大学化学

第41卷第1期封面和目次
2026, 41 (1): 0.

专题

自驱动固体酸催化乙酸苄酯的合成
牛昊蕃, 吴郁菡, 李欣燃, 李龙妹, 王栋, 张永策, 刘凤玉, 白伟
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): 1-8. DOI: 10.12461/PKU.DXHX202505049

“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
王童, 胡梁榆, 陈诗琪, 傅鑫强, 王瑞, 李昆, 宦双燕
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): 9-19. DOI: 10.12461/PKU.DXHX202503128

AI核磁帮：基于DP5的核磁谱图智能解析
杨智科, 许锦帆, 陈俊豪, 杨政, 丁飞, 苏乃强
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): 20-28. DOI: 10.12461/PKU.DXHX202506013

“双碳”战略下的数智融合：等离子体反应和分离耦合驱动CO₂加氢制甲醇
包至朋, 王艺霖, 陈愉, 贾贝蕊, 王从聪, 解则安, 于学华, 赵震
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): 29-40. DOI: 10.12461/PKU.DXHX202506009

数智赋能碳纤维前体共聚聚丙烯腈合成及应用实验的探究
杨晴羽, 于渊海, 吴艳柳, 杨婷, 钟乐, 阮文红, 李洁
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): 41-56. DOI: 10.12461/PKU.DXHX202506010

基于计算机视觉的AI滴定分析实验
石青玉, 王艺清, 苏自乾, 傅旦赞, 秦家骏, 刘悦彤, 张永策, 宿艳
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): 57-63. DOI: 10.12461/PKU.DXHX202505001

基于机器学习与微流控技术的银纳米粒子合成实验创新研究
李作勇, 屠昊翔, 丁明炜, 刘美君, 杨婷
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): 64-75. DOI: 10.12461/PKU.DXHX202505088

机器学习优化的微色谱柱离子交换色谱法测定痕量砷实验
常灵宇, 郎艳芳, 朱玉妍, 王婕, 郭莹, 王蝶, 丁鹏, 周跃明, 龚治湘, 刘淑娟
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): 76-84. DOI: 10.12461/PKU.DXHX202506023

智能可视化重铬酸钾回流法测定化学需氧量
周跃明, 邱新, 周馨, 万潇天, 张末凡, 李丰, 邵鑫鑫, 丁鹏, 梁喜珍
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): 85-94. DOI: 10.12461/PKU.DXHX202506021

数字化赋能自燃推进剂点火延迟时间的实验研究
孔祥熙, 贺明洋, 凌益能, 王辉, 谢起贤, 李柏力, 任武荣
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): 95-106. DOI: 10.12461/PKU.DXHX202505005

颜色识别式人工智能融入混合碱滴定实验的应用
王月娇, 毛全兴, 崔俊硕, 冯小庚, 常晓红, 娄振宁, 熊英
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(Color-discriminable Artificial Intelligence，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): 107-113. DOI: 10.12461/PKU.DXHX202506020

基于半实物的场发射扫描电镜数字化实验设计
何攀, 严军林, 陈志刚, 代恩鸣, 赵鑫, 王蕊娟
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): 114-121. DOI: 10.12461/PKU.DXHX202505104

谈Co色变——数字化赋能智能视觉机器人监测系统测定热力学参数
白子玉, 周佳欣, 赵思思, 滕思雨, 李欣炘, 王茜婷, 董玉伟, 赵震
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): 122-132. DOI: 10.12461/PKU.DXHX202505103

MOFs催化高氯酸铵分解的数字化实验设计
鲁智灿, 李俊宇, 黄子君, 曾子艺, 黄驰, 龚楚清, 钟亚兰
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): 133-143. DOI: 10.12461/PKU.DXHX202506017

靶向氧化还原系统中谷胱甘肽的抗癌药物的数字化创新设计实验
管堂升, 杨睿智, 耿平越, 林禹宏, 胡水, 陈小娟, 李厚金, 沈勇
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): 144-158. DOI: 10.12461/PKU.DXHX202505028

基于数智化装置的甲基橙合成实验改进
张晓慧, 何星晨, 周元一, 刘鹏宇, 秦煜翔, 徐彦芹, 熊燕
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): 159-168. DOI: 10.12461/PKU.DXHX202506018

基于智能融合大数据和深度学习算法的化学分析平台在本科实验教学中的设计与应用
李亦菲, 陈雪鑫, 刘思含, 陈士乙, 潘玲
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): 169-178. DOI: 10.12461/PKU.DXHX202504098

基于非接触式位移检测器的高分子材料应力-应变曲线的测定
李晨菲, 韩绪, 张起梦, 张奔, 黄馨瑶, 邓明虓, 郑彩侠, 孙海珠
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): 179-187. DOI: 10.12461/PKU.DXHX202505101

数智技术促进科教融合：将“数据驱动制备低成本高效电解水催化剂”研究用于综合化学实验教学
林森, 姜蓉, 卢雪峰, 江国辉, 丁开宁, 张金水, 王心晨
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): 188-203. DOI: 10.12461/PKU.DXHX202505090

新工科背景下项目驱动教学模式研究——以“便携式金属离子与农药残留智检系统”研发为例
李小红, 王环江, 谭芳, 蔡小华, 罗迎春, 冷艳丽, 周国永, 文竹
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): 204-212. DOI: 10.12461/PKU.DXHX202510037

数据驱动思路助力化学反应速率常数测定实验的研究
黄坚, 张明珏, 马尚初, 董佳, 吴官梓, 温爱明, 刘卓靓
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): 213-226. DOI: 10.12461/PKU.DXHX202505110

液体饱和蒸气压的测定数字化实验
叶凯, 张力中, 张明宇, 吴秦雄, 王魁, 王琪
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): 227-243. DOI: 10.12461/PKU.DXHX202503107

基于微信小程序和动画视频数字化赋能的磁化率测定实验的改进
张春芳, 张翠妙, 刘帅, 郑亚铎, 杨林, 姜克寒, 闰明涛
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): 244-252. DOI: 10.12461/PKU.DXHX202505056

基于分子设计的3D打印超材料制备
郑璐, 孙悦颖, 丁欣, 刘继涛
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): 253-263. DOI: 10.12461/PKU.DXHX202506019

智识智绘，碘量铜真——基于颜色识别间接碘量法测铜
朱天容, 余凡, 刘宇航, 徐海义, 马婷婷, 李铭, 薛宇航, 王亚珍, 李艾华, 肖标, 彭晓伦
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): 264-275. DOI: 10.12461/PKU.DXHX202503096

机器学习及大数据视域下分析化学实验数字化探索——以测量水体硬度为例
饶靖杰, 蔡雯雯, 赵佳辉, 杨旭, 颜紫嫣, 张天锦, 张航
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): 276-288. DOI: 10.12461/PKU.DXHX202504104

以研促学、以创促能、科教融合的高分子材料综合实验教学探索与实践——以机器学习辅助的智能书写识别系统为例
马松梅, 张盈, 刘刚, 徐文龙
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): 289-297. DOI: 10.12461/PKU.DXHX202509083

基于绿色能源理念的数字化有机太阳能电池设计、计算、制备与表征
胡笑添, 邱彬桓, 乐晶琳, 代闰锐, 吕小兰, 胡昱
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): 298-309. DOI: 10.12461/PKU.DXHX202506034

可编程加热控制系统在有机化学实验中的应用
陈淇, 李瀚屹, 高誉, 杨亦楠, 周建豪, 李苏宁
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): 310-320. DOI: 10.12461/PKU.DXHX202506016

数字化助力多孔材料的染料吸附实验
陈宁远, 曾庆宜, 况志强, 田佩聪, 颜大智, 靳伟良, 孔德明
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): 321-331. DOI: 10.12461/PKU.DXHX202504072

自动化与AI辅助探究磺基水杨酸的化学反应性
张婧轩, 姜玮豪, 张思远, 田宏业, 黄子烨, 黄林, 吴奇坤, 杨静, 蒋一彬, 汪骋
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(pK_a₂和pK_a₃)，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): 332-345. DOI: 10.12461/PKU.DXHX202505108

机器学习预测聚合物材料防污性能——推荐一个分子模拟综合实验
张恒, 马莹, 苑世领
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): 346-353. DOI: 10.12461/PKU.DXHX202506015

纳米COF材料调节细胞内Ca²⁺浓度增强光动力治疗数字化实验
李维, 许寒, 谷传灿, 刘紫妍, 李延安, 耿琰
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): 354-362. DOI: 10.12461/PKU.DXHX202506001

“数”制烯烃——数据驱动的CO₂氧化乙烷脱氢制乙烯催化剂的数字化设计
马雯雯, 孔莲, 褚金洋, 马丽, 马子晴, 程鹤雨, 李鑫源, 于湛, 赵震
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): 363-372. DOI: 10.12461/PKU.DXHX202506055

数字化技术在顺(反)式二甘氨酸合铜配合物制备实验中的应用与创新设计
段雨爱, 甘轩羽, 付垚, 曹英杰, 韩洪亮, 马占芳
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): 373-381. DOI: 10.12461/PKU.DXHX202504048

“数助固本，智慧滴定”——以自热包成分测定为例的配位滴定实验数字化设计
陈佳琪, 陈良, 魏晓翠, 王延凯, 常雅惠, 姬兴昊, 杨皓宇, 孙玥, 王雅文, 史秀锋, 吴旭
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，pK_a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): 382-393. DOI: 10.12461/PKU.DXHX202506008

基于手机RGB图像-微信小程序的化学需氧量(COD)实时可视化快速分析
王诗彤, 贺洋洋, 熊细鸿, 张维, 夏美琳, 唐凤琳
化学需氧量(Chemical oxygen demand，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): 394-405. DOI: 10.12461/PKU.DXHX202506011

交互式数字化有机合成教学实验——设计流程和案例展示
曹若宇, 陈嘉欣, 胡加恩, 翟优婷, 付佳聪, 侯立芬, 闫学斌, 李艳阳, 李恺, 臧双全
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。
2026, 41 (1): 406-412. DOI: 10.12461/PKU.DXHX202504022