料的吸热能力热辐射吸收实验器支架、黑色、白色、反光、红色、绿色、蓝色金属圆柱体3水沸腾时的温度烧杯、酒精灯、方座支架、石棉网。4水结冰和冰融化的温度试管、烧杯5测量火焰的温度酒精灯测量磁6磁钢的磁性大小条形磁钢7电磁铁磁性大小电磁铁
20、组装材料测量电8水导电、人体导电塑料杯、电极、连接导线、电池盒一个、干电池一个9观察温差发电半导体致冷器（温差发电）、1.5V/0.3A灯泡10制作水果电池铜片、锌片各二片，连接导线、发光二极管表 3 续 各实验项目的实验仪器编 号实 验 名 称实 验 仪 器目 录 中需 增 配测量氧气、二氧化碳、湿度11测量空气成分与呼出气体12光合作用气液相多功能采集装置13卧室的绿色植物气液相多功能采集装置、黑布14水中氧气和鱼的活动鱼缸，带气泵15小苏打和白醋产生二氧化碳烧杯测量光16测量光的强弱测量声17看见声波音叉256Hz、512Hz18乐音和噪音的区别弹簧片、音叉256Hz、512Hz音频发生
21、器，带功率放大和扬声器19声音的强弱和高低的区分音频发生器，带功率放大和扬声器测量力20测量力的大小塑料量杯 500mL、钩码、木块摩擦计21研究斜面的作用斜面、小车、方座支架22杠杆省力和费力杠杆、方座支架、钩码23研究滑轮和滑轮组的作用滑轮组、方座支架24磁铁不同部位的磁力大小条形磁钢带钩铁块25手臂弯曲时肌肉的力钩码、方座支架手臂上屈模型9 实验方案9.1 测量温度9.1.1 温度传感器常识传感器是把非电物理量转变为电学量（电流）的器件。通过各种敏感元件转变为电学量。温度传感器是测量物体温度的，相当与数字温度计。温度传感器是利用对温度敏感的元件，例如半导体材料、金属材料等都可作为温度传感
22、元件。温度传感器用半导体元件，高温传感器用铂电阻。由于半导体材料不耐高温，因此只使用于130以下的温度，温度过高将损坏。铂电阻耐高温并且有很好的线性。温度传感器和高温传感器都有一个探头，外部是金属套。探头有导线连接在一个小盒子上，盒中是一些电路。用温度传感器测量温度时必须将传感器探头放在被测物体中，并且将探头连接在温度传感器电路盒上。温度测量时的显示：“”表示零上，“”表示零下，单位是摄氏度。9.1.2 实验9.1.2.1 测量水的温度9.1.2.1.1 实验仪器使用以下实验器材：1）温度传感器1个；2）数据显示模块、杯子。9.1.2.1.2 实验方案用两个温度传感器测量两个杯子中的水温。测量
23、教室中空气的温度。实验装置见图4。 图 4 测量水的温度实验装置示意图9.1.2.2 比较不同颜色材料的吸热能力9.1.2.2.1 实验仪器使用以下实验器材：1）温度传感器3个；2）热辐射吸收实验器支架：同时固定三个温度传感器探头，间距35mm2mm；可固定在方座支架上，附黑色、白色、反光、红色、绿色、蓝色金属圆柱体（能套在温度传感器探头上）。9.1.2.2.2 实验方案用三个温度传感器同时测量，对比黑色、白色、反光、红色、绿色、蓝色物体在相同光照条件下的温度变化。实验装置见图5。 图 5 比较不同颜色材料的吸热能力实验装置示意图实验时可以更换不同颜色的金属棒，也可用两套实验仪器，各安装三个不同颜色的金属棒，一起开始实验。9.1.2.3 测量水沸腾时的温度9.1.2.3.1 实验仪器使用以下器材：1）温度传感器1个；2）烧杯100mL或者250mL，按GB/T 15724-2008；3）酒精灯，按JY/T 0424-2011；4）方座支架，按J
