【摘要】

上海市闸北第八中学是一所普通完中，初高中生源都在中下水平，30年来创造了成功教育的经验，为薄弱学校探索了一条成功之路。研究成果被评为教育部基础教育成果一等奖。

2012年起，闸北八中在移动学习终端跨时空的常态化运用，引入DIS数字信息系统推进实验教学改革，信息技术在学生实践性学习中运用延伸三方面取得重大突破:

首先，在学科常态化应用方面：开发具有针对性、个性化与多层次特征的校本资源平台——“智慧资源平台”，实现基础题训练的常态化运用与多种数字资源的综合应用。全校千余学生自带IPad，实现了自动发布、自动批改、自动统计、自动生成错题集、自动配对矫正练习、自动个别化讲解。

其次，实验创新方面：运用数字化(DIS)系统，改造和创新了141个演示实验和学生实验，涉及初高中物理、化学、科学、生命科学以及劳技等学科。实现了传统实验单纯定性变成定性定量相结合，单纯结论变成过程与结论结合，验证变成探究与验证结合，成功率大幅提高，危险性降低，整个实验时间显著缩短，多种传感器的综合，实现了多学科跨科运用，实验效果大幅提升，学生操作能力与素养显著提高。

再次，DIS实验在学生实践性学习项目中的拓展应用：运用DIS设备等信息技术工具，实现高中生全员参与项目研究，成果不断在市级获奖。现正把信息技术、数字化实验等运用于初中生的小调查、小实验，落实书本学习和实践学习一起抓，进一步激发和提高师生实验探究的实践能力与创新精神。

随着研究的深化，基于移动终端下的信息工具应用，在优化学生书本学习和实践性学习的方式的同时，真正实现了师生从教育信息化的被动应用者到探究者和受益人的转变。

【正文】

楔子：“可乐和醋谁更酸”的DIS实验引发的“蝴蝶效应”

七年级科学《pH试纸的使用》这节课上，闸北八中金老师在学生们学会pH试纸的使用后，热切的期待开始自己动手测量溶液的pH。

五个学生一组，全班共分了五组，每组用pH试纸测量指定的四种溶液和自带的一种饮料。各小组在经过了简单的分工后，很快同学们就完成了实验，并争先恐后地发言汇报测试成果。实验数据在黑板上以表格的形式呈现，在对比了各组数据后，同学们又激烈的展开了讨论。学生们自己总结了一下，他们对“可乐和醋”提出了下面两点疑惑：一是第一、二、五组测出的可乐pH是2，可第三、四组是3，到底谁才是正确的;二是pH试纸结果显示醋的酸性小于可乐，可常识是醋的酸味远远大于可乐。

这时候金老师拿出了“秘密武器”---pH DIS传感器，告诉同学们它可以解答同学们的疑惑，同学们满脸怀疑。先是第一、三组的同学，把他们刚刚测量的可乐拿上来，当把pH传感器分别放入两份可乐的那一刻，神奇的一幕出现了，屏幕上显示的pH是一样的，都是2.36。原来同学们做的都是对的，只是pH试纸测出来的数据没有pH DIS传感器那么精确而已。此时此刻的同学们已经迫不及待的等待醋和可乐的酸度PK了，而实验结果证明同学们应该相信自己，酸味大并不代表酸度大。

课上pH DIS传感器的引入，对学生的实验结果给出了直观的数据，它精准和便捷，第一时间就给学生们带来了强烈的震撼，留下了深刻的印象。通过实验中pH试纸和pH传感器的对比，让学生即深刻体会了pH试纸的优缺点，又开拓了视野，感受了新科技的魅力，激发了学生探索的欲望。

……

你看，正从校园河畔走来的同学，把刚采集的河水样本送往实验室通过DIS设备进行水质监测和数据跟踪比对，快一年了，学生关于上海水质变化的项目研究即将结题，DIS实验已成为闸北八中信息化推进教学改革的一道亮丽风景线!纵观成功教育探索的历程，信息技术与成功教育研究相识有缘。

一、 昨天的第一次结缘：优秀教师经验的显性化

1987年，闸北八中开始研究“成功教育”，始终立足研究普通学生如何成功，坚持“三个相信”(即相信每一个孩子都有成功的愿望，都有成功的潜能，都能取得多方面的成功)的教育理念，为学生创造成功的机会，学生综合素养全面提升，闸北八中始终倾力研究普通学校成功的模型，摸索了一条普通学校的“成功路径”。

信息技术与闸北八中成功教育的第一次结缘，应该可追溯到本世纪初，当时闸北八中的“教与学电子平台”将信息技术和课堂整合，把优秀教师经验过程化、细节化、显性化，很好地解决了大批老教师退休、成熟教师流动带来的困局，逾千节“教与学电子平台”家常课，很好地解决了教学规范化的问题，“做中学、做中思、做中创”做强了教师队伍。“教与学电子平台”的实践为委托管理、海外华文教育联姻的成功，为教育均衡化的探索提供了有益的技术支撑。

二、 今天的二次革命：基于移动终端的书本学习与实践性学习方式的创新

信息化在助推教师精致化“教”的改革实践取得巨大突破，但在关注学生书本学习和实践性学习相结合，以“学”为主的学习方式改革转型上遇到许多困难。闸北八中迫切希望解决课堂共性教学，和学生个体学习、个性化需求的矛盾;学生动手能力和创新实践精神培养的难题，腾出更多的时空让学生在知识、能力、人格上多元发展，使更多学生成功。

2012年起，闸北八中在移动学习终端跨时空的常态化运用，引入DIS数字信息系统推进实验教学改革，信息技术在学生项目研究中运用延伸三方面取得重大突破，是旨在通过信息技术打破教与学的时空，优化教与学的方式，进一步激发和提高师生实验探究的实践创新能力，增强师生、生生互动性研究的二次革命。

(一) 构建BYOD应用方案，打破教与学的时空，实现基础题的多层训练与精准指导

BYOD指教师与学生携带自己的移动学习终端，不受时间与地点的限制，进行跨时空的教与学。

传统教学的样态往往是在题海中反复操练，且缺乏有效的反馈与针对性的指导，造成做对的题反复做;做错的题反复错。学生的负担愈来愈重，学生成功感愈来愈少，学习自信心逐渐丧失，主动性慢慢磨灭。另一方面，移动学习终端的广泛应用在练习题资源选择、分类与练习自动批改、发布、统计、反馈等方面具有强大的功能。因此，选择具有针对性的基础题的多层次练习为突破口，引入移动学习终端，开展教学改革，具有很强的现实意义和实践可操作性。

闸北八中智慧资源平台的构建，为实现基础知识练习的快反馈、勤诊断以及个别化的辅导提供操作支架。无论是在课上还是课下，教师都可以实时监控，及时反馈学生知识掌握情况，并借助微视频等数字化资源，进行个别化的矫正与辅导。

目前他们已经形成：自动发布(既可以全体发布，也可以分层发布以及个别发布) →自动批改→自动统计→自动生成错题集→自动配对矫正练习→自动个别化讲解的校园智慧平台。应用产生大量的数据，不仅为老师调整教学提供依据，提高了讲解针对性，实现了教学的减负增效;而且提高了学生基础知识的掌握能力，更充分激发了学生的持续成功感，增强了学生学习的主动性，一批传统课堂中的“懒孩子”也“活动起来了”。

闸北八中平台的建设以基础知识多层次练习为突破口，但着眼点在于应用技术腾出更多时空发展素质。学校已从基础题的练习拓展到实验创新与学生研究型项目学习之中，将学生的多元发展落到实处。

(二) 引入DIS实验，推进实验创新，优化实践性学习方式

1. 传统实验教学样态的破局：摸清家底，找寻实验教学改革的“金钥匙”

闸北八中对实验教学现状进行了全方位的摸底，发现教师演示实验、学生实验有的停留在看书读图，教师解说层面，有的通过视频收看替代各类实验，学生真正动手操作的机会并不多。教师往往只注重偏重结果的实验、偏重定性的实验、偏重验证的实验，而开放性实验不够。有些传统实验实验仪器比较落后，实验效果不能令人满意;有些实验成功率偏低，部分实验效果不理想，学生探究实验少，当然还涉及到某些实验具备危险性，以及实验时间太长影响整个课堂教学进度。久而久之，学生的创新精神和实践能力的培养将是缘木求鱼。

故事一：

机械能与内能转化的传统实验改造的启示

初中物理学机械能转化为内能传统实验中，传统是通过压缩引火仪在课堂上进行演示。但存在着许多的问题：1、材料不安全。无论硝化棉还是乙醚都是管控物品，在运输、存放和使用时都有着不稳定表现，极易产生危险;2、成功率很低。在多年、多次现场实验中，一旦可燃材料或实验器具发生问题，实验效果根本无法显现，影响整个课堂教学进度和质量;3、可见性差。实验中爆燃过程极其短暂，大约零点几秒，如果正好眨个眼，就无法观察到实验现象。

如何解决以上的问题呢?

在日常生活中给球、自行车打气的动作给了物理江老师很好的提示，于是创新实验设计诞生了：在一个大饮料瓶上预留四个出口，一个安装出气阀门，一个安装进气阀门连接打气筒，剩下两个分别安装压强和温度传感器。随着对密闭塑料瓶打气开始、打气停止、放气的整个操作过程，压强、温度传感器显示出塑料瓶内气体参数的连续变化。综观整个实验过程，它完整显现了机械能和内能的相互转化，这个整体性过程给人感觉强烈、直观。

江老师开始思考这个实验的成效：创新实验材料(塑料瓶、打气筒、阀门)非常普通且容易准备，解决了传统实验的中硝化棉或乙醚材料的准备和存放的危险性问题;创新实验过程简洁、清晰，容易操作，成功率100%，而且实验重复性强，便于学生反复观察，解决了传统实验的可见性差的问题。

为何可以如此?利用DIS技术中的压强和温度传感器就是这项传统实验创新的关键所在。借助这个数字信息系统，可以轻松、直观地获取整个实验过程的数据，进一步可以通过数据全面、科学、准确地显现实验过程和结果。

“增加科技含量，深化课堂改革”是闸北八中新一轮改革的基本点，成功教育课堂改革提出书本知识与实践性学习要一起抓，增加学生的思维和活动，增加学生的自主学习，适当减少教师课堂讲授的时间，可以说这是师生教学相长的平台。遵循理科教学规律，利用数字化信息系统，改进实验教学，加强学生创新能力和实践能力的培养，让学生在学习中体验学习的兴趣，增加学生动手实践，增加学生成功的机会，收获的愉悦和成功的快乐，进而增强自信，提高学生掌握知识的能力和素质，为学生创新精神、实践精神打下基础。

2. DIS实验的引入：“救”教师之“急”，让教师尝到实验创新的“甜头”

DIS就是“Digital Information System”的英文缩写，翻译成中文就是“数字化信息系统”。数字化实验就是由传感器、数据采集器、计算机、处理软件组成的运用数字化信息进行的实验，实验数据可以以数字、图线、仪表、表格等多种形式显示。

闸北八中积极研究全国实验改革动向，学习兄弟学校的DIS实验教学经验，引进DIS(数字信息系统)，充分利用信息技术，改进实验教学。

不会用、不愿用是他们的第一道坎!闸北八中通过请进来走出去，采用让老师先了解，再学会，后实践的策略，从理科教师培训入手，从模仿做中学，理解做中思、革新做中创，逐步全面提升演示实验效果。

教师在实践中尝甜头后，开始主动运用DIS进行实验教学，为DIS在学生实验中的运用奠定了基础，在此基础上，扩大使用面，采取好实验模板化，将现代数字化实验活动逐渐融入日常教学活动中，最后推进到学生实验层面的运用，更好地发挥实验教学效益。而且从高中推广到初中，从理化推广到科学学科，在日常实验教学中培养学生的素质和能力，为培养学生创新精神、实践精神打基础。闸北八中已经成为区域最早把DIS实验引入到初中学生实验且做得最好的学校。

故事二：细胞是怎么呼吸的

三年前的一堂平常的生命科学课，却因一次偶然的师生对话，一次偶然的课堂生成，让生命科学冯艳老师与DIS实验结缘。

高中教材对“有氧呼吸”的定义是: 细胞在氧的参与下，通过多种酶的催化作用，把葡萄糖等有机物彻底氧化分解，产生二氧化碳和水，释放能量过程。

在课堂上有个学生提出疑问，呼吸不就是鼻子和肺中进行的，怎么可能是细胞呢?教材中设置酵母菌有氧呼吸实验来具体解释这个问题。如下图甲、乙试管中均是用葡萄糖溶液培养的酵母菌，乙试管 中模拟的是酵母菌的有氧呼吸，橡胶塞中右侧一根直玻璃管通入溶液中，以保证充足的氧气供应，橡胶塞中左侧一根玻璃弯管是通入装有BTB溶液的另一个试管，如果BTB溶液颜色由蓝变黄，则说明酵母菌的有氧呼吸过程有二氧化碳产生。甲试管模拟的是酵母菌的无氧呼吸。

但是学生又提出这样的疑问：教材中有氧呼吸实验装置设计不严谨，未考虑到空气中二氧化碳对实验结果的影响，并说把这根直管拿走，空气中二氧化碳对实验结果影响小一些。她告诉孩子们这个实验持续时间长，没有办法保证氧气供应充足，只能插一根直的玻璃管。学生继续提出这样的疑问：这个实验不能验证呼吸作用产生热量。接下来七嘴八舌，大家为什么不能亲手做做这个实验……

这些疑问引发了冯艳老师的思考：实质上教材中对这个实验的设置是存在缺陷的，而且至少需要30到40分钟才能得到实验现象，一堂课时间用下去，也来不及。由此冯艳老师开始了对传统生命科学实验与DIS设备相结合的探索。冯艳老师改用数字化实验设备，将试管改成三口烧瓶，里边加入30摄氏度的酵母菌和葡萄糖溶液，引入了氧气、二氧化碳、温度、相对湿度传感器分别测量氧气、二氧化碳、温度、湿度的变化量。由于数字化设备能检测到微小的变化，只要在2到3分钟内就能够看到这些数据的变化。

由于DIS实验操作便捷，花费时间短,做一个实验可以解决所有问题。在同一时间内可以让学生重复实验,对几次采集的数据进行分析比对,减少实验误差。接下来，冯老师提供其它材料(如苹果、葡萄、马铃薯、玉米、猪肝等)给学生探究呼吸产物是否相同。

冯老师在指导学生用猪肝做实验材料做创新实验:实验时用一个保鲜袋模拟一个细胞，再将肝脏切碎，曝露出细胞中的酶，放入“细胞”里，加入葡萄糖粉末，“细胞”里留有足够的空间，保障氧气的供应。然后将氧气传感器、二氧化碳传感器、湿度和温度传感器的探头同时放进细胞里并密封。接下来将“细胞”放进事先准备好的装有37℃水的烧杯中(模拟组织液，创设酶的最适温度)，然后可以进行检测。实验结果能以数字或图像等形式显示出来，这不仅简化了操作，其呈现效果也更直观、快捷。

(新鲜猪肝细胞的有氧呼吸)

(实验前后，数据对比)

直观高效的DIS实验，然学生很快明白人和其他生物一样是通过呼吸获得能量的，冯老师引导学生进行思维迁移，探究不同生物的无氧呼吸产物。由此还衍生了学生项目研究课题“有氧运动还是无氧运动的减肥效果好?”

2016年，冯艳老师根据教学实践撰写的论文《数字化实验在生命科学实验中的实践》先后获得上海市实验教学论文评比一等奖和全国生命科学实验教学创新一等奖。

3. 数字化教师演示实验与学生实验的推广：改造与创新并举，让DIS实验成为师生合作探究的“梦工厂”

在初期模仿、学习的基础上，闸北八中发动教师不断摸索，勇于改造、创新实验，研究开发适合校情实际的可以推广运用的实验内容：开发有利于知识点教学和巩固的原创实验和装置;改进原有教科书上不尽完善的实验;将部分验证实验增加探究性功能;将有些演示实验改为学生实验;将原来传统实验中成功率低的和实验现象结果不明显的开发成可以进行的演示实验，提高课堂教学的有效性;增加部分数字化实验，并开发部分相关实验器材;实验短视频的制作。

故事三：“皇冠故事”实验中的师生相长

两千多年前，古希腊哲学家，物理学家阿基米德洗澡的故事，让他想到如何检验皇冠是否是纯金的方法。由此阿基米德原理：物体在液体中所获得的浮力，等于它所排出液体的重力。可是浮力与排开液体的重力为什么相等，怎么验证?浮力与排开液体的体积又有怎样的关系?浮力大小与液体密度又存在怎样的关系?这些个问题一直是很多学生难以理解的问题。

传统实验遇到了问题，比如测重法测浮力，演示用的弹簧测力计不够精确，演示实验时学生看不清;实验中配制的液体密度与水的密度大小之间可能差距较小，造成测力计测量出力的大小差距很小。被这些问题困扰的老师，在学生的建议下，发现了曙光。学生建议使用DIS实验器材，居然解决了这些问题(如下图)，测量数据更精确了，学生观察也方便了，实验更省时了。

可是有了DIS实验是否能解决传统实验中研究浮力与物体排开液体的体积之间关系，往往只能单纯的定性研究的问题呢?我一开始用一个金属圆柱体，上面分成三等分用于DIS实验，又碰到新问题了，当每一段圆柱体浸入液体时，是那么的无法把握是否液面正好压线;屏幕上的数据在不断跳动;学生也无法看清物体浸入液体的体积到底是多少?怎么办?

老师的脑海中不断在想如何利用体积相等的三个物体来解决这个问题。如同当初阿基米德发现解决问题一样，当DIS实验中测量出来的浮力大小与钩码逐个浸入水的体积成正比时，当一条完美的过原点的倾斜直线在电脑屏幕上呈现时，实验成功了，这个实验将定性定量完美的同时呈现。

闸北八中自2012年底开始DIS引入实验教学改革，成果丰硕：运用46种DIS数字信息系统，实现了初高中、多学科老师教师演示实验和学生实验改造与创新。高中学段--演示实验：物理12个、化学9个、生命科学11个;学生实验：物理12个、化学4个、生命科学15个。初中学段--演示实验：物理12个、化学4个、生命科学7个、科学7个、劳技2个;学生实验：物理14个、化学4个、生命科学5个、科学21个、劳技2个。总计教师演示实验64个，学生实验77个。同时梳理初高中各科教材，汇编“DIS”数字化演示实验教学材料。新开发了40套实验装置，涵盖高、初中的理、化、科、生命科学各学科。

4. 实践性学习项目的拓展应用：让学生成为信息化的探究者和受益人

学校将DIS设备引入到学生项目研究，构建学生研究性项目展示平台，逐步实现从学生研究成果发布到研究全过程的展示与评价，落实学生的多元发展。

故事四：行走的课堂

与闸北八中毗邻的彭越浦河静静地流淌着，从绿树成荫的校园旁经过，河边几个同学在忙碌着，这是闸北八中项目研究组的同学正在做研究性学习课题，只见同学们熟练地取水，用DIS数字实验器进行着水质分析，iPad上跳动的曲线象音符激发着孩子们的灵感，这个持续一年多的课题随着上海市河道治理的强化而接近尾声。

蔡陈灵老师的课题是检测甲醛超标，她带着课堂研究小组，带着ipad和甲醛数字传感器检测了数十个家庭，检测结果却出人意料，一些15年以上的房龄的老房甲醛含量居然超过近三年的新房，同学们百思不得其解，原来十多年前社会环保意识教差，质检部门环评标准也较低，所以出现了老房反而甲醛含量高的问题，从中也能看出社会的进步。

在高二崇明学农社会实践中，研究小组的同学带着iPad走入农家、课堂，收集到大量的第一手资料，利用iPad直接编辑后上传到自适应学习平台，将学习过程和结果完美地结合起来。

……

读万卷书，行万里路，这就是闸北八中的学生小调查、小实验、小论文实践研究的掠影，之所以师生积极参与实践性学习、项目研究，主要的奥秘在于而DIS实验的激发了学生探究、创新的原动力。

近两年来，学校实现高中项目研究学习和初中六七八年级的小调查与小实验项目研究学生100%参与。在上个寒暑假，学校高中生完成了200多个研究性学习的小项目,初中完成50多个课题;2016年初，学生参加“上海市青少年人文社会科学创新”论文大赛中获得16个奖项，其中二等奖2个，三等奖2个;2016年10月“未来杯”上海市高中阶段学生社会实践项目大赛中，学校有三个案例获得三等奖。

三、 明天的普惠推广:助力更多的人成为教育信息化的成功者

闸北八中运用于日常学生的小调查、小实验、小操作，促进实践性学习的开展，除了在数字化实验室可以开展外，目前已实现大部分DIS传感器可以移动采集数据，大大提高使用的简便性，全面提升实验过程的真实性。这样学校在所有实验室升级为移动数字实验室的基础上，逐步向家庭数字实验室拓展。

让学生在活动中观察思考、动手实践、拓展思维、主动发挥，促进学科知识的学习掌握。闸北八中设想逐步建设成若干实践体验室(区)。如：“能”体验室，数字编程体验室，天文、地理体验室，健康与生命体验室，生态环保体验室，种植饲养体验室(区)，气象观察站，烹饪体验室等等。这些体验室(区)高端但不奢华，具有授课和实践活动的功能。

基于这种认识闸北八中将继续发动教师，加大改造实验的力度，教师中蕴含着无穷的创造力，他们往往能够在实践中及时发现问题、解决问题，支持帮助这些老师，鼓励他们不断创新。同时将进一步加大验证性实验转化为学生的探究实验，力挖掘传统实验的创新点，让学生充分体验现代信息技术给予科学探究的强大辅助和支持。

【结语】

DIS实验的引入，开启了成功教育的二次革命。在具体实践应用中，功能显著：它实现了单纯定性变成定性定量结合，单纯结论变成过程与结论结合，验证变成探究与验证结合，成功率大幅提高，危险性降低，整个实验时间显著缩短，多种传感器的综合实现了多学科跨科运用。另外，DIS实验在学生实践性学习项目中的拓展应用，为学生实践能力与素养的提升，提供了很好的工具。随着研究的深化，基于移动终端下的信息工具应用，在优化学生书本学习和实践性学习的方式的同时，真正实现了师生从教育信息化的被动应用者到探究者和受益人的转变。成功教育始终在研究“可复制”“可推广”的实践方案，寄希望于借助信息技术的优势，深化课堂改革，为每个孩子在各方面都有获得成功创造更多可能。

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