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大学化学
University Chemistry
主管 : 教育部
刊期 : 月刊主编 : 王颖霞
语种 : 中文主办 : 北京大学、中国化学会
ISSN : 1000-8438 CN : 11-1815/O6展开 >《大学化学》是教育部主管、北京大学和中国化学会共同主办的教育研究性学术刊物，本刊以深化大学化学教育改革为宗旨，为促进教师知识更新、扩大学生知识面、提高化学教学水平服务。读者对象为高等学校化学教师、研究生、本科生、中学化学教师和对化学有浓厚兴趣的中学生，以及化学教育领域的各级管理人员和其他岗位上的化学工作者。现已被中国期刊网全文数据库、万方数据库、台湾华艺数据库、中文科技期刊数据库（全文版）、美国化学文摘等多家数据库收录。
主要栏目内容和要求包括：
（1）今日化学――介绍化学各学科前沿领域及与化学相关交叉学科的发展动向、前景；在国民经济中的应用和展望。要求文章内容新颖，有学术见解，文字表述深入浅出，有启发性。
（2）教学研究与改革――研究高校化学教育改革中的重大问题，对化学教学中具有普遍性的问题发表创见；交流化学教学改革的经验，讨论教学中的难点和重点；介绍新的教学内容和方法等。要求观点有新意，经验有实践基础，避免空泛议论和设想；文字精练，图表清晰准确。
（3）知识介绍――介绍化学学科领域在理论、实践、应用方面的新知识与新发展。要求概念准确，避免重复书刊的内容；文字简练，内容具有启发性。
（4）计算机与化学――介绍计算机化学的最新进展；开展计算机化学应用软件和辅助化学教学软件的交流。
（5）化学实验――实验教学的目标研究；新实验的设计和现有实验的改进；现代化仪器设备在实验中的应用；实验室管理的新经验等。要求内容翔实，数据可靠，方法具有推广使用价值。
（6）师生笔谈－－交流学习心得；探讨能启发创造性思维的问题；介绍具有启发性的解题方法等。要求文章内容生动，主题突出。
（7）自学之友――刊登疑难解释，专题辅导，点滴经验，一事一议。要求文章观点明确，短小精悍。
本刊还设有化学史、国外化学教育、书刊评介、科技书讯、动态与信息等栏目。
欢迎高校师生及其他部门的化学教学、科研人员为本刊撰写稿件。
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2026, 41(2): 1-13
doi: 10.12461/PKU.DXHX202502023
摘要:
在全球气候变化和能源转型的大背景下，减少温室气体排放，特别是二氧化碳(CO2)的排放，已成为国际社会共同面临的重大挑战。传统的化石能源使用模式不仅加剧了温室效应，还导致了能源资源的枯竭。因此，探索和开发能够将CO2转化为高附加值化学品和燃料的绿色技术，对于实现碳循环经济和可持续发展具有重要意义。电催化CO2转化技术，作为一种创新且环境友好的方法，正逐渐受到学术界和工业界的广泛关注。该技术通过电化学手段，在特定的催化剂作用下，将大气中的CO2转化为一系列有用的化学品，如烃类、醇类、酸类等，这些产物在能源、材料、化工等领域具有广泛的应用前景。本文旨在介绍电催化CO2转化的最新研究进展，探讨其关键科学问题和技术难点，展望未来的发展趋势，以期为推动该技术的实用化和产业化提供理论支撑和实践指导。
在全球气候变化和能源转型的大背景下，减少温室气体排放，特别是二氧化碳(CO2)的排放，已成为国际社会共同面临的重大挑战。传统的化石能源使用模式不仅加剧了温室效应，还导致了能源资源的枯竭。因此，探索和开发能够将CO2转化为高附加值化学品和燃料的绿色技术，对于实现碳循环经济和可持续发展具有重要意义。电催化CO2转化技术，作为一种创新且环境友好的方法，正逐渐受到学术界和工业界的广泛关注。该技术通过电化学手段，在特定的催化剂作用下，将大气中的CO2转化为一系列有用的化学品，如烃类、醇类、酸类等，这些产物在能源、材料、化工等领域具有广泛的应用前景。本文旨在介绍电催化CO2转化的最新研究进展，探讨其关键科学问题和技术难点，展望未来的发展趋势，以期为推动该技术的实用化和产业化提供理论支撑和实践指导。
2026, 41(2): 14-20
doi: 10.12461/PKU.DXHX202501014
摘要:
化学是改造自然的强大力量，为了让学生们正确地了解化学，本教学团队以全校通识类课程为立足点，选取学生们熟知的动漫情节为切入点，凝练动漫中蕴含的丰富化学问题，开展课堂教学。围绕化学元素与动漫角色、化学反应与动漫情节构建等，设计了教学内容，由浅入深，从日常生活到生产实践，运用化学解决实际问题，提高学生的思维能力和创新能力。
化学是改造自然的强大力量，为了让学生们正确地了解化学，本教学团队以全校通识类课程为立足点，选取学生们熟知的动漫情节为切入点，凝练动漫中蕴含的丰富化学问题，开展课堂教学。围绕化学元素与动漫角色、化学反应与动漫情节构建等，设计了教学内容，由浅入深，从日常生活到生产实践，运用化学解决实际问题，提高学生的思维能力和创新能力。
2026, 41(2): 21-27
doi: 10.12461/PKU.DXHX202501021
摘要:
发展新质生产力背景下，社会发展和产业变革对化工类专业人才的培养提出了新要求，也对高校开展化工原理课程教学提出了更高要求。教学团队基于3D打印的化工单元操作设备模型，提出以化工单元操作设备为主线的教学改革方法。该方法利用3D打印技术的创造性和数字化特征，将3D打印技术、化工单元操作设备教学与化工原理理论教学相结合，可有效提高学生的综合能力，培育学生的思政素养。根据问卷调查，学生认为该方法的实施在以下几个方面对他们的学习有帮助，包括学习兴趣(18%)、空间想象力(18%)、直观理解抽象概念(16%)、实践操作能力(15%)等。
发展新质生产力背景下，社会发展和产业变革对化工类专业人才的培养提出了新要求，也对高校开展化工原理课程教学提出了更高要求。教学团队基于3D打印的化工单元操作设备模型，提出以化工单元操作设备为主线的教学改革方法。该方法利用3D打印技术的创造性和数字化特征，将3D打印技术、化工单元操作设备教学与化工原理理论教学相结合，可有效提高学生的综合能力，培育学生的思政素养。根据问卷调查，学生认为该方法的实施在以下几个方面对他们的学习有帮助，包括学习兴趣(18%)、空间想象力(18%)、直观理解抽象概念(16%)、实践操作能力(15%)等。
2026, 41(2): 28-35
doi: 10.12461/PKU.DXHX202501015
摘要:
无机化学实验注重培养学生化学基本实验技能，独立思考、分析问题和解决问题的科学思维和良好的科学态度。本文以大学生化学实验技能竞赛中反映出的问题与不足，介绍我校无机化学实验基于全过程问题驱动混合式教学改革，从教学资源，教学方法，混合式教学实施、课程成绩评定等方面开展教学实践，并取得了教学成效。
无机化学实验注重培养学生化学基本实验技能，独立思考、分析问题和解决问题的科学思维和良好的科学态度。本文以大学生化学实验技能竞赛中反映出的问题与不足，介绍我校无机化学实验基于全过程问题驱动混合式教学改革，从教学资源，教学方法，混合式教学实施、课程成绩评定等方面开展教学实践，并取得了教学成效。
2026, 41(2): 36-44
doi: 10.12461/PKU.DXHX202502040
摘要:
在有效教学理念的引领下，针对高职无机化学课程的教学困境，从优化与整合课程教学内容、构建与完善课程在线平台、改革与创新课程教学模式、丰富与健全课程评价体系等四个维度，设计了混合式教学改革的方案。实践表明，该教学模式能够拓宽学习渠道，提升学习效率，培养学习习惯，取得了良好的教学成效。
在有效教学理念的引领下，针对高职无机化学课程的教学困境，从优化与整合课程教学内容、构建与完善课程在线平台、改革与创新课程教学模式、丰富与健全课程评价体系等四个维度，设计了混合式教学改革的方案。实践表明，该教学模式能够拓宽学习渠道，提升学习效率，培养学习习惯，取得了良好的教学成效。
2026, 41(2): 45-53
doi: 10.12461/PKU.DXHX202502025
摘要:
以汞元素及其化合物教学为例，深入挖掘元素化学中蕴含的思政元素，通过讨论汞元素的利与弊，提升正确的元素观。将民族文化自信与社会责任、环保意识及生态文明等有机融入课堂教学环节中，培养学生的创新意识、科学精神、爱国情怀、环保意识等。专业教学与思政育人、显性教育与隐性教育有机融合，形成协同效应，以期同步实现“知识传授”与“价值引领”统一。
以汞元素及其化合物教学为例，深入挖掘元素化学中蕴含的思政元素，通过讨论汞元素的利与弊，提升正确的元素观。将民族文化自信与社会责任、环保意识及生态文明等有机融入课堂教学环节中，培养学生的创新意识、科学精神、爱国情怀、环保意识等。专业教学与思政育人、显性教育与隐性教育有机融合，形成协同效应，以期同步实现“知识传授”与“价值引领”统一。
2026, 41(2): 54-58
doi: 10.12461/PKU.DXHX202502037
摘要:
本文以北京航空航天大学“仿生超疏水界面探究与设计”虚拟仿真实验为案例，深入探讨虚拟实验在培养拔尖创新人才中的关键作用。研究表明，通过精心设计的虚拟实验课程，学生的创新能力和实践技能得到了显著提升。本文详细分析了虚拟实验在课程中的应用，重点讨论了其在培养学生科研创新思维、团队协作精神和实践能力方面的积极影响。研究结果表明，虚拟实验不仅能够有效弥补传统实验教学的不足，还能通过跨学科融合和真实情境模拟，激发学生的创新潜能，帮助其成长为具有国际竞争力的拔尖创新人才。
本文以北京航空航天大学“仿生超疏水界面探究与设计”虚拟仿真实验为案例，深入探讨虚拟实验在培养拔尖创新人才中的关键作用。研究表明，通过精心设计的虚拟实验课程，学生的创新能力和实践技能得到了显著提升。本文详细分析了虚拟实验在课程中的应用，重点讨论了其在培养学生科研创新思维、团队协作精神和实践能力方面的积极影响。研究结果表明，虚拟实验不仅能够有效弥补传统实验教学的不足，还能通过跨学科融合和真实情境模拟，激发学生的创新潜能，帮助其成长为具有国际竞争力的拔尖创新人才。
2026, 41(2): 59-64
doi: 10.12461/PKU.DXHX202502116
摘要:
针对仪器分析课程思政育人过程中存在思政育人主线不清晰，课程内容思政元素挖掘缺乏全局性设计，育人成效入心入行难等问题，构建了三步进阶式课程思政育人模式，结合课程特色凝炼形成了求真、求实、求新的课程思政育人主线，通过显性知识和隐性价值观两个维度布局和挖掘课程思政融入点；最后通过知识众筹、小组讨论、项目式任务等方式有效推进课程思政入脑入心入行，最终形成了可复制易推广的三步进阶式课程思政育人模式，目前已成功推广辐射到了省内外20余所高校及甘肃省多所中小学。
针对仪器分析课程思政育人过程中存在思政育人主线不清晰，课程内容思政元素挖掘缺乏全局性设计，育人成效入心入行难等问题，构建了三步进阶式课程思政育人模式，结合课程特色凝炼形成了求真、求实、求新的课程思政育人主线，通过显性知识和隐性价值观两个维度布局和挖掘课程思政融入点；最后通过知识众筹、小组讨论、项目式任务等方式有效推进课程思政入脑入心入行，最终形成了可复制易推广的三步进阶式课程思政育人模式，目前已成功推广辐射到了省内外20余所高校及甘肃省多所中小学。
2026, 41(2): 65-72
doi: 10.12461/PKU.DXHX202502125
摘要:
为探索仪器分析项目式学习在化学拔尖人才培养中的运用，提出将理论课的项目活动延伸至实践的项目式教学新思路。教师设计真实情景、贴近热点、学科交叉、具有育人功能的项目并进行导学、督学、助学。学生在项目驱动下学习思考、交互合作、整合凝练、深化创新。实践表明，该教学模式有助于培养拔尖学生的自主学习能力和创新思维。
为探索仪器分析项目式学习在化学拔尖人才培养中的运用，提出将理论课的项目活动延伸至实践的项目式教学新思路。教师设计真实情景、贴近热点、学科交叉、具有育人功能的项目并进行导学、督学、助学。学生在项目驱动下学习思考、交互合作、整合凝练、深化创新。实践表明，该教学模式有助于培养拔尖学生的自主学习能力和创新思维。
2026, 41(2): 73-81
doi: 10.12461/PKU.DXHX202503047
摘要:
针对地方高校无机化学实验教学中存在与前序高中化学基础连贯性欠佳、与后续综合实验课程衔接乏力的双重断层问题，本文以元素性质实验为例，构建了“问题引导预习-异常驱动探究”协同教学模式。通过开发问题引导的预习资源(操作视频+预习报告)，辅助学生规范基础操作、梳理实验原理，弥合中学-大学知识技能的衔接断层；通过“异常现象-探究任务”的课堂转化，构筑了“认知冲突→变量分析→方案设计→理论溯源”的科学思维连贯性培养路径，解决由基础实验向高阶实验过渡的“能力断崖”的难题。研究表明：新型模式促进了师生角色转变(学生从“机械操作者”进阶为“主动探究者”，教师从“知识讲授者”转型为“思维引导者”)和学生综合能力的提升(实践考核的优秀率从2.6%提升至9.8%)，为地方院校实验教学提供了可复制的改革范式。
针对地方高校无机化学实验教学中存在与前序高中化学基础连贯性欠佳、与后续综合实验课程衔接乏力的双重断层问题，本文以元素性质实验为例，构建了“问题引导预习-异常驱动探究”协同教学模式。通过开发问题引导的预习资源(操作视频+预习报告)，辅助学生规范基础操作、梳理实验原理，弥合中学-大学知识技能的衔接断层；通过“异常现象-探究任务”的课堂转化，构筑了“认知冲突→变量分析→方案设计→理论溯源”的科学思维连贯性培养路径，解决由基础实验向高阶实验过渡的“能力断崖”的难题。研究表明：新型模式促进了师生角色转变(学生从“机械操作者”进阶为“主动探究者”，教师从“知识讲授者”转型为“思维引导者”)和学生综合能力的提升(实践考核的优秀率从2.6%提升至9.8%)，为地方院校实验教学提供了可复制的改革范式。
2026, 41(2): 82-94
doi: 10.12461/PKU.DXHX202503014
摘要:
化学学科通过分子设计与过程调控，持续突破碳减排与资源化技术边界。将“双碳”前沿融入本科教学已成为化学教改的挑战。本研究构建“知识体系重构-智能平台提升-自主探究升华”三维递进架构，突破传统课堂时空限制，形成全过程浸润式培养模式，实现学生从知识内化到思维创新的能力跃升，显著提升其创新素养与学科使命感。
化学学科通过分子设计与过程调控，持续突破碳减排与资源化技术边界。将“双碳”前沿融入本科教学已成为化学教改的挑战。本研究构建“知识体系重构-智能平台提升-自主探究升华”三维递进架构，突破传统课堂时空限制，形成全过程浸润式培养模式，实现学生从知识内化到思维创新的能力跃升，显著提升其创新素养与学科使命感。
2026, 41(2): 95-102
doi: 10.12461/PKU.DXHX202503108
摘要:
无机化学因其内容的广泛性和规律的隐蔽性，给学生的学习和教师的教学均带来显著挑战。构建简洁的知识逻辑体系是应对这一挑战的重要举措。本文以碱金属教学为例，构建无机化学中元素化学的知识框架模板、提炼碱金属章节知识要点、梳理知识点间的本质逻辑关系。明确提出“活泼金属与氧气反应时首先形成超氧化物”的学术见解，进而提出反应在微观上分三步进行的反应机理，依此从本质特征上构建碱金属与氧气反应的全新知识逻辑，显著提升教学效果。结果表明，一个清晰连贯的知识逻辑体系的搭建，在促进教学效果提升的同时能在启迪思维的过程中孕育学术新发现，为无机化学的研究与教学提供新的思路与方向。
无机化学因其内容的广泛性和规律的隐蔽性，给学生的学习和教师的教学均带来显著挑战。构建简洁的知识逻辑体系是应对这一挑战的重要举措。本文以碱金属教学为例，构建无机化学中元素化学的知识框架模板、提炼碱金属章节知识要点、梳理知识点间的本质逻辑关系。明确提出“活泼金属与氧气反应时首先形成超氧化物”的学术见解，进而提出反应在微观上分三步进行的反应机理，依此从本质特征上构建碱金属与氧气反应的全新知识逻辑，显著提升教学效果。结果表明，一个清晰连贯的知识逻辑体系的搭建，在促进教学效果提升的同时能在启迪思维的过程中孕育学术新发现，为无机化学的研究与教学提供新的思路与方向。
2026, 41(2): 103-110
doi: 10.12461/PKU.DXHX202503034
摘要:
本文介绍了中国科学技术大学化学实验教学中心开设的研究生综合仪器分析实验的建设经验。课程组针对研究生选课需求旺盛而仪器等教学资源配备不足的矛盾，以及研究生未来研究方向不同，需要学习的仪器也不同的特点，进行精准化教学改革，很好地解决了教学过程中出现的问题，在提升学生科研创新能力方面起到了促进作用。本文详细介绍了教学模块划分及各教学环节设计，以及在课程考核、课程思政等方面的一些尝试和思考。
本文介绍了中国科学技术大学化学实验教学中心开设的研究生综合仪器分析实验的建设经验。课程组针对研究生选课需求旺盛而仪器等教学资源配备不足的矛盾，以及研究生未来研究方向不同，需要学习的仪器也不同的特点，进行精准化教学改革，很好地解决了教学过程中出现的问题，在提升学生科研创新能力方面起到了促进作用。本文详细介绍了教学模块划分及各教学环节设计，以及在课程考核、课程思政等方面的一些尝试和思考。
2026, 41(2): 111-118
doi: 10.12461/PKU.DXHX202503094
摘要:
在新工科建设背景下，无机及分析化学作为一门面向工科专业的理科课程，具有基础性、理论性、跨学科性和衔接性，是学生进入大学后修读的第一门专业基础必修课。然而，该课程存在工程教育元素薄弱，其注重理论体系构建的传统教学模式，难以有效支撑“运用科学原理解决复杂工程问题”的卓越工程师培养目标。本研究基于OBE教育理念，通过“三教一评”，即教学观念转变、教学内容重构、教学方法改革、及多维评价体系的建立，在课程中融入工程思维、工程概念，将问题的定义与分解、系统化设计、迭代优化、工程伦理融入教学过程中。通过构建理论教学与工程实践的认知桥梁，实现课程目标从科学素养培育向工程能力培养的升级转型，为面向新工科培养未来工程人才打下良好基础。
在新工科建设背景下，无机及分析化学作为一门面向工科专业的理科课程，具有基础性、理论性、跨学科性和衔接性，是学生进入大学后修读的第一门专业基础必修课。然而，该课程存在工程教育元素薄弱，其注重理论体系构建的传统教学模式，难以有效支撑“运用科学原理解决复杂工程问题”的卓越工程师培养目标。本研究基于OBE教育理念，通过“三教一评”，即教学观念转变、教学内容重构、教学方法改革、及多维评价体系的建立，在课程中融入工程思维、工程概念，将问题的定义与分解、系统化设计、迭代优化、工程伦理融入教学过程中。通过构建理论教学与工程实践的认知桥梁，实现课程目标从科学素养培育向工程能力培养的升级转型，为面向新工科培养未来工程人才打下良好基础。
2026, 41(2): 119-122
doi: 10.12461/PKU.DXHX202503063
摘要:
本文是在较少学时背景下，针对大学化学中“杂化轨道理论”教学过程中存在的问题，提出以“五问”模式引导学生深入思考和理解该理论。通过对杂化轨道的理论依据、杂化条件、原因、原则及杂化类型的分析，阐述了如何运用该模式激发学生主动思考，提升教学的直观性与便捷性，培养学生解决问题的能力和科学思维。
本文是在较少学时背景下，针对大学化学中“杂化轨道理论”教学过程中存在的问题，提出以“五问”模式引导学生深入思考和理解该理论。通过对杂化轨道的理论依据、杂化条件、原因、原则及杂化类型的分析，阐述了如何运用该模式激发学生主动思考，提升教学的直观性与便捷性，培养学生解决问题的能力和科学思维。
2026, 41(2): 123-130
doi: 10.12461/PKU.DXHX202503083
摘要:
大学化学是高等院校的一门基础理论课，是培养综合性人才的重要途径。本文从学生和教师两方面深入分析了大学化学课程中分析化学部分教学实践中存在的问题。以“教学内容、教学方法、教学环境、评价体系”四个维度为核心，提出系统化改进与创新的教学模式。将科学前沿成果与产业发展引入教学环节，运用人工智能技术建立知识图谱。着力解决师生面临的问题，提升教师的跨学科教学能力，培养学生的化学思维，鼓励学生运用化学知识解决本专业实际问题的综合能力。着力帮助学生以及教师了解和认同本地区的历史、文化和价值观，增强文化自信。
大学化学是高等院校的一门基础理论课，是培养综合性人才的重要途径。本文从学生和教师两方面深入分析了大学化学课程中分析化学部分教学实践中存在的问题。以“教学内容、教学方法、教学环境、评价体系”四个维度为核心，提出系统化改进与创新的教学模式。将科学前沿成果与产业发展引入教学环节，运用人工智能技术建立知识图谱。着力解决师生面临的问题，提升教师的跨学科教学能力，培养学生的化学思维，鼓励学生运用化学知识解决本专业实际问题的综合能力。着力帮助学生以及教师了解和认同本地区的历史、文化和价值观，增强文化自信。
2026, 41(2): 131-139
doi: 10.12461/PKU.DXHX202501013
摘要:
有机化学作为动物医学专业学生大一阶段的必修专业基础课程，巧妙地融合了基础化学与医学的精髓，对于构建学生扎实的化学知识体系、培养其分析能力、实验技能及创新能力具有至关重要的作用。然而，面对近四分之一学生高中化学基础相对薄弱的现状，教学团队秉持“以学生为中心，教师为引导”的原则，构建了一个融合深浅知识点、采用翻转课堂与小组讨论形式的线上线下混合式教学模式。该模式旨在通过精准教学，帮助学生克服学习障碍，推动其学业持续发展。此模式不仅实现了知识的高效传授，还着重于能力的全面提升与价值观念的塑造。本文以“芳香烃及其在医学上的应用”为例，展示了该策略的设计思路与实施方法，取得了良好成效。
有机化学作为动物医学专业学生大一阶段的必修专业基础课程，巧妙地融合了基础化学与医学的精髓，对于构建学生扎实的化学知识体系、培养其分析能力、实验技能及创新能力具有至关重要的作用。然而，面对近四分之一学生高中化学基础相对薄弱的现状，教学团队秉持“以学生为中心，教师为引导”的原则，构建了一个融合深浅知识点、采用翻转课堂与小组讨论形式的线上线下混合式教学模式。该模式旨在通过精准教学，帮助学生克服学习障碍，推动其学业持续发展。此模式不仅实现了知识的高效传授，还着重于能力的全面提升与价值观念的塑造。本文以“芳香烃及其在医学上的应用”为例，展示了该策略的设计思路与实施方法，取得了良好成效。
2026, 41(2): 140-145
doi: 10.12461/PKU.DXHX202502041
摘要:
围绕“新医科”建设的要求，利用南开大学多学科综合发展的优势，我们对化学生物学课程进行了教学内容的优化与修订，重构了以学生为中心的混合式教学模式，完善了多元化的考核评价体系，深化了化学生物学在“新医科”建设中的基础作用。该教学改革将有利于培育复合、拔尖、创新型“新医科”人才。
围绕“新医科”建设的要求，利用南开大学多学科综合发展的优势，我们对化学生物学课程进行了教学内容的优化与修订，重构了以学生为中心的混合式教学模式，完善了多元化的考核评价体系，深化了化学生物学在“新医科”建设中的基础作用。该教学改革将有利于培育复合、拔尖、创新型“新医科”人才。
2026, 41(2): 146-153
doi: 10.12461/PKU.DXHX202412149
摘要:
作者针对物理化学课程特点及存在的问题，将新课导入、总结及习题环节从传统课堂教学中分离，融入与食品科学与工程专业相关的学科交叉案例，设计制作成模块式的新形态课程资源，并通过混合教学模式进行实践，减轻了课堂负担，提升了学生的积极性和解决实际问题的能力。这一教学创新获得了食品科学与工程专业师生的认可与支持。
作者针对物理化学课程特点及存在的问题，将新课导入、总结及习题环节从传统课堂教学中分离，融入与食品科学与工程专业相关的学科交叉案例，设计制作成模块式的新形态课程资源，并通过混合教学模式进行实践，减轻了课堂负担，提升了学生的积极性和解决实际问题的能力。这一教学创新获得了食品科学与工程专业师生的认可与支持。
2026, 41(2): 154-160
doi: 10.12461/PKU.DXHX202502095
摘要:
本文针对重庆大学化学化工学院高分子课程教学困境，通过跨学院组建涵盖多领域的教学团队，构建包含前序课、核心课与拓展课的课程体系，并整合教学内容，创新教学方法，强化实践教学，设立项目制课程促进理论实践融合。改革成效显著，专业学生绩点大幅提升，教师队伍得到发展，专业在2023年重庆市普通高校本科专业监测获评A+。
本文针对重庆大学化学化工学院高分子课程教学困境，通过跨学院组建涵盖多领域的教学团队，构建包含前序课、核心课与拓展课的课程体系，并整合教学内容，创新教学方法，强化实践教学，设立项目制课程促进理论实践融合。改革成效显著，专业学生绩点大幅提升，教师队伍得到发展，专业在2023年重庆市普通高校本科专业监测获评A+。
2026, 41(2): 161-167
doi: 10.12461/PKU.DXHX202502056
摘要:
在新一轮科技革命和产业变革的浪潮下，人工智能正在显著影响高等教育的生态环境。在这种新形势下，化学专业人才培养需要变更思路，培育兼具基础学科知识、科技创新实践和产业转化思维的高素质创新人才，构建“科教融创”新范式。本文系统分析了化学专业人才培养新需求，提出了“科教融合，创新引领，智能赋能，产教融通”的“科教融创”培育模式。从课程教学改革，科创实践平台构建，人工智能工具应用和产教融合机制四个维度，探索了该培养模式的实施路径。
在新一轮科技革命和产业变革的浪潮下，人工智能正在显著影响高等教育的生态环境。在这种新形势下，化学专业人才培养需要变更思路，培育兼具基础学科知识、科技创新实践和产业转化思维的高素质创新人才，构建“科教融创”新范式。本文系统分析了化学专业人才培养新需求，提出了“科教融合，创新引领，智能赋能，产教融通”的“科教融创”培育模式。从课程教学改革，科创实践平台构建，人工智能工具应用和产教融合机制四个维度，探索了该培养模式的实施路径。
2026, 41(2): 168-177
doi: 10.12461/PKU.DXHX202503133
摘要:
立足天津大学双一流建设学科，面向化学拔尖创新人才培养目标，针对当前应用化学专业人才培养面临的诸多问题，提出多维协同的教育教学改革策略。旨在通过系统性改革，构建开放、灵活、高效的化学拔尖人才培养体系，以培育兼具国际视野、创新思维和实践能力的卓越人才，服务国家科技发展需求。实践表明，该模式有效推动一流学科发展，切实提升学生科研素养与综合竞争力，其经验可为兄弟院校提供参考。
立足天津大学双一流建设学科，面向化学拔尖创新人才培养目标，针对当前应用化学专业人才培养面临的诸多问题，提出多维协同的教育教学改革策略。旨在通过系统性改革，构建开放、灵活、高效的化学拔尖人才培养体系，以培育兼具国际视野、创新思维和实践能力的卓越人才，服务国家科技发展需求。实践表明，该模式有效推动一流学科发展，切实提升学生科研素养与综合竞争力，其经验可为兄弟院校提供参考。
2026, 41(2): 178-189
doi: 10.12461/PKU.DXHX202502105
摘要:
二氧化碳(CO2)的大量排放引发了一系列环境问题，但同时CO2也是一种重要的碳资源。因此，捕获CO2并将其转化为高附加值化学品，已成为科学与工业领域的热点课题。从化学角度而言，CO2被视作一种稳定、安全且储量丰富的C1资源。将CO2转化为高值化学品，不仅能有效解决CO2排放问题，同时实现了CO2的资源化利用。把CO2催化环化加成到环氧化物中，制备高附加值的环状碳酸酯，是一种反应过程简单且前景可观的CO2利用策略，该反应无副产物产生，原子经济性100%，反应条件温和。本文综述了CO2化学利用途径，着重介绍了CO2环加成反应高效催化剂，并对不同类型催化剂的性能进行了比较，最后对CO2环加成反应研究进展进行了总结与展望。
二氧化碳(CO2)的大量排放引发了一系列环境问题，但同时CO2也是一种重要的碳资源。因此，捕获CO2并将其转化为高附加值化学品，已成为科学与工业领域的热点课题。从化学角度而言，CO2被视作一种稳定、安全且储量丰富的C1资源。将CO2转化为高值化学品，不仅能有效解决CO2排放问题，同时实现了CO2的资源化利用。把CO2催化环化加成到环氧化物中，制备高附加值的环状碳酸酯，是一种反应过程简单且前景可观的CO2利用策略，该反应无副产物产生，原子经济性100%，反应条件温和。本文综述了CO2化学利用途径，着重介绍了CO2环加成反应高效催化剂，并对不同类型催化剂的性能进行了比较，最后对CO2环加成反应研究进展进行了总结与展望。
2026, 41(2): 190-196
doi: 10.12461/PKU.DXHX202503006
摘要:
“温室效应”的日益加剧，使得二氧化碳(CO2)的资源化利用迫在眉睫。相较于其他方法，使用可再生电能驱动二氧化碳还原为高附加值碳基燃料，具有条件温和、绿色高效等优势。本文聚焦于二氧化碳还原产物中市场规模最大的乙烯产物，简要介绍了电驱动二氧化碳转化制乙烯的反应机制、催化剂设计策略与四种典型的反应器件；概况了现阶段发展现状及其存在的科学与技术问题，并对其工业化应用前景进行了展望。
“温室效应”的日益加剧，使得二氧化碳(CO2)的资源化利用迫在眉睫。相较于其他方法，使用可再生电能驱动二氧化碳还原为高附加值碳基燃料，具有条件温和、绿色高效等优势。本文聚焦于二氧化碳还原产物中市场规模最大的乙烯产物，简要介绍了电驱动二氧化碳转化制乙烯的反应机制、催化剂设计策略与四种典型的反应器件；概况了现阶段发展现状及其存在的科学与技术问题，并对其工业化应用前景进行了展望。
2026, 41(2): 197-207
doi: 10.12461/PKU.DXHX202503012
摘要:
“温室效应”已经成为人类面临的重要挑战之一。在许多造成“温室效应”的气体中，CO2占总效应的60%–70%，因其热力学性质稳定且化学惰性强而难以转化，会长期影响气候环境。CH4占温室气体总效应的20%。尽管CH4浓度低，但单个CH4分子对“温室效应”的贡献值是CO2的25倍左右。人们一直在寻找降低大气中CO2和CH4浓度的方法，其中CO2-CH4重整反应不仅能够实现该目标，应对气候问题，同时还获得高附加值产品，因而具有重要的理论意义和实用价值。
“温室效应”已经成为人类面临的重要挑战之一。在许多造成“温室效应”的气体中，CO2占总效应的60%–70%，因其热力学性质稳定且化学惰性强而难以转化，会长期影响气候环境。CH4占温室气体总效应的20%。尽管CH4浓度低，但单个CH4分子对“温室效应”的贡献值是CO2的25倍左右。人们一直在寻找降低大气中CO2和CH4浓度的方法，其中CO2-CH4重整反应不仅能够实现该目标，应对气候问题，同时还获得高附加值产品，因而具有重要的理论意义和实用价值。
2026, 41(2): 208-217
doi: 10.12461/PKU.DXHX202503011
摘要:
教学内容中融入科学前沿成果，以国家科技发展和环境保护的迫切需求、社会责任感等内容为主线贯穿全课程，不仅丰富了学生专业知识储备，拓宽了学生的学术视野，而且可以锻炼学生的科学思维，培养学生的创新能力及知识应用能力，极大地激发学生对科研的好奇心和探索热情。配合物作为本科教学中无机化学的重要组成部分，因其丰富的种类、广泛的性质与应用，一直被认为是无机化学学习中的重点和难点。近年来，配合物因其独特的结构特征，在CO2的捕获与绿色催化转化方面表现出潜在的应用优势，成为了国内外研究热点。本文结合前沿科研成果，选取本科生易于理解的反应实例介绍了多孔配位聚合物——金属有机框架材料高效催化CO2转化形成高附加值精细化学品的最新进展。
教学内容中融入科学前沿成果，以国家科技发展和环境保护的迫切需求、社会责任感等内容为主线贯穿全课程，不仅丰富了学生专业知识储备，拓宽了学生的学术视野，而且可以锻炼学生的科学思维，培养学生的创新能力及知识应用能力，极大地激发学生对科研的好奇心和探索热情。配合物作为本科教学中无机化学的重要组成部分，因其丰富的种类、广泛的性质与应用，一直被认为是无机化学学习中的重点和难点。近年来，配合物因其独特的结构特征，在CO2的捕获与绿色催化转化方面表现出潜在的应用优势，成为了国内外研究热点。本文结合前沿科研成果，选取本科生易于理解的反应实例介绍了多孔配位聚合物——金属有机框架材料高效催化CO2转化形成高附加值精细化学品的最新进展。
2026, 41(2): 218-231
doi: 10.12461/PKU.DXHX202502111
摘要:
碱金属的应用日益广泛，其制备和纯化手段是无机合成的应用范例。随着新能源技术的发展，碱金属制备知识的系统介绍显得愈发重要。基于教学中“学以致用”的理念，本文拟在文献查阅和分析的基础上，较系统地介绍碱金属的制备和纯化知识，重点关联技术中的化学原理，着重介绍中国学者针对盐湖提锂的杰出工作，为化学专业学生和相关行业从业者提供参考。
碱金属的应用日益广泛，其制备和纯化手段是无机合成的应用范例。随着新能源技术的发展，碱金属制备知识的系统介绍显得愈发重要。基于教学中“学以致用”的理念，本文拟在文献查阅和分析的基础上，较系统地介绍碱金属的制备和纯化知识，重点关联技术中的化学原理，着重介绍中国学者针对盐湖提锂的杰出工作，为化学专业学生和相关行业从业者提供参考。
2026, 41(2): 232-237
doi: 10.12461/PKU.DXHX202501010
摘要:
冠醚作为一类结构特殊的醚类化合物，已逐渐为人们所认识。近年来，冠醚在构建人工跨膜离子转运体系方面不断推陈出新，引起科学家们的普遍关注。利用不同的冠醚结构和组装基元在构筑跨膜人工离子通道、海水处理、盐湖提锂及电池领域等方面的探索，极大地扩展了冠醚类化合物的研究范畴；结合超分子化学和生物学的原理，以及不同学科的交叉融合，这些新颖结构和独特功能的新型仿生人工离子转运体将在医药和化学化工产业中发挥重要的作用。
冠醚作为一类结构特殊的醚类化合物，已逐渐为人们所认识。近年来，冠醚在构建人工跨膜离子转运体系方面不断推陈出新，引起科学家们的普遍关注。利用不同的冠醚结构和组装基元在构筑跨膜人工离子通道、海水处理、盐湖提锂及电池领域等方面的探索，极大地扩展了冠醚类化合物的研究范畴；结合超分子化学和生物学的原理，以及不同学科的交叉融合，这些新颖结构和独特功能的新型仿生人工离子转运体将在医药和化学化工产业中发挥重要的作用。
2026, 41(2): 238-241
doi: 10.12461/PKU.DXHX202502048
摘要:
二氧化碳作为“温室气体”的主要组成之一，但随着科技的进步，科学家可对其进行各种转化。本文通过二氧化碳自述的方式，借用拟人化的手法，介绍了二氧化碳通过催化转化制备各类化合物以及其他类物质、作为超临界流体使用、作为充电宝使用，让读者以生动活泼的方式了解二氧化碳的大有可为，也为在小朋友心中埋下一颗勇于探索的种子，激发他们实现各种变废为宝的勇气。
二氧化碳作为“温室气体”的主要组成之一，但随着科技的进步，科学家可对其进行各种转化。本文通过二氧化碳自述的方式，借用拟人化的手法，介绍了二氧化碳通过催化转化制备各类化合物以及其他类物质、作为超临界流体使用、作为充电宝使用，让读者以生动活泼的方式了解二氧化碳的大有可为，也为在小朋友心中埋下一颗勇于探索的种子，激发他们实现各种变废为宝的勇气。
2026, 41(2): 242-247
doi: 10.12461/PKU.DXHX202503013
摘要:
本文全面阐述了CO2的历史、现状及其多方面的影响，深入探讨了CO2的物理和化学利用方式，重点梳理了CO2化学的发展历程，包括关键的CO2化学反应机理。同时，从不同视角详细描述了人类为推进“双碳”目标所付出的努力，旨在为读者呈现CO2在地球演变、科学研究以及社会发展中的重要角色，以及人类应对气候变化的行动与探索。
本文全面阐述了CO2的历史、现状及其多方面的影响，深入探讨了CO2的物理和化学利用方式，重点梳理了CO2化学的发展历程，包括关键的CO2化学反应机理。同时，从不同视角详细描述了人类为推进“双碳”目标所付出的努力，旨在为读者呈现CO2在地球演变、科学研究以及社会发展中的重要角色，以及人类应对气候变化的行动与探索。
2026, 41(2): 248-254
doi: 10.12461/PKU.DXHX202502018
摘要:
新修订出台的《科学技术普及法》为高校深入推进科学普及工作构筑起全新的法律根基。本文立足高校独有的丰富科普资源储备，综合考量科普融入教学、科研等多样化的教育教学手段，开展了面向青少年的科技创新引领、面向师生和社会的前沿传递、面向少儿的趣味化学启蒙等系列特色科普活动，彰显了高校在化学科普中的潜力与引领作用。
新修订出台的《科学技术普及法》为高校深入推进科学普及工作构筑起全新的法律根基。本文立足高校独有的丰富科普资源储备，综合考量科普融入教学、科研等多样化的教育教学手段，开展了面向青少年的科技创新引领、面向师生和社会的前沿传递、面向少儿的趣味化学启蒙等系列特色科普活动，彰显了高校在化学科普中的潜力与引领作用。
2026, 41(2): 255-262
doi: 10.12461/PKU.DXHX202502068
摘要:
茶多酚是茶叶中多酚类物质的总称，是形成茶叶色香味及构筑茶叶保健功能的主要成分。本实验以生活中常见的茶品为引，依据茶多酚的抗氧化性及金属离子络合作用，创新设计出基于茶多酚变色反应的“茶颜悦色”与“诗情‘化’意”系列实验。其中“茶颜悦色”实验主要面向小学生，通过颜色变化展示茶多酚的抗氧化性，互动讲解中国茶的品类和相关茶文化；“诗情‘化’意”实验主要面向有一定化学基础的中学生和大学生，展示茶多酚与金属离子反应的现象，互动讲解茶多酚的提取方法和工业应用，鼓励青少年积极参与科技创新。本设计实验过程简易，可实现居家操作，实验趣味性强、安全性高；同时将传统文化融于科普实验，有助于提升广大青少年的科学素养与文化修养。
茶多酚是茶叶中多酚类物质的总称，是形成茶叶色香味及构筑茶叶保健功能的主要成分。本实验以生活中常见的茶品为引，依据茶多酚的抗氧化性及金属离子络合作用，创新设计出基于茶多酚变色反应的“茶颜悦色”与“诗情‘化’意”系列实验。其中“茶颜悦色”实验主要面向小学生，通过颜色变化展示茶多酚的抗氧化性，互动讲解中国茶的品类和相关茶文化；“诗情‘化’意”实验主要面向有一定化学基础的中学生和大学生，展示茶多酚与金属离子反应的现象，互动讲解茶多酚的提取方法和工业应用，鼓励青少年积极参与科技创新。本设计实验过程简易，可实现居家操作，实验趣味性强、安全性高；同时将传统文化融于科普实验，有助于提升广大青少年的科学素养与文化修养。
2026, 41(2): 263-267
doi: 10.12461/PKU.DXHX202501016
摘要:
淀粉是厨房中非常常见的一种原料，可以通过进行不同的反应来制作不同种类的食品。本文从东北特色菜——锅包肉中淀粉的作用出发，对淀粉的主要化学反应如糊化作用、美拉德反应、老化作用等进行由浅入深的分析，以激发读者对于有机化学在食品烹饪中应用的好奇心。
淀粉是厨房中非常常见的一种原料，可以通过进行不同的反应来制作不同种类的食品。本文从东北特色菜——锅包肉中淀粉的作用出发，对淀粉的主要化学反应如糊化作用、美拉德反应、老化作用等进行由浅入深的分析，以激发读者对于有机化学在食品烹饪中应用的好奇心。
2026, 41(2): 268-272
doi: 10.12461/PKU.DXHX202501011
摘要:
自修复材料是一种受损后能够进行自我修复的新型材料，具有十分广阔的应用前景。本文通过大华和小雪两位大学生的对话，从自修复机制的角度出发，介绍了本征型与外援型两种方法背后的化学原理，包括可逆反应、动态共价键、超分子相互作用等，并且展望了自修复材料未来的发展潜力。
自修复材料是一种受损后能够进行自我修复的新型材料，具有十分广阔的应用前景。本文通过大华和小雪两位大学生的对话，从自修复机制的角度出发，介绍了本征型与外援型两种方法背后的化学原理，包括可逆反应、动态共价键、超分子相互作用等，并且展望了自修复材料未来的发展潜力。
2026, 41(2): 273-278
doi: 10.12461/PKU.DXHX202502020
摘要:
沙利度胺曾因其致畸性而“臭名昭著”，但如今已被广泛用于炎症、恶性肿瘤及自身免疫病等多种疾病的治疗。传统的化学教材通常侧重于介绍沙利度胺的结构及致畸性，这导致学生对沙利度胺后期的发展了解不足，且不利于激发他们深入学习与该药物相关的化学知识的兴趣。本文借鉴中国传统故事“周处除三害”，通过第一人称视角，全面介绍沙利度胺的历史、作用机制、合成方法及其在现代医学中的应用，以激发读者的探索兴趣，促进他们对这一药物的深入了解。
沙利度胺曾因其致畸性而“臭名昭著”，但如今已被广泛用于炎症、恶性肿瘤及自身免疫病等多种疾病的治疗。传统的化学教材通常侧重于介绍沙利度胺的结构及致畸性，这导致学生对沙利度胺后期的发展了解不足，且不利于激发他们深入学习与该药物相关的化学知识的兴趣。本文借鉴中国传统故事“周处除三害”，通过第一人称视角，全面介绍沙利度胺的历史、作用机制、合成方法及其在现代医学中的应用，以激发读者的探索兴趣，促进他们对这一药物的深入了解。
2026, 41(2): 279-285
doi: 10.12461/PKU.DXHX202502082
摘要:
采用科普小说的叙述手法，以第一人称的视角，通过一个葡萄糖分子的自述，生动地描绘了在真核生物细胞内，呼吸作用过程中各个化合物之间的转化过程、能量的流动路径，以及所涉及的化学反应。整体勾勒出呼吸作用的过程。
采用科普小说的叙述手法，以第一人称的视角，通过一个葡萄糖分子的自述，生动地描绘了在真核生物细胞内，呼吸作用过程中各个化合物之间的转化过程、能量的流动路径，以及所涉及的化学反应。整体勾勒出呼吸作用的过程。
2026, 41(2): 286-294
doi: 10.12461/PKU.DXHX202503082
摘要:
美食，远不止是味蕾的一场狂欢，它更是物理化学领域的奇妙舞台。当我们沉醉于美食的色、香、味时，其实正经历着一场复杂而又精妙的化学演变。为了深入探究舌尖上的物理化学奥秘，本文从多个关键维度展开研究，味觉感受如何在神经与分子的交互中诞生，食品在储存时发生的微妙变化，烹饪过程中食材的奇妙转变等。通过这些分析，揭示出食品加工和贮藏中各种物理变化的本质规律，旨在帮助读者提升综合分析、预测和模拟复杂食品工程问题的能力。
美食，远不止是味蕾的一场狂欢，它更是物理化学领域的奇妙舞台。当我们沉醉于美食的色、香、味时，其实正经历着一场复杂而又精妙的化学演变。为了深入探究舌尖上的物理化学奥秘，本文从多个关键维度展开研究，味觉感受如何在神经与分子的交互中诞生，食品在储存时发生的微妙变化，烹饪过程中食材的奇妙转变等。通过这些分析，揭示出食品加工和贮藏中各种物理变化的本质规律，旨在帮助读者提升综合分析、预测和模拟复杂食品工程问题的能力。
2026, 41(2): 295-300
doi: 10.12461/PKU.DXHX202502088
摘要:
牙菌斑是多种口腔致病菌通过胞外聚合物黏附形成的复合体，具有不易察觉、不易根除、危害性大等特点，是引发牙周疾病的关键因素。本文通过叙述手法，展示了牙菌斑的检测、治疗和预防策略，旨在向大众普及口腔卫生知识、纠正牙齿保健的错误认知。希望通过本文的介绍，能引导大众正确认识以牙菌斑为代表的细菌生物被膜，了解其在生产生活中的积极作用，感受科技“化腐朽为神奇”的魅力。
牙菌斑是多种口腔致病菌通过胞外聚合物黏附形成的复合体，具有不易察觉、不易根除、危害性大等特点，是引发牙周疾病的关键因素。本文通过叙述手法，展示了牙菌斑的检测、治疗和预防策略，旨在向大众普及口腔卫生知识、纠正牙齿保健的错误认知。希望通过本文的介绍，能引导大众正确认识以牙菌斑为代表的细菌生物被膜，了解其在生产生活中的积极作用，感受科技“化腐朽为神奇”的魅力。
2026, 41(2): 301-306
doi: 10.12461/PKU.DXHX202502108
摘要:
油纸伞是中国具有千年历史的传统手工艺品，也是中国传统文化的重要象征。本文以一位老工匠为即将出嫁的女儿制作油纸伞作为嫁妆的故事为背景，深入探讨油纸伞制作过程中蕴含的化学原理，包括碱法制浆、柿漆粘结、朱砂附着和桐油防水等关键工艺。同时，本文挖掘其背后的思政元素，将文化、化学与思政教育有机结合，实现知识传授与价值引领的统一。
油纸伞是中国具有千年历史的传统手工艺品，也是中国传统文化的重要象征。本文以一位老工匠为即将出嫁的女儿制作油纸伞作为嫁妆的故事为背景，深入探讨油纸伞制作过程中蕴含的化学原理，包括碱法制浆、柿漆粘结、朱砂附着和桐油防水等关键工艺。同时，本文挖掘其背后的思政元素，将文化、化学与思政教育有机结合，实现知识传授与价值引领的统一。
2026, 41(2): 307-313
doi: 10.12461/PKU.DXHX202503017
摘要:
在“碳中和、碳达峰”的背景下，如何减少化石能源的应用，开发新能源，提高能源利用率成为世界共同关注的问题，相变材料在未来拥有广泛的应用前景。本文从掰掰乐暖手袋的加热原理出发，介绍了热冰实验，即醋酸钠过饱和溶液结晶，释放相变潜热的实验现象。本实验不仅具有化学之美，在实际生活中也具有重要意义。本实验启发读者从电池对于电能的储存与使用出发，思索利用相变潜热对热能进行储存和利用的可行性，并介绍了几个相关领域的应用案例。
在“碳中和、碳达峰”的背景下，如何减少化石能源的应用，开发新能源，提高能源利用率成为世界共同关注的问题，相变材料在未来拥有广泛的应用前景。本文从掰掰乐暖手袋的加热原理出发，介绍了热冰实验，即醋酸钠过饱和溶液结晶，释放相变潜热的实验现象。本实验不仅具有化学之美，在实际生活中也具有重要意义。本实验启发读者从电池对于电能的储存与使用出发，思索利用相变潜热对热能进行储存和利用的可行性，并介绍了几个相关领域的应用案例。
2026, 41(2): 314-322
doi: 10.12461/PKU.DXHX202503071
摘要:
一碗乳白香浓的羊汤是否需要依赖科技与“狠活”？2024年底全网热议的“白汤事件”背后，蕴含着有趣的食品科学奥秘。本文旨在通过家庭小实验揭示“白汤”背后的科学奥秘。结果表明：碱性水、胶原蛋白都有助于实现油和水的“水乳交融”；豆浆机则能化身“物理魔法师”，将油脂粉碎成纳米级小颗粒，快速达到“水乳交融”的至臻境界。羊汤的传统工艺无需工业添加剂，仅通过“天然魔法”(磷脂和胶原蛋白)和“物理魔法”(沸腾)，在“时间魔法”的加持下，即可实现稳定乳白汤体和独特“香味密码”，但对高脂肪摄入的现代人来说，白汤虽美，切勿贪嘴哟。
一碗乳白香浓的羊汤是否需要依赖科技与“狠活”？2024年底全网热议的“白汤事件”背后，蕴含着有趣的食品科学奥秘。本文旨在通过家庭小实验揭示“白汤”背后的科学奥秘。结果表明：碱性水、胶原蛋白都有助于实现油和水的“水乳交融”；豆浆机则能化身“物理魔法师”，将油脂粉碎成纳米级小颗粒，快速达到“水乳交融”的至臻境界。羊汤的传统工艺无需工业添加剂，仅通过“天然魔法”(磷脂和胶原蛋白)和“物理魔法”(沸腾)，在“时间魔法”的加持下，即可实现稳定乳白汤体和独特“香味密码”，但对高脂肪摄入的现代人来说，白汤虽美，切勿贪嘴哟。
2026, 41(2): 323-327
doi: 10.12461/PKU.DXHX202503111
摘要:
锆是一种在原子时代有着广泛应用的元素，具有耐高温、热中子吸收截面小等优点。本文虚构了一个锆元素王国，通过讲述锆元素王国成员共同化解小行星坠落危机的保卫战来介绍锆的发现过程及其在不同领域的应用，希望能够增进读者对锆元素的了解。
锆是一种在原子时代有着广泛应用的元素，具有耐高温、热中子吸收截面小等优点。本文虚构了一个锆元素王国，通过讲述锆元素王国成员共同化解小行星坠落危机的保卫战来介绍锆的发现过程及其在不同领域的应用，希望能够增进读者对锆元素的了解。
2026, 41(2): 328-334
doi: 10.12461/PKU.DXHX202502127
摘要:
从化学的视角，以最近热门的电影《哪吒之魔童闹海》中太乙真人的炼丹炉为线索，通过解析炼丹炉中汞硫化物分解、黑火药反应等化学过程，阐释炼丹炉里所蕴含的各种化学知识，剖析了古代炼丹术与现代化学之间的深刻关联，揭示了古代炼丹术对现代科学的启蒙意义。文章论证了人类探索物质本质的连续性，从巫术到科学的文明跃迁，并指出科学精神的本质在于不断追问与创新。文末以“科学修仙”为隐喻，呼吁传承跨时代的探索热情，将传统智慧融入未来科技发展。
从化学的视角，以最近热门的电影《哪吒之魔童闹海》中太乙真人的炼丹炉为线索，通过解析炼丹炉中汞硫化物分解、黑火药反应等化学过程，阐释炼丹炉里所蕴含的各种化学知识，剖析了古代炼丹术与现代化学之间的深刻关联，揭示了古代炼丹术对现代科学的启蒙意义。文章论证了人类探索物质本质的连续性，从巫术到科学的文明跃迁，并指出科学精神的本质在于不断追问与创新。文末以“科学修仙”为隐喻，呼吁传承跨时代的探索热情，将传统智慧融入未来科技发展。
2026, 41(2): 335-343
doi: 10.12461/PKU.DXHX202503038
摘要:
中国科学技术大学化学实验教学中心是安徽省科普教育基地，有着多年科普工作经验。本文介绍了中心在科普资源创作、线上线下科普活动开展、科普志愿服务等方面的一些工作经验。笔者认为，各高校应当充分发挥本校学科优势，打造精品科普资源，利用信息化工具拓展科普工作覆盖面，同时把科普与育人结合起来，让科普工作更好地服务于创新建设与新质生产力的发展。
中国科学技术大学化学实验教学中心是安徽省科普教育基地，有着多年科普工作经验。本文介绍了中心在科普资源创作、线上线下科普活动开展、科普志愿服务等方面的一些工作经验。笔者认为，各高校应当充分发挥本校学科优势，打造精品科普资源，利用信息化工具拓展科普工作覆盖面，同时把科普与育人结合起来，让科普工作更好地服务于创新建设与新质生产力的发展。
2026, 41(2): 344-352
doi: 10.12461/PKU.DXHX202505017
摘要:
通过小华梦境中的仪器博物馆之旅，讲述了原子吸收光谱的发展历程。从原子吸收光谱现象的发现，到原子吸收光谱仪的商品化历程，同时强调了原子吸收光谱法在多个领域的重要应用，并以小华从梦中醒来、决心深入学习相关知识作为结尾，激励读者继续探索。
通过小华梦境中的仪器博物馆之旅，讲述了原子吸收光谱的发展历程。从原子吸收光谱现象的发现，到原子吸收光谱仪的商品化历程，同时强调了原子吸收光谱法在多个领域的重要应用，并以小华从梦中醒来、决心深入学习相关知识作为结尾，激励读者继续探索。
2026, 41(2): 353-359
doi: 10.12461/PKU.DXHX202502089
摘要:
镜像蛋白质由D-氨基酸及甘氨酸构成，表现出与天然蛋白质截然不同的结构与功能，近年来引起了广泛关注。本文从生命同手性起源假说切入，介绍了镜像氨基酸及蛋白质的合成技术与应用场景，旨在让读者看到镜像分子对于社会发展的积极作用的同时，也能警惕镜像生命带来的潜在风险，做到理性看待镜像分子技术的发展。
镜像蛋白质由D-氨基酸及甘氨酸构成，表现出与天然蛋白质截然不同的结构与功能，近年来引起了广泛关注。本文从生命同手性起源假说切入，介绍了镜像氨基酸及蛋白质的合成技术与应用场景，旨在让读者看到镜像分子对于社会发展的积极作用的同时，也能警惕镜像生命带来的潜在风险，做到理性看待镜像分子技术的发展。
2026, 41(2): 360-365
doi: 10.12461/PKU.DXHX202503043
摘要:
为探索将先进仪器分析技术与实践应用相结合的有效教学方法，本论文探讨了在大学仪器分析实验课程中，以“衰减全反射傅里叶变换红外光谱法(ATR-FTIR)区分环保塑料袋”为主题的教学实践。通过精心设计实验教学案例、教学内容和教学方案，引导学生深入理解并掌握ATR-FTIR技术的原理、特点、操作方法和应用范围，着力培养学生的学习能力、实践动手能力和应用创新能力。并结合环保塑料袋区分的教学主题，融入环保相关思政教育元素，助力学生在掌握前沿仪器分析技术的同时，亦能切实提升环保意识和社会责任感。该实验教学为培养兼具学习能力、实践能力与担当精神的高素质人才提供了有益的探索与实践经验。
为探索将先进仪器分析技术与实践应用相结合的有效教学方法，本论文探讨了在大学仪器分析实验课程中，以“衰减全反射傅里叶变换红外光谱法(ATR-FTIR)区分环保塑料袋”为主题的教学实践。通过精心设计实验教学案例、教学内容和教学方案，引导学生深入理解并掌握ATR-FTIR技术的原理、特点、操作方法和应用范围，着力培养学生的学习能力、实践动手能力和应用创新能力。并结合环保塑料袋区分的教学主题，融入环保相关思政教育元素，助力学生在掌握前沿仪器分析技术的同时，亦能切实提升环保意识和社会责任感。该实验教学为培养兼具学习能力、实践能力与担当精神的高素质人才提供了有益的探索与实践经验。
2026, 41(2): 366-374
doi: 10.12461/PKU.DXHX202503036
摘要:
随着中国饮茶群体的不断扩大以及人们生活质量的提高，名优茶叶越来越受到人们的青睐，人们对名优茶叶的需求量也迅速增加。利用不同等级的茶叶中茶多酚和氨基酸含量的不同，本创新实验基于指示剂置换原理开发了一种简单、廉价的比色传感器阵列，用于快速鉴别两个等级的武夷山岩茶(牛栏坑肉桂和普通肉桂)。通过智能手机拍照成像，MATLAB软件提取图片RGB值，再结合偏最小二乘判别分析法(PLS-DA)对RGB数据进行解析。结果表明，该方法能快速准确的分辨不同等级的茶叶，分类准确度达到100%。本创新实验从解决实际问题出发，与科研前沿相接轨，能有效提升学生的综合实验能力；引入化学计量学前沿知识和手机成像技术，不仅能提高学生对其他学科如图像处理、数据分析的兴趣和认知，还能提高学生对科学实验的参与度和思维深度；此外，基于实验具有仪器设备廉价、视觉效果好等特点，在应用于高校综合性实验开展方面，能解决部分高校大型精密仪器短缺和实验枯燥乏味等问题。
随着中国饮茶群体的不断扩大以及人们生活质量的提高，名优茶叶越来越受到人们的青睐，人们对名优茶叶的需求量也迅速增加。利用不同等级的茶叶中茶多酚和氨基酸含量的不同，本创新实验基于指示剂置换原理开发了一种简单、廉价的比色传感器阵列，用于快速鉴别两个等级的武夷山岩茶(牛栏坑肉桂和普通肉桂)。通过智能手机拍照成像，MATLAB软件提取图片RGB值，再结合偏最小二乘判别分析法(PLS-DA)对RGB数据进行解析。结果表明，该方法能快速准确的分辨不同等级的茶叶，分类准确度达到100%。本创新实验从解决实际问题出发，与科研前沿相接轨，能有效提升学生的综合实验能力；引入化学计量学前沿知识和手机成像技术，不仅能提高学生对其他学科如图像处理、数据分析的兴趣和认知，还能提高学生对科学实验的参与度和思维深度；此外，基于实验具有仪器设备廉价、视觉效果好等特点，在应用于高校综合性实验开展方面，能解决部分高校大型精密仪器短缺和实验枯燥乏味等问题。
2026, 41(2): 375-384
doi: 10.12461/PKU.DXHX202502049
摘要:
本实验制备了不同浓度的Sb3+掺杂有机-无机卤化物(TMA)2ZrCl6(TMA = C4H12N)杂化微晶，其具有有趣的激发波长依赖性发光。(TMA)2ZrCl6:Sb3+中的多激子发射模式通过控制激发波长实现了动态颜色变化。该杂化微晶材料的可调谐发射、高效发光(光致发光量子产率高达94.31%)和出色的环境稳定性在防伪和固态照明方面具有独特的应用。本实验操作简单、制备容易、实验时间短，并且在不同波长下的颜色变化丰富多彩，有利于吸引观众注意并认识到不同发光的原理。
本实验制备了不同浓度的Sb3+掺杂有机-无机卤化物(TMA)2ZrCl6(TMA = C4H12N)杂化微晶，其具有有趣的激发波长依赖性发光。(TMA)2ZrCl6:Sb3+中的多激子发射模式通过控制激发波长实现了动态颜色变化。该杂化微晶材料的可调谐发射、高效发光(光致发光量子产率高达94.31%)和出色的环境稳定性在防伪和固态照明方面具有独特的应用。本实验操作简单、制备容易、实验时间短，并且在不同波长下的颜色变化丰富多彩，有利于吸引观众注意并认识到不同发光的原理。
2026, 41(2): 385-392
doi: 10.12461/PKU.DXHX202502104
摘要:
从茶叶中提取咖啡因实验涉及了很多化学实验基本操作以及天然产物的分离提纯的理论知识，是大学化学经典实验，也是中学教学和考试重点。本文采用化工行业常用的柔性硅橡胶加热板制作了一套新型加热装置，代替了传统实验的加热装置，大大提高了实验的安全性。并利用网上可以买到的材料，制作了一套实验成功率高、成本低廉，并且具有可视化、趣味化的咖啡因升华实验装置，可以满足教育资源不足的地区进行教学展示或教学实验的需要。以趣味化实验设计为核心的实验方案有助于帮助学生了解化学的基本原理、实验技术和加深化学在现代社会生活的重要性的认识，提升学生对于化学学科的兴趣。
从茶叶中提取咖啡因实验涉及了很多化学实验基本操作以及天然产物的分离提纯的理论知识，是大学化学经典实验，也是中学教学和考试重点。本文采用化工行业常用的柔性硅橡胶加热板制作了一套新型加热装置，代替了传统实验的加热装置，大大提高了实验的安全性。并利用网上可以买到的材料，制作了一套实验成功率高、成本低廉，并且具有可视化、趣味化的咖啡因升华实验装置，可以满足教育资源不足的地区进行教学展示或教学实验的需要。以趣味化实验设计为核心的实验方案有助于帮助学生了解化学的基本原理、实验技术和加深化学在现代社会生活的重要性的认识，提升学生对于化学学科的兴趣。
2026, 41(2): 393-399
doi: 10.12461/PKU.DXHX202501004
摘要:
本文聚焦3D打印技术在“高分子物理实验”课程中的教学实践，深入探索课程思政元素的挖掘与融合路径。本项目采用“讲授式+自主设计”结合的教学方法，在教学内容设计中深挖课程思政内涵——既从物质加工技术演进的纵向视角追溯历史脉络，也从3D打印多领域应用的横向视角拓展现实视野，以此提炼思政元素。课程融入哲学思考，培养学生问题导向的工程思维、敢于争先的创新意识和分工协作的团队精神，最终实现技术教学与思政育人的深度融合，为培养具备扎实专业知识、良好科学素养和高尚道德品质的新工科人才奠定基础。
本文聚焦3D打印技术在“高分子物理实验”课程中的教学实践，深入探索课程思政元素的挖掘与融合路径。本项目采用“讲授式+自主设计”结合的教学方法，在教学内容设计中深挖课程思政内涵——既从物质加工技术演进的纵向视角追溯历史脉络，也从3D打印多领域应用的横向视角拓展现实视野，以此提炼思政元素。课程融入哲学思考，培养学生问题导向的工程思维、敢于争先的创新意识和分工协作的团队精神，最终实现技术教学与思政育人的深度融合，为培养具备扎实专业知识、良好科学素养和高尚道德品质的新工科人才奠定基础。
2026, 41(2): 400-410
doi: 10.12461/PKU.DXHX202503033
摘要:
人名反应是大学有机化学学习的重要内容,良好的学习和掌握可以促进化学类本科生对于重要有机反应类型机制的理解。但由于人名反应在课本中呈散落分布，若在教学过程中缺乏集中梳理会导致学生学习时产生混淆，并出现逃避的畏难心态。为帮助学生学习人名反应时走出种种困境，本文整理了常见的有机化学人名反应，依据碳原子数增减、官能团转化以及相同反应中间体等原则对它们进行了清晰的归纳整理。教学实践表明学生对于这种归纳整理是很欢迎和接受的。
人名反应是大学有机化学学习的重要内容,良好的学习和掌握可以促进化学类本科生对于重要有机反应类型机制的理解。但由于人名反应在课本中呈散落分布，若在教学过程中缺乏集中梳理会导致学生学习时产生混淆，并出现逃避的畏难心态。为帮助学生学习人名反应时走出种种困境，本文整理了常见的有机化学人名反应，依据碳原子数增减、官能团转化以及相同反应中间体等原则对它们进行了清晰的归纳整理。教学实践表明学生对于这种归纳整理是很欢迎和接受的。
2026, 41(2): 411-419
doi: 10.12461/PKU.DXHX202502122
摘要:
2017年全国高考出现了一道以我国学者报道的五唑阴离子(cyclo-N5-)盐为情境的试题。此后，以这类全氮化合物为情境的模拟试题逐渐增多。通过梳理全氮化合物的研究发展史，检视以其为素材命制的试题，发现部分试题存在着科学性错误。为此，提出基于学术探索情境命题时需要注意真实、适切和反拨等要点的建议。
2017年全国高考出现了一道以我国学者报道的五唑阴离子(cyclo-N5-)盐为情境的试题。此后，以这类全氮化合物为情境的模拟试题逐渐增多。通过梳理全氮化合物的研究发展史，检视以其为素材命制的试题，发现部分试题存在着科学性错误。为此，提出基于学术探索情境命题时需要注意真实、适切和反拨等要点的建议。
2026, 41(2): 420-428
doi: 10.12461/PKU.DXHX202502081
摘要:
从1774年发现氯气到1810年氯被确认为一种新的元素，化学家们受到当时流行的化学学说的影响，呈现出对氯的不同认识。通过梳理相关文献，回顾了从氯气的发现到氯元素概念形成的早期历史，讨论了不同历史时期盛行的化学学说对氯元素概念形成的影响。
从1774年发现氯气到1810年氯被确认为一种新的元素，化学家们受到当时流行的化学学说的影响，呈现出对氯的不同认识。通过梳理相关文献，回顾了从氯气的发现到氯元素概念形成的早期历史，讨论了不同历史时期盛行的化学学说对氯元素概念形成的影响。
2026, 41(2): 429-434
doi: 10.12461/PKU.DXHX202502001
摘要:
美国麻省理工学院(MIT)的“厨房化学”课程非常独特和有趣，学生通过烹饪制作出各种可食用的风味食品。在这门课程中，厨艺被视为最古老且广泛传播的化学应用技术，而食谱则被用作学生的实验讲义。学生在进行实验时，并不涉及刻意安排的化学教育元素；当学生通过烹饪获得愉悦感和满足感后，再通过阅读研究文献和查询网络资源获得与厨艺相关的化学知识。因此，这门课的实验部分对学生始终充满吸引力，而学生也不要具备很多化学专业的操作技能。在国内高校中，化学实验通识课程往往会变成“低阶版”的化学实验课程，最终导致学生兴趣缺失，麻省理工大学的“厨房化学”课程设计中将烹饪文化贯彻始终，形成鲜明的主题，值得我们借鉴。
美国麻省理工学院(MIT)的“厨房化学”课程非常独特和有趣，学生通过烹饪制作出各种可食用的风味食品。在这门课程中，厨艺被视为最古老且广泛传播的化学应用技术，而食谱则被用作学生的实验讲义。学生在进行实验时，并不涉及刻意安排的化学教育元素；当学生通过烹饪获得愉悦感和满足感后，再通过阅读研究文献和查询网络资源获得与厨艺相关的化学知识。因此，这门课的实验部分对学生始终充满吸引力，而学生也不要具备很多化学专业的操作技能。在国内高校中，化学实验通识课程往往会变成“低阶版”的化学实验课程，最终导致学生兴趣缺失，麻省理工大学的“厨房化学”课程设计中将烹饪文化贯彻始终，形成鲜明的主题，值得我们借鉴。
2026, 41(2): 435-438
doi: 10.12461/PKU.DXHX202502043
摘要:
第38届化学奥林匹克(初赛)第6题考查醋酸亚铬的制备、结构和性质，醋酸亚铬是含有金属-金属四重键的代表性物质，本文详细解析考题中的金属-金属多重键，挖掘其在竞赛学习中的价值。
第38届化学奥林匹克(初赛)第6题考查醋酸亚铬的制备、结构和性质，醋酸亚铬是含有金属-金属四重键的代表性物质，本文详细解析考题中的金属-金属多重键，挖掘其在竞赛学习中的价值。
2026, 41(1): 1-8
doi: 10.12461/PKU.DXHX202505049
摘要:
随着人工智能(AI)技术的迅猛发展，AI for Science (AI4S)正逐渐成为科学研究的新范式，尤其在化学领域的实验方法上引发了一场革命。本研究创新性地引入了自驱动实验室(SDL)的概念，旨在解决未来化学研究中的挑战，并探索其在基础化学实验中的AI数字化升级应用。研究团队采用了可循环利用的固体酸作为催化剂，以乙酸和苄醇的酯化反应为研究对象，开发了一种相对低成本、适用于教学的反应条件优化闭环系统。该系统由基于芯曙光自动合成仪的自动化反应器、自主设计的液相自动进样监控系统，以及基于Python的决策优化算法所组成。本研究展示了在现有条件下如何克服硬件兼容性和算法优化的挑战，为化学实验的未来创新发展奠定了坚实的基础。
随着人工智能(AI)技术的迅猛发展，AI for Science (AI4S)正逐渐成为科学研究的新范式，尤其在化学领域的实验方法上引发了一场革命。本研究创新性地引入了自驱动实验室(SDL)的概念，旨在解决未来化学研究中的挑战，并探索其在基础化学实验中的AI数字化升级应用。研究团队采用了可循环利用的固体酸作为催化剂，以乙酸和苄醇的酯化反应为研究对象，开发了一种相对低成本、适用于教学的反应条件优化闭环系统。该系统由基于芯曙光自动合成仪的自动化反应器、自主设计的液相自动进样监控系统，以及基于Python的决策优化算法所组成。本研究展示了在现有条件下如何克服硬件兼容性和算法优化的挑战，为化学实验的未来创新发展奠定了坚实的基础。
2026, 41(1): 9-19
doi: 10.12461/PKU.DXHX202503128
摘要:
高效液相色谱实验是化学专业的重要仪器分析实验，然而目前实验教学中的传统高效液相色谱实验往往分析对象过于简单，离实际应用较远，且缺乏前沿性和趣味性。更重要的是，经典教学实验中的色谱定量分析基于物理/化学分离，其效率和通用性有待提高，且无法落实“数字化”技术在高等教育中的应用。因此，我们结合“数字化”技术设计了一个新的色谱实验——“数学分离”赋能的高效液相色谱法测定化妆品中的苯二酚异构体。传统高效液相色谱法测定化妆品中非法添加的对苯二酚、邻苯二酚、间苯二酚时存在色谱峰重叠、未知干扰影响、方法难以移植等问题。本实验针对上述问题，采用化学计量学“数学分离”技术解析高效液相色谱数据，无需对样品进行繁琐预处理，便能在色谱峰重叠和存在未知干扰的情况下获得各成分的完全选择性信号，进而实现复杂化妆品体系中三种同分异构体的精准定量。本实验将传统实验进行数字化改进，培养学生创新思维、提升学生的数智素养；通过“数学分离”打造了强大的“3S+3A”分析方法，不仅提升了学生综合解决问题的能力，也为色谱检测标准方法的制定提供了创新思路；立足于真实的化妆品检验场景，培养学生的实践能力与职业素养，并深入贯彻绿色分析化学的理念。
高效液相色谱实验是化学专业的重要仪器分析实验，然而目前实验教学中的传统高效液相色谱实验往往分析对象过于简单，离实际应用较远，且缺乏前沿性和趣味性。更重要的是，经典教学实验中的色谱定量分析基于物理/化学分离，其效率和通用性有待提高，且无法落实“数字化”技术在高等教育中的应用。因此，我们结合“数字化”技术设计了一个新的色谱实验——“数学分离”赋能的高效液相色谱法测定化妆品中的苯二酚异构体。传统高效液相色谱法测定化妆品中非法添加的对苯二酚、邻苯二酚、间苯二酚时存在色谱峰重叠、未知干扰影响、方法难以移植等问题。本实验针对上述问题，采用化学计量学“数学分离”技术解析高效液相色谱数据，无需对样品进行繁琐预处理，便能在色谱峰重叠和存在未知干扰的情况下获得各成分的完全选择性信号，进而实现复杂化妆品体系中三种同分异构体的精准定量。本实验将传统实验进行数字化改进，培养学生创新思维、提升学生的数智素养；通过“数学分离”打造了强大的“3S+3A”分析方法，不仅提升了学生综合解决问题的能力，也为色谱检测标准方法的制定提供了创新思路；立足于真实的化妆品检验场景，培养学生的实践能力与职业素养，并深入贯彻绿色分析化学的理念。
2026, 41(1): 20-28
doi: 10.12461/PKU.DXHX202506013
摘要:
当前核磁共振波谱的仪器分析实验常常忽视核磁谱图解析的教学和训练。本文自主开发了基于DP5软件包的核磁谱图智能解析系统“AI核磁帮”，应用于本科生核磁解谱训练的结果判断，并开创性提出“AI+核磁仪器分析实验”的教学模式。AI核磁帮集核磁谱图识别标峰、用户解谱练习、AI验证结果和结果可视化反馈四大功能于一体，建成本科生解谱训练的一站式平台。学生通过仪器分析实验或文献获得核磁谱图后，在系统上进行解谱并给出化合物结构，DP5经分析计算后，反馈结构上各个碳原子的误差大小。学生通过不断试错和调整思路，解出正确结构，以此深入理解核磁谱图知识。开创的“谱库选谱-解谱实践-个性方案”教学模式，在锻炼学生解谱能力的同时，使用AI提高教学评价的效率，进一步开发后可应用于其他仪器分析实验。
当前核磁共振波谱的仪器分析实验常常忽视核磁谱图解析的教学和训练。本文自主开发了基于DP5软件包的核磁谱图智能解析系统“AI核磁帮”，应用于本科生核磁解谱训练的结果判断，并开创性提出“AI+核磁仪器分析实验”的教学模式。AI核磁帮集核磁谱图识别标峰、用户解谱练习、AI验证结果和结果可视化反馈四大功能于一体，建成本科生解谱训练的一站式平台。学生通过仪器分析实验或文献获得核磁谱图后，在系统上进行解谱并给出化合物结构，DP5经分析计算后，反馈结构上各个碳原子的误差大小。学生通过不断试错和调整思路，解出正确结构，以此深入理解核磁谱图知识。开创的“谱库选谱-解谱实践-个性方案”教学模式，在锻炼学生解谱能力的同时，使用AI提高教学评价的效率，进一步开发后可应用于其他仪器分析实验。
2026, 41(1): 29-40
doi: 10.12461/PKU.DXHX202506009
摘要:
传统的热催化CO2转化要求高温高压条件，等离子体能实现常温常压下驱动CO2加氢制甲醇，是节能降碳、实现“双碳”目标的重要举措。本作品设计新型介质阻挡放电(DBD)等离子体液膜反应器，克服高CO2转化率和高甲醇选择性不可兼得的困难，实现了等离子体反应和分离的高效耦合。本实验中针对等离子体反应控温难和工艺参数优化过程复杂两大问题进行数字化设计：利用红外热成像仪对放电区域温度实时监控，克服传统热电偶存在的测量局部性及容易与高压电极尖端放电等缺点，并通过自动控制模块调节冷凝液温度和流速，维持等离子体放电产热与散热的动态平衡，实现精准控温；通过训练人工神经网络(ANN)模型，定量分析复杂工艺参数与反应性能的关系，并确定其影响权重，实现最优条件的智能预测与工艺优化。本专业实验课程融合数字化技术与人工智能方法，通过智能化实验设计培养学生跨学科创新能力，契合新工科人才培养需求。
传统的热催化CO2转化要求高温高压条件，等离子体能实现常温常压下驱动CO2加氢制甲醇，是节能降碳、实现“双碳”目标的重要举措。本作品设计新型介质阻挡放电(DBD)等离子体液膜反应器，克服高CO2转化率和高甲醇选择性不可兼得的困难，实现了等离子体反应和分离的高效耦合。本实验中针对等离子体反应控温难和工艺参数优化过程复杂两大问题进行数字化设计：利用红外热成像仪对放电区域温度实时监控，克服传统热电偶存在的测量局部性及容易与高压电极尖端放电等缺点，并通过自动控制模块调节冷凝液温度和流速，维持等离子体放电产热与散热的动态平衡，实现精准控温；通过训练人工神经网络(ANN)模型，定量分析复杂工艺参数与反应性能的关系，并确定其影响权重，实现最优条件的智能预测与工艺优化。本专业实验课程融合数字化技术与人工智能方法，通过智能化实验设计培养学生跨学科创新能力，契合新工科人才培养需求。
2026, 41(1): 41-56
doi: 10.12461/PKU.DXHX202506010
摘要:
碳纤维作为国防、航空航天、轨道交通等领域的关键材料，已被纳入国家战略发展规划。其前体(如共聚聚丙烯腈)的结构组成是影响碳纤维结构与性能的核心因素。然而，我国在碳纤维共聚前体的合成及应用方面仍面临技术瓶颈，亟需通过本科相关教学实验培养具备专业知识与创新能力的复合型人才。目前，本科高分子化学实验课程多以均聚物自由基聚合实验为主，并采用单变量控制的非探究性模式进行。由于实验时长有限、单体种类与比例选择复杂以及仪器条件不足等因素，具有重要应用的共聚物的合成实验难以纳入传统的实验教学中。随着人工智能等数字化技术的快速发展，这一困境有望被突破。本研究设计了一套基于共聚物合成及应用的数字化实验教学方案，通过利用开源数据库训练神经网络，借助人工智能程序预测不同合成策略的结果，学生可在虚拟实验平台上优化相关参数，模拟聚丙烯腈基碳纤维的全流程合成及性能测试，进而指导开展线下探究性碳纤维共聚前体的合成实验，产生的实验数据可上传至平台，用于微调预训练模型，从而逐步提高人工智能模型的预测精度。最终，通过与相关虚拟仿真实验的链接，构建了碳纤维前体“合成–结构–性能–应用”的全流程模块化实验体系，为学生提供了一个系统性、探究性及创新性的数字化综合实验，有效提升了人才培养的质量。
碳纤维作为国防、航空航天、轨道交通等领域的关键材料，已被纳入国家战略发展规划。其前体(如共聚聚丙烯腈)的结构组成是影响碳纤维结构与性能的核心因素。然而，我国在碳纤维共聚前体的合成及应用方面仍面临技术瓶颈，亟需通过本科相关教学实验培养具备专业知识与创新能力的复合型人才。目前，本科高分子化学实验课程多以均聚物自由基聚合实验为主，并采用单变量控制的非探究性模式进行。由于实验时长有限、单体种类与比例选择复杂以及仪器条件不足等因素，具有重要应用的共聚物的合成实验难以纳入传统的实验教学中。随着人工智能等数字化技术的快速发展，这一困境有望被突破。本研究设计了一套基于共聚物合成及应用的数字化实验教学方案，通过利用开源数据库训练神经网络，借助人工智能程序预测不同合成策略的结果，学生可在虚拟实验平台上优化相关参数，模拟聚丙烯腈基碳纤维的全流程合成及性能测试，进而指导开展线下探究性碳纤维共聚前体的合成实验，产生的实验数据可上传至平台，用于微调预训练模型，从而逐步提高人工智能模型的预测精度。最终，通过与相关虚拟仿真实验的链接，构建了碳纤维前体“合成–结构–性能–应用”的全流程模块化实验体系，为学生提供了一个系统性、探究性及创新性的数字化综合实验，有效提升了人才培养的质量。
2026, 41(1): 57-63
doi: 10.12461/PKU.DXHX202505001
摘要:
本项目通过结合单片机控制技术和步进电机，实现了对注射器的精确操控，进而构建了一个基于计算机视觉的人工智能滴定分析系统。该系统采纳了一种创新的计算机视觉方案，通过ResNet神经网络分类算法，依据指示剂颜色变化智能判定滴定终点。在23级分析化学实验课中，40名学生在4个学时内成功完成了实验，显示出该系统易于操作和学习。在首届智能实验挑战校赛中，57名学生组成的19支队伍不仅完成了比赛，更有4支队伍自主设计了新的硬件系统和软件算法，展现创新潜力。为了降低成本并便于推广，项目采用了商品化组件和3D打印技术。这些技术的融合不仅为分析化学基础实验的教学创新提供了新的方向，也为未来在智能实验领域的探索研究打下了坚实的基础。
本项目通过结合单片机控制技术和步进电机，实现了对注射器的精确操控，进而构建了一个基于计算机视觉的人工智能滴定分析系统。该系统采纳了一种创新的计算机视觉方案，通过ResNet神经网络分类算法，依据指示剂颜色变化智能判定滴定终点。在23级分析化学实验课中，40名学生在4个学时内成功完成了实验，显示出该系统易于操作和学习。在首届智能实验挑战校赛中，57名学生组成的19支队伍不仅完成了比赛，更有4支队伍自主设计了新的硬件系统和软件算法，展现创新潜力。为了降低成本并便于推广，项目采用了商品化组件和3D打印技术。这些技术的融合不仅为分析化学基础实验的教学创新提供了新的方向，也为未来在智能实验领域的探索研究打下了坚实的基础。
2026, 41(1): 64-75
doi: 10.12461/PKU.DXHX202505088
摘要:
银纳米粒子的合成与表征近年来逐渐被引入化学专业本科教学实验中，具有一定的综合性和前沿性。传统教学中普遍采用化学还原法，使用温和还原剂将银离子还原为银纳米颗粒，常在玻璃容器中配合水浴加热进行反应。但该方法存在试剂利用率低，产物粒径不均、难以精确调控粒子大小等问题，且实验条件可控性差，严重影响实验结果与学生学习体验。为了提升教学效果，本项目设计引入了微流控芯片合成与机器学习指导的综合方案对这个实验进行改进。通过在微流控芯片中控制流速、反应浓度和温度等参数，可提高反应可控性与纳米粒子合成的重复性，显著提高粒径一致性和合成效率；同时，借助机器学习方法对实验数据进行建模与预测，能够辅助学生理解不同反应条件对产物结构的影响，并实现目标产物粒径的可控合成。本实验的教学设计将微流控技术与数据驱动的人工智能方法引入到传统纳米粒子合成教学中，不仅丰富了教学内容，也对学生的操作能力、数据处理能力和问题解决能力提出了更高要求。通过项目实施，能够激发学生对现代化学研究方法的兴趣，帮助其构建对纳米材料化学反应机制更为深入的理解，提升其科学素养与综合创新能力。
银纳米粒子的合成与表征近年来逐渐被引入化学专业本科教学实验中，具有一定的综合性和前沿性。传统教学中普遍采用化学还原法，使用温和还原剂将银离子还原为银纳米颗粒，常在玻璃容器中配合水浴加热进行反应。但该方法存在试剂利用率低，产物粒径不均、难以精确调控粒子大小等问题，且实验条件可控性差，严重影响实验结果与学生学习体验。为了提升教学效果，本项目设计引入了微流控芯片合成与机器学习指导的综合方案对这个实验进行改进。通过在微流控芯片中控制流速、反应浓度和温度等参数，可提高反应可控性与纳米粒子合成的重复性，显著提高粒径一致性和合成效率；同时，借助机器学习方法对实验数据进行建模与预测，能够辅助学生理解不同反应条件对产物结构的影响，并实现目标产物粒径的可控合成。本实验的教学设计将微流控技术与数据驱动的人工智能方法引入到传统纳米粒子合成教学中，不仅丰富了教学内容，也对学生的操作能力、数据处理能力和问题解决能力提出了更高要求。通过项目实施，能够激发学生对现代化学研究方法的兴趣，帮助其构建对纳米材料化学反应机制更为深入的理解，提升其科学素养与综合创新能力。
2026, 41(1): 76-84
doi: 10.12461/PKU.DXHX202506023
摘要:
微色谱柱离子交换色谱法对学生操作规范化与熟练度要求较高。本文探索用机器视觉捕捉实验者柱上操作过程中时序行为数据的方法，并构建详尽的实验变量数据库。结合实验直接获取的数据，运用机器学习挖掘数据背后的规律，并基于数字孪生技术实时监测操作过程，以识别误差来源和影响结果稳定性的关键因素。设计成教学实验，培养学生应用数字化技术解决分析化学实验问题的能力。
微色谱柱离子交换色谱法对学生操作规范化与熟练度要求较高。本文探索用机器视觉捕捉实验者柱上操作过程中时序行为数据的方法，并构建详尽的实验变量数据库。结合实验直接获取的数据，运用机器学习挖掘数据背后的规律，并基于数字孪生技术实时监测操作过程，以识别误差来源和影响结果稳定性的关键因素。设计成教学实验，培养学生应用数字化技术解决分析化学实验问题的能力。
2026, 41(1): 85-94
doi: 10.12461/PKU.DXHX202506021
摘要:
重铬酸钾回流法测定化学需氧量是水环境质量监测标准方法(HJ 828-2017)。该方法危险性强、成本高且排污严重，限制了其在化学基础实验教学中的推广应用。用色敏摄像机采集溶液反应图像，Python中的OpenCV库获取RGB数据，结合机器学习聚类分析，实现加热回流与滴定过程的自动化监测。将数字孪生可视化技术创新性地融入重铬酸钾回流法测化学需氧量实验中，交互式操作提升了仿真实验教学效果。
重铬酸钾回流法测定化学需氧量是水环境质量监测标准方法(HJ 828-2017)。该方法危险性强、成本高且排污严重，限制了其在化学基础实验教学中的推广应用。用色敏摄像机采集溶液反应图像，Python中的OpenCV库获取RGB数据，结合机器学习聚类分析，实现加热回流与滴定过程的自动化监测。将数字孪生可视化技术创新性地融入重铬酸钾回流法测化学需氧量实验中，交互式操作提升了仿真实验教学效果。
2026, 41(1): 95-106
doi: 10.12461/PKU.DXHX202505005
摘要:
自燃推进剂因不需要点火装置，是推进剂的主流发展方向之一，其主要指标是点火延迟时间。本实验采用自制落滴实验装置研究了推进剂燃料与高浓度过氧化氢氧化剂的点火延迟特性，并通过数字化设计优化了实验过程。针对点火延迟时间测试中大批量图片的处理难题，本实验基于YOLOv8深度学习算法自编Python软件，通过图像识别实现了对推进剂自燃点火延迟时间的分析，从而高效准确地处理实验数据。此外，将该创新实验内容引入大学化学课程教学，有效提高了学生的学习兴趣。
自燃推进剂因不需要点火装置，是推进剂的主流发展方向之一，其主要指标是点火延迟时间。本实验采用自制落滴实验装置研究了推进剂燃料与高浓度过氧化氢氧化剂的点火延迟特性，并通过数字化设计优化了实验过程。针对点火延迟时间测试中大批量图片的处理难题，本实验基于YOLOv8深度学习算法自编Python软件，通过图像识别实现了对推进剂自燃点火延迟时间的分析，从而高效准确地处理实验数据。此外，将该创新实验内容引入大学化学课程教学，有效提高了学生的学习兴趣。
2026, 41(1): 107-113
doi: 10.12461/PKU.DXHX202506020
摘要:
在混合碱滴定分析实验中，存在第一化学计量点终点判读主观性强、三次平行测定误差大的缺点。本文利用颜色识别式人工智能(CDAI)进行终点判断，通过硬件精确控制与智能算法相结合，建立客观、可量化的酚酞和甲基橙的动态颜色判别模型，有效解决了终点判读及重现性差问题。本文探索并实践了一种新型智能化的滴定实验方法，为化学实验教学的数字化转型提供了可推广的实践方案。
在混合碱滴定分析实验中，存在第一化学计量点终点判读主观性强、三次平行测定误差大的缺点。本文利用颜色识别式人工智能(CDAI)进行终点判断，通过硬件精确控制与智能算法相结合，建立客观、可量化的酚酞和甲基橙的动态颜色判别模型，有效解决了终点判读及重现性差问题。本文探索并实践了一种新型智能化的滴定实验方法，为化学实验教学的数字化转型提供了可推广的实践方案。
2026, 41(1): 114-121
doi: 10.12461/PKU.DXHX202505104
摘要:
针对场发射扫描电镜实验教学难以有效开展的问题，在操作流程全过程模拟的基础上，设计算法实时模拟像散、聚焦、亮度等参数调节所引起的图像变化，并通过仿真控制台实现交互操作，提升学生电镜参数调节及图像获取方面的能力。方案对实验内容及操作方式两方面进行高保真模拟，为透射电镜等同类仪器实验教学提供了新的思路。
针对场发射扫描电镜实验教学难以有效开展的问题，在操作流程全过程模拟的基础上，设计算法实时模拟像散、聚焦、亮度等参数调节所引起的图像变化，并通过仿真控制台实现交互操作，提升学生电镜参数调节及图像获取方面的能力。方案对实验内容及操作方式两方面进行高保真模拟，为透射电镜等同类仪器实验教学提供了新的思路。
2026, 41(1): 122-132
doi: 10.12461/PKU.DXHX202505103
摘要:
本实验以“无机化学实验”钴离子配位反应为基础，面向大学二年级化学专业学生，开展热力学综合实验进阶应用。通过数字化手段改良热力学参数测定，探究温度、浓度对反应平衡及热力学参数的影响，为实验教学提供新思路。传统方法为使用分光光度计且学生手动代入公式计算，本实验采用数字图像技术(DIB)法引入尖端智能视觉机器人监测系统，实现信息的无缝捕捉与数据的连续记录，进而对RGB色彩模型数据进行高效提取。在数字显示和图像处理中，RGB颜色模式是一种基础且广泛使用的颜色系统，通过调整红、绿、蓝三原色强度生成可见光谱。在热力学参数测定的处理阶段，引入高级编程技术(如Python)替代传统手动计算。本实验共计四学时，通过构建以分析、建模、评价和创新能力为核心的高阶思维导向型一站式虚拟仿真实验平台，课中推进数字化实验，并共享创新成果于云端。通过15次实验检验，发现DIB方法与传统方法相比，具有较好的稳定性，从而证明智能视觉机器人结合DIB法测定热力学参数方法的可行性。
本实验以“无机化学实验”钴离子配位反应为基础，面向大学二年级化学专业学生，开展热力学综合实验进阶应用。通过数字化手段改良热力学参数测定，探究温度、浓度对反应平衡及热力学参数的影响，为实验教学提供新思路。传统方法为使用分光光度计且学生手动代入公式计算，本实验采用数字图像技术(DIB)法引入尖端智能视觉机器人监测系统，实现信息的无缝捕捉与数据的连续记录，进而对RGB色彩模型数据进行高效提取。在数字显示和图像处理中，RGB颜色模式是一种基础且广泛使用的颜色系统，通过调整红、绿、蓝三原色强度生成可见光谱。在热力学参数测定的处理阶段，引入高级编程技术(如Python)替代传统手动计算。本实验共计四学时，通过构建以分析、建模、评价和创新能力为核心的高阶思维导向型一站式虚拟仿真实验平台，课中推进数字化实验，并共享创新成果于云端。通过15次实验检验，发现DIB方法与传统方法相比，具有较好的稳定性，从而证明智能视觉机器人结合DIB法测定热力学参数方法的可行性。
2026, 41(1): 133-143
doi: 10.12461/PKU.DXHX202506017
摘要:
高氯酸铵(AP)是固体火箭推进剂的关键原材料，其热分解行为会直接影响推进剂的燃烧性能。金属有机框架(MOFs)作为目前催化领域的研究热点之一，对于改善AP热分解性能具有巨大潜力。在本科阶段引入航天关键材料AP和化学学科前沿材料MOFs的相关教学实验有助于培养学生的科研兴趣和实践技能，还能将航天强国思政元素隐性融入教学过程。但AP作为含能材料具有易爆炸等安全风险，制备MOFs所使用的溶剂热法反应过程高压，在实际操作中存在安全风险且反应时间过长。基于上述背景，本实验采用虚拟仿真以及机器学习进行实验模拟，设计了拉瓦锡研究院骨架材料(MIL)-101(Fe)的合成和利用差示扫描量热仪(DSC)测试MIL-101(Fe)催化AP热分解效果两部分内容。该数字化实验能在安全的实验条件下，带领同学们认识AP与MOFs材料，实现传授知识、培养能力和塑造价值观相统一的教学目标。
高氯酸铵(AP)是固体火箭推进剂的关键原材料，其热分解行为会直接影响推进剂的燃烧性能。金属有机框架(MOFs)作为目前催化领域的研究热点之一，对于改善AP热分解性能具有巨大潜力。在本科阶段引入航天关键材料AP和化学学科前沿材料MOFs的相关教学实验有助于培养学生的科研兴趣和实践技能，还能将航天强国思政元素隐性融入教学过程。但AP作为含能材料具有易爆炸等安全风险，制备MOFs所使用的溶剂热法反应过程高压，在实际操作中存在安全风险且反应时间过长。基于上述背景，本实验采用虚拟仿真以及机器学习进行实验模拟，设计了拉瓦锡研究院骨架材料(MIL)-101(Fe)的合成和利用差示扫描量热仪(DSC)测试MIL-101(Fe)催化AP热分解效果两部分内容。该数字化实验能在安全的实验条件下，带领同学们认识AP与MOFs材料，实现传授知识、培养能力和塑造价值观相统一的教学目标。
2026, 41(1): 144-158
doi: 10.12461/PKU.DXHX202505028
摘要:
谷胱甘肽参与调节细胞内活性氧水平，消耗癌细胞内的谷胱甘肽，可导致活性氧水平上升，诱导癌细胞失活、凋亡，这成为癌症治疗的潜在靶点。基于α,β-不饱和羰基化合物易与谷胱甘肽发生Michael加成反应而消耗谷胱甘肽，利用ChemDraw、Chem3D、Gaussian、Chemprop等软件创新设计了靶向谷胱甘肽的抗癌药物AI虚拟筛选实验，构建了抗癌药物分子数据库，计算表征了化合物与谷胱甘肽的反应性。AI预测结果与文献记录的实验数据具有高度一致性，说明基于该模型的虚拟筛选方法科学、结果可靠。AI虚拟筛选出潜在的靶向抗癌药物经过化学反应动力学实验、药理实验进一步筛选验证，得到了具有深入研究价值的先导化合物。AI赋能新药研发，降低了筛选成本，提高筛选效率和准确性。本实验可作为化学生物学实验或者化学信息学课程的实践内容。AI技术助力学生更好地理解和掌握知识，让教学内容更具高阶性、创新性和挑战度，有利于调动学习积极性，提升创新思维和创新能力，培养面向未来的卓越人才。
谷胱甘肽参与调节细胞内活性氧水平，消耗癌细胞内的谷胱甘肽，可导致活性氧水平上升，诱导癌细胞失活、凋亡，这成为癌症治疗的潜在靶点。基于α,β-不饱和羰基化合物易与谷胱甘肽发生Michael加成反应而消耗谷胱甘肽，利用ChemDraw、Chem3D、Gaussian、Chemprop等软件创新设计了靶向谷胱甘肽的抗癌药物AI虚拟筛选实验，构建了抗癌药物分子数据库，计算表征了化合物与谷胱甘肽的反应性。AI预测结果与文献记录的实验数据具有高度一致性，说明基于该模型的虚拟筛选方法科学、结果可靠。AI虚拟筛选出潜在的靶向抗癌药物经过化学反应动力学实验、药理实验进一步筛选验证，得到了具有深入研究价值的先导化合物。AI赋能新药研发，降低了筛选成本，提高筛选效率和准确性。本实验可作为化学生物学实验或者化学信息学课程的实践内容。AI技术助力学生更好地理解和掌握知识，让教学内容更具高阶性、创新性和挑战度，有利于调动学习积极性，提升创新思维和创新能力，培养面向未来的卓越人才。
2026, 41(1): 159-168
doi: 10.12461/PKU.DXHX202506018
摘要:
在甲基橙合成原型实验的基础上，将自制的“自动化加料和数字化控温”装置引入实验中，增加了实验安全性，避免了由人力加料导致的反应不均匀、副反应过多等问题，优化了实验流程，提升了实验安全性。在实现原教学目标基础上，使学生能专注于实验现象的观察以及对实验原理的理解，更侧重学生素质能力提升。
在甲基橙合成原型实验的基础上，将自制的“自动化加料和数字化控温”装置引入实验中，增加了实验安全性，避免了由人力加料导致的反应不均匀、副反应过多等问题，优化了实验流程，提升了实验安全性。在实现原教学目标基础上，使学生能专注于实验现象的观察以及对实验原理的理解，更侧重学生素质能力提升。
2026, 41(1): 169-178
doi: 10.12461/PKU.DXHX202504098
摘要:
为了强化实验操作技能训练，促进学生对于有机合成化学的深层次理解，我们提出了一种基于智能融合大数据和深度学习算法的化学分析平台。该平台通过引导学生自主探索数字化实验设计过程，使其在实验实践中直观感受多学科交叉融合的科研魅力。我们利用基础设施成熟完备的数字化平台，选取硝苯地平的合成反应作为教学案例，具体介绍数字化实验设计的流程及其在本科实验教学中的应用。本实验包含了有机化学和计算机科学领域的相关知识，涉及到合成化学与药物化学的相关学习内容，适用于模块化实验教学以满足不同教学需求，并期望以此提高学生的创新意识与综合能力。
为了强化实验操作技能训练，促进学生对于有机合成化学的深层次理解，我们提出了一种基于智能融合大数据和深度学习算法的化学分析平台。该平台通过引导学生自主探索数字化实验设计过程，使其在实验实践中直观感受多学科交叉融合的科研魅力。我们利用基础设施成熟完备的数字化平台，选取硝苯地平的合成反应作为教学案例，具体介绍数字化实验设计的流程及其在本科实验教学中的应用。本实验包含了有机化学和计算机科学领域的相关知识，涉及到合成化学与药物化学的相关学习内容，适用于模块化实验教学以满足不同教学需求，并期望以此提高学生的创新意识与综合能力。
2026, 41(1): 179-187
doi: 10.12461/PKU.DXHX202505101
摘要:
本实验旨在开发一种基于非接触式位移检测器，并应用于高分子材料应力-应变曲线的测定，以克服传统机械引伸计的不足，保证测量准确性。通过利用摄像头结合YOLOv8深度学习算法，实时捕捉拉伸过程中试样红色标记线的位置变化，实现了对应变的准确测定。该方法无需与试样进行物理接触，避免了机械引伸计对试样的潜在影响。实验还对机械引伸计的夹头进行识别，进行对照实验，验证两种方法在应力-应变曲线测定上的一致性。实验结果表明，非接触式检测器与传统机械引伸计获得的应力-应变曲线高度相似，证明了该方法在高分子材料力学性能测定中的可靠性和应用前景。这一数字化设计提升了实验灵活性，为高分子材料的力学测试提供了新的解决方案。
本实验旨在开发一种基于非接触式位移检测器，并应用于高分子材料应力-应变曲线的测定，以克服传统机械引伸计的不足，保证测量准确性。通过利用摄像头结合YOLOv8深度学习算法，实时捕捉拉伸过程中试样红色标记线的位置变化，实现了对应变的准确测定。该方法无需与试样进行物理接触，避免了机械引伸计对试样的潜在影响。实验还对机械引伸计的夹头进行识别，进行对照实验，验证两种方法在应力-应变曲线测定上的一致性。实验结果表明，非接触式检测器与传统机械引伸计获得的应力-应变曲线高度相似，证明了该方法在高分子材料力学性能测定中的可靠性和应用前景。这一数字化设计提升了实验灵活性，为高分子材料的力学测试提供了新的解决方案。
2026, 41(1): 188-203
doi: 10.12461/PKU.DXHX202505090
摘要:
本文以“数据驱动制备低成本高效电解水催化剂”科研实验为对象，针对科研实验用于本科及研究生教学存在的过程繁复、周期冗长、设备昂贵等痛点，创新性地融合线上平台、数据驱动、数值模拟、人机互动、虚拟仿真及远程控制自动化装置等数智技术。通过在实验设计、操作实施、数据分析等不同环节精准部署数智手段，充分挖掘科研实验前沿性、实用性、创新性、跨学科及多技能培养优势，将其转化为契合本科及研究生教学需求的综合化学实验。组合数智技术的加持缩短了65%实验周期，使学生能有限的教学学时内体验高水平科研实验的完整过程。学生对数智化实验给予了肯定评价，参与评价的学生均认为数智化改造有助于他们理解实验原理和顺利完成实验。其中，85%认为数智化实验更能激发他们参与的积极性，52%认为有助于他们了解科研实验流程，60%产生了进一步了解和学习数智信息技术的意愿。教学实践表明，该数智化改造方案有效提升了实验教学效率，助力化学专业本硕阶段学生的科研思维构建、综合实验能力一体化培养，为高校化学实验教学改革提供了新思路与实践范例。
本文以“数据驱动制备低成本高效电解水催化剂”科研实验为对象，针对科研实验用于本科及研究生教学存在的过程繁复、周期冗长、设备昂贵等痛点，创新性地融合线上平台、数据驱动、数值模拟、人机互动、虚拟仿真及远程控制自动化装置等数智技术。通过在实验设计、操作实施、数据分析等不同环节精准部署数智手段，充分挖掘科研实验前沿性、实用性、创新性、跨学科及多技能培养优势，将其转化为契合本科及研究生教学需求的综合化学实验。组合数智技术的加持缩短了65%实验周期，使学生能有限的教学学时内体验高水平科研实验的完整过程。学生对数智化实验给予了肯定评价，参与评价的学生均认为数智化改造有助于他们理解实验原理和顺利完成实验。其中，85%认为数智化实验更能激发他们参与的积极性，52%认为有助于他们了解科研实验流程，60%产生了进一步了解和学习数智信息技术的意愿。教学实践表明，该数智化改造方案有效提升了实验教学效率，助力化学专业本硕阶段学生的科研思维构建、综合实验能力一体化培养，为高校化学实验教学改革提供了新思路与实践范例。
2026, 41(1): 204-212
doi: 10.12461/PKU.DXHX202510037
摘要:
本研究以物理化学原理为核心，融合有机化学、分析化学及计算机科学技术，开发了“金属离子与农药残留智检系统”项目——一种基于高精淀粉基碳量子点芯片的智能检测系统。该系统以廉价安全的水凝胶为基质，以玉米淀粉为原料制备传感芯片，结合自主开发的Android/鸿蒙平台APP (基于Java语言，在Android Studio环境下实现)，实现了对金属离子与农药残留的高效、低成本智能分析与监测。该方案操作简便，兼具创新性与实用性，在提升实验教学趣味性与综合教育价值的同时，也为跨学科融合的教学改革提供了可借鉴的实践案例。
本研究以物理化学原理为核心，融合有机化学、分析化学及计算机科学技术，开发了“金属离子与农药残留智检系统”项目——一种基于高精淀粉基碳量子点芯片的智能检测系统。该系统以廉价安全的水凝胶为基质，以玉米淀粉为原料制备传感芯片，结合自主开发的Android/鸿蒙平台APP (基于Java语言，在Android Studio环境下实现)，实现了对金属离子与农药残留的高效、低成本智能分析与监测。该方案操作简便，兼具创新性与实用性，在提升实验教学趣味性与综合教育价值的同时，也为跨学科融合的教学改革提供了可借鉴的实践案例。
2026, 41(1): 213-226
doi: 10.12461/PKU.DXHX202505110
摘要:
测定镁条与稀硫酸反应的速率常数是多所高校的基础无机化学实验。然而用一级动力学模型拟合时，容易观察到反应后半段的数据不符合模型。为了验证副反应的猜想，我们引入了pH值数据，设计了规范化自动化的实验过程和数据采集；我们开发了数据处理的小程序包，用于深入研究镁条与硫酸之间的反应速率常数。实验发现主反应(Mg与H2SO4)为一级反应，其速率常数随温度升高显著增加；副反应(Mg与H2O)符合二级动力学特征，活化能达127.79 kJ‧mol‒1。本论文通过多维度数据协同分析、自动化数据处理流程设计，对主副反应动力学特征进行了交叉验证，解释了电导率数据偏离现象。本论文将传统验证性实验转化为研究型教学载体，实现了“数据驱动研究”范式与实验教学的融合，为理工科非化学专业学生培养创新思维与数字化问题解决能力提供了实践范例。
测定镁条与稀硫酸反应的速率常数是多所高校的基础无机化学实验。然而用一级动力学模型拟合时，容易观察到反应后半段的数据不符合模型。为了验证副反应的猜想，我们引入了pH值数据，设计了规范化自动化的实验过程和数据采集；我们开发了数据处理的小程序包，用于深入研究镁条与硫酸之间的反应速率常数。实验发现主反应(Mg与H2SO4)为一级反应，其速率常数随温度升高显著增加；副反应(Mg与H2O)符合二级动力学特征，活化能达127.79 kJ‧mol‒1。本论文通过多维度数据协同分析、自动化数据处理流程设计，对主副反应动力学特征进行了交叉验证，解释了电导率数据偏离现象。本论文将传统验证性实验转化为研究型教学载体，实现了“数据驱动研究”范式与实验教学的融合，为理工科非化学专业学生培养创新思维与数字化问题解决能力提供了实践范例。
2026, 41(1): 227-243
doi: 10.12461/PKU.DXHX202503107
摘要:
液体饱和蒸气压的测定是大学物理化学基础实验的重要内容，有助于学生理解物质性质及相态变化规律。然而，传统的动态法存在操作复杂、实验误差大、开放性不足和安全性问题。本数字化实验方案引入基于比例-积分-微分(PID)控制的自动化系统，并结合Web虚拟实验室平台，利用机器学习对实验数据进行深入分析，从而提供一个安全、高效、精确的实验教学环境，实现测量平均相对误差从传统的8.7%降低至0.5%，教学周期从原先的一周以上缩短至一周以内，温度测量误差控制在±0.5℃，气压误差控制在±0.2 kPa。这一方案优化了传统教学方式，有效弥补了传统实验教学的不足。
液体饱和蒸气压的测定是大学物理化学基础实验的重要内容，有助于学生理解物质性质及相态变化规律。然而，传统的动态法存在操作复杂、实验误差大、开放性不足和安全性问题。本数字化实验方案引入基于比例-积分-微分(PID)控制的自动化系统，并结合Web虚拟实验室平台，利用机器学习对实验数据进行深入分析，从而提供一个安全、高效、精确的实验教学环境，实现测量平均相对误差从传统的8.7%降低至0.5%，教学周期从原先的一周以上缩短至一周以内，温度测量误差控制在±0.5℃，气压误差控制在±0.2 kPa。这一方案优化了传统教学方式，有效弥补了传统实验教学的不足。
2026, 41(1): 244-252
doi: 10.12461/PKU.DXHX202505056
摘要:
教育数字化为高校化学实验教学带来机遇与挑战。本文以磁化率测定实验为例，探讨了融合微观原理、晶体结构和电子排布的动画视频，集成实验原理、数据处理和师生反馈的微信小程序等数字化赋能。实践证明这些举措实现了抽象原理形象化、微观结构可视化、数据处理便捷化和师生互动跨时空化，提升了实验数字化水平和教学效果。
教育数字化为高校化学实验教学带来机遇与挑战。本文以磁化率测定实验为例，探讨了融合微观原理、晶体结构和电子排布的动画视频，集成实验原理、数据处理和师生反馈的微信小程序等数字化赋能。实践证明这些举措实现了抽象原理形象化、微观结构可视化、数据处理便捷化和师生互动跨时空化，提升了实验数字化水平和教学效果。
2026, 41(1): 253-263
doi: 10.12461/PKU.DXHX202506019
摘要:
作为21世纪最重要的科技成果之一，超材料概念的提出对物理、材料、光学、声学等学科产生了颠覆性的影响。本实验采用微观设计宏观制备思路，开展了基于分子设计的3D打印超材料制备，通过构建不同规模大小的微观碳笼分子模型，利用计算机仿真技术对3D打印超材料的制备过程、性能表现等进行模拟和预测，以指导实际的设计和制造，实现微观分子模型到宏观多孔材料的映射，探究微观碳笼结构与3D打印宏观超材料的性能关系。通过数字化设计精细调控超材料分子结构，优化其物理、化学与力学性能，结合3D打印参数优化，可制造出强度更高、韧性更好的结构件，应用于航空航天、汽车、高端装备等对材料力学性能要求极高的领域。利用数字化设计的优势，可以实现超材料的定制化制备。这种分子层面的微观结构设计与3D打印技术的宏观构件制备相结合的方法具有创新性，为超材料的设计和制造提供了新的思路，推动了化学实验数字化设计和应用，提高了化学实验数字化设计水平。
作为21世纪最重要的科技成果之一，超材料概念的提出对物理、材料、光学、声学等学科产生了颠覆性的影响。本实验采用微观设计宏观制备思路，开展了基于分子设计的3D打印超材料制备，通过构建不同规模大小的微观碳笼分子模型，利用计算机仿真技术对3D打印超材料的制备过程、性能表现等进行模拟和预测，以指导实际的设计和制造，实现微观分子模型到宏观多孔材料的映射，探究微观碳笼结构与3D打印宏观超材料的性能关系。通过数字化设计精细调控超材料分子结构，优化其物理、化学与力学性能，结合3D打印参数优化，可制造出强度更高、韧性更好的结构件，应用于航空航天、汽车、高端装备等对材料力学性能要求极高的领域。利用数字化设计的优势，可以实现超材料的定制化制备。这种分子层面的微观结构设计与3D打印技术的宏观构件制备相结合的方法具有创新性，为超材料的设计和制造提供了新的思路，推动了化学实验数字化设计和应用，提高了化学实验数字化设计水平。
2026, 41(1): 264-275
doi: 10.12461/PKU.DXHX202503096
摘要:
数字化实验因数据采集方便、可视化及智能化等优点适用于化学实验教学。间接碘量法测铜含量需准确判别滴定至浅黄色加淀粉指示剂、滴定至浅蓝色加KSCN和滴定终点米白色这三处关键颜色。通过大量实验建立数据库，明确关键颜色HSV (色调-饱和度-明度)阈值，开发辅助滴定App。数字化设计后相对平均偏差为0.11%，较人眼观察提高了实验精密度，激发学生多学科交叉兴趣。
数字化实验因数据采集方便、可视化及智能化等优点适用于化学实验教学。间接碘量法测铜含量需准确判别滴定至浅黄色加淀粉指示剂、滴定至浅蓝色加KSCN和滴定终点米白色这三处关键颜色。通过大量实验建立数据库，明确关键颜色HSV (色调-饱和度-明度)阈值，开发辅助滴定App。数字化设计后相对平均偏差为0.11%，较人眼观察提高了实验精密度，激发学生多学科交叉兴趣。
2026, 41(1): 276-288
doi: 10.12461/PKU.DXHX202504104
摘要:
本文在数智教育背景下，以水体硬度测定为例，融合机器学习与大数据技术，构建分析化学实验数字化教学辅助系统。通过采集滴定图像，结合颜色直方图与SVM模型判定滴定进程，实现结果自动分析与评价及个性化学习反馈。该研究将传统实验与数字技术相结合，培养学生数据分析、跨学科思维与实践能力，为高校化学实验教学数字化提供了新方法。
本文在数智教育背景下，以水体硬度测定为例，融合机器学习与大数据技术，构建分析化学实验数字化教学辅助系统。通过采集滴定图像，结合颜色直方图与SVM模型判定滴定进程，实现结果自动分析与评价及个性化学习反馈。该研究将传统实验与数字技术相结合，培养学生数据分析、跨学科思维与实践能力，为高校化学实验教学数字化提供了新方法。
2026, 41(1): 289-297
doi: 10.12461/PKU.DXHX202509083
摘要:
导电水凝胶传感器因其高灵敏度和柔性特点，在智能交互领域展现出巨大的应用潜力。本实验以甲基丙烯酸为单体、MXene为导电填料，通过自由基聚合制备复合水凝胶，构建机器学习辅助的书写识别系统。实验将科研前沿与教学融合，结合跨学科设计，提升学生创新能力，同时使其深刻体会到数字化设计与智能化技术对社会发展的重要意义。
导电水凝胶传感器因其高灵敏度和柔性特点，在智能交互领域展现出巨大的应用潜力。本实验以甲基丙烯酸为单体、MXene为导电填料，通过自由基聚合制备复合水凝胶，构建机器学习辅助的书写识别系统。实验将科研前沿与教学融合，结合跨学科设计，提升学生创新能力，同时使其深刻体会到数字化设计与智能化技术对社会发展的重要意义。
2026, 41(1): 298-309
doi: 10.12461/PKU.DXHX202506034
摘要:
推进绿色能源技术构成了可持续发展战略的核心组成部分，同时也成为高等院校化学学科教育的关键教学模块。有机太阳能电池凭借其质量轻盈、材料柔韧及规模化制造的技术特点，已发展为可再生能源领域的重要技术路线。本文通过数字化手段，结合人工智能技术、高通量光学模拟和数字孪生技术，设计了一个创新的实验项目，有助于学生深刻掌握有机太阳能电池的基本工作原理，同时推动该实验在教学中的广泛应用。通过AI教师辅助、实验参数设计和数据分析“数字化”的人机互动，让学生在实践中掌握有机太阳能电池的专业知识，强化自主学习探究能力，为数字化可再生能源产业的人才队伍建设给予保障。本实验不仅与时俱进地引入数字化设计，也为化学类人才培养提供数字化教学思路。
推进绿色能源技术构成了可持续发展战略的核心组成部分，同时也成为高等院校化学学科教育的关键教学模块。有机太阳能电池凭借其质量轻盈、材料柔韧及规模化制造的技术特点，已发展为可再生能源领域的重要技术路线。本文通过数字化手段，结合人工智能技术、高通量光学模拟和数字孪生技术，设计了一个创新的实验项目，有助于学生深刻掌握有机太阳能电池的基本工作原理，同时推动该实验在教学中的广泛应用。通过AI教师辅助、实验参数设计和数据分析“数字化”的人机互动，让学生在实践中掌握有机太阳能电池的专业知识，强化自主学习探究能力，为数字化可再生能源产业的人才队伍建设给予保障。本实验不仅与时俱进地引入数字化设计，也为化学类人才培养提供数字化教学思路。
2026, 41(1): 310-320
doi: 10.12461/PKU.DXHX202506016
摘要:
本项目设计并应用了可编程加热控制系统和无线测温搅拌磁子，用于优化Hofmann降解反应的实验操作。该系统融合了物联网无线测温技术、加热与制冷一体化装置、基于比例-积分-微分(PID)算法的精确温控等技术，旨在提高需要精准控温的有机化学实验的成功率与产品的纯度。其中，无线测温技术解决了传统温度计和热电偶在有机溶剂反应中的局限性，确保了反应体系内部的温度实时精确测量。加热与制冷装置可替代传统冰浴，实现全过程的自动温控，简化了实验操作，提升了实验的效率与精确度。PID算法根据设定的目标温度和实际温度之间的偏差，动态调节加热功率，确保加热过程的稳定性，有效避免温度剧烈变化的现象，提高了反应的成功率与产品的纯度。该设计具有显著的自动化优势，不仅降低了人为操作误差，还提高了实验的可重复性和安全性，为未来有机化学实验中的数字化教学提供了新的思路与技术支持。
本项目设计并应用了可编程加热控制系统和无线测温搅拌磁子，用于优化Hofmann降解反应的实验操作。该系统融合了物联网无线测温技术、加热与制冷一体化装置、基于比例-积分-微分(PID)算法的精确温控等技术，旨在提高需要精准控温的有机化学实验的成功率与产品的纯度。其中，无线测温技术解决了传统温度计和热电偶在有机溶剂反应中的局限性，确保了反应体系内部的温度实时精确测量。加热与制冷装置可替代传统冰浴，实现全过程的自动温控，简化了实验操作，提升了实验的效率与精确度。PID算法根据设定的目标温度和实际温度之间的偏差，动态调节加热功率，确保加热过程的稳定性，有效避免温度剧烈变化的现象，提高了反应的成功率与产品的纯度。该设计具有显著的自动化优势，不仅降低了人为操作误差，还提高了实验的可重复性和安全性，为未来有机化学实验中的数字化教学提供了新的思路与技术支持。
2026, 41(1): 321-331
doi: 10.12461/PKU.DXHX202504072
摘要:
吸附是一个常见且重要的物理化学过程，吸附实验也越来越多地出现在实验教学当中。然而，传统的教学模式使学生往往只能被动接受实验方案，缺乏对吸附剂选择和微观吸附机理等方面的深入理解。为此，我们提出一种基于人工智能(AI)的数字化实验设计，旨在通过生成式AI大模型的智能分析和分子动力学(MD)模拟，使学生既可以进行实验前的性能预测，又可以进行实验前后的人机对话预习与总结。学生首先通过互动式对话使用ChatGPT智能助手进行文献收集、整理、吸附剂筛选和个性化预习。随后利用MD模拟预测吸附剂性能，探索吸附机制。再对模拟预测结果进行实验验证，测试吸附动力学和热力学。最后针对实验中的问题和思考与ChatGPT智能助手互动。本实验设计实现了从人机对话的个性化预习、吸附过程的数值模拟，到实验验证，再到人机对话总结的全流程数字化教学，使学生从被动的操作执行者成长为主动的学习参与者和研究探索者，为传统实验教学的现代化和智能化提供了新思路。
吸附是一个常见且重要的物理化学过程，吸附实验也越来越多地出现在实验教学当中。然而，传统的教学模式使学生往往只能被动接受实验方案，缺乏对吸附剂选择和微观吸附机理等方面的深入理解。为此，我们提出一种基于人工智能(AI)的数字化实验设计，旨在通过生成式AI大模型的智能分析和分子动力学(MD)模拟，使学生既可以进行实验前的性能预测，又可以进行实验前后的人机对话预习与总结。学生首先通过互动式对话使用ChatGPT智能助手进行文献收集、整理、吸附剂筛选和个性化预习。随后利用MD模拟预测吸附剂性能，探索吸附机制。再对模拟预测结果进行实验验证，测试吸附动力学和热力学。最后针对实验中的问题和思考与ChatGPT智能助手互动。本实验设计实现了从人机对话的个性化预习、吸附过程的数值模拟，到实验验证，再到人机对话总结的全流程数字化教学，使学生从被动的操作执行者成长为主动的学习参与者和研究探索者，为传统实验教学的现代化和智能化提供了新思路。
2026, 41(1): 332-345
doi: 10.12461/PKU.DXHX202505108
摘要:
随着自动化与人工智能(AI)技术在科研领域的持续迭代，化学实验教学亟需革新以适配现代化学研究范式，助力学生掌握前沿工具与方法。本实验创新性融入自动化设备与基于检索增强生成(RAG)技术构建的AI助教，既展现了化学研究的智能化发展趋势，又实现了学生数据分析能力与实验操作效率的双重提升。实验以磺基水杨酸(HO3SC6H3(OH) CO2H，用H3R表示)为核心研究对象，聚焦两大核心目标：一是测定其二级、三级电离平衡常数(pKa2和pKa3)，二是探究其与铜离子形成配合物的组成及稳定常数。实验过程中，自动化滴定设备与pH计协同工作，精准监测滴定全程pH变化并绘制曲线，同时结合紫外-可见(UV-Vis)光谱完成表征；AI助教支持语音交互答疑，且配套的AI工具可辅助学生快速处理实验数据、精准计算电离平衡常数。针对配合物研究，实验采用等摩尔连续变化法，通过自动化平台精准配制系列比例反应溶液，系统探究配合物的组成规律及稳定性。该实验设计既确保学生扎实掌握酸碱滴定、电离平衡、配位化学等核心知识，又通过沉浸式接触自动化与AI技术，有效培养学生的创新思维与智能技术应用能力，实现了知识传授与能力培养的有机统一。
随着自动化与人工智能(AI)技术在科研领域的持续迭代，化学实验教学亟需革新以适配现代化学研究范式，助力学生掌握前沿工具与方法。本实验创新性融入自动化设备与基于检索增强生成(RAG)技术构建的AI助教，既展现了化学研究的智能化发展趋势，又实现了学生数据分析能力与实验操作效率的双重提升。实验以磺基水杨酸(HO3SC6H3(OH) CO2H，用H3R表示)为核心研究对象，聚焦两大核心目标：一是测定其二级、三级电离平衡常数(pKa2和pKa3)，二是探究其与铜离子形成配合物的组成及稳定常数。实验过程中，自动化滴定设备与pH计协同工作，精准监测滴定全程pH变化并绘制曲线，同时结合紫外-可见(UV-Vis)光谱完成表征；AI助教支持语音交互答疑，且配套的AI工具可辅助学生快速处理实验数据、精准计算电离平衡常数。针对配合物研究，实验采用等摩尔连续变化法，通过自动化平台精准配制系列比例反应溶液，系统探究配合物的组成规律及稳定性。该实验设计既确保学生扎实掌握酸碱滴定、电离平衡、配位化学等核心知识，又通过沉浸式接触自动化与AI技术，有效培养学生的创新思维与智能技术应用能力，实现了知识传授与能力培养的有机统一。
2026, 41(1): 346-353
doi: 10.12461/PKU.DXHX202506015
摘要:
本文设计了一个通过机器学习方法预测聚合物材料防污性能的综合型分子模拟实验，通过搜集文献已有的聚合物结构-防污性能数据，结合分子模拟计算分子描述符，采用多种机器学习方法包括遗传函数近似、神经网络模型、多重线性回归和偏最小二乘回归分析等构建聚合物防污材料的结构性能关系模型，并对几种模型的预测能力和拟合优度进行评价。通过本实验，学生可初步掌握机器学习的基本原理和操作方法，了解海洋防污材料研究进展，同时培养学生借助机器学习和分子模拟方法解决实际化学问题的能力。
本文设计了一个通过机器学习方法预测聚合物材料防污性能的综合型分子模拟实验，通过搜集文献已有的聚合物结构-防污性能数据，结合分子模拟计算分子描述符，采用多种机器学习方法包括遗传函数近似、神经网络模型、多重线性回归和偏最小二乘回归分析等构建聚合物防污材料的结构性能关系模型，并对几种模型的预测能力和拟合优度进行评价。通过本实验，学生可初步掌握机器学习的基本原理和操作方法，了解海洋防污材料研究进展，同时培养学生借助机器学习和分子模拟方法解决实际化学问题的能力。
2026, 41(1): 354-362
doi: 10.12461/PKU.DXHX202506001
摘要:
本实验将前沿文献报道的纳米COF材料调节细胞内Ca2+浓度增强光动力治疗设计成一个扩展性强、多层次的综合化学实验引入本科教学。设计并开发了一套数字化虚拟仿真实验教学平台，并将其作为本科生综合化学实验开展。该平台建立了关于实验对象的数学物理和数据库模型，利用计算机数字化技术对实验场景进行虚拟仿真，实现了实验过程的高精度还原和实验结果的可视化呈现。与原实验相比，数字化实验通过模块化设计支持学生自主探索实验变量对结果的影响，强化其对专业知识的深度理解，同时规避了时长过长、成本较高和安全风险等缺点。教学过程始终践行“以学生为中心”的OBE理念。教学实践表明，该实验有助于提升学生的仪器操作规范性和数据分析处理能力，有效调动学生的学习积极性和创造力，对优化实验资源配置，深化实验教学改革提供了新思路。
本实验将前沿文献报道的纳米COF材料调节细胞内Ca2+浓度增强光动力治疗设计成一个扩展性强、多层次的综合化学实验引入本科教学。设计并开发了一套数字化虚拟仿真实验教学平台，并将其作为本科生综合化学实验开展。该平台建立了关于实验对象的数学物理和数据库模型，利用计算机数字化技术对实验场景进行虚拟仿真，实现了实验过程的高精度还原和实验结果的可视化呈现。与原实验相比，数字化实验通过模块化设计支持学生自主探索实验变量对结果的影响，强化其对专业知识的深度理解，同时规避了时长过长、成本较高和安全风险等缺点。教学过程始终践行“以学生为中心”的OBE理念。教学实践表明，该实验有助于提升学生的仪器操作规范性和数据分析处理能力，有效调动学生的学习积极性和创造力，对优化实验资源配置，深化实验教学改革提供了新思路。
2026, 41(1): 363-372
doi: 10.12461/PKU.DXHX202506055
摘要:
针对能源化学工程专业的培养目标，为了提高本科生科研兴趣，培养其科研思维和方法论，我们将教师的科研成果融入本科生专业实验教学，并借助数字化手段辅助实验教学过程，以构建一门具有综合性和创新性的本科生专业实验课程。该数字化创新实验以CO2氧化乙烷脱氢制乙烯为探针反应，涵盖催化剂制备和表征、催化性能评价以及实验数据处理等完整流程，深入加强学生对能源转化催化过程的理解。在实验预习和数据处理过程引入数字化教学手段不仅可以促进学生自主学习，还可快速对实验数据进行分类和整理。此外，基于我们的实验数据库，具有最优树深度的决策树模型可以识别关键的输入变量，并为催化剂设计提供有针对性的指导。该实验巧妙融合了无机化学、物理化学与仪器分析的核心要素，构建了一个富含创新元素且全面发展的实验平台。它不仅能够培养学生基础实验技能，更激发了他们对化学实验的热情，并全方位提升了同学们在操作、思维、创新和团队合作等方面的能力。
针对能源化学工程专业的培养目标，为了提高本科生科研兴趣，培养其科研思维和方法论，我们将教师的科研成果融入本科生专业实验教学，并借助数字化手段辅助实验教学过程，以构建一门具有综合性和创新性的本科生专业实验课程。该数字化创新实验以CO2氧化乙烷脱氢制乙烯为探针反应，涵盖催化剂制备和表征、催化性能评价以及实验数据处理等完整流程，深入加强学生对能源转化催化过程的理解。在实验预习和数据处理过程引入数字化教学手段不仅可以促进学生自主学习，还可快速对实验数据进行分类和整理。此外，基于我们的实验数据库，具有最优树深度的决策树模型可以识别关键的输入变量，并为催化剂设计提供有针对性的指导。该实验巧妙融合了无机化学、物理化学与仪器分析的核心要素，构建了一个富含创新元素且全面发展的实验平台。它不仅能够培养学生基础实验技能，更激发了他们对化学实验的热情，并全方位提升了同学们在操作、思维、创新和团队合作等方面的能力。
2026, 41(1): 373-381
doi: 10.12461/PKU.DXHX202504048
摘要:
顺(反)式二甘氨酸合铜制备实验是几何异构配合物制备的经典化学实验。通过引入量子化学计算和颜色识别技术对该实验进行了创新设计，解决了该实验现象易观测而微观机制难理解，以及反应终点不易控制、产率不高等问题。运用量子化学软件Gaussian 09及其可视化工具GaussView，采用密度泛函理论(DFT)对顺、反式二甘氨酸合铜分子的几何结构、能量、偶极矩以及静电势等参数进行计算，使学生初步掌握运用量子化学计算方法求算几何异构配合物分子的思路和方法，进而从微观层面深入理解顺反异构体之间的差异性。同时，基于C++编程语言与OpenCV库，通过机器视觉技术搭建一个颜色识别系统，利用摄像头捕捉反应区域图像，结合HSV颜色空间模型分析溶液颜色变化，实现对顺式二甘氨酸合铜异构化生成反式二甘氨酸合铜反应过程中溶液颜色变化的实时监控及自动识别与判断，精确监测反应终点。将量子化学计算与颜色识别技术有机结合并融入实验教学内容中，有助于学生更为深入地理解分子结构与性质之间的内在联系，大幅提高实验数据的精准度与可信度。同时能有力增强学生的科学思维能力、跨学科综合运用能力，切实提升学生在数智化领域的应用水平。
顺(反)式二甘氨酸合铜制备实验是几何异构配合物制备的经典化学实验。通过引入量子化学计算和颜色识别技术对该实验进行了创新设计，解决了该实验现象易观测而微观机制难理解，以及反应终点不易控制、产率不高等问题。运用量子化学软件Gaussian 09及其可视化工具GaussView，采用密度泛函理论(DFT)对顺、反式二甘氨酸合铜分子的几何结构、能量、偶极矩以及静电势等参数进行计算，使学生初步掌握运用量子化学计算方法求算几何异构配合物分子的思路和方法，进而从微观层面深入理解顺反异构体之间的差异性。同时，基于C++编程语言与OpenCV库，通过机器视觉技术搭建一个颜色识别系统，利用摄像头捕捉反应区域图像，结合HSV颜色空间模型分析溶液颜色变化，实现对顺式二甘氨酸合铜异构化生成反式二甘氨酸合铜反应过程中溶液颜色变化的实时监控及自动识别与判断，精确监测反应终点。将量子化学计算与颜色识别技术有机结合并融入实验教学内容中，有助于学生更为深入地理解分子结构与性质之间的内在联系，大幅提高实验数据的精准度与可信度。同时能有力增强学生的科学思维能力、跨学科综合运用能力，切实提升学生在数智化领域的应用水平。
2026, 41(1): 382-393
doi: 10.12461/PKU.DXHX202506008
摘要:
配位滴定是分析化学实验重要的教学单元，广泛应用于金属离子的定量分析中。其中，EDTA作为最常用的滴定剂，pKa分布特性使其能够通过pH调控实现选择性滴定，这一特性在经典教学实验中得到充分体现。市售食品自热包的主要活性组分(CaO与金属Al)构成钙-铝双元体系，通过设计分步滴定方案，可在同一实验中实现两种特征pH条件下(碱性/酸性介质)的配位滴定技术训练，具有较强的实验教学代表性，且有一定的趣味性。本项目以自热包成分测定为例，针对传统实验教学中遇到的问题，设计数字化实验学习系统。该系统在“以学生为中心”的教学理念指导下，将数字化技术与传统滴定实验全过程融合，实现方案设计可行性的实时反馈、滴定过程操作与监测的自动化控制、滴定数据的实时采集与智能分析，以及学生实验全过程的实时考评。此举有效夯实了学生的实验技能，强化了逻辑思维能力、分析判断与解决问题的能力，显著提升了实验教学的实效性。
配位滴定是分析化学实验重要的教学单元，广泛应用于金属离子的定量分析中。其中，EDTA作为最常用的滴定剂，pKa分布特性使其能够通过pH调控实现选择性滴定，这一特性在经典教学实验中得到充分体现。市售食品自热包的主要活性组分(CaO与金属Al)构成钙-铝双元体系，通过设计分步滴定方案，可在同一实验中实现两种特征pH条件下(碱性/酸性介质)的配位滴定技术训练，具有较强的实验教学代表性，且有一定的趣味性。本项目以自热包成分测定为例，针对传统实验教学中遇到的问题，设计数字化实验学习系统。该系统在“以学生为中心”的教学理念指导下，将数字化技术与传统滴定实验全过程融合，实现方案设计可行性的实时反馈、滴定过程操作与监测的自动化控制、滴定数据的实时采集与智能分析，以及学生实验全过程的实时考评。此举有效夯实了学生的实验技能，强化了逻辑思维能力、分析判断与解决问题的能力，显著提升了实验教学的实效性。
2026, 41(1): 394-405
doi: 10.12461/PKU.DXHX202506011
摘要:
化学需氧量(COD)是表征水体有机污染程度的关键指标，也是一项常规分析项目。本文基于HJ/T399-2007《水质化学需氧量的测定快速消解分光光度法》的标准方法，创新性地开发了一种基于智能手机RGB图像-微信小程序的COD实时可视化快速分析检测系统。采用智能手机的色彩识别功能提取经消解后水样图像的RGB值，并基于RGB建立三元多次回归数学模型，开发微信小程序对COD进行在线可视化分析，实现了智能手机对大批量水样COD的现场快速简便测定。该方法具有操作简单、成本较低、快速测定的优点。教学实践表明，该技术不仅适用于环境监测领域，还能有效促进分析化学实践教学，能够促进本科户外教学活动的开展，激发学生的化学学习兴趣，启迪其科学思维与创新意识，培养科学态度。
化学需氧量(COD)是表征水体有机污染程度的关键指标，也是一项常规分析项目。本文基于HJ/T399-2007《水质化学需氧量的测定快速消解分光光度法》的标准方法，创新性地开发了一种基于智能手机RGB图像-微信小程序的COD实时可视化快速分析检测系统。采用智能手机的色彩识别功能提取经消解后水样图像的RGB值，并基于RGB建立三元多次回归数学模型，开发微信小程序对COD进行在线可视化分析，实现了智能手机对大批量水样COD的现场快速简便测定。该方法具有操作简单、成本较低、快速测定的优点。教学实践表明，该技术不仅适用于环境监测领域，还能有效促进分析化学实践教学，能够促进本科户外教学活动的开展，激发学生的化学学习兴趣，启迪其科学思维与创新意识，培养科学态度。
2026, 41(1): 406-412
doi: 10.12461/PKU.DXHX202504022
摘要:
本论文中，我们设计了一种交互式数字化实验教学模式，利用数字化技术对目标产物进行逆合成分析，并对不同的合成路线对应的成本、安全性、产率等进行评估，筛选出适于实验教学的合成路线，完善每一条路线可能遇到的实验操作问题，设置多种可能的解决方案，最终以互动视频的形式呈现为数字化教学实验项目。在此模式下，教师能够利用数字化技术来设计实验路线、触发随机事件，引导学生发现问题、解决问题，最终完成整个实验过程。这种交互式实验教学模式有望改变传统线上实验的单线条教学叙事形式，形成具有高自由度、个性化、实时反馈、高区分度特点的新型数字化实验，并应用于更多的实验教学领域。
本论文中，我们设计了一种交互式数字化实验教学模式，利用数字化技术对目标产物进行逆合成分析，并对不同的合成路线对应的成本、安全性、产率等进行评估，筛选出适于实验教学的合成路线，完善每一条路线可能遇到的实验操作问题，设置多种可能的解决方案，最终以互动视频的形式呈现为数字化教学实验项目。在此模式下，教师能够利用数字化技术来设计实验路线、触发随机事件，引导学生发现问题、解决问题，最终完成整个实验过程。这种交互式实验教学模式有望改变传统线上实验的单线条教学叙事形式，形成具有高自由度、个性化、实时反馈、高区分度特点的新型数字化实验，并应用于更多的实验教学领域。
