一、课题研究的目的、意义

当今世界，科学的进步，技术的发展，带动着人类社会不断进步和飞速发展，在学校教育连接科学、技术、社会的中心纽带中，课程的作用是巨大的。对高中科技创新实验的探索是实施创新教育的必然，是推进素质教育的需要。在这个思想下，我们对科技活动感兴趣的学生，通过学校老师的指导，结合学校科技教育的特点，用“数字化信息系统”开展高中科技创新实验的研究。其目标在于探究如何用“数字化信息系统”进行科技创新实验，并培养学生在科学研究中的创新能力与创新精神。

二、DIS数字化信息系统的介绍

DIS数字化信息系统，它是用传感器获取信息，经数据采集器由计算机对信息进行数据和图形处理的数学技术平台，是为实现理科教学和信息技术整合而开发的，它是运用现代信息技术进行学习的一种手段。利用现代信息技术进行实验研究，我们又简称为DIS实验（英文digital information system 三个词的缩写）。在科学实验中有许多物理量，如距离、位移、力、速度、温度、压强、电压、电流、、湿度、甚至二氧化碳、氧气浓度、化学PH值等，都可以用这类仪器进行测量。DIS实验系统通过一个传感器获取实验信息，经数据采集器传递给电脑，进行数据和图形处理，实现了实验数据的即时处理和直观表现。在整个高中学习过程中，将经常会用它来进行科学实验探究。DIS数字化信息系统，一般分为二个组成部分：

1、图形计算器实验系统仪器

图形计算器实验系统是一种由传感器、数据采集器与图形计算器组合起来，共同完成对物理量测量的装置。

[主要器件]

（1）传感器。常用的有力、运动、温度、光、电压、电流等物理传感器。

（2）数据采集器。它要与传感器结合才能进行测量，它采集的数据可以数字形式显示在屏上，也可运用图形计算器转换成图像。

（3）图形计算器，它类似于我们常用的计算器，所不同的是它有一个大尺寸的液晶显示屏，不但能显示运算结果，还能将结果显示为函数图像。

[测量系统框图]

研究对象-----传感器→ 数据采集器→图形计算器

这种装置的特点是器件轻小、便于携带，在野外也能使用。

2、计算机辅助实验系统仪器

计算机辅助实验系统是一种将传感器、数据采集器和计算机组合起来，共同完成对物理量测量的装置。

 [ 测量系统框图 ]

研究对象-----传感器→ 数据采集器→ 计算机

这种系统的特点是数据容量较大、像素多、屏幕大、图形清晰，能显示难以观察的过程，缺点是携带不便，如山东远大的DIS等。

目前，国内外也有多家厂商在开发与推销上述实验仪器，大多将图形计算器和计算机组合起来的实验系统，不仅能用与课堂教学，也应用于户外科技教学研究活动和家庭实验，例美国德州仪器公司、TI公司、日本CAISO公司和韩国的MBL，及宁波GQY的DAS等。

三、科技创新实验研究的主要内容

据了解目前的数字化信息系统产品己能直接与家用笔记本电脑相连，传输速度一下子提高了数百倍，完全进入实用阶段。据统计，采用数字化信息系统，使用者在实验准备上花费时间占实验时间的比率从49%降到了40%，用于数据处理的时间则从45%降到了3%，而用于探索研究的时间则从6%增长到了57%。综合上海目前实践情况分析来看，数字化信息系统用于课堂实验教学亮点将会十分突出，但数字化信息系统在科学创新实验中有更大的施展空间。

我们有关教师根据“二期课改”的要求，结合学校的特点，对科技创新实验的研究以下两方面：

一方面是结合课内物理学科的知识、原理在三类课程中学习内容的拓展：

1、基础型课程中传统实验的改进，主要针对原来物理课本中的一些学生实验和部分教师演示实验。如在“作用力和反作用力的研究”的演示实验中用力传感器代替弹簧秤，当同学对拉两个力传感器时屏幕上马上得到两个力传感器的相互作用力随时间变化的曲线（如图所示），使实验效果一目了然。再如“用单摆测重力加速度”的学生实验中，用光电门探头代替秒表测量周期等，使实验操作方便，数据也便于统计和处理。

3、在研究型课程中，我们利用学过的物理知识对校园科技景点展开研究，如在学习共振时，在院士大厅里的“共鸣箱”引起了师生的更多的关注，我们用声波传感器测量各种声波的频率；又如结合学校新能源特色，用宁波GQY的电流、电压和光强传感器来研究光强与太阳能电池输出电压、电流的关系等。我们可以带着问题到进行探索实验，也可以通过创新实验选题，然后进行深入的研究。

由于课内受很多条件的限制，而且很多研究是综合性的，因此我们第二方面是在课外，根据研究性学习的特点开展综合性拓展和研究：

当我们第一在老师的实验室中看到那套数字化信息系统时，我们就被它先进的功能所吸引。在老师初步介绍了该套设备后，我们便开始第一次尝试使用。记得使用后的第一感觉便是其他传统实验器材与该设备无法相比的精准性：普通实验设备记录下的一般都为最后的结果量，而该系统能准确地记录下实验的各个过程量（最多可达4个物理量的同时记录），并可以直接在图形计算器中将所得数据整理，绘制成函数图象，并可以传入电脑，进行人为的筛选等。这些功能都是一般实验所无法达到或难以达到的，这样一来，既节省了更多的时间进行探索挖掘，又能保证实验的准确性。

而当我们在使用该系统完成了一些我们与身边同学们都较感兴趣的实验后，我们发现使用这数字化信息系统给我们带来的好处着实不少：

使我们学会更为完整、全面地思考问题。在实验中，难免会有其他因素对实验造成一定影响，而由于该系统的精确性，所以结果往往与事先预料有所出入，只有通过不断思考，才能完善整个实验。

通过自己的努力，使我们的求知欲与“求证”欲得到满足。在学习过程中，我们已得到规律性的东西，也就有了验证这些规律的渴望。而往往由于条件的限制，我们的“求证”无法得到满足，数字化信息系统正是为我们们提供了“求证”的条件。使我们具有突破创新的精神。利用这套设备，我们可以完成书本上的一些较为复杂的实验，如求加速度等等，只要使实验时需要测量的物理量在该系统上合理搭配，就可以更为简单、有效、准确地完成实验与证明。

通过使用该套数字化信息系统，使我们的合作精神、探究精神、创新思维及严密思维能力在研究过程中得到了锻炼与提高。

五、分析与思考

通过用“DIS数字化信息系统”开展高中科技创新实验的研究，我们认识到数字化信息系统不仅能将一些复杂实验简化，能够完成以往条件下较难完成的实验。同时数字化信息系统实际上是一个载体，它能解决的不仅仅是实验的难点，更重要的是学生认知能力和创新能力培养上的难点。因为，在学习过程中，学生通过观察已经获得一些规律性的东西，也就有了验证这些规律的渴望，而在传统的实验中，由于条件的限制或者知识的不全面，学生“求证”往往不能得到满足，数字化信息系统正是为学生提供了“求证”的条件。科学家需要两种品质：一种是创新，即对未知领域的探索和思考，数字化信息系统简化了实验工序，为创新提供了足够的空间；另一种是钻研，即对结论的步步求证直至获得真理，而数字化信息系统则为这个过程提供了载体。这是数字化信息系统的根本。