信息化時(shí)代的數(shù)字化實(shí)驗(yàn)——記全國首屆“威尼爾”杯化學(xué)數(shù)字化實(shí)驗(yàn)創(chuàng)新設(shè)計(jì)大賽

馬宏佳

（南京師范大學(xué)化學(xué)與材料科學(xué)學(xué)院 江蘇南京 210097）

全國首屆“威尼爾”（Vernier）杯化學(xué)數(shù)字化實(shí)驗(yàn)創(chuàng)新設(shè)計(jì)大賽（以下簡稱“V杯賽”）于2011年3月12日在南京師范大學(xué)順利結(jié)束。

V杯賽由中國教育學(xué)會化學(xué)教學(xué)專業(yè)委員會和南京師范大學(xué)化學(xué)與材料科學(xué)學(xué)院共同主辦，江蘇省教育學(xué)會化學(xué)教學(xué)專業(yè)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(xué)數(shù)字化實(shí)驗(yàn)研究，提高化學(xué)教學(xué)信息化水平。

V杯賽參賽內(nèi)容為“使用傳感器、數(shù)據(jù)采集器和計(jì)算機(jī)等數(shù)字化實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)的原創(chuàng)化學(xué)實(shí)驗(yàn)”，參賽者為中學(xué)化學(xué)教師和教研人員、化學(xué)教育專業(yè)的研究生和本科生。賽程分為初賽和復(fù)賽兩個(gè)階段，初賽時(shí)參賽者將原創(chuàng)實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)以論文形式投寄大賽組委會指定網(wǎng)站，復(fù)賽為現(xiàn)場實(shí)驗(yàn)演示。評委根據(jù)選手實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)、演示效果、講解答辯情況評獎(jiǎng)。中國教育學(xué)會化學(xué)教學(xué)專業(yè)委員會張健如理事長、中國教育學(xué)會化學(xué)教學(xué)專業(yè)委員會王晶秘書長、北京大學(xué)嚴(yán)宣申教授、南京師大周志華教授、教育部教學(xué)儀器研究所理科室彭實(shí)主任、南京金陵中學(xué)鄒正校長、《中學(xué)化學(xué)教學(xué)參考》王軍翔主編、《化學(xué)教育》朱玉軍副主編、南京師大馬宏佳教授等9人擔(dān)任了本屆V杯賽的評委。本次大賽共評出一等獎(jiǎng)作品13件、二等獎(jiǎng)14 件、三等獎(jiǎng) 7 件，評選結(jié)果見 www.jschemedu.com。

《國家中長期教育改革和發(fā)展規(guī)劃綱要（2010—2020年）》指出：信息技術(shù)對教育發(fā)展具有革命性影響，必須予以高度重視。數(shù)字化實(shí)驗(yàn)通常指利用傳感器、數(shù)據(jù)采集器和計(jì)算機(jī)進(jìn)行的實(shí)驗(yàn)，是信息技術(shù)應(yīng)用于化學(xué)教學(xué)的重要途徑之一。基于信息技術(shù)的數(shù)字化實(shí)驗(yàn)可以大大提高化學(xué)實(shí)驗(yàn)的準(zhǔn)確性、精確性、實(shí)時(shí)性和可視性，它將原本不可見的微觀變化數(shù)據(jù)化、圖表化、動態(tài)化。如同天平的發(fā)明讓化學(xué)從定性進(jìn)入定量時(shí)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(shù)字化實(shí)驗(yàn)的引入和推廣也會讓中學(xué)化學(xué)實(shí)驗(yàn)走上新的高地和平臺。但從全國范圍看，數(shù)字化實(shí)驗(yàn)的推廣還需要一個(gè)過程，意識、設(shè)備、教師能力、實(shí)驗(yàn)創(chuàng)新等都還需要提高。

本屆V杯賽的參賽實(shí)驗(yàn)從研究內(nèi)容上可分類三大類：認(rèn)知性研究、技術(shù)性研究和教育性研究。認(rèn)知性研究側(cè)重化學(xué)原理的探究，如“對鎂鋁氫氧化物沉淀反應(yīng)的研究”、“溫度對堿與酚酞反應(yīng)平衡影響的研究”、“碳酸鈉、碳酸氫鈉分別與鹽酸反應(yīng)熱效應(yīng)的研究”等。技術(shù)性研究側(cè)重實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)創(chuàng)新，如“用濕度傳感器演示濃硫酸的吸水性”、“用電導(dǎo)率傳感器研究物質(zhì)的溶解性”、“用壓強(qiáng)傳感器研究壓強(qiáng)對化學(xué)平衡的影響”、“用pH傳感器和導(dǎo)電率傳感器實(shí)時(shí)監(jiān)測次氯酸光照分解實(shí)驗(yàn)”等。教育性研究關(guān)注實(shí)驗(yàn)對學(xué)生情感態(tài)度的影響。如：“用pH傳感器演示實(shí)驗(yàn)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(shù)字化實(shí)驗(yàn)儀器所具有的準(zhǔn)確性、精確性、實(shí)時(shí)性和可視性等強(qiáng)大功能，人們對化學(xué)原理的認(rèn)知可以更科學(xué)、實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象的展示可以更便捷，實(shí)驗(yàn)教育性的發(fā)揮可以更充分。

從使用的傳感器上看，溫度傳感器、導(dǎo)電率傳感器、壓強(qiáng)傳感器、pH傳感器是四種使用頻率最高的傳感器，也是穩(wěn)定性相對較高的傳感器。從比賽過程看，在由“傳感器、數(shù)據(jù)采集器、計(jì)算機(jī)和相應(yīng)軟件”組成的數(shù)字化實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)中，最脆弱的部分是傳感器，最關(guān)鍵的部分也是傳感器。所以，中學(xué)階段可以充分利用比較穩(wěn)定又相對便宜的溫度、導(dǎo)電率、壓強(qiáng)等傳感器設(shè)計(jì)和開展數(shù)字化實(shí)驗(yàn)。pH傳感器在化學(xué)實(shí)驗(yàn)中用處很大，特別有利于進(jìn)行認(rèn)知性實(shí)驗(yàn)研究，但pH傳感器使用前需要用緩沖溶液校準(zhǔn)，不用時(shí)要保存在保護(hù)液中，更適用于教師演示實(shí)驗(yàn)和學(xué)生研究性學(xué)習(xí)。

“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(xué)數(shù)字化實(shí)驗(yàn)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(chǎn)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(xué)數(shù)字化實(shí)驗(yàn)的積極推動和深刻的影響。