为纵深推进教育数字化战略行动，深入发展智慧教育，促进智慧教育领域经验总结和互学互鉴，加强优秀案例分享和国际传播，在教育部科学技术与信息化司指导下，“智慧教育示范区”创建项目专家组秘书处与教育部教育信息化战略研究基地（北京、华中、西北）开展了智慧教育优秀案例征集活动。
经过申报或推荐、案例撰写培训和修改、专家遴选、公示等环节，共确定324个智慧教育优秀案例，其中区域发展类74个、学校实践类226个、解决方案类12个、研究成果类12个。
本期为您带来解决方案类智慧教育优秀案例：数字化探究实验系统
原文标题：数字化探究实验系统
原文作者：程伟德 刘财丹 尹志力、深圳思维特教育科技有限公司
数字化探究实验系统，在教育行业也被称作“数字化信息实验系统”（Digital Information System），简称“DIS”，在教育部颁布的理科实验装备标准中被称为“计算机数据采集处理系统”或“理科综合/物理实验微机接口及辅助教学系统”，是将计算机信息技术应用到理科实验中去的一种现代化实验教学平台，也是通用计算机技术与传感器原理技术的应用科学。
一、数字化探究实验系统的组成
数字化探究实验系统由以下五大部分组成：数字化传感器、数据采集器、实验辅助器材、实验数据分析软件、计算机。
一是数字化传感器。传感器指能感受规定的被测量并按照一定的规律转换成可用输出信号的器件或装置。分为C系列传感器和S系列传感器，包含“力、热、声、光、电、气体、离子”等系列上百款传感器，涵盖小学科学、中学物理、化学、生物和地理学科的探究实验。C系列传感器支持直接与计算机实时通讯，支持多角度与铁架台等设备固定，端口连接紧密，保证数据传输稳定。S系列传感器支持彩屏独立显示，支持与计算机的无线通讯、有线通讯，自带快捷操作功能按键，具备数据保存的功能，内置高精度传感器控制软件。
二是数据采集器。能将实验过程中传感器产生的物理信号转变为数字信号输入计算机的器件界信号转变成物理信号。
三是实验辅助器材。为了能更方便的搭建实验环境，让实验过程更高效、操作更简便，我们还根据不同的实验特点及不同传感器的结构特性，专门设计开发了订制的实验辅助器材。
四是数据分析软件。在计算机上运行，严格结合实验教材而设计的实验数据分析处理软件。它支持Windows、Android、IOS和鸿蒙的多个操作系统，具备自动识别传感器并运行；支持不少于30通道并行采集；支持四种数据显示方式；支持保存多组实验数据，在一个图形中进行对比和分析；支持直接通过分析软件上传实验报告到教师端等功能。
五是计算机，指用于运行数据分析软件的智能终端设备，可以是传统的Windows操作系统的台式电脑、笔记本电脑、平板电脑，也可以是安卓操作系统的平板。除此之外，国产操作系统鸿蒙的电脑也能运行我们的数据分析软件。
二、数字化探究实验系统的使用方法
一是根据实验操作指导，利用实验辅助器材搭建实验环境；二是将传感器安装在实验辅助器材上，并通过数据线与数据采集器相连；三是通过数据线把数据采集器连接到计算机上；四是在计算机上打开数据分析软件，并按照实验要求采集和处理实验数据；五是在数据分析软件中生成实验报告，然后将实验报告提交至系统中。
三、数字化探究实验系统的特点
一是实验过程“可视化”。实验过程可视化包括实验过程空间可视性和实验过程时间可视性，这是学生学习物理过程分析，建立物理概念，理解物理规律的认知基础，是学会处理物理问题的关键所在。数字化实验通过与计算机连接的传感器实时采集数据，记录数据，实现了时间上细微过程的实验过程数据自动记录，相当于用传感器和计算机代替人眼、手、纸和笔记录数据，实现了数据记录的时间连续性，实现了瞬间变化“可视化”。
二是实验设计“重点化”。数字化实验由传感器和数据采集器代替人眼读取数据，用计算机软件取代纸笔方式手工记录数据，计算机软件代替人脑对数据进行简单统计、处理和分析，使学生摆脱了繁琐的计算过程，能够直接把测量数据的变化过程通过“待测物理量──时间”图象直接显示出来，直观地看出物理量之间的变化关系，使学生摆脱了手工作图的繁琐和作图不准确而造成的实验错误。
三是数据采集“智能化”。数据采集“智能化”的基础是计算机信息技术的应用。系统设置了连续采样、单点采样、阈值触发采样等多种采集模式，软件可以设置采集器的各种参数，实现数据采集的自动化。功能强大的数据采集器可以自动把整个实验过程中物理量的变化通过高采样率完整的记录下来，存储在数据文件中，并且由于数据采集器提供了反馈输出，可以通过附加一些器材，通过回控使得整个实验的操作过程也实现自动化。
四是教学过程“现代化”。教学手段现代化，教学方式现代化。与传统的实验仪器相比，传感器更具有品种多、技术新、功能强、发展快、性能可靠等优势。过去实验测量器材有电流表、电压表、弹簧秤、水银温度计等，现在则可用电流传感器、电压传感器、力传感器、温度传感器等来测量物理量。
五是数据处理“智能化”。“智能化”地进行实验重演、数据拟合，创建实验报告。每个实验的配置、传感器的设置都以模板文件存储在硬盘上，每次实验数据都以一定的数据文件存储在硬盘上。软件提供了回放功能，只要调用相应的实验模板和数据文件，就能够实现实验的重演。
作者：程伟德 刘财丹 尹志力
来源：2023年度智慧教育优秀案例