信息化時代的數字化實驗——記全國首屆“威尼爾”杯化學數字化實驗創新設計大賽

馬宏佳

（南京師范大學化學與材料科學學院 江蘇南京 210097）

全國首屆“威尼爾”（Vernier）杯化學數字化實驗創新設計大賽（以下簡稱“V杯賽”）于2011年3月12日在南京師范大學順利結束。

V杯賽由中國教育學會化學教學專業委員會和南京師范大學化學與材料科學學院共同主辦，江蘇省教育學會化學教學專業委員會承辦，得到美國威尼爾公司贊助。V杯賽旨在推動化學數字化實驗研究，提高化學教學信息化水平。

V杯賽參賽內容為“使用傳感器、數據采集器和計算機等數字化實驗系統的原創化學實驗”，參賽者為中學化學教師和教研人員、化學教育專業的研究生和本科生。賽程分為初賽和復賽兩個階段，初賽時參賽者將原創實驗設計以論文形式投寄大賽組委會指定網站，復賽為現場實驗演示。評委根據選手實驗設計、演示效果、講解答辯情況評獎。中國教育學會化學教學專業委員會張健如理事長、中國教育學會化學教學專業委員會王晶秘書長、北京大學嚴宣申教授、南京師大周志華教授、教育部教學儀器研究所理科室彭實主任、南京金陵中學鄒正校長、《中學化學教學參考》王軍翔主編、《化學教育》朱玉軍副主編、南京師大馬宏佳教授等9人擔任了本屆V杯賽的評委。本次大賽共評出一等獎作品13件、二等獎14 件、三等獎 7 件，評選結果見 www.jschemedu.com。

《國家中長期教育改革和發展規劃綱要（2010—2020年）》指出：信息技術對教育發展具有革命性影響，必須予以高度重視。數字化實驗通常指利用傳感器、數據采集器和計算機進行的實驗，是信息技術應用于化學教學的重要途徑之一。基于信息技術的數字化實驗可以大大提高化學實驗的準確性、精確性、實時性和可視性，它將原本不可見的微觀變化數據化、圖表化、動態化。如同天平的發明讓化學從定性進入定量時代、電子掃描隧道顯微鏡讓人們可以看見和排列原子……我們相信數字化實驗的引入和推廣也會讓中學化學實驗走上新的高地和平臺。但從全國范圍看，數字化實驗的推廣還需要一個過程，意識、設備、教師能力、實驗創新等都還需要提高。

本屆V杯賽的參賽實驗從研究內容上可分類三大類：認知性研究、技術性研究和教育性研究。認知性研究側重化學原理的探究，如“對鎂鋁氫氧化物沉淀反應的研究”、“溫度對堿與酚酞反應平衡影響的研究”、“碳酸鈉、碳酸氫鈉分別與鹽酸反應熱效應的研究”等。技術性研究側重實驗設計創新，如“用濕度傳感器演示濃硫酸的吸水性”、“用電導率傳感器研究物質的溶解性”、“用壓強傳感器研究壓強對化學平衡的影響”、“用pH傳感器和導電率傳感器實時監測次氯酸光照分解實驗”等。教育性研究關注實驗對學生情感態度的影響。如：“用pH傳感器演示實驗室制取二氧化碳為什么要用稀鹽酸而不用濃鹽酸”、“用溫度傳感器研究撒鹽為什么能融冰”、“用濕度傳感器測試保鮮膜保鮮能力”等。借助數字化實驗儀器所具有的準確性、精確性、實時性和可視性等強大功能，人們對化學原理的認知可以更科學、實驗現象的展示可以更便捷，實驗教育性的發揮可以更充分。

從使用的傳感器上看，溫度傳感器、導電率傳感器、壓強傳感器、pH傳感器是四種使用頻率最高的傳感器，也是穩定性相對較高的傳感器。從比賽過程看，在由“傳感器、數據采集器、計算機和相應軟件”組成的數字化實驗系統中，最脆弱的部分是傳感器，最關鍵的部分也是傳感器。所以，中學階段可以充分利用比較穩定又相對便宜的溫度、導電率、壓強等傳感器設計和開展數字化實驗。pH傳感器在化學實驗中用處很大，特別有利于進行認知性實驗研究，但pH傳感器使用前需要用緩沖溶液校準，不用時要保存在保護液中，更適用于教師演示實驗和學生研究性學習。

“千里之行，始于足下”，“莫道今年春將盡，明年春色倍還人”。本次大賽是化學數字化實驗的首次全國性大賽，大賽為各地的骨干教師提供了展示和交流的平臺，也在專家和選手的思想碰撞中產生了許多美麗的火花和再探究的靈感。我們滿懷信心地期待著大賽對化學數字化實驗的積極推動和深刻的影響。