創(chuàng)新化學(xué)能與熱能實(shí)驗(yàn)教學(xué)設(shè)計(jì)化學(xué)能與熱能的相互轉(zhuǎn)化是化學(xué)反應(yīng)原理的核心內(nèi)容，也是連接化學(xué)學(xué)科與能源利用、生活實(shí)踐的關(guān)鍵紐帶。傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)教學(xué)多依賴“觸摸試管感知溫度”的定性觀察或“溫度計(jì)粗放讀數(shù)”的定量測定，存在現(xiàn)象模糊、數(shù)據(jù)誤差大、學(xué)生參與度低等問題。新課標(biāo)強(qiáng)調(diào)“以實(shí)驗(yàn)為基礎(chǔ)”的學(xué)科特質(zhì)，要求通過創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)發(fā)展學(xué)生的科學(xué)探究與創(chuàng)新意識“證據(jù)推理與模型認(rèn)知”等化學(xué)核心素養(yǎng)。因此，重構(gòu)化學(xué)能與熱能的實(shí)驗(yàn)教學(xué)體系，需突破傳統(tǒng)范式，從實(shí)驗(yàn)裝置微型化“數(shù)據(jù)采集數(shù)字化”“情境生活化”三個(gè)維度實(shí)現(xiàn)教學(xué)升級。一、基于核心素養(yǎng)的實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)理念實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)需緊扣化學(xué)核心素養(yǎng)的發(fā)展目標(biāo)：科學(xué)探究層面：讓學(xué)生經(jīng)歷“提出假設(shè)—設(shè)計(jì)方案—驗(yàn)證結(jié)論”的完整探究過程，如通過“不同金屬氧化物的鋁熱反應(yīng)對比”，自主發(fā)現(xiàn)金屬活潑性對反應(yīng)熱的影響規(guī)律。證據(jù)推理層面：借助數(shù)字化數(shù)據(jù)或微型實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象，培養(yǎng)“基于證據(jù)推導(dǎo)結(jié)論”的邏輯思維，如分析中和熱實(shí)驗(yàn)的溫度-時(shí)間曲線，推導(dǎo)強(qiáng)弱電解質(zhì)電離對反應(yīng)熱的影響。創(chuàng)新意識層面：鼓勵(lì)學(xué)生改進(jìn)實(shí)驗(yàn)裝置、優(yōu)化方案，如用食品級材料設(shè)計(jì)“家庭版自熱包”，體會化學(xué)原理的實(shí)際應(yīng)用價(jià)值。STSE教育層面：將實(shí)驗(yàn)與生活、技術(shù)、社會、環(huán)境關(guān)聯(lián)，如探究自熱包的環(huán)保配方，增強(qiáng)綠色化學(xué)與社會責(zé)任感。二、多元創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)案例的開發(fā)與實(shí)踐（一）數(shù)字化傳感技術(shù)賦能中和熱測定傳統(tǒng)中和熱實(shí)驗(yàn)依賴溫度計(jì)讀數(shù)，存在“人工讀數(shù)誤差大”“熱量散失難控制”“無法呈現(xiàn)動態(tài)變化”等問題。改進(jìn)方案：裝置優(yōu)化：采用溫度傳感器（如DIS系統(tǒng)）連接計(jì)算機(jī)，實(shí)時(shí)采集鹽酸與NaOH溶液（0.5mol/L，各50mL）中和過程的溫度數(shù)據(jù)，生成溫度-時(shí)間曲線；反應(yīng)容器改用帶蓋保溫杯，減少熱量散失。探究任務(wù)：學(xué)生分組完成“強(qiáng)酸+強(qiáng)堿”“弱酸+強(qiáng)堿”兩組實(shí)驗(yàn)，對比溫度曲線的斜率（反應(yīng)速率）、峰值（反應(yīng)熱）差異，分析“中和熱為何限定‘強(qiáng)酸強(qiáng)堿稀溶液’”，理解電離吸熱對反應(yīng)熱的影響。教學(xué)價(jià)值：數(shù)字化數(shù)據(jù)提升實(shí)驗(yàn)精度，動態(tài)曲線直觀呈現(xiàn)能量變化，培養(yǎng)學(xué)生“數(shù)據(jù)分析—邏輯推理—模型建構(gòu)”的科學(xué)思維。（二）微型化自發(fā)反應(yīng)能量變化探究傳統(tǒng)鋁熱反應(yīng)試劑用量大、危險(xiǎn)性高，不適合學(xué)生分組。微型化改進(jìn)：裝置設(shè)計(jì)：取直徑2cm的小藥瓶，底部鋪氧化鈣（吸水放熱，模擬工業(yè)鋁熱反應(yīng)的“引燃劑”），中層放鋁粉與氧化鐵的混合粉末（質(zhì)量比1:3，加少量氯酸鉀助燃），上層蓋薄紙；用鎂條點(diǎn)燃后，學(xué)生觸摸藥瓶外壁感知溫度，冷卻后倒出產(chǎn)物觀察熔融物。拓展探究：設(shè)計(jì)“金屬氧化物種類”（氧化銅、氧化亞鐵）“鋁粉比例”等變量實(shí)驗(yàn)，探究金屬活潑性對反應(yīng)熱的影響，繪制“金屬活潑性—反應(yīng)放熱程度”的關(guān)系圖。教學(xué)價(jià)值：試劑用量僅為傳統(tǒng)的1/10，安全性顯著提升；學(xué)生通過“控制變量—現(xiàn)象對比—規(guī)律總結(jié)”，掌握自發(fā)反應(yīng)的能量判據(jù)（ΔH<0），培養(yǎng)創(chuàng)新設(shè)計(jì)與風(fēng)險(xiǎn)評估能力。（三）生活化情境下的能量轉(zhuǎn)化探究選取自熱米飯發(fā)熱包（主要成分為生石灰、鋁粉、碳酸鈉）為探究對象，拆解后設(shè)計(jì)“組分作用分析”實(shí)驗(yàn)：任務(wù)1：單一組分的能量變化：分別探究“生石灰+水”“鋁粉+水”“鋁粉+碳酸鈉溶液”的溫度變化，發(fā)現(xiàn)鋁粉需在堿性環(huán)境下才會顯著放熱（鋁與OH?的反應(yīng)）。任務(wù)2：配方優(yōu)化設(shè)計(jì)：學(xué)生控制水的用量、組分比例，用溫度傳感器測定不同配方的發(fā)熱效果，最終設(shè)計(jì)“高效環(huán)保自熱包”（如用碳酸鈣替代碳酸鈉，減少堿性廢水）。教學(xué)價(jià)值：將工業(yè)技術(shù)轉(zhuǎn)化為教學(xué)資源，讓學(xué)生體會“化學(xué)原理—產(chǎn)品設(shè)計(jì)—社會需求”的關(guān)聯(lián)，增強(qiáng)解決真實(shí)問題的能力。三、階梯式教學(xué)實(shí)施策略（一）課前：生活情境調(diào)研布置“生活中的化學(xué)能與熱能”任務(wù)：學(xué)生拍攝暖寶寶、自熱食品的使用視頻，查閱成分表與原理，提出“為什么暖寶寶能持續(xù)放熱？”“自熱包的發(fā)熱原理有哪些？”等問題，為課堂探究鋪墊認(rèn)知沖突。（二）課中：問題鏈+小組合作以“中和熱實(shí)驗(yàn)”為例，設(shè)計(jì)問題鏈：基礎(chǔ)層：“如何減少中和反應(yīng)的熱量散失？”（引導(dǎo)優(yōu)化裝置）進(jìn)階層：“為什么強(qiáng)酸強(qiáng)堿的中和熱是定值，弱酸卻不同？”（設(shè)計(jì)對比實(shí)驗(yàn)）創(chuàng)新層：“能否用中和反應(yīng)的熱量加熱水？”（拓展應(yīng)用設(shè)計(jì)）學(xué)生以小組為單位，通過“方案討論—實(shí)驗(yàn)操作—數(shù)據(jù)記錄—結(jié)論推導(dǎo)”完成探究，教師僅在“安全規(guī)范”“邏輯漏洞”處點(diǎn)撥，保障學(xué)生的主體地位。（三）課后：項(xiàng)目式拓展開展“校園節(jié)能方案設(shè)計(jì)”項(xiàng)目：學(xué)生調(diào)查校園熱水供應(yīng)、空調(diào)使用的能源消耗，結(jié)合化學(xué)能與熱能轉(zhuǎn)化原理，提出改進(jìn)建議（如利用反應(yīng)熱回收裝置預(yù)熱冷水）。不同水平學(xué)生可選擇：基礎(chǔ)層：完成實(shí)驗(yàn)報(bào)告的數(shù)據(jù)處理與誤差分析；進(jìn)階層：優(yōu)化微型鋁熱實(shí)驗(yàn)的安全裝置（如加裝防濺蓋）；創(chuàng)新層：跨學(xué)科設(shè)計(jì)“太陽能-化學(xué)能”聯(lián)合供熱系統(tǒng)（結(jié)合物理熱效率計(jì)算）。四、多維效果評估體系的構(gòu)建摒棄“唯分?jǐn)?shù)”的評價(jià)模式，構(gòu)建“三維評估體系”：知識技能：通過實(shí)驗(yàn)報(bào)告中的“中和熱計(jì)算誤差分析”“自發(fā)反應(yīng)能量判據(jù)解釋”評估知識掌握程度。過程方法：觀察小組合作中的“角色分工合理性”“方案設(shè)計(jì)邏輯性”，記錄學(xué)生在“變量控制”“數(shù)據(jù)處理”中的表現(xiàn)。核心素養(yǎng)：通過“創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)提案”（如“用檸檬酸替代鹽酸的綠色中和熱實(shí)驗(yàn)”）“STSE反思”（如“自熱包的垃圾分類建議”）評估素養(yǎng)發(fā)展。例如，學(xué)生在改進(jìn)自熱包實(shí)驗(yàn)中，提出“用淀粉包裹生石灰（延緩放熱速率）”的方案，體現(xiàn)了“科學(xué)探究+創(chuàng)新意識+社會責(zé)任”的綜合素養(yǎng)。結(jié)語創(chuàng)新化學(xué)能與熱能實(shí)驗(yàn)教學(xué)設(shè)計(jì)，既深化了學(xué)生對“能量轉(zhuǎn)化本質(zhì)”