DIS上海创造--数字化实验系统研发纪实/上海教育丛书

作者简介

冯容士，1941年生，1964年毕业于上海师范学院物理系，中学物理特级教师、上海市特级校长、全国教育系统先进工作者，享受国务院政府特殊津贴。 长期致力于物理实验教学实践及理论研究，青年时代即成功研发了我国第一台大屏教学示波器，先后写就《教学示波器》《中学物理实验汇编（力学）》《一物多用的物理小实验》《制作？实验？思考》《物理实验创造技法与实验研究》《工具的变迁，课改的理念》《传神》等专著，参编上海市及全国教材10余种。 2002年任上海市中小学数字化实验系统研发中心主任，主持开发了数字化信息系统实验室（DISLab）项目。该项目先后获得国家基础教育课程改革教学研究成果一等奖、上海市教学成果特等奖、国家级教学成果一等奖。 李鼎，1969年生，1990年毕业于山东大学社会学系，西南大学科学教育学博士研究生（在读），中国教育装备研究院专家委员会委员，济南市劳动模范。 1997年创建山东远大朗威教育科技股份有限公司（新三板：430511），2002年起任上海市中小学数字化实验系统研发中心副主任。 参与开发的数字化信息系统实验室（DISLab）项目，2010年获得国家基础教育课程改革教学研究成果一等奖，2014年获得上海市教学成果特等奖、世界教具联合会教学仪器创新奖，2018年再获世界教具联合会教学仪器创新奖。

内容简介

第一章 DIS创造之旅 上海二期课改提出了“以学生发展为本”的理念，倡导转变学生的学习方式， 培养学生的创新精神和实践能力，重点是加强课程与信息技术的整合，创建数字化学习环境。物理学科顺势而为，《上海市中学物理课程标准（试行稿）》明确提出在实验教学中要引入数字化实验系统，这是DIS的起源。 2002年4月，由上海市教委教研室、上海市风华中学和山东省远大网络多媒体有限责任公司三方联合组成的上海市中小学数字化实验系统研发中心成立，并开始运作，标志着DIS研发和应用的起航。 DIS研发和应用，主要解决四个问题：（1）观念转变与思想统一；（2）技术研发与器材生产；（3）人才培养与队伍建设；（4）课堂改革与学习转型。“基于问题”是DIS研发和应用的实践起点。 DIS研发和应用经历了研发起步、试点改进、推广应用、深化拓展等四个阶段，逐渐发展壮大，在助推物理教材编写、产品研发，提升物理教学质量、服务课改等方面取得了丰硕成果。本章内容主要摘自项目“中学物理教学的革新—数字化实验系统（DIS）的研发与应用”［“国家级教学成果（基础教育）奖”的报告原文【2002—2014年5月】］，简明反映了DIS的创造之旅。 第一节 DIS创造之问 一、 研究的背景 21世纪初，人类已进入信息时代，在上海的中学物理实验教学中，仪器装备陈旧、测量手段粗糙、操作效率低下，导致物理学习缺乏探究性，不能适应现代社会的飞速发展，不能满足学生的需要，也不能保障实验教学的正常开展。 随着信息技术的发展，中学物理实验教学迎来了新的机遇。借鉴了国外传感器技术运用于物理实验教学的经验，上海研发自己的产品，使学生置身于数字化的学习环境中，不仅有迫切的需求，而且也有实施的可能。 作为国家教育改革的试验区，上海对中学物理实验教学的改革构想可谓由来已久。在1999年底发布的《上海市面向21世纪物理学科教育改革行动纲领》中， 明确指出：“积极探索多媒体计算机与物理实验的结合，实现对物理实验的实时控制及对实验数据的自动化采集和处理，以更好地发挥实验教学功能。”2002年上海市中小学课程教材改革第二期工程（以下简称“二期课改”）启动，围绕“转变学生的学习方式”和“创建数字化学习环境”等目标，在《上海市中学物理课程标准》中对实验教学明确提出引入数字化实验系统（以下简称DIS）的要求，革新实验手段，优化实验教学功能。 二、 解决的主要问题 研发和应用DIS实验系统，拟解决的三个问题： 1. 技术研发与器材生产的问题 怎样研发与教材配套、满足课改需要、受到师生认可，并拥有独立知识产权的数字化实验系统？ 2. 实验改革与学习转型的问题 怎样用信息技术改进物理实验，推动教学改革，实现学生学习方式的改变？ 3. 人才培养与队伍建设的问题 怎样组建高水平、协作型、具有信息素养的教学和技术团队？ 三、 研究的价值和意义 研发和应用DIS实验系统，具有以下价值和意义： 一是创建数字化学习环境，提升教师和学生的现代意识、时代感，加快实现教育的现代化、国际化。 二是推动新课程改革，优化学习方式和教学方法，为学生科学素养提升和教师专业发第一章 DIS创造之旅 上海二期课改提出了“以学生发展为本”的理念，倡导转变学生的学习方式， 培养学生的创新精神和实践能力，重点是加强课程与信息技术的整合，创建数字化学习环境。物理学科顺势而为，《上海市中学物理课程标准（试行稿）》明确提出在实验教学中要引入数字化实验系统，这是DIS的起源。 2002年4月，由上海市教委教研室、上海市风华中学和山东省远大网络多媒体有限责任公司三方联合组成的上海市中小学数字化实验系统研发中心成立，并开始运作，标志着DIS研发和应用的起航。 DIS研发和应用，主要解决四个问题：（1）观念转变与思想统一；（2）技术研发与器材生产；（3）人才培养与队伍建设；（4）课堂改革与学习转型。“基于问题”是DIS研发和应用的实践起点。 DIS研发和应用经历了研发起步、试点改进、推广应用、深化拓展等四个阶段，逐渐发展壮大，在助推物理教材编写、产品研发，提升物理教学质量、服务课改等方面取得了丰硕成果。本章内容主要摘自项目“中学物理教学的革新—数字化实验系统（DIS）的研发与应用”［“国家级教学成果（基础教育）奖”的报告原文【2002—2014年5月】］，简明反映了DIS的创造之旅。 第一节 DIS创造之问 一、 研究的背景 21世纪初，人类已进入信息时代，在上海的中学物理实验教学中，仪器装备陈旧、测量手段粗糙、操作效率低下，导致物理学习缺乏探究性，不能适应现代社会的飞速发展，不能满足学生的需要，也不能保障实验教学的正常开展。 随着信息技术的发展，中学物理实验教学迎来了新的机遇。借鉴了国外传感器技术运用于物理实验教学的经验，上海研发自己的产品，使学生置身于数字化的学习环境中，不仅有迫切的需求，而且也有实施的可能。 作为国家教育改革的试验区，上海对中学物理实验教学的改革构想可谓由来已久。在1999年底发布的《上海市面向21世纪物理学科教育改革行动纲领》中， 明确指出：“积极探索多媒体计算机与物理实验的结合，实现对物理实验的实时控制及对实验数据的自动化采集和处理，以更好地发挥实验教学功能。”2002年上海市中小学课程教材改革第二期工程（以下简称“二期课改”）启动，围绕“转变学生的学习方式”和“创建数字化学习环境”等目标，在《上海市中学物理课程标准》中对实验教学明确提出引入数字化实验系统（以下简称DIS）的要求，革新实验手段，优化实验教学功能。 二、 解决的主要问题 研发和应用DIS实验系统，拟解决的三个问题： 1. 技术研发与器材生产的问题 怎样研发与教材配套、满足课改需要、受到师生认可，并拥有独立知识产权的数字化实验系统？ 2. 实验改革与学习转型的问题 怎样用信息技术改进物理实验，推动教学改革，实现学生学习方式的改变？ 3. 人才培养与队伍建设的问题 怎样组建高水平、协作型、具有信息素养的教学和技术团队？ 三、 研究的价值和意义 研发和应用DIS实验系统，具有以下价值和意义： 一是创建数字化学习环境，提升教师和学生的现代意识、时代感，加快实现教育的现代化、国际化。 二是推动新课程改革，优化学习方式和教学方法，为学生科学素养提升和教师专业发第一章 DIS创造之旅 上海二期课改提出了“以学生发展为本”的理念，倡导转变学生的学习方式， 培养学生的创新精神和实践能力，重点是加强课程与信息技术的整合，创建数字化学习环境。物理学科顺势而为，《上海市中学物理课程标准（试行稿）》明确提出在实验教学中要引入数字化实验系统，这是DIS的起源。 2002年4月，由上海市教委教研室、上海市风华中学和山东省远大网络多媒体有限责任公司三方联合组成的上海市中小学数字化实验系统研发中心成立，并开始运作，标志着DIS研发和应用的起航。 DIS研发和应用，主要解决四个问题：（1）观念转变与思想统一；（2）技术研发与器材生产；（3）人才培养与队伍建设；（4）课堂改革与学习转型。“基于问题”是DIS研发和应用的实践起点。 DIS研发和应用经历了研发起步、试点改进、推广应用、深化拓展等四个阶段，逐渐发展壮大，在助推物理教材编写、产品研发，提升物理教学质量、服务课改等方面取得了丰硕成果。本章内容主要摘自项目“中学物理教学的革新—数字化实验系统（DIS）的研发与应用”［“国家级教学成果（基础教育）奖”的报告原文【2002—2014年5月】］，简明反映了DIS的创造之旅。 第一节 DIS创造之问 一、 研究的背景 21世纪初，人类已进入信息时代，在上海的中学物理实验教学中，仪器装备陈旧、测量手段粗糙、操作效率低下，导致物理学习缺乏探究性，不能适应现代社会的飞速发展，不能满足学生的需要，也不能保障实验教学的正常开展。 随着信息技术的发展，中学物理实验教学迎来了新的机遇。借鉴了国外传感器技术运用于物理实验教学的经验，上海研发自己的产品，使学生置身于数字化的学习环境中，不仅有迫切的需求，而且也有实施的可能。 作为国家教育改革的试验区，上海对中学物理实验教学的改革构想可谓由来已久。在1999年底发布的《上海市面向21世纪物理学科教育改革行动纲领》中， 明确指出：“积极探索多媒体计算机与物理实验的结合，实现对物理实验的实时控制及对实验数据的自动化采集和处理，以更好地发挥实验教学功能。”2002年上海市中小学课程教材改革第二期工程（以下简称“二期课改”）启动，围绕“转变学生的学习方式”和“创建数字化学习环境”等目标，在《上海市中学物理课程标准》中对实验教学明确提出引入数字化实验系统（以下简称DIS）的要求，革新实验手段，优化实验教学功能。 二、 解决的主要问题 研发和应用DIS实验系统，拟解决的三个问题： 1. 技术研发与器材生产的问题 怎样研发与教材配套、满足课改需要、受到师生认可，并拥有独立知识产权的数字化实验系统？ 2. 实验改革与学习转型的问题 怎样用信息技术改进物理实验，推动教学改革，实现学生学习方式的改变？ 3. 人才培养与队伍建设的问题 怎样组建高水平、协作型、具有信息素养的教学和技术团队？ 三、 研究的价值和意义 研发和应用DIS实验系统，具有以下价值和意义： 一是创建数字化学习环境，提升教师和学生的现代意识、时代感，加快实现教育的现代化、国际化。 二是推动新课程改革，优化学习方式和教学方法，为学生科学素养提升和教师专业发展提供坚实的基础。 三是提供优良的技术平台，培养创新人才，弘扬创新精神，为中学物理实验教学的改革和创新展现广阔的发展前景。 第二节 DIS创造之迹 从2002年开始至今，DIS的研发与应用已坚守了整整十六年，整个过程可以分为研发起步、试点改进、推广应用、深化拓展等四个阶段。 一、 研发起步阶段（2002—2003年） 以上海市中小学数字化实验系统研发中心（以下简称“研发中心”）的成立为标志，采用教材引领、人力资源整合的方法，根据教材的需要，研发产品，做到编研同步；研发中心凝聚了技术人员、教学专家和一线教师，做到三位一体，实现机制创新。技术上运用一键OK的“傻瓜”策略，开发了位移传感器，突破了测量的瓶颈，成功开局。 1. 机制创新—成为DIS引领中学物理实验教学改革的保障 上海“二期课改”启动后，上海市教委教研室（以下简称“市教研室”）就认识到：必须为实现培养学生自主探究和自主学习的能力目标寻求可靠的物质载体。为此，有关专家对物理实验教学领域的新技术进行了考察论证，发现国内外现有产品的设计思想、功能设置等都难以符合我国国情。市教研室决定：自行研发新教材所需的实验系统，以保证具有独立知识产权的实验产品能够紧密配合教材，为教学服务。技术研发、设备制造、教材编写与教学实践必须同步进行。为保证研发的顺利实施，必须打破常规，另辟蹊径，整合人力资源，组建包括技术人员、教学专家和一线教师的高水平、协作型的研发团队。 2002年由市教研室、风华中学和山东省远大网络多媒体有限责任公司三家单位合作组建的“中小学数字化实验系统研发中心”，是国内首个中学数字化实验系统的研发机构，在普教系统形成了“研学产一体化”机制，创造了“联合研发、以教定产、监督制造”的运作模式。研发中心的成立标志着DIS研发的起步。 2. “分体式位移传感器”的研发—突破了实验测量技术的瓶颈 DIS研发之初，位移传感器核心器件的选择成为一大瓶颈。国外器件进口困难且价格昂贵。研发中心立足国产器件，积极进行结构创新，通过“收发分体”（图1—2—1），不仅满足了教材中实验的要求，而且一举攻克了国外产品长期存在的测量盲区问题。该项成果在2006年5月被授予实用新型专利（编号： ZL200420040210.5），进而被人教社新课标高中物理教材收录。 3. “傻瓜”策略—DIS成功开局的秘籍 软件是实验教学中重要的人机交互窗口，世纪之初的学生和教师，没有太多使用国际主流工具软件的经验，如果实验操作过程中使用的软件过于复杂，不仅会占用过多的课堂时间，增加教师负担，还会将学生的注意力转移到教学之外。因此，研发中心确定了“简单易用、分门别类”的原则，开发了一键OK的专用软件（因其易用性被称为“傻瓜”软件），从而打消了老师（特别是老教师）对使用DIS 畏惧心理，成为师生迅速接受、认同DIS的开局机制。 二、 试点改进阶段（2004—2005年） 以DIS通过课程教材鉴定为标志。采用选点试用、跟踪改进的方法，在上海“二期课改”53所试点学校免费试用；根据试用情况不断改进，做到用改同步，实现DIS根植教学。技术上运用“展提供坚实的基础。 三是提供优良的技术平台，培养创新人才，弘扬创新精神，为中学物理实验教学的改革和创新展现广阔的发展前景。 第二节 DIS创造之迹 从2002年开始至今，DIS的研发与应用已坚守了整整十六年，整个过程可以分为研发起步、试点改进、推广应用、深化拓展等四个阶段。 一、 研发起步阶段（2002—2003年） 以上海市中小学数字化实验系统研发中心（以下简称“研发中心”）的成立为标志，采用教材引领、人力资源整合的方法，根据教材的需要，研发产品，做到编研同步；研发中心凝聚了技术人员、教学专家和一线教师，做到三位一体，实现机制创新。技术上运用一键OK的“傻瓜”策略，开发了位移传感器，突破了测量的瓶颈，成功开局。 1. 机制创新—成为DIS引领中学物理实验教学改革的保障 上海“二期课改”启动后，上海市教委教研室（以下简称“市教研室”）就认识到：必须为实现培养学生自主探究和自主学习的能力目标寻求可靠的物质载体。为此，有关专家对物理实验教学领域的新技术进行了考察论证，发现国内外现有产品的设计思想、功能设置等都难以符合我国国情。市教研室决定：自行研发新教材所需的实验系统，以保证具有独立知识产权的实验产品能够紧密配合教材，为教学服务。技术研发、设备制造、教材编写与教学实践必须同步进行。为保证研发的顺利实施，必须打破常规，另辟蹊径，整合人力资源，组建包括技术人员、教学专家和一线教师的高水平、协作型的研发团队。 2002年由市教研室、风华中学和山东省远大网络多媒体有限责任公司三家单位合作组建的“中小学数字化实验系统研发中心”，是国内首个中学数字化实验系统的研发机构，在普教系统形成了“研学产一体化”机制，创造了“联合研发、以教定产、监督制造”的运作模式。研发中心的成立标志着DIS研发的起步。 2. “分体式位移传感器”的研发—突破了实验测量技术的瓶颈 DIS研发之初，位移传感器核心器件的选择成为一大瓶颈。国外器件进口困难且价格昂贵。研发中心立足国产器件，积极进行结构创新，通过“收发分体”（图1—2—1），不仅满足了教材中实验的要求，而且一举攻克了国外产品长期存在的测量盲区问题。该项成果在2006年5月被授予实用新型专利（编号： ZL200420040210.5），进而被人教社新课标高中物理教材收录。 3. “傻瓜”策略—DIS成功开局的秘籍 软件是实验教学中重要的人机交互窗口，世纪之初的学生和教师，没有太多使用国际主流工具软件的经验，如果实验操作过程中使用的软件过于复杂，不仅会占用过多的课堂时间，增加教师负担，还会将学生的注意力转移到教学之外。因此，研发中心确定了“简单易用、分门别类”的原则，开发了一键OK的专用软件（因其易用性被称为“傻瓜”软件），从而打消了老师（特别是老教师）对使用DIS 畏惧心理，成为师生迅速接受、认同DIS的开局机制。 二、 试点改进阶段（2004—2005年） 以DIS通过课程教材鉴定为标志。采用选点试用、跟踪改进的方法，在上海“二期课改”53所试点学校免费试用；根据试用情况不断改进，做到用改同步，实现DIS根植教学。技术上运用“展提供坚实的基础。 三是提供优良的技术平台，培养创新人才，弘扬创新精神，为中学物理实验教学的改革和创新展现广阔的发展前景。 第二节 DIS创造之迹 从2002年开始至今，DIS的研发与应用已坚守了整整十六年，整个过程可以分为研发起步、试点改进、推广应用、深化拓展等四个阶段。 一、 研发起步阶段（2002—2003年） 以上海市中小学数字化实验系统研发中心（以下简称“研发中心”）的成立为标志，采用教材引领、人力资源整合的方法，根据教材的需要，研发产品，做到编研同步；研发中心凝聚了技术人员、教学专家和一线教师，做到三位一体，实现机制创新。技术上运用一键OK的“傻瓜”策略，开发了位移传感器，突破了测量的瓶颈，成功开局。 1. 机制创新—成为DIS引领中学物理实验教学改革的保障 上海“二期课改”启动后，上海市教委教研室（以下简称“市教研室”）就认识到：必须为实现培养学生自主探究和自主学习的能力目标寻求可靠的物质载体。为此，有关专家对物理实验教学领域的新技术进行了考察论证，发现国内外现有产品的设计思想、功能设置等都难以符合我国国情。市教研室决定：自行研发新教材所需的实验系统，以保证具有独立知识产权的实验产品能够紧密配合教材，为教学服务。技术研发、设备制造、教材编写与教学实践必须同步进行。为保证研发的顺利实施，必须打破常规，另辟蹊径，整合人力资源，组建包括技术人员、教学专家和一线教师的高水平、协作型的研发团队。 2002年由市教研室、风华中学和山东省远大网络多媒体有限责任公司三家单位合作组建的“中小学数字化实验系统研发中心”，是国内首个中学数字化实验系统的研发机构，在普教系统形成了“研学产一体化”机制，创造了“联合研发、以教定产、监督制造”的运作模式。研发中心的成立标志着DIS研发的起步。 2. “分体式位移传感器”的研发—突破了实验测量技术的瓶颈 DIS研发之初，位移传感器核心器件的选择成为一大瓶颈。国外器件进口困难且价格昂贵。研发中心立足国产器件，积极进行结构创新，通过“收发分体”（图1—2—1），不仅满足了教材中实验的要求，而且一举攻克了国外产品长期存在的测量盲区问题。该项成果在2006年5月被授予实用新型专利（编号： ZL200420040210.5），进而被人教社新课标高中物理教材收录。 3. “傻瓜”策略—DIS成功开局的秘籍 软件是实验教学中重要的人机交互窗口，世纪之初的学生和教师，没有太多使用国主流工具软件的经验，如果实验操作过程中使用的软件过于复杂，不仅会占用过多的课堂时间，增加教师负担，还会将学生的注意力转移到教学之外。因此，研发中心确定了“简单易用、分门别类”的原则，开发了一键OK的专用软件（因其易用性被称为“傻瓜”软件），从而打消了老师（特别是老教师）对使用DIS 畏惧心理，成为师生迅速接受、认同DIS的开局机制。 二、 试点改进阶段（2004—2005年） 以DIS通过课程教材鉴定为标志。采用选点试用、跟踪改进的方法，在上海“二期课改”53所试点学校免费试用；根据试用情况不断改进，做到用改同步，实现DIS根植教学。技术上运用“鱼骨”发散思维，开发了DIS向心力实验器等器材，其成果填补了国内实验教学的空白。 1. 根植教学—成为DIS不断完善的源泉 上海53所“二期课改”试点学校在试用新教材的同时免费试用DIS。自此， DIS走进课堂，开始了根植教学的试点改进阶段。 针对试点学校实践中反馈的配套器材欠缺的问题，研发中心接连推出“多用力学轨道”“向心力实验器”等十几种成套的新型器材，创设与数字化实验相适应的实验环境。针对满足教师个性化教学的需求，研发中心开发了DIS通用软件，使实验方案更加多样，数据处理更加灵活。试点过程累积了大量实验案例和使用DIS的公开课案例，不仅为教材修订积累了素材，更促进了DIS的完善。 2. 研发“向心力实验器”—填补国内实验教学的空白 按照圆周运动标准物理模型开发的“向心力实验器”，涉及力传感器和光电门传感器的联用，填补了国内实验教学的空白，为教材量身定做的数字化实验在各种配套器材的支持下，教学作用才得以真正显现。“向心力实验器”（图 1—2—2）的研发，为研发中心此后诸多创新与创造奠定了基础。 3.“ 鱼骨”思维—成为DIS开发的创新指南 图1—2—3为研发中心基于微电流传感器开发实验的“鱼骨”发散思维导图。根据该图，微电流传感器好比鱼头，通过鱼身牵动脊骨上的无数“鱼刺”，这些“鱼刺”就是可以用微电流传感器开发完成的诸多实验，如纯水导电、温差电池、环境热辐射测量、人体电流等。“鱼骨”发散思维，也为教师设计创新实验提供了示范和思路。 三、 推广应用阶段（2006—2010年） 以获得 基础教育课程改革教学研究成果一等奖为标志。采用培训保障、评价激励的方法，开展DIS专题培训，形成骨干教师团队；通过实验操作考试引入DIS内容、组织教师论文评选等措施，激励师生，实现课堂改变。技术上运用“组合”策略，开发了法拉第电磁感应定律实验器等智能化实验 器材。 1. 改变课堂—成为DIS研发与应用的根本目标 随着涉及DIS的内容进入上海的考试评价体系，课堂教学发生了改变。首先，教学时空在改变。由于DIS具备“实时实验”的功能，数据采集、处理和图线描绘效率极高，师生们可以从烦琐的简单劳动中解脱出来，体验、合作和交流就有了更多时间和空间。教师可以利用节省出的时间，引导学生改变实验条件， 对物理现象和物理规律进行更深入的分析和讨论。其次，教学方式在改变。定量测量工具的研发，实现了对许多物理规律的定量探究，增加了探究学习的 机会。 研发中心在相关区县展开了多批次的DIS教师培训，参训物理教师和实验员人数达700人次。通过各类培训，组建了DIS骨干教师团队，夯实了新技术推广应用的基础。 2.“ DIS法拉第电磁感应实验器”的研发—开启实验教学的数字化新 里程 受限于实验手段的不足，传统教材中没有设置定量研究法拉第电磁感应定律实验。研发中心在解决了动生电动势公式的实验验证之后，又依托教学一线，通过观摩、听课，寻找到了进一步改进实验的方法，终于研发出智能电源解决了定量研究感生电动势的问题，该成果获得“第七届国际发明展览会” 金奖。 3. 组合技法—成为DIS系统集成的基本策略鱼骨”发散思维，开发了DIS向心力实验器等器材，其成果填补了国内实验教学的空白。 1. 根植教学—成为DIS不断完善的源泉 上海53所“二期课改”试点学校在试用新教材的同时免费试用DIS。自此， DIS走进课堂，开始了根植教学的试点改进阶段。 针对试点学校实践中反馈的配套器材欠缺的问题，研发中心接连推出“多用力学轨道”“向心力实验器”等十几种成套的新型器材，创设与数字化实验相适应的实验环境。针对满足教师个性化教学的需求，研发中心开发了DIS通用软件，使实验方案更加多样，数据处理更加灵活。试点过程累积了大量实验案例和使用DIS的公开课案例，不仅为教材修订积累了素材，更促进了DIS的完善。 2. 研发“向心力实验器”—填补国内实验教学的空白 按照圆周运动标准物理模型开发的“向心力实验器”，涉及力传感器和光电门传感器的联用，填补了国内实验教学的空白，为教材量身定做的数字化实验在各种配套器材的支持下，教学作用才得以真正显现。“向心力实验器”（图 1—2—2）的研发，为研发中心此后诸多创新与创造奠定了基础。 3.“ 鱼骨”思维—成为DIS开发的创新指南 图1—2—3为研发中心基于微电流传感器开发实验的“鱼骨”发散思维导图。根据该图，微电流传感器好比鱼头，通过鱼身牵动脊骨上的无数“鱼刺”，这些“鱼刺”就是可以用微电流传感器开发完成的诸多实验，如纯水导电、温差电池、环境热辐射测量、人体电流等。“鱼骨”发散思维，也为教师设计创新实验提供了示范和思路。 三、 推广应用阶段（2006—2010年） 以获得 基础教育课程改革教学研究成果一等奖为标志。采用培训保障、评价激励的方法，开展DIS专题培训，形成骨干教师团队；通过实验操作考试引入DIS内容、组织教师论文评选等措施，激励师生，实现课堂改变。技术上运用“组合”策略，开发了法拉第电磁感应定律实验器等智能化实验 器材。 1. 改变课堂—成为DIS研发与应用的根本目标 随着涉及DIS的内容进入上海的考试评价体系，课堂教学发生了改变。首先，教学时空在改变。由于DIS具备“实时实验”的功能，数据采集、处理和图线描绘效率极高，师生们可以从烦琐的简单劳动中解脱出来，体验、合作和交流就有了更多时间和空间。教师可以利用节省出的时间，引导学生改变实验条件， 对物理现象和物理规律进行更深入的分析和讨论。其次，教学方式在改变。定量测量工具的研发，实现了对许多物理规律的定量探究，增加了探究学习的 机会。 研发中心在相关区县展开了多批次的DIS教师培训，参训物理教师和实验员人数达700人次。通过各类培训，组建了DIS骨干教师团队，夯实了新技术推广应用的基础。 2.“ DIS法拉第电磁感应实验器”的研发—开启实验教学的数字化新 里程 受限于实验手段的不足，传统教材中没有设置定量研究法拉第电磁感应定律实验。研发中心在解决了动生电动势公式的实验验证之后，又依托教学一线，通过观摩、听课，寻找到了进一步改进实验的方法，终于研发出智能电源解决了定量研究感生电动势的问题，该成果获得“第七届国际发明展览会” 金奖。 3. 组合技法—成为DIS系统集成的基本策略鱼骨”发散思维，开发了DIS向心力实验器等器材，其成果填补了国内实验教学的空白。 1. 根植教学—成为DIS不断完善的源泉 上海53所“二期课改”试点学校在试用新教材的同时免费试用DIS。自此， DIS走进课堂，开始了根植教学的试点改进阶段。 针对试点学校实践中反馈的配套器材欠缺的问题，研发中心接连推出“多用力学轨道”“向心力实验器”等十几种成套的新型器材，创设与数字化实验相适应的实验环境。针对满足教师个性化教学的需求，研发中心开发了DIS通用软件，使实验方案更加多样，数据处理更加灵活。试点过程累积了大量实验案例和使用DIS的公开课案例，不仅为教材修订积累了素材，更促进了DIS的完善。 2. 研发“向心力实验器”—填补国内实验教学的空白 按照圆周运动标准物理模型开发的“向心力实验器”，涉及力传感器和光电门传感器的联用，填补了国内实验教学的空白，为教材量身定做的数字化实验在各种配套器材的支持下，教学作用才得以真正显现。“向心力实验器”（图 1—2—2）的研发，为研发中心此后诸多创新与创造奠定了基础。 3.“ 鱼骨”思维—成为DIS开发的创新指南 图1—2—3为研发中心基于微电流传感器开发实验的“鱼骨”发散思维导图。根据该图，微电流传感器好比鱼头，通过鱼身牵动脊骨上的无数“鱼刺”，这些“鱼刺”就是可以用微电流传感器开发完成的诸多实验，如纯水导电、温差电池、环境热辐射测量、人体电流等。“鱼骨”发散思维，也为教师设计创新实验提供了示范和思路。 三、 推广应用阶段（2006—2010年） 以获得 基础教育课程改革教学研究成果一等奖为标志。采用培训保障、评价激励的方法，开展DIS专题培训，形成骨干教师团队；通过实验操作考试引入DIS内容、组织教师论文评选等措施，激励师生，实现课堂改变。技术上运用“组合”策略，开发了法拉第电磁感应定律实验器等智能化实验 器材。 1. 改变课堂—成为DIS研发与应用的根本目标 随着涉及DIS的内容进入上海的考试评价体系，课堂教学发生了改变。首先，教学时空在改变。由于DIS具备“实时实验”的功能，数据采集、处理和图线描绘效率极高，师生们可以从烦琐的简单劳动中解脱出来，体验、合作和交流就有了更多时间和空间。教师可以利用节省出的时间，引导学生改变实验条件， 对物理现象和物理规律进行更深入的分析和讨论。其次，教学方式在改变。定量测量工具的研发，实现了对许多物理规律的定量探究，增加了探究学习的 机会。 研发中心在相关区县展开了多批次的DIS教师培训，参训物理教师和实验员人数达700人次。通过各类培训，组建了DIS骨干教师团队，夯实了新技术推广应用的基础。 2.“ DIS法拉第电磁感应实验器”的研发—开启实验教学的数字化新 里程 受限于实验手段的不足，传统教材中没有设置定量研究法拉第电磁感应定律实验。研发中心在解决了动生电动势公式的实验验证之后，又依托教学一线，通过观摩、听课，寻找到了进一步改进实验的方法，终于研发出智能电源解决了定量研究感生电动势的问题，该成果获得“第七届国际发明展览会” 金奖。 3. 组合技法—成为DIS系统集成的基本策略 把两个或两个以上的不同结构，巧妙地组合在一起，使它成为一个新的东西， 这种发明方法叫做“组合技法”。基于“组合技法”，研发中心实现了数据采集器与有线、无线接口模块的组合和自由更换；实现了传感器的无线发射和独立显示的模块组合；设计了适用于多种实验器的底座模块、USB通讯模块。系统的集成、简约、灵活、高效，极大地方便了教师的使用和学生的操作。“法拉第电磁感应实验器”（图1—2—4）就是采用了模块组合思想研发出来的。 四、 深化拓展阶段（2011—至今） 以获得国际发明博览会两项金奖为标志。采用典型示范、重点攻关的方法， 举办教学评比、DIS高峰论坛等活动示范引领；对物理实验中的难题，用新技术加以突破，实现持续创新。技术上运用“移用”原理，开发了二维传感器实验系统、电磁定位板等系列化智能器材，使DIS得以向全国各地和其他学科深化推广。 1. 持续创新—成为DIS引领中学物理实验教学改革的动力 2011 年起，DIS的发展进入从技术创新到教学创新的阶段，理论与实践的交互作用，促进了DIS“波浪式前进、螺旋式上升”。到目前，持续创新的DIS已经从中学物理迈向化学、生命科学、小学科学、环境教育和课外科技活动等基础教育学科领域。为生命科学量身定做的“心电图传感器”荣获首届全国中小学实验教学优秀案例展演特等奖。 2. “二维运动传感器系统”—开启了系列化智能实验器材的研发 二维运动传感器与随后开发的近十种配套实验装置组成的“二维运动传感器系统”（图1—2—5），解决了一系列研究平面内物体运动规律的实验难题，使教学中的“不可能”变成了“可能”，也使知识讲解过程中的“不可见”变得“可见”，扭转了教师对DIS的看法。该实验器不仅能够让学生更为透彻地认识二维运动规律，还能给学生以启示，自主设计实验进行探究。该成果夺得“第七届全国自制教具”一等奖。 3. 移用原理—成为本阶段DIS研发的源头活水 研发中心保持了对于行业外信息技术成果的持续追踪，一旦发现某种新技术有用于实验教学的可能，马上结合实验创新需求展开“跨界移植”，此举有力促进了一系列新仪器、新装置的诞生，被尊为指导开发工作的“移用”原理。二维运动传感器的开发就是成功移用了白板定位技术解决了二维运动的实时测量问题， 超越了当时国际上研究二维运动的主流手段（频闪照片和电火花描迹）。随后接踵推出的“无线向心力实验器”和“光电轨道系统”则分别得益于 “蓝牙”技术、“光电扫码”技术以及“高密度光栅盘”技术的移植应用。 在“傻瓜”策略、“鱼骨”思维、组合技法、“移用”原理等综合策略指导下，DIS 从解决单个实验问题的研发转变为攻克实验教学系统性需求的研发，从与教材配套拓展到服务于个性化学习，从物理学科拓宽到其他学科，从而实现了跨越式发展。 把两个或两个以上的不同结构，巧妙地组合在一起，使它成为一个新的东西， 这种发明方法叫做“组合技法”。基于“组合技法”，研发中心实现了数据采集器与有线、无线接口模块的组合和自由更换；实现了传感器的无线发射和独立显示的模块组合；设计了适用于多种实验器的底座模块、USB通讯模块。系统的集成、简约、灵活、高效，极大地方便了教师的使用和学生的操作。“法拉第电磁感应实验器”（图1—2—4）就是采用了模块组合思想研发出来的。 四、 深化拓展阶段（2011—至今） 以获得国际发明博览会两项金奖为标志。采用典型示范、重点攻关的方法， 举办教学评比、DIS高峰论坛等活动示范引领；对物理实验中的难题，用新技术加以突破，实现持续创新。技术上运用“移用”原理，开发了二维传感器实验系统、电磁定位板等系列化智能器材，使DIS得以向全国各地和其他学科深化推广。 1. 持续创新—成为DIS引领中学物理实验教学改革的动力 2011 年起，DIS的发展进入从技术创新到教学创新的阶段，理论与实践的交互作用，促进了DIS“波浪式前进、螺旋式上升”。到目前，持续创新的DIS已经从中学物理迈向化学、生命科学、小学科学、环境教育和课外科技活动等基础教育学科领域。为生命科学量身定做的“心电图传感器”荣获首届全国中小学实验教学优秀案例展演特等奖。 2. “二维运动传感器系统”—开启了系列化智能实验器材的研发 二维运动传感器与随后开发的近十种配套实验装置组成的“二维运动传感器系统”（图1—2—5），解决了一系列研究平面内物体运动规律的实验难题，使教学中的“不可能”变成了“可能”，也使知识讲解过程中的“不可见”变得“可见”，扭转了教师对DIS的看法。该实验器不仅能够让学生更为透彻地认识二维运动规律，还能给学生以启示，自主设计实验进行探究。该成果夺得“第七届全国自制教具”一等奖。 3. 移用原理—成为本阶段DIS研发的源头活水 研发中心保持了对于行业外信息技术成果的持续追踪，一旦发现某种新技术有用于实验教学的可能，马上结合实验创新需求展开“跨界移植”，此举有力促进了一系列新仪器、新装置的诞生，被尊为指导开发工作的“移用”原理。二维运动传感器的开发就是成功移用了白板定位技术解决了二维运动的实时测量问题， 超越了当时国际上研究二维运动的主流手段（频闪照片和电火花描迹）。随后接踵推出的“无线向心力实验器”和“光电轨道系统”则分别得益于 “蓝牙”技术、“光电扫码”技术以及“高密度光栅盘”技术的移植应用。 在“傻瓜”策略、“鱼骨”思维、组合技法、“移用”原理等综合策略指导下，DIS 从解决单个实验问题的研发转变为攻克实验教学系统性需求的研发，从与教材配套拓展到服务于个性化学习，从物理学科拓宽到其他学科，从而实现了跨越式发展。 把两个或两个以上的不同结构，巧妙地组合在一起，使它成为一个新的东西， 这种发明方法叫做“组合技法”。基于“组合技法”，研发中心实现了数据采集器与有线、无线接口模块的组合和自由更换；实现了传感器的无线发射和独立显示的模块组合；设计了适用于多种实验器的底座模块、USB通讯模块。系统的集成、简约、灵活、高效，极大地方便了教师的使用和学生的操作。“法拉第电磁感应实验器”（图1—2—4）就是采用了模块组合思想研发出来的。 四、 深化拓展阶段（2011—至今） 以获得国际发明博览会两项金奖为标志。采用典型示范、重点攻关的方法， 举办教学评比、DIS高峰论坛等活动示范引领；对物理实验中的难题，用新技术加以突破，实现持续创新。技术上运用“移用”原理，开发了二维传感器实验系统、电磁定位板等系列化智能器材，使DIS得以向全国各地和其他学科深化推广。 1. 持续创新—成为DIS引领中学物理实验教学改革的动力 2011 年起，DIS的发展进入从技术创新到教学创新的阶段，理论与实践的交互作用，促进了DIS“波浪式前进、螺旋式上升”。到目前，持续创新的DIS已经从中学物理迈向化学、生命科学、小学科学、环境教育和课外科技活动等基础教育学科领域。为生命科学量身定做的“心电图传感器”荣获首届全国中小学实验教学优秀案例展演特等奖。 2. “二维运动传感器系统”—开启了系列化智能实验器材的研发 二维运动传感器与随后开发的近十种配套实验装置组成的“二维运动传感器系统”（图1—2—5），解决了一系列研究平面内物体运动规律的实验难题，使教学中的“不可能”变成了“可能”，也使知识讲解过程中的“不可见”变得“可见”，扭转了教师对DIS的看法。该实验器不仅能够让学生更为透彻地认识二维运动规律，还能给学生以启示，自主设计实验进行探究。该成果夺得“第七届全国自制教具”一等奖。 3. 移用原理—成为本阶段DIS研发的源头活水 研发中心保持了对于行业外信息技术成果的持续追踪，一旦发现某种新技术有用于实验教学的可能，马上结合实验创新需求展开“跨界移植”，此举有力促进了一系列新仪器、新装置的诞生，被尊为指导开发工作的“移用”原理。二维运动传感器的开发就是成功移用了白板定位技术解决了二维运动的实时测量问题， 超越了当时国际上研究二维运动的主流手段（频闪照片和电火花描迹）。随后接踵推出的“无线向心力实验器”和“光电轨道系统”则分别得益于 “蓝牙”技术、“电扫码”技术以及“高密度光栅盘”技术的移植应用。 在“傻瓜”策略、“鱼骨”思维、组合技法、“移用”原理等综合策略指导下，DIS 从解决单个实验问题的研发转变为攻克实验教学系统性需求的研发，从与教材配套拓展到服务于个性化学习，从物理学科拓宽到其他学科，从而实现了跨越式发展。 冯容士，上海基础教育界的第一“创客”，退而不休，在花甲之年开始了二次创业，承担起DIS的研发项目。本书用生动的笔触展现了这位老特级教师创新创造的艰辛历程，用案例的形式阐述了DIS实验被攻克的过程，有失败的不放弃，也胜利的喜悦，更多的是成功之后瞄准的下一个目标。而引导笔者走向成功的秘诀，就是他多年来一直坚持的物理创造技法，并在实践中发展成为更加强大的DIS创造技法。如果你是一位物理教师，或是对物理实验感兴趣，抑或对创造有想法，这本书绝对值得你拥有。