Цифровая школьная лаборатория

Представляет собой комплекс измерительных датчиков, аппаратное или аппаратно-программное устройство оцифровки данных (логгер, data logger) и аналитический центр - компютер. На примере школьной цифровой лаборатории выпускаемой компанией Fourier, известной в России под торговой маркой Архимед, можно рассмотреть варианты комплектации. В частности, Fourier предлагает 65 типов датчиков условно классифицируемых по направлениям биология, химия, окружающий мир, физика, математика. Датчики могут быть подключены к одному из следующих типов аппаратно-программных устройств:

1. К специальному планшетному компьютеру NOVA 5000, имеющему 4 разъема для параллельного подключения датчиков и программные инструменты (MultiLab) для сбора измерительных данных и их последующего анализа.

2. К специальному наладонному устройству - логгеру MultiLogPRO, на графическом табло которого можно наблюдать показания измерений независимо от компьютера. Логгер может быть подключен к компьютеру. Предназначен для учащихся среднего и старшего звена.

3. К специальному наладонному устройству - логгеру EcoLogXL. На текстовом табло логгера можно наблюдать показания датчиков. Прибор содержит 5 встроенных метеорологических датчиков и может быть подключен к ограниченному набору сенсоров. Предназначен для учашихся младшей и средней школы.

4. К устройству NOVA LINK в виде маленького кубика, представляющего собой переходник между разъемами датчиков и usb-портом персонального компьютера. До 8 датчиков параллельно подключаются к компьютеру через это посредничающее устройство. На компьютере устанавливаются необходимые драйвера и программы для работы с датчиками.

5. К устройству NOVA AIR. Это беспроводное одноканальное устройство, позволяющее снимать показания с измерительного датчика на компьютер с расстояния действия Bluetooth-соединения.

6. К графическому калькулятору HP Mobile Calculating Lab (MCL). Это устройстов представляет собой калькулятор с графическим монитором и дополнительными функциями, включающими в себя режимы снятия показаний с датчиков и возможности демонстрации графиков. Измеренные данные могут быть переданы на компьютер в виде электронной таблицы.

Существует много вариантов комплектации школьной цифровой лаборатории. Цифровая лаборатория не является отдельным устройством, а представляет собой комплекс аппаратных и программных элементов варьируемых в зависимости потребностей экспериментатора и его финансовых возможностей.

Теоретически, для любого физического параметра может существовать свой соответсвующий датчик. Датчики отличаются рабочими диапазонами и как следствие разрешением параметра (чем меньше диапазон, тем болше разрешение), временем реакции и, как следствие, предельной частотой снятия показаний. Так например в наборе датчиков Fourier есть 3 датчика температуры:

1) DT029 с диапазономизмерения от -25°C до +110°C с разрешением параметра 0,03°C, временем реакции датчика 20 секунд при измерение в жидкости и 40-60 секунд в воздухе. Снятие показаний с датчика не чаще, чем 10 раз в секунду.

2) DT027 с диапазоном измерения от -200°C до +400°C с разрешением параметра 0,15°C и временем реакции датчика 20 секунд в жидкости и 40-60 секунд в воздухе. Снятие показаний с датчика не чаще, чем 10 раз в секунду.

3) DT025 с диапазоном измерения от 0°C до +1200°C с разрешением параметра 0,3°C.

Измерения любых параметров средствами цифровой лаборатории происходит идентично. Независимо от того, меряем ли мы температуру, вес, PH-фактор или что-нибудь еще, показания будут отображаться одинаково на одинаково выгядящих шкалах.

Цифровая лаборатория позволяет автоматизировать процесс измерения. Исследователь может задать программу снятия показаний через заданный интервал времени в заданном временном промежутке. Частоты снятия показаний в зависимости от инерционности датчика могут вариироваться в широком диапазоне от ~20 тыс. измерений в секунду до 1 измерения в день. Цифровая лаборатория может автоматизировать процесс вычисления абсольтных, среднеквадратичных и относительных ошибок. Аналитические инструменты цифровой лаборатории позволяют апроксимировать, дифференциировать, интегрировать ряды измерительных данных.