2025年5月15日，上海市中(zhōng)小(xiǎo)學(xué)數字化實驗系統研發中(zhōng)心副主任李鼎博士收到了來自《物(wù)理(lǐ)教學(xué)》編輯部的通知：他(tā)與牟曉海合作(zuò)的論文(wén)《“數字化實驗系統”的中(zhōng)美命名(míng)探讨》已經作(zuò)為(wèi)《物(wù)理(lǐ)教學(xué)》5月号的卷首專論正式刊發了。此文(wén)是中(zhōng)國(guó)實驗教學(xué)界少有(yǒu)的一類文(wén)章，涉及一種新(xīn)型實驗教學(xué)方式及其所依賴的儀器設備的溯源、命名(míng)及應用(yòng)理(lǐ)論研究。筆(bǐ)者（張蕊博士，以下簡稱“張”）第一時間采訪了李鼎博士（以下簡稱“李”）。

2025年1月18日，李鼎博士向教學(xué)專家介紹DIS新(xīn)版軟件

張：李主任好！恭喜你又(yòu)一篇大作(zuò)刊出！

李：謝(xiè)謝(xiè)！這篇文(wén)章首先以結構功能(néng)主義的視角給出了數字化實驗的定義，随後基于文(wén)獻研究，追溯了中(zhōng)美兩國(guó)實驗教學(xué)界對于數字化實驗的接受和認識過程，通過數字化實驗在不同時期、不同場域被命名(míng)的差異性辨析，得出結論：“數字化實驗”和“數字化實驗系統”是針對這種實驗教學(xué)方式及支撐這種實驗教學(xué)方式的技(jì )術手段的相對合理(lǐ)的命名(míng)方式。采用(yòng)上述命名(míng)方式，有(yǒu)助于實驗教學(xué)界更為(wèi)清晰和準确地把握數字化實驗的結構、理(lǐ)解其功能(néng)、規劃其應用(yòng)。文(wén)章中(zhōng)的具(jù)體(tǐ)觀點可(kě)見以下框圖：

實驗教學(xué)的基本分(fēn)類

數字化實驗的定義

數字化實驗發展的裏程碑：

●上世紀60年代，MIT物(wù)理(lǐ)系的King教授構想了以傳感器為(wèi)基礎的“萬能(néng)實驗盒”；

●上世紀70年代，King教授的博士同學(xué)Tinker教授開始緻力于“萬能(néng)實驗盒”的開發，并獲得AAPT的肯定；

●上世紀80年代，得益于個人計算機的普及，“萬能(néng)實驗盒”被命名(míng)為(wèi)MBL，其應用(yòng)從北美擴展到歐洲，專業研發生産(chǎn)企業開始出現；

●上世紀90年代，Linn教授提出了“Probeware”的命名(míng)并被Tingker教授接受；同一時間，至少兩種Probeware産(chǎn)品進入中(zhōng)國(guó)，房德(dé)惠研究員成為(wèi)國(guó)内開展該領域研究和實踐的第一人；

●2002年，上海市中(zhōng)小(xiǎo)學(xué)數字化實驗系統研發中(zhōng)心成立，同時給出“數字化實驗”、“數字化實驗系統”和“DIS”的命名(míng)，數字化實驗進入2002版上海中(zhōng)學(xué)物(wù)理(lǐ)、化學(xué)和生物(wù)課程标準；

●2003年，“以傳感器做實驗”進入全國(guó)新(xīn)課改後頒布的普通高中(zhōng)物(wù)理(lǐ)課程标準，全國(guó)課改教材跟進；2017年普通高中(zhōng)物(wù)理(lǐ)課程标準将其更名(míng)為(wèi)“數字化實驗/數字實驗”，同時化學(xué)課标予以響應。2022版全國(guó)義務(wù)教育物(wù)理(lǐ)、化學(xué)、科(kē)學(xué)等學(xué)科(kē)課程标準均引入了數字化實驗，新(xīn)教材已将數字化實驗視為(wèi)實驗教學(xué)的必選項；

●2010年、2014年，由上海教委申報的DIS中(zhōng)學(xué)物(wù)理(lǐ)實驗改革創新(xīn)相關成果兩獲國(guó)家級教學(xué)成果一等獎；2014~2023年，上海DIS研發中(zhōng)心成員單位——遠(yuǎn)大教科(kē)四獲世教聯儀器設備組創新(xīn)大獎

張：這篇文(wén)章的内容跨度很(hěn)大，寫這篇文(wén)章用(yòng)了不少時間吧？

李：單從最初構思到動筆(bǐ)，就醞釀了五六年。我記得大約是2017年末或2018年初，導師廖伯琴教授安(ān)排我寫一篇國(guó)内數字化實驗教學(xué)的綜述文(wén)章，為(wèi)此我查了不少資料，最終與馮容士主任合著的論文(wén)《中(zhōng)國(guó)數字化實驗教學(xué)十五年發展綜述》發表在了《物(wù)理(lǐ)教學(xué)探讨》上。從那時候起，我作(zuò)為(wèi)數字化實驗的研發者、推廣者和數字化實驗教學(xué)應用(yòng)的親曆者，就開始了深刻反思。之所以是反思，原因在于以前自以為(wèi)對這個專業、這個行業了如指掌，而按照學(xué)術研究的标準做了綜述之後卻發現自己之前更多(duō)地是陷在自說自話的狀态中(zhōng)，對于整個教育界針對數字化實驗及其教學(xué)應用(yòng)的認知其實相當有(yǒu)限。

張：學(xué)，然後知不足。這個過程看來在你身上确實發生了！

李：是啊！我經曆了反思之後，聚焦了三個問題：第一，我所從事的這個行業是怎麽發展而來的？第二，怎麽針對數字化實驗給出一個準确的定義；第三，面對不同學(xué)科(kē)、不同地域對同一個事物(wù)的不同稱呼，數字化實驗這個命名(míng)是不是經得起推敲？

張：這三個問題很(hěn)重要嗎？

李：相當重要。第一個問題涉及到個人習慣與好奇心——我既然做了數字化實驗這個工(gōng)作(zuò)，就得把這個領域徹底搞透！第二個則是對行業的定義。換句話說，就是我們到底在做什麽？延伸一步，我們多(duō)年以來為(wèi)之付出的意義何在？價值幾何？第三個問題則相對簡單，但會涉及到圈外人對我們的評價：看看，你們行業内這麽多(duō)家單位做了幾十年，連個産(chǎn)品的名(míng)稱都沒有(yǒu)統一，這算哪一道？

張：看來李主任對這些問題的認識是相當深刻的。

李：是的。出于強烈的好奇心以及對自己所從事工(gōng)作(zuò)的尊重，秉持着對整個實驗教學(xué)界負責任的态度，我開始研究數字化實驗的由來和發展，并且通過中(zhōng)美比較來分(fēn)析兩國(guó)不同語境和教育環境下針對同一事物(wù)的不同命名(míng)背後的原因，并且在努力辨析到底哪一種命名(míng)方式更合理(lǐ)，更有(yǒu)利于數字化實驗在我國(guó)實驗教學(xué)界的推廣。

張：定義不清，确實會讓從業者失去方向。命名(míng)混亂，廣大用(yòng)戶也會因此迷惑！

李：沒錯！為(wèi)此，我先在英文(wén)互聯網資料中(zhōng)對數字化實驗進行了溯源，通過翻譯Robert Tinker教授的長(cháng)文(wén)——A History of Probeware，結合登門拜訪歐美從事數字化實驗儀器設備開發的多(duō)位前輩，對數字化實驗在美國(guó)和歐洲的誕生、發展曆程有(yǒu)了基本了解。接下來，又(yòu)借助我做博士論文(wén)時積累下來的大量文(wén)獻資料，梳理(lǐ)出了數字化實驗引入中(zhōng)國(guó)、落戶生根的清晰脈絡。最終結合國(guó)家标準，對數字化實驗的定義及其命名(míng)的合理(lǐ)性做出了自己的判斷。

簡要總結一下：數字化實驗的設想源于上世紀六十年代的美國(guó)。彼時MIT的兩位物(wù)理(lǐ)學(xué)博士，後來的教授同時看到了傳感器與計算機所構成的測量和分(fēn)析領域的未來，所以認定了集成各種傳感器來采集數據、利用(yòng)計算機來分(fēn)析數據的實驗教學(xué)方法所具(jù)有(yǒu)的合理(lǐ)性和可(kě)行性。

MIT物(wù)理(lǐ)系的King教授在上世紀六十年代依據傳感器構想出了“萬能(néng)實驗盒”——數字化實驗系統

上世紀七十年代到八十年代，兩位構想者之一的Tinker教授知行合一、勇于實踐，不僅在美國(guó)讓全美物(wù)理(lǐ)教師協會——AAPT認可(kě)了基于傳感器和計算機的實驗，更在國(guó)際範圍内發表了首篇相關教學(xué)研究論文(wén)（1984年），并通過1988年的意大利帕維亞國(guó)際研讨會将這種實驗教學(xué)思想傳到了歐洲。

King教授的博士同學(xué)Tinker教授，國(guó)際公(gōng)認的數字化實驗創始人

上世紀九十年代，傳感器與計算機的組合實驗方式傳到中(zhōng)國(guó)。教育部教學(xué)儀器研究所的房德(dé)惠研究員先知先覺，成為(wèi)國(guó)内從事該領域研究和實踐的第一人。但真正對國(guó)内實驗教學(xué)形成重大影響的事件，則是2002年上海市中(zhōng)小(xiǎo)學(xué)數字化實驗系統研發中(zhōng)心的成立。随着國(guó)家多(duō)輪課改的推進，高中(zhōng)物(wù)理(lǐ)、化學(xué)課标和教材，義務(wù)教育物(wù)理(lǐ)、化學(xué)和科(kē)學(xué)課标及教材都引入了數字化實驗内容和案例。到目前為(wèi)止，中(zhōng)國(guó)已經成為(wèi)與美國(guó)并列的數字化實驗強國(guó)，并且已在成建制實驗室的建設以及課程教材與數字化實驗的整合等多(duō)個方面領先世界，對基礎教育階段的理(lǐ)科(kē)實驗教學(xué)改革産(chǎn)生了深遠(yuǎn)影響，在國(guó)家提出教育數字化轉型要求之前就已經基本實現了實驗教學(xué)的數字化轉型。

2002年11月22日，原教育部教學(xué)儀器研究所房德(dé)惠研究員（左二）訪問上海市中(zhōng)小(xiǎo)學(xué)數字化實驗系統研發中(zhōng)心，馮容士主任（右二）向房老師介紹了中(zhōng)心研發成果

美國(guó)與中(zhōng)國(guó)數字化實驗的發展存在共同特征，就是“高中(zhōng)物(wù)理(lǐ)為(wèi)先，高中(zhōng)化學(xué)跟進，随後均為(wèi)小(xiǎo)學(xué)、初中(zhōng)科(kē)學(xué)及初中(zhōng)理(lǐ)、化、生多(duō)學(xué)科(kē)的蓬勃發展”。但中(zhōng)美兩國(guó)的數字化實驗也呈現明顯的差異性，命名(míng)不同就是一個重要的外顯現象。美國(guó)采用(yòng)以核心器件指代實驗形式的方式，将數字化實驗統稱為(wèi)“Probeware（探頭系統）”，而我國(guó)則有(yǒu)多(duō)個命名(míng)體(tǐ)系，不同學(xué)科(kē)的命名(míng)習慣也不相同，這對數字化實驗教學(xué)的推廣産(chǎn)生了一定阻礙。作(zuò)者從語義學(xué)、邏輯學(xué)、測量技(jì )術和國(guó)家标準等多(duō)個角度出發，論證了“數字化實驗”及“數字化實驗系統”的命名(míng)合理(lǐ)性，期望在上述名(míng)稱事實上已經被課标、教材和實驗室配備标準等國(guó)家法定文(wén)件所認可(kě)的基礎上，進一步消除困擾政府采購(gòu)、教育裝(zhuāng)備、教學(xué)研究和一線(xiàn)教學(xué)等多(duō)個相關領域的命名(míng)差異，為(wèi)數字化實驗更好地服務(wù)于理(lǐ)科(kē)教學(xué)掃清障礙。

2019年4月18日，李鼎博士訪問荷蘭CMA公(gōng)司并與其創始人Ellermeijer教授合影

2024年3月21日，李鼎博士在丹佛NSTA年會上與美國(guó)Vernier公(gōng)司創始人David Vernier先生合影

張：請總結一下，除了形成這篇論文(wén)，您在這方面的研究還有(yǒu)哪些收獲呢(ne)？

李：收獲很(hěn)多(duō)。比如針對數據采集器在數字化實驗系統中(zhōng)的地位和作(zuò)用(yòng)的判斷，就直接影響了DIS新(xīn)産(chǎn)品的研發；比如針對數字化實驗軟件功能(néng)的深度分(fēn)析，已經體(tǐ)現在DIS的軟件更新(xīn)工(gōng)程之中(zhōng)；再比如對接下來數字化實驗發展的長(cháng)期預測，讓我們認識到傳感器已經不再是數字化實驗的重點設備，各種配套實驗器材的數字化、智能(néng)化才代表着行業的未來。這些基于理(lǐ)論思考引發的觀念更新(xīn)，正在指導着我們的研發和教學(xué)服務(wù)實踐。

2015年10月，李鼎博士在美國(guó)芝加哥(gē)考察高中(zhōng)數字化實驗室

2021年7月，DIS數字化等勢線(xiàn)描繪儀研發完成，李鼎博士與師父馮容士主任笑逐顔開

張：感謝(xiè)李主任接受專訪，并為(wèi)我們分(fēn)享您研究的心得！

李：我們應該感謝(xiè)《物(wù)理(lǐ)教學(xué)》編輯部的專家們！是他(tā)們發現并肯定了我這項研究的價值，并且付出了大量心血對文(wén)章進行了修改和潤色！相信數字化實驗教學(xué)“名(míng)正言順”之後，會有(yǒu)更多(duō)的一線(xiàn)教師擁抱數字化實驗技(jì )術，向廣大學(xué)生傳遞更加顯著、直觀、精(jīng)準、多(duō)元的科(kē)學(xué)體(tǐ)驗！

張蕊

理(lǐ)論物(wù)理(lǐ)學(xué)博士

上海市中(zhōng)小(xiǎo)學(xué)數字化實驗系統研發中(zhōng)心

2025年5月19日

附錄：

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