1999年,上海市教委推出了《面向21世纪中小学新课程方案和各学科教育改革行动纲领(研究报告)》(以下简称《行动纲领》)。针对物理教学改革,《行动纲领》指出:要“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的功能”。这三句话,点燃了一堆篝火。直到2002年,这堆篝火迸发出一道耀眼的光芒,照亮了我国实验教学界的天际。这道光,就叫做DIS。
2024年5月26日,“重塑DIS:教学变革与转型发展”2024数字化实验教学研讨会暨上海市中小学数字化实验系统研发中心成立22周年纪念活动在上海市风华中学隆重举行。上海市教委副主任杨振峰、上海市教师教育学院院长王洋、教育部教育技术与资源发展中心学术委员会副主任委员刘强,以及张民生、尹后庆等上海教委老领导和超过200名来自全国各地的一线教师、专家莅临活动现场。
上海市中小学数字化实验系统研发中心,以下简称“DIS研发中心”,是上海市教育委员会为推动实验教学改革专门组建的,目前国内唯一的以数字化实验仪器及其软硬件配套系统的研发为主要工作方向的纯事业型科研联合体。该中心由上海市教委教研室、上海市风华中学和山东远大教科三方联合组成,于2002年6月启动运行,2003年2月正式揭牌。该中心的研发成果——数字化实验系统(Digital Information System,缩写为DIS),2002年即被明确写入上海市中学物理课程标准和中学物理教材,成为上海中学物理实验的必备设备。2003年DIS被纳入国家高中物理课程标准并被编入包括人教版物理教材在内的全国教材,目前已在物理、化学、生物、地理和科学课标中占据了一席之地,并渗透到了几十部教材的实验之中。
数字化实验系统——DIS,由物理、化学、生物、地理等各类传感器、数据采集器、配套实验器材和实验软件(包含随机软件和云平台软件)构成,是实验教学装备与数字化信息技术整合、升级的产物,具有实验数据准确、数据表现丰富、数形转换便利、数据分享快捷、实验场景多样等突出特点,可为多学科多学段的实验教学提供实验数据采集、记录、分析等全面而系统的支持。目前,数字化实验对传统实验的升级和替代已成为国际实验教学发展的趋势。
2010年,“DIS中学物理实验教学改革及教学应用”项目荣获教育部基础教育课程改革教学研究成果一等奖。2013年该项目荣获上海市教学成果特等奖。2014年,荣获国家级教学成果一等奖。研发中心的技术成果——无线向心力实验器、赛灵格TM移动式科学探究与实验系统、空中实验室和教室环境监测系统,代表中国分别于2014年、2018年、2020年和2023年荣获世界教具联合会(Worlddidac)创新产品大奖,包揽了我国教育装备行业仅有的四个国际奖项。
上海市中小学数字化实验系统研发中心不仅努力紧跟课改步伐,积极从事为课程教材革新配套的研发工作,更始终以教学研究为己任,深入研究实验教学的底层规律与认知机制。借助信息论、教育传播理论、认知心理学、计算机科学等基础理论,结合多次全国规模的实验教学调研及与美国等地的实验教学比较研究,研发中心逐渐形成了自己的理论体系,并以此理论体系为指导,开展了极富前瞻性的研发工作,在22年间不断收获实验教学创新成果,带动了全国范围内实验教学的改革,改变了从小学到高中的实验教学形态。
2024年,适逢研发中心成立22周年。在国家教育数字化转型、科学教育做加法、AI人工智能与教育教学相结合的大背景下,研发中心一改往年每年定期举行小型高层论坛的做法,将本年度的数字化实验教学研讨会扩展到超过200位专家代表的规模。出席本次研讨会的,除了上海教委的新老领导之外,还有来自上海各区县的一百多位校长、教研员和各学科教师,以及来自人教社、中行协和北京、天津、重庆、陕西、山东、河北、浙江、江苏、福建、广东、湖北、湖南、宁夏等省市的几十位教师、教研员及教育装备工作者。上海交大、东南大学、华东师大、上海师大、南京师大、首都师大、宁夏师大等十余所高校的二十多位专家教授也受邀出席了本次活动。
上午九点,活动正式开始。上海市中小学数字化实验系统研发中心主任,22年来带领研发团队和教学应用团队取得一个又一个科研成果,如今已是84岁高龄的上海市风华中学原校长、特级教师冯容士先生首先登台致辞。他深情回顾了研发中心接近四分之一个世纪的工作历程,用一个简洁凝炼的“1234”总结了研发中心22年来的工作成果,向拨冗莅临活动现场的领导和专家们致以了深深的感谢,冯容士主任强调:DIS是一座潜力极大的富矿,其未来的发展潜力必将超过其过往的辉煌!
随后,上海市中小学数字化实验系统研发中心的总设计师,本世纪初担任上海市教委副主任的张民生先生登台发言。他从科学与实验的关系,讲到了实验教学之于创新人才培养的重要意义;又从科学教育的加法,讲到了DIS实验的独特教学功能。张民生先生的发言看似信手拈来,实则深思熟虑。讲者口若悬河,听者酣畅淋漓。其深厚的学术功底、精湛的口才、严密的逻辑,征服了全场听众。很多代表首次从总设计师的视角下重新认识DIS数字化实验,既新奇又振奋,均表示受到了醍醐灌顶般的启发。
参会代表合影之后,研发中心副主任李鼎博士为与会代表献上了本次活动的“主菜”——2024DIS新品展示。李博士首先汇报了近年来DIS在广度和深度两个维度的扩展情况。广度扩展,是从实验教学数字化向课堂教学数字化以及教学研究数字化的迁移应用,前者的代表即为已纳入上海“三个助手”市级平台的“赛·课堂”系统,后者的代表是上海市教师教育学院最近立项的“S教研”系统。深度扩展,则主要体现在系列DIS实验新品的展示上。
李博士系统介绍了新品诞生的背景,即通过基础研究,研发中心认识到DIS数字化实验相比于传统实验固然优势明显,但仍存在实验装置和实验对象与数据显示空间分离等问题。而正是因为这些问题,导致学生在操作数字化实验的过程中,往往被视线的转换打断认知思维过程,从而会弱化数字化实验的效果。根据冯容士主任早年提出的实验教学创造技法之“问题点列举法”,本次展出的DIS新品,基本上都是围绕着解决上述问题,实现实验装置与数据同步、共点显示这一目标而努力的结果。其中既有对DIS老产品的大改,也有完全创新的仪器和装置。新品之新,既包含新硬件,更涉及新软件。
随后,李博士展示了基于DIS魔板——电磁定位系统的平抛运动和单摆、AI方块电路、智能光具座和机械能守恒实验器,以及生物-物理学科融合项目——智能机械臂和化学、生物实验创新案例:离子反应实质和水生植物光合作用等八个实验。演示结束,掌声响起,上述实验的创新性和教学适应性博得了现场领导和专家们的一致好评。
活动最后,上海市教委副主任杨振峰先生登台做重要讲话。
杨主任指出:
数字化实验,上世纪80年代起源于美国,但真正得到发扬光大的,却是在我们中国。2002年,上海市中学物理课程标准在全世界率先引进了DIS——数字化实验。2004年,上海二期课改高中物理教材主编张越老师总结到:DIS是上海二期课改的支柱!随后DIS的不断完善和发展,充分验证了张越老师的判断。
今天,我们身处教育数字化转型的大时代、大背景下,时刻面临着寻求教育改革“新质生产力”的压力。因此,我们更应该庆幸在22年前我们就拉开了实验教学数字化的帷幕。而DIS的发展告诉我们,他们没有满足搞几个传感器采集几个实验数据,而是在这22年间实现了从数字化实验、到实验数字化,再到课堂教学数字化的三级跳!
我们祝贺研发中心22年来的成功,同时还看到随着“双新”的推进,研发中心不遗余力,坚持数字化实验系统(DIS)的持续完善的同时,围绕新课标、新教材量身定制实验;随着上海市中小学教学数字化转型的推进,研发中心承担了上海市小学自然、小学科学与技术、初中科学、初中物理、高中化学学科数字化教学系统(“三个助手”)的底层技术开发、产品试制和应用推广工作。最近,为了支持上海市深度教研的开展,又启动了“上海市S-教研系统平台”的开发。除此之外,近年来开发出了空中实验室、水上实验室;去年DIS教室环境质量监测系统已经第四次获得国际大奖,今天我们又看到DIS的研发还将拓展到增强现实等方面。相信这些成果将进一步支持教师们设计与实施学科项目化学习、跨学科项目化学习、活动项目化学习等多样的教学活动。
22年了,研发中心一直在努力。我代表教委感谢冯容士老师,感谢冯老师的团队!你们是上海教育界的骄傲!期望你们继续努力、继续获奖,而我们也将尽最大努力,当以实际行动体现我们对DIS——上海创造的尊重与支持!也期待我们这支力量坚持创新、坚持实践,希望数字化实验继续开发,在AI——人工智能风起云涌的大背景下,让DIS与人工智能和增强现实等结合,把数字化实验教学研讨活动持续进行下去,以此进一步助力教学数字化转型,助力教与学方式的变革!
杨主任的精彩发言结束后,在全场热烈的掌声中,研发中心主任冯容士先生登台向杨主任赠送了2023年获得世教联创新奖的DIS教室环境监测系统终端,并即时展示了该系统记录下的研讨会现场的环境数据。杨主任欣然接受了这份“厚礼”,并表示将加强对中心研发工作的支持,让研发中心和DIS为上海乃至中国教育现代化做出更大贡献。
按照光在真空中直线传播的理论,22年前发出的那道光——DIS,目前已经走过了208136070396782千米的路程。而上海市中小学数字化实验系统研发中心,则是22年来的追光者。只要那光还在,研发中心必将持续跨越、追光前行。
上海市中小学数字化实验系统研发中心
2024年5月29日
附录: