2021年10月，上海市中小学数字化教学实验系统研发中心采用文献研究法和内容分析法，借助中国知网、万方、维普等网站，以“数字化实验”和“DIS”等关键词针对2019年1月1日至2021年9月30日的国内（未统计港澳台地区）中小学实验教学文献实施搜索，共获得与数字化实验有关的教研文献共计422篇。现简要综述如下。
No.1数字化实验教研文献的学段分布
不同学段数字化实验教研文献的数量分布规律是：高中多于初中，初中多于小学。教研文献的数量与数字化实验在三个学段的普及状况直接相关。
图1 2019~2021数字化实验教研文献的学段分布
No.2数字化实验教研文献的学科分布
图2 2019~2021数字化实验教研文献的学科分布
从文献的学科分布来看，物理、化学旗鼓相当，化学略多于物理。生物则显著少于理、化，小学科学更只有生物的一半。显示出在数字化实验的实施存在显著的学科差异。
No.3数字化实验教研文献的作者分布
3.1文献作者的地域分布
研究者对文献作者所属的省、市、自治区进行了出现频次排序。初步研究结果发现，除西藏外，29个省市自治区都涌现出了数字化实验文献，但地域分布很不均衡。江苏省在大部分学段和学科数字化实验教研文献的贡献方面排在全国首位，并与安徽省在中学化学数字化实验文献的贡献方面遥遥领先其他省份。上海市在小学科学数字化实验教研文献贡献方面独占鳌头，并与福建并列高中物理数字化实验教研文献贡献之首位。从文献总体数量来看，江苏、安徽、上海、福建和广东五省市居全国前五位。显然江苏省、上海市和安徽省的教师教研工作更值得全国学习借鉴。
表3-1 2019~2021拥有10位及以上数字化实验教研文献作者的地区排序
3.2文献作者的所在单位分布
研究者对文献作者所在单位进行了出现频次排序，发现了很多在数字化实验的教学研究方面有突出贡献的学校。
表3-2 2019~2021发表4篇及以上数字化实验教研文献的单位排序
No.4发表数字化实验文献的刊物分布
作者对发表数字化教研文献的刊物进行了梳理，并按照刊发数量进行了排序。
表4 2019~2021发表10篇以上数字化实验教研文献的刊物排序
No.5数字化实验文献中涉及的传感器
传感器是数字化实验的基础设备。研究者根据各类传感器在数字化实验文献中的出现频次进行了统计排序，从中得出了各学科数字化实验中不同种类传感器的使用密度。依照此研究成果，教育装备部门可研究制定更为合理的数字化实验配备标准。
表5 2019~2021数字化实验教研文献中出现10次以上的各类传感器排序
No.6数字化实验文献的研究内容分析
6.1研究方向维度
表6-1 2019~2021数字化实验教研文献分学科研究方向构成
由上表可见，大部分学段和学科的实践类文献均多于理论类文献。唯独小学科学数字化实验文献中，理论文献显著多于实践类文献。
6.2标题关键词维度
表6-2 2019~2021数字化实验文献标题高频关键词
由上表可见，“数字化实验”已经成为本研究领域接受度和使用度最高的特指性称谓，在422篇文献标题中出现122次，占28.91%；其次是上海市针对数字化实验的英文缩略——DIS，在文献标题中出现89次，占21.09%；而前些年在化学界较为流行但不太规范的称谓——“手持技术”，仅在文献标题中出现20次，占4.74%。
6.3文献对理论和实践的贡献维度
从总体来看，数字化实验教研文献的作者普遍认为数字化实验是对传统实验方式和实验手段的革新，但同时并没有将数字化实验与传统实验予以对立，而且普遍持两者应相互补充、相互融合、取长补短、相得益彰的态度。
作者们对数字化实验所体现出的相对于传统实验量化、过程化、精密化等突出特点普遍予以了肯定。对数字化实验在填补传统实验空白方面的表现尤其重视，认为这是数字化实验得以超越传统实验的根本价值所在。有大约10%的作者将数字化实验的上述功能与学科素养教育和学生思维品质培养提升结合起来，指出了数字化实验的不可替代性。另有部分作者将数字化实验的推广应用与教学模式的革新关联起来，认为数字化实验将在今后相当长的历史时期内影响和促进理科实验教学的发展。
以下列举部分优秀文献的观点及其贡献。
徐睿（上海市教委教研室）、郭震（人教社课程教材研究所）针对化学数字化实验教学领域的研究凸显了站位的高度和宽广的视角。其中，徐睿以近三届全国化学实验教学创新研讨会上展示交流的数字化实验作品为素材，从数字化实验的占比、传感器使用情况、功能类型等方面分析数字化实验研究和应用的发展状况，发现数字化实验在发展的均衡性、教学基本要求的把握、传感器使用方法、传感器本身特点等方面存在的典型问题，建议从教学难点、学生活动、仪器功能三个切入点对数字化实验进一步探索。1 郭震则对“2019年全国化学数字化实验教学应用成果交流与培训活动”进行了述评，认为中学化学数字化实验的研究，已从利用新设备开发新案例的认知性、技术性研究，发展为将数字化实验与实际课堂教学内容深度融合，发展学生化学学科核心素养的教育、教学研究层面。2 而身处基层学校的王玲玲老师等则通过积极实践，走出了利用数字化实验学生自主进行真实场景中的实验调查的关键一步。他们利用学校的区位优势，开展了对长江水酸碱度、电导率、溶解氧、水温等进行现场测试调查，并得出长江水质检测报告，再通过长时间的跟踪调查，整理出长江水质变化报告。数字化实验仪器的便携性和强大的信息搜集能力，不仅让学生产生了科研的成就感，也让保护环境的责任意识深深烙在了学生心里。3
高嵩（山东师范大学物理学院教授）、孔庆仪（浙江师范大学附属临浦中学教师）和许琼（上海市风华中学教师）关于物理教学中数字化实验应用的研究体现了特有的严谨和扎实。高嵩总结出了使用准确而便捷的实验方式，让学生立刻进入正确物理情境，进而通过情境认识现象，利用实验数据寻找规律的教学方法。她以DIS智能力盘为例，给出了使用该实验装置获得“力的合成”的清晰图景，把物理现实、数学运算密切结合起来，从而在思维底层促进学生认知的鲜活例证，归纳出了数字化实验的教学价值。4 孔庆仪则通过具体的实验案例，分析了传统初中物理实验仪器中存在的不足，尝试使用数字化实验器材改进和创新实验教学，最终提出应用数字测量仪、数字传感器、计算机辅助教学来提升学生的观察能力、设计能力与综合探究能力，而提升学生的物理学科素养的有效方法。5 许琼通过对验证机械能守恒定律实验的研究，结合对该实验不同代际仪器设备的教学效果分析，指出随着时代的进步，信息技术的不断发展，物理实验设计、实验器材、数据处理、图象分析等也应该具有相匹配的时代性。DIS实验系统能在物理课堂中拉近学生与当今物理科学研究的距离，为学生在信息化社会中学习技能、解决问题提供了宝贵的经历。6
赵伟新（上海市教委教研室小学自然教研员）和陈健（上海市嘉定区教师进修学院小学自然教研员）在小学科学的数字化实验教学方面的研究走在了全国前列。陈健指出：数字化实验是对传统科学实验测量工具和数据处理方法的革命，改变了自然学科持续了几十年的传统实验测量技术，更改变了学生学习科学的方式，也促进了自然课堂的转型。7 赵伟新则在推动数字化实验技术广泛应用于小学自然实验活动的同时，创造性地将数字化的数据收集功能扩展到了学生学习过程记录和评价方面，让数字化实验系统具备了前所未有的过程性评价功能，实现了更深层次的“评价先行”、“以评促学”。8
陈耿祥（厦门外国语学校）和成海英（上海电子信息职业技术学院）两位老师的研究格外与众不同。陈耿祥凭借自己独具的技术功底，利用Arduino Nano单片机控制舵机，设计出频率可调的驱动力装置让振子做受迫振动，再结合DIS位移采集系统，构建了研究受迫振动规律的创新性实验装置，有效弥补了传统手摇共振仪无法开展定量探究的不足。9 成海英老师则借助DIS方块电路实验系统，对电磁振荡实验进行了创新设计，实现了对电磁振荡周期影响因素的定量研究，进而结合GUI仿真模拟，完成了无阻尼条件下的电磁振荡规律展示。10 这两位老师一方面充分发挥了数字化实验设备的教学应用潜力，另一方面为广大一线用户指出了基于DIS现有设备，结合教学要求进行再创造的研究方向。
相比于教师和教研员，陈婷（上海闸北八中校长）则是一位全面推进数字化实验常态化应用的成功实践者。她指出，通过六年多的常态化应用推进，闸北八中已让数字化实验——DIS成为师生合作探究的“梦工厂”，教师的信息技术素养得到提升，学生的自主实践能力和创新精神得到激发。11 闸北八中的数字化实验常态化应用，已取得全国领先。
综上，近三年的数字化实验文献成果对数字化实验的理论和实践均做出了较大贡献。期待未来有更多、更优秀的研究成果涌现出来！
研究指导：
冯容士，上海市中小学数字化实验系统研发中心主任，物理特级教师，上海市特级校长。
研究主持：
李鼎，上海市中小学数字化实验系统研发中心副主任，西南大学科学教育学博士。
团队成员：
石阳、蒋永乐、邢玉玲、孙艳艳等。
本研究成果版权所有：
上海市中小学数字化实验系统研发中心©
2021年11月24日
参考文献：
1徐睿.数字化实验的发展及建议——从全国化学实验教学创新参展作品说开去[J].北京.中小学数字化教学,2020:8
2郭震.关注课堂教学,促进素养发展——数字化实验教学应用成果交流活动述评[J].哈尔滨.中学化学,2020:1
3王玲玲,丁娇阳,余腾.数字化实验在信息技术推动和教学改革中的价值分析[J].南宁.中学教学参考,2020:12
4高嵩.力的合成教学问题剖析[J].苏州.物理教师,2021:3
5孔庆仪.数字化实验在初中物理实验教学中的应用[J].哈尔滨.中学物理,2020:9
6许琼. “验证机械能守恒定律实验”——从传统到DIS的变革[J].上海.物理教学,2020:10
7陈健.以DIS改进实验教学,促进小学自然课堂转型[J].上海.上海课程教学研究,2019:4
8赵伟新.用技术的力量促进教学方式的变革——从赛灵格系统迭代更新看小学科学课堂教学的变化[J].武汉.科教导刊,2021:5-6
9陈耿祥,唐柱荣.利用单片机研究受迫振动[J].保定.物理通报,2021:7
10成海英.基于信息技术的“电磁振荡”创新实验[J].上海.物理教学,2021:5
11陈婷.数字化实验的常态化应用助力师生成为教育信息化应用的成功者[J].上海.上海教育,2020:2
