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“化学反应与能量”主题教学的目的在于培养学生的能量观，使学生建立起化学反应与能量之间的双向关系.在主题教学安排上，“化学反应与能量”在不同的教育阶段均有所侧重，呈现出逐层深入递进的特点.本文对“化学反应与能量”主题在不同学段的教学目标进行简要分析，并对高中必修阶段的“化学反应与能量”主题的教学设计进行研究.
一、“化学反应与能量”主题在不同学段的教学目标
1.义务教育阶段
在义务教育阶段，没有对化学反应与能量形成独立的主题，而只是将其纳入到“化学与社会发展”的一级主题之下，命名为“化学与能源和资源的利用”，属于二级标题.在这一教学阶段，要求学生宏观感受化学反应体系和环境之间的能量转化，初步形成感性认知，知晓通过化学反应可以获取能量，同时化学反应也会受通电、加热、缓慢氧化、爆炸等条件的影响而发生变化.
2.高中必修阶段
在高中阶段，“化学反应与能量”是一级主题，要求学生深入理解化学反应与能量之间的相互关系，具备利用化学反应获得能量，以及通过能量改变化学反应的意识和能力.具体要求如下：能够从化学键的角度分析化学反应中能量变化的主要原因；能够从实际生产生活中举例说明化学反应中能量变化的常见形式，即化学能转化为热能、电能；认识提高燃料燃烧效率、开发高能清洁燃料、研制新型电池的重要性；通过化学实验认识化学反应的速率和化学反应限度，了解控制反应条件在科学研究和生产中的作用.
3.高中选修阶段
在高中选修阶段，将“化学反应与能量”这个一级主题纳入了“化学反应原理”模块中，要求学生对化学反应与能量的学习达到定量、系统的认识水平.具体要求如下：能够理解化学反应体系中焓变与反应热的关系；运用盖斯定律计算简单的反应热，对有关化学反应进行评价选择；了解原电池与电解池的工作原理，能够写出电池反应与电极反应的方程式；掌握金属发生电化学腐蚀的原因，探究防止金属腐蚀的措施；认识浓度、温度、压强、催化剂对化学反应速率的产生影响的一般规律；利用焓变、熵变判断化学反应方向；通过改变能量的方式，调控化学反应速率和限度.
二、“化学反应与能量”主题教学设计
本文以高中必修阶段的“化学反应与能量”主题教学为研究对象，对该主题教学进行设计.在高中必修阶段，“化学反应与能量”主题的教学主旨在于：使学生对化学反应中能量变化的认识达到定性水平，能够利用化学键对化学反应中产生的能量变化进行定性分析，并且能够简单计算能量变化的多少.其具体包括以下三方面的教学核心活动.
1.化学反应与能量关系的教学
在该教学核心活动中，具体可分为如下两个方面的活动内容：一方面是对化学反应中的能量变化进行感知.例如，让学生借助温度计对化学实验前后实验对象的温度变化情况进行测量，以此来感知其能量变化.同时，也可利用相关的化学概念，如，中和热、燃烧热等，对化学反应中的能量变化进行分析；另一方面是对化学反应中的能量变化进行解释.通过对化学反应中实验对象能量变化的原因进行分析，对能量变化进行定性.由于能量变化的基础是物质变化，所以，可在对物质变化进行分析的基础上对实验对象的能量变化进行系统分析.在这一过程中，教师可从化学反应体系的角度进行教学，主要包括反应物与生成物体系的总能量有哪些，而能量变化则等于生成物体系与反应物体系总能量的差.在教学过程中，为了逐步提高学生对化学反应与能量关系的认识水平，可设计以下问题：解释氢气与氧气燃烧生成水，为什么是放热反应？教师要引导学生分别从化学键的角度、分子原子的角度以及总能量的角度进行解释.
2.基于化学反应获得能量的教学
具体可将该教学核心活动分为以下两个部分：一部分是从化学反应当中直接获得能量并进行具体应用.由于物质在化学反应过程中的能量变化主要是吸热或放热，换言之，通过化学反应可以使物质释放出一定的热量，可对这部分热量进行收集和利用.教师可向学生提出自热式饭盒的实例，并让同学们对其原理进行解释.同时，也可让同学举出一些能够提供热量的化学反应，借此来培养学生应用化学反应获得能量的意识；另一部分是对化学反应中能量转化的应用.例如，通过装置原电池将电子转移的能量变化存储下来，使化学能转化为电能.在这一过程中，可以使学生体会到能量的转化，并使他们明白化学反应除了能够提供物质以外，还能提供所需的能量.此外，教师可布置学生设计水果电池的任务，进一步提高学生转化和应用能量的能力.
以“化学能与热能”为例进行教学设计，其具体教学过程如下.
（1）创设教学情境，引入新课内容.教师向学生展示一瓶“自加热罐头”和普通罐头，将“自加热罐头”底部的锥刺上移，让学生比较两瓶罐头的温度差异.为了激发学生的探索欲和求知欲，教师可提问：①“自加热罐头”为什么会自己加热？②在没有电或火的情况下也能够加热吗？③“自加热罐头”里面装了什么东西？④是什么能量促使它的温度发生了变化？
（2）引导学生探究，组织学生交流.主要分为两个教学部分：一是放热反应教学设计.教师可利用PPT展示蜡烛燃烧的过程，让学生感受生活中的放热反应，并引导学生思考什么是放热反应.而后，组织学生进行铝与稀盐酸的化学反应实验，让学生进一步探索放热反应.最后，通过学生归纳、教师总结，对放热反应进行定义；二是吸热反应教学设计.组织学生进行化学实验，观察Ba（OH）2·8H2O与NH4Cl晶体混合的反应过程，通过对比放热反应与吸热反应，使学生自主归纳出吸热反应的定义.
（3）归纳总结教学重点.在学生初步认识放热反应和吸热反应的基础上，教师可利用视频展示H2与Cl2的反应过程，并引导学生思考以下问题：H2的键能为436 kJ/mol，Cl2的键能为243 kJ/mol，从旧键断裂、新键生成的能量变化角度思考化学反应为什么会伴随能量的变化？通过师生一起讨论，总结出放热反应（能量释放）和吸热反应（能量贮存）中的能量变化规律.
（4）探究“自加热罐头”的原理.教师要引导学生自主解决导课环节留下的问题，并让学生根据已学知识自行制定出几套切实可行的“自加热罐头”方案.在此之后，教师要向学生讲解“自加热罐头”的内部构造，并请一名学生在讲台上演示氧化钙与水反应的实验，让其他学生思考这个反应能够使罐头加热的原因.通过引入“自加热罐头”这一教学实例，不仅拓展了学生的课外知识，而且还调动起了学生思考化学现象、学习化学知识的兴趣.
（5）深化递进所学知识.教师要让学生了解在现代社会中，绝大多数能量均来自于化学反应，尤其是石油、煤、天然气等燃料的燃烧是主要的能量来源.同时，引导学生思考在什么样的条件下能使这些燃料充分燃烧，提高燃料的利用率.
3.基于能量调控化学反应的教学
该教学核心活动的主要内容是借助温度对化学反应的速率进行调控.在具体教学过程中，教师可以利用对比实验的方法进行教学，即让化学反应在常温和温水加热的条件下分别进行，同时，让学生对反应现象进行观察，并对反应速率进行比较.为了使整个过程更加直观，可向反应容器当中加入剂量相等的盐酸，随后让同学观察气泡冒出的速率，在此基础上感知温度对化学反应速率的影响，进而归纳总结出调控化学反应速率的方法.此外，教师可提出“如何减慢牛奶变质”等类似问题，使学生能够从温度变化影响化学反应速率的角度出发解决此类问题.
总之，“化学反应与能量”主题具有重要的学科价值和社会价值，不仅有利于帮助学生明确化学反应与能量之间的双向关系，培养学生形成正确的能量观，而且还能够提高学生的科学素养，强化学生利用化学反应与能量为人类服务的意识.本文以“化学反应与能量”教学主题为研究对象，归纳了化学反应与能量关系的认识发展层级，尤其对高中必修阶段的“化学反应与能量”主题教学设计进行深入探讨，对指导“化学反应与能量”主题的一线教学具有重要意义，能够为教师明确该主题的教学设计思路提供有价值的参考.
一、“化学反应与能量”主题在不同学段的教学目标
1.义务教育阶段
在义务教育阶段，没有对化学反应与能量形成独立的主题，而只是将其纳入到“化学与社会发展”的一级主题之下，命名为“化学与能源和资源的利用”，属于二级标题.在这一教学阶段，要求学生宏观感受化学反应体系和环境之间的能量转化，初步形成感性认知，知晓通过化学反应可以获取能量，同时化学反应也会受通电、加热、缓慢氧化、爆炸等条件的影响而发生变化.
2.高中必修阶段
在高中阶段，“化学反应与能量”是一级主题，要求学生深入理解化学反应与能量之间的相互关系，具备利用化学反应获得能量，以及通过能量改变化学反应的意识和能力.具体要求如下：能够从化学键的角度分析化学反应中能量变化的主要原因；能够从实际生产生活中举例说明化学反应中能量变化的常见形式，即化学能转化为热能、电能；认识提高燃料燃烧效率、开发高能清洁燃料、研制新型电池的重要性；通过化学实验认识化学反应的速率和化学反应限度，了解控制反应条件在科学研究和生产中的作用.
3.高中选修阶段
在高中选修阶段，将“化学反应与能量”这个一级主题纳入了“化学反应原理”模块中，要求学生对化学反应与能量的学习达到定量、系统的认识水平.具体要求如下：能够理解化学反应体系中焓变与反应热的关系；运用盖斯定律计算简单的反应热，对有关化学反应进行评价选择；了解原电池与电解池的工作原理，能够写出电池反应与电极反应的方程式；掌握金属发生电化学腐蚀的原因，探究防止金属腐蚀的措施；认识浓度、温度、压强、催化剂对化学反应速率的产生影响的一般规律；利用焓变、熵变判断化学反应方向；通过改变能量的方式，调控化学反应速率和限度.
二、“化学反应与能量”主题教学设计
本文以高中必修阶段的“化学反应与能量”主题教学为研究对象，对该主题教学进行设计.在高中必修阶段，“化学反应与能量”主题的教学主旨在于：使学生对化学反应中能量变化的认识达到定性水平，能够利用化学键对化学反应中产生的能量变化进行定性分析，并且能够简单计算能量变化的多少.其具体包括以下三方面的教学核心活动.
1.化学反应与能量关系的教学
在该教学核心活动中，具体可分为如下两个方面的活动内容：一方面是对化学反应中的能量变化进行感知.例如，让学生借助温度计对化学实验前后实验对象的温度变化情况进行测量，以此来感知其能量变化.同时，也可利用相关的化学概念，如，中和热、燃烧热等，对化学反应中的能量变化进行分析；另一方面是对化学反应中的能量变化进行解释.通过对化学反应中实验对象能量变化的原因进行分析，对能量变化进行定性.由于能量变化的基础是物质变化，所以，可在对物质变化进行分析的基础上对实验对象的能量变化进行系统分析.在这一过程中，教师可从化学反应体系的角度进行教学，主要包括反应物与生成物体系的总能量有哪些，而能量变化则等于生成物体系与反应物体系总能量的差.在教学过程中，为了逐步提高学生对化学反应与能量关系的认识水平，可设计以下问题：解释氢气与氧气燃烧生成水，为什么是放热反应？教师要引导学生分别从化学键的角度、分子原子的角度以及总能量的角度进行解释.
2.基于化学反应获得能量的教学
具体可将该教学核心活动分为以下两个部分：一部分是从化学反应当中直接获得能量并进行具体应用.由于物质在化学反应过程中的能量变化主要是吸热或放热，换言之，通过化学反应可以使物质释放出一定的热量，可对这部分热量进行收集和利用.教师可向学生提出自热式饭盒的实例，并让同学们对其原理进行解释.同时，也可让同学举出一些能够提供热量的化学反应，借此来培养学生应用化学反应获得能量的意识；另一部分是对化学反应中能量转化的应用.例如，通过装置原电池将电子转移的能量变化存储下来，使化学能转化为电能.在这一过程中，可以使学生体会到能量的转化，并使他们明白化学反应除了能够提供物质以外，还能提供所需的能量.此外，教师可布置学生设计水果电池的任务，进一步提高学生转化和应用能量的能力.
以“化学能与热能”为例进行教学设计，其具体教学过程如下.
（1）创设教学情境，引入新课内容.教师向学生展示一瓶“自加热罐头”和普通罐头，将“自加热罐头”底部的锥刺上移，让学生比较两瓶罐头的温度差异.为了激发学生的探索欲和求知欲，教师可提问：①“自加热罐头”为什么会自己加热？②在没有电或火的情况下也能够加热吗？③“自加热罐头”里面装了什么东西？④是什么能量促使它的温度发生了变化？
（2）引导学生探究，组织学生交流.主要分为两个教学部分：一是放热反应教学设计.教师可利用PPT展示蜡烛燃烧的过程，让学生感受生活中的放热反应，并引导学生思考什么是放热反应.而后，组织学生进行铝与稀盐酸的化学反应实验，让学生进一步探索放热反应.最后，通过学生归纳、教师总结，对放热反应进行定义；二是吸热反应教学设计.组织学生进行化学实验，观察Ba（OH）2·8H2O与NH4Cl晶体混合的反应过程，通过对比放热反应与吸热反应，使学生自主归纳出吸热反应的定义.
（3）归纳总结教学重点.在学生初步认识放热反应和吸热反应的基础上，教师可利用视频展示H2与Cl2的反应过程，并引导学生思考以下问题：H2的键能为436 kJ/mol，Cl2的键能为243 kJ/mol，从旧键断裂、新键生成的能量变化角度思考化学反应为什么会伴随能量的变化？通过师生一起讨论，总结出放热反应（能量释放）和吸热反应（能量贮存）中的能量变化规律.
（4）探究“自加热罐头”的原理.教师要引导学生自主解决导课环节留下的问题，并让学生根据已学知识自行制定出几套切实可行的“自加热罐头”方案.在此之后，教师要向学生讲解“自加热罐头”的内部构造，并请一名学生在讲台上演示氧化钙与水反应的实验，让其他学生思考这个反应能够使罐头加热的原因.通过引入“自加热罐头”这一教学实例，不仅拓展了学生的课外知识，而且还调动起了学生思考化学现象、学习化学知识的兴趣.
（5）深化递进所学知识.教师要让学生了解在现代社会中，绝大多数能量均来自于化学反应，尤其是石油、煤、天然气等燃料的燃烧是主要的能量来源.同时，引导学生思考在什么样的条件下能使这些燃料充分燃烧，提高燃料的利用率.
3.基于能量调控化学反应的教学
该教学核心活动的主要内容是借助温度对化学反应的速率进行调控.在具体教学过程中，教师可以利用对比实验的方法进行教学，即让化学反应在常温和温水加热的条件下分别进行，同时，让学生对反应现象进行观察，并对反应速率进行比较.为了使整个过程更加直观，可向反应容器当中加入剂量相等的盐酸，随后让同学观察气泡冒出的速率，在此基础上感知温度对化学反应速率的影响，进而归纳总结出调控化学反应速率的方法.此外，教师可提出“如何减慢牛奶变质”等类似问题，使学生能够从温度变化影响化学反应速率的角度出发解决此类问题.
总之，“化学反应与能量”主题具有重要的学科价值和社会价值，不仅有利于帮助学生明确化学反应与能量之间的双向关系，培养学生形成正确的能量观，而且还能够提高学生的科学素养，强化学生利用化学反应与能量为人类服务的意识.本文以“化学反应与能量”教学主题为研究对象，归纳了化学反应与能量关系的认识发展层级，尤其对高中必修阶段的“化学反应与能量”主题教学设计进行深入探讨，对指导“化学反应与能量”主题的一线教学具有重要意义，能够为教师明确该主题的教学设计思路提供有价值的参考.