信息化时代的数字化实验——记全国首届“威尼尔”杯化学数字化实验创新设计大赛

马宏佳

（南京师范大学化学与材料科学学院 江苏南京 210097）

全国首届“威尼尔”（Vernier）杯化学数字化实验创新设计大赛（以下简称“V杯赛”）于2011年3月12日在南京师范大学顺利结束。

V杯赛由中国教育学会化学教学专业委员会和南京师范大学化学与材料科学学院共同主办，江苏省教育学会化学教学专业委员会承办，得到美国威尼尔公司赞助。V杯赛旨在推动化学数字化实验研究，提高化学教学信息化水平。

V杯赛参赛内容为“使用传感器、数据采集器和计算机等数字化实验系统的原创化学实验”，参赛者为中学化学教师和教研人员、化学教育专业的研究生和本科生。赛程分为初赛和复赛两个阶段，初赛时参赛者将原创实验设计以论文形式投寄大赛组委会指定网站，复赛为现场实验演示。评委根据选手实验设计、演示效果、讲解答辩情况评奖。中国教育学会化学教学专业委员会张健如理事长、中国教育学会化学教学专业委员会王晶秘书长、北京大学严宣申教授、南京师大周志华教授、教育部教学仪器研究所理科室彭实主任、南京金陵中学邹正校长、《中学化学教学参考》王军翔主编、《化学教育》朱玉军副主编、南京师大马宏佳教授等9人担任了本届V杯赛的评委。本次大赛共评出一等奖作品13件、二等奖14 件、三等奖 7 件，评选结果见 www.jschemedu.com。

《国家中长期教育改革和发展规划纲要（2010—2020年）》指出：信息技术对教育发展具有革命性影响，必须予以高度重视。数字化实验通常指利用传感器、数据采集器和计算机进行的实验，是信息技术应用于化学教学的重要途径之一。基于信息技术的数字化实验可以大大提高化学实验的准确性、精确性、实时性和可视性，它将原本不可见的微观变化数据化、图表化、动态化。如同天平的发明让化学从定性进入定量时代、电子扫描隧道显微镜让人们可以看见和排列原子……我们相信数字化实验的引入和推广也会让中学化学实验走上新的高地和平台。但从全国范围看，数字化实验的推广还需要一个过程，意识、设备、教师能力、实验创新等都还需要提高。

本届V杯赛的参赛实验从研究内容上可分类三大类：认知性研究、技术性研究和教育性研究。认知性研究侧重化学原理的探究，如“对镁铝氢氧化物沉淀反应的研究”、“温度对碱与酚酞反应平衡影响的研究”、“碳酸钠、碳酸氢钠分别与盐酸反应热效应的研究”等。技术性研究侧重实验设计创新，如“用湿度传感器演示浓硫酸的吸水性”、“用电导率传感器研究物质的溶解性”、“用压强传感器研究压强对化学平衡的影响”、“用pH传感器和导电率传感器实时监测次氯酸光照分解实验”等。教育性研究关注实验对学生情感态度的影响。如：“用pH传感器演示实验室制取二氧化碳为什么要用稀盐酸而不用浓盐酸”、“用温度传感器研究撒盐为什么能融冰”、“用湿度传感器测试保鲜膜保鲜能力”等。借助数字化实验仪器所具有的准确性、精确性、实时性和可视性等强大功能，人们对化学原理的认知可以更科学、实验现象的展示可以更便捷，实验教育性的发挥可以更充分。

从使用的传感器上看，温度传感器、导电率传感器、压强传感器、pH传感器是四种使用频率最高的传感器，也是稳定性相对较高的传感器。从比赛过程看，在由“传感器、数据采集器、计算机和相应软件”组成的数字化实验系统中，最脆弱的部分是传感器，最关键的部分也是传感器。所以，中学阶段可以充分利用比较稳定又相对便宜的温度、导电率、压强等传感器设计和开展数字化实验。pH传感器在化学实验中用处很大，特别有利于进行认知性实验研究，但pH传感器使用前需要用缓冲溶液校准，不用时要保存在保护液中，更适用于教师演示实验和学生研究性学习。

“千里之行，始于足下”，“莫道今年春将尽，明年春色倍还人”。本次大赛是化学数字化实验的首次全国性大赛，大赛为各地的骨干教师提供了展示和交流的平台，也在专家和选手的思想碰撞中产生了许多美丽的火花和再探究的灵感。我们满怀信心地期待着大赛对化学数字化实验的积极推动和深刻的影响。