2021年10月，上海市中小學數字化教學實驗系統研發中心采用文獻研究法和內容分析法，借助中國知網、萬方、維普等網站，以“數字化實驗”和“DIS”等關鍵詞針對2019年1月1日至2021年9月30日的國內（未統計港澳臺地區）中小學實驗教學文獻實施搜索，共獲得與數字化實驗有關的教研文獻共計422篇。現簡要綜述如下。
No.1數字化實驗教研文獻的學段分布
不同學段數字化實驗教研文獻的數量分布規律是：高中多于初中，初中多于小學。教研文獻的數量與數字化實驗在三個學段的普及狀況直接相關。
圖1 2019~2021數字化實驗教研文獻的學段分布
No.2數字化實驗教研文獻的學科分布
圖2 2019~2021數字化實驗教研文獻的學科分布
從文獻的學科分布來看，物理、化學旗鼓相當，化學略多于物理。生物則顯著少于理、化，小學科學更只有生物的一半。顯示出在數字化實驗的實施存在顯著的學科差異。
No.3數字化實驗教研文獻的作者分布
3.1文獻作者的地域分布
研究者對文獻作者所屬的省、市、自治區進行了出現頻次排序。初步研究結果發現，除西藏外，29個省市自治區都涌現出了數字化實驗文獻，但地域分布很不均衡。江蘇省在大部分學段和學科數字化實驗教研文獻的貢獻方面排在全國首位，并與安徽省在中學化學數字化實驗文獻的貢獻方面遙遙領先其他省份。上海市在小學科學數字化實驗教研文獻貢獻方面獨占鰲頭，并與福建并列高中物理數字化實驗教研文獻貢獻之首位。從文獻總體數量來看，江蘇、安徽、上海、福建和廣東五省市居全國前五位。顯然江蘇省、上海市和安徽省的教師教研工作更值得全國學習借鑒。
表3-1 2019~2021擁有10位及以上數字化實驗教研文獻作者的地區排序
3.2文獻作者的所在單位分布
研究者對文獻作者所在單位進行了出現頻次排序，發現了很多在數字化實驗的教學研究方面有突出貢獻的學校。
表3-2 2019~2021發表4篇及以上數字化實驗教研文獻的單位排序
No.4發表數字化實驗文獻的刊物分布
作者對發表數字化教研文獻的刊物進行了梳理，并按照刊發數量進行了排序。
表4 2019~2021發表10篇以上數字化實驗教研文獻的刊物排序
No.5數字化實驗文獻中涉及的傳感器
傳感器是數字化實驗的基礎設備。研究者根據各類傳感器在數字化實驗文獻中的出現頻次進行了統計排序，從中得出了各學科數字化實驗中不同種類傳感器的使用密度。依照此研究成果，教育裝備部門可研究制定更為合理的數字化實驗配備標準。
表5 2019~2021數字化實驗教研文獻中出現10次以上的各類傳感器排序
No.6數字化實驗文獻的研究內容分析
6.1研究方向維度
表6-1 2019~2021數字化實驗教研文獻分學科研究方向構成
由上表可見，大部分學段和學科的實踐類文獻均多于理論類文獻。唯獨小學科學數字化實驗文獻中，理論文獻顯著多于實踐類文獻。
6.2標題關鍵詞維度
表6-2 2019~2021數字化實驗文獻標題高頻關鍵詞
由上表可見，“數字化實驗”已經成為本研究領域接受度和使用度最高的特指性稱謂，在422篇文獻標題中出現122次，占28.91%；其次是上海市針對數字化實驗的英文縮略——DIS，在文獻標題中出現89次，占21.09%；而前些年在化學界較為流行但不太規范的稱謂——“手持技術”，僅在文獻標題中出現20次，占4.74%。
6.3文獻對理論和實踐的貢獻維度
從總體來看，數字化實驗教研文獻的作者普遍認為數字化實驗是對傳統實驗方式和實驗手段的革新，但同時并沒有將數字化實驗與傳統實驗予以對立，而且普遍持兩者應相互補充、相互融合、取長補短、相得益彰的態度。
作者們對數字化實驗所體現出的相對于傳統實驗量化、過程化、精密化等突出特點普遍予以了肯定。對數字化實驗在填補傳統實驗空白方面的表現尤其重視，認為這是數字化實驗得以超越傳統實驗的根本價值所在。有大約10%的作者將數字化實驗的上述功能與學科素養教育和學生思維品質培養提升結合起來，指出了數字化實驗的不可替代性。另有部分作者將數字化實驗的推廣應用與教學模式的革新關聯起來，認為數字化實驗將在今后相當長的歷史時期內影響和促進理科實驗教學的發展。
以下列舉部分優秀文獻的觀點及其貢獻。
徐睿（上海市教委教研室）、郭震（人教社課程教材研究所）針對化學數字化實驗教學領域的研究凸顯了站位的高度和寬廣的視角。其中，徐睿以近三屆全國化學實驗教學創新研討會上展示交流的數字化實驗作品為素材，從數字化實驗的占比、傳感器使用情況、功能類型等方面分析數字化實驗研究和應用的發展狀況，發現數字化實驗在發展的均衡性、教學基本要求的把握、傳感器使用方法、傳感器本身特點等方面存在的典型問題，建議從教學難點、學生活動、儀器功能三個切入點對數字化實驗進一步探索。1 郭震則對“2019年全國化學數字化實驗教學應用成果交流與培訓活動”進行了述評，認為中學化學數字化實驗的研究，已從利用新設備開發新案例的認知性、技術性研究，發展為將數字化實驗與實際課堂教學內容深度融合，發展學生化學學科核心素養的教育、教學研究層面。2 而身處基層學校的王玲玲老師等則通過積極實踐，走出了利用數字化實驗學生自主進行真實場景中的實驗調查的關鍵一步。他們利用學校的區位優勢，開展了對長江水酸堿度、電導率、溶解氧、水溫等進行現場測試調查，并得出長江水質檢測報告，再通過長時間的跟蹤調查，整理出長江水質變化報告。數字化實驗儀器的便攜性和強大的信息搜集能力，不僅讓學生產生了科研的成就感，也讓保護環境的責任意識深深烙在了學生心里。3
高嵩（山東師范大學物理學院教授）、孔慶儀（浙江師范大學附屬臨浦中學教師）和許瓊（上海市風華中學教師）關于物理教學中數字化實驗應用的研究體現了特有的嚴謹和扎實。高嵩總結出了使用準確而便捷的實驗方式，讓學生立刻進入正確物理情境，進而通過情境認識現象，利用實驗數據尋找規律的教學方法。她以DIS智能力盤為例，給出了使用該實驗裝置獲得“力的合成”的清晰圖景，把物理現實、數學運算密切結合起來，從而在思維底層促進學生認知的鮮活例證，歸納出了數字化實驗的教學價值。4 孔慶儀則通過具體的實驗案例，分析了傳統初中物理實驗儀器中存在的不足，嘗試使用數字化實驗器材改進和創新實驗教學，最終提出應用數字測量儀、數字傳感器、計算機輔助教學來提升學生的觀察能力、設計能力與綜合探究能力，而提升學生的物理學科素養的有效方法。5 許瓊通過對驗證機械能守恒定律實驗的研究，結合對該實驗不同代際儀器設備的教學效果分析，指出隨著時代的進步，信息技術的不斷發展，物理實驗設計、實驗器材、數據處理、圖象分析等也應該具有相匹配的時代性。DIS實驗系統能在物理課堂中拉近學生與當今物理科學研究的距離，為學生在信息化社會中學習技能、解決問題提供了寶貴的經歷。6
趙偉新（上海市教委教研室小學自然教研員）和陳健（上海市嘉定區教師進修學院小學自然教研員）在小學科學的數字化實驗教學方面的研究走在了全國前列。陳健指出：數字化實驗是對傳統科學實驗測量工具和數據處理方法的革命，改變了自然學科持續了幾十年的傳統實驗測量技術，更改變了學生學習科學的方式，也促進了自然課堂的轉型。7 趙偉新則在推動數字化實驗技術廣泛應用于小學自然實驗活動的同時，創造性地將數字化的數據收集功能擴展到了學生學習過程記錄和評價方面，讓數字化實驗系統具備了前所未有的過程性評價功能，實現了更深層次的“評價先行”、“以評促學”。8
陳耿祥（廈門外國語學校）和成海英（上海電子信息職業技術學院）兩位老師的研究格外與眾不同。陳耿祥憑借自己獨具的技術功底，利用Arduino Nano單片機控制舵機，設計出頻率可調的驅動力裝置讓振子做受迫振動，再結合DIS位移采集系統，構建了研究受迫振動規律的創新性實驗裝置，有效彌補了傳統手搖共振儀無法開展定量探究的不足。9 成海英老師則借助DIS方塊電路實驗系統，對電磁振蕩實驗進行了創新設計，實現了對電磁振蕩周期影響因素的定量研究，進而結合GUI仿真模擬，完成了無阻尼條件下的電磁振蕩規律展示。10 這兩位老師一方面充分發揮了數字化實驗設備的教學應用潛力，另一方面為廣大一線用戶指出了基于DIS現有設備，結合教學要求進行再創造的研究方向。
相比于教師和教研員，陳婷（上海閘北八中校長）則是一位全面推進數字化實驗常態化應用的成功實踐者。她指出，通過六年多的常態化應用推進，閘北八中已讓數字化實驗——DIS成為師生合作探究的“夢工廠”，教師的信息技術素養得到提升，學生的自主實踐能力和創新精神得到激發。11 閘北八中的數字化實驗常態化應用，已取得全國領先。
綜上，近三年的數字化實驗文獻成果對數字化實驗的理論和實踐均做出了較大貢獻。期待未來有更多、更優秀的研究成果涌現出來！
研究指導：
馮容士，上海市中小學數字化實驗系統研發中心主任，物理特級教師，上海市特級校長。
研究主持：
李鼎，上海市中小學數字化實驗系統研發中心副主任，西南大學科學教育學博士。
團隊成員：
石陽、蔣永樂、邢玉玲、孫艷艷等。
本研究成果版權所有：
上海市中小學數字化實驗系統研發中心?
2021年11月24日
參考文獻：
1徐睿.數字化實驗的發展及建議——從全國化學實驗教學創新參展作品說開去[J].北京.中小學數字化教學,2020:8
2郭震.關注課堂教學,促進素養發展——數字化實驗教學應用成果交流活動述評[J].哈爾濱.中學化學,2020:1
3王玲玲,丁嬌陽,余騰.數字化實驗在信息技術推動和教學改革中的價值分析[J].南寧.中學教學參考,2020:12
4高嵩.力的合成教學問題剖析[J].蘇州.物理教師,2021:3
5孔慶儀.數字化實驗在初中物理實驗教學中的應用[J].哈爾濱.中學物理,2020:9
6許瓊. “驗證機械能守恒定律實驗”——從傳統到DIS的變革[J].上海.物理教學,2020:10
7陳健.以DIS改進實驗教學,促進小學自然課堂轉型[J].上海.上海課程教學研究,2019:4
8趙偉新.用技術的力量促進教學方式的變革——從賽靈格系統迭代更新看小學科學課堂教學的變化[J].武漢.科教導刊,2021:5-6
9陳耿祥,唐柱榮.利用單片機研究受迫振動[J].保定.物理通報,2021:7
10成海英.基于信息技術的“電磁振蕩”創新實驗[J].上海.物理教學,2021:5
11陳婷.數字化實驗的常態化應用助力師生成為教育信息化應用的成功者[J].上海.上海教育,2020:2
