燃烧热测定是一个经典的物理化学实验，在各高等学校普遍开设^[1–4]。该实验涉及的基本操作多、实验周期长、要求高，对培养学生规范严谨的实验习惯、实事求是的科学态度、分工协作的团队精神、坚韧不拔的意志品质、勇于探索的创新精神具有重要意义^[5]。近年来，对燃烧热实验进行改进的研究比较多，包括用蔗糖^[6]和肉桂酸^[7]等绿色试剂替换有污染的萘，实现实验的绿色化改造；改造压片方式和点火方式^[8]；改进数据采集和处理方式^[9]等。虽然通过引入蔗糖和肉桂酸替换萘可以引入一些绿色理念，但其意义很难深化，难以系统深入地发挥课程思政教育作用。近年来也有研究者采用甘蔗渣和玉米芯等农林废弃物或者白酒和固体酒精等^{[10, 11]}测量燃烧热，但相关改革均未与国家能源安全和三农发展等国家战略对接，改进后实验的课程思政意义发掘仍不够深入。

本案例以燃烧热测定服务于农林废弃物燃烧发电为例^[12–15]，将燃烧热测定与热电厂的安全运行和解决农林废弃物危害相衔接，引导学生认识综合利用农林废弃物对服务“三农”、乡村振兴和“双碳”战略的重要意义^[13]，不仅可以提高学生的学习兴趣，还可以引导学生关心国家的能源安全、环境保护、可持续发展和人民的生命健康，深刻领悟习近平生态文明思想。改革后的实验综合体现了大学教学“面向世界科技前沿、面向经济主战场、面向国家重大需求、面向人民生命健康”的要求，增强了学生运用所学专业知识服务国家发展战略的自觉性和主动性。

农林废弃物是排在石油、煤炭和天然气之后的世界第四大能源，是人类最早使用的能源，属于可再生能源和绿色能源，具有“取之不尽、用之不竭”的特点^[12]。我国每年产生的各类农林废弃物超过13亿吨，之前主要用于农村地区的冬季取暖、日常煮饭、做牲畜饲料、生产沼气和造纸等。近年来，由于农业生产能力的不断提高，农林废弃物的产量大幅增加，与此同时，伴随着人民生活水平的提高，煤炭、液化气、管道天然气和电力在农村地区广泛使用，加之牲畜饲料的产业化发展以及小规模造纸厂的淘汰升级，导致农林废弃物大量剩余。为了避免农林废弃物占用耕地、导致土壤结构损坏和病虫害滋生，以往人们往往采用露天焚烧的方式进行处理，每年在春播之前和秋收之后，农民都会大量焚烧秸秆。农林废弃物的露天焚烧不仅浪费资源，还会造成严重的大气污染，甚至影响航空和交通安全(见图 1)。虽然政府三令五申，严令禁止焚烧秸秆并积极推进秸秆还田和资源化、饲料化、燃料化处理，但处理的数量比较有限，农民收益不多，参与的积极性不高，仍然无法完全杜绝焚烧秸秆的情况发生。

目前，农林废弃物规模化处理唯一的方法就是燃烧发电^[12]，通过建设以农林废弃物为燃料的热电厂，单独以农林废弃物为燃料或者与电煤混合使用，可以大量节省煤炭(见图 2)。如果单纯采用农林废弃物为燃料，理论上可以实现完全的“碳中和”；即便是与电煤混合使用，也可以大幅度减少二氧化碳排放，服务“双碳”战略的实施^{[13, 14]}。在农林废弃物燃烧发电的过程中，必须保证燃烧的完全和稳定：如果燃料的热值不高、燃烧不充分，会导致燃烧温度过低造成锅炉灭火；如果温度过高或者火焰中心偏离，可能造成局部管壁超温，致使锅炉变形而影响安全。由于每一批次的电煤和农林废弃物的热值和燃烧性能不同，为了保证锅炉的安全平稳运行，必须测定每一批次煤炭和农林废弃物的燃烧热，以便合理调配^[15]。

教师可结合地方特点，采集不同种类的农林废弃物(如麦秸、玉米秸、玉米芯、棉杆、稻草、稻壳、甘蔗渣、甜菜渣、树枝、树皮和落叶等)，经晾晒后粉碎到一定程度制成样品(见图 3) ^{[10, 11]}。也可以允许学生自带样品，并在教师的指导下提前做好预处理。

教师通过预做实验，确定燃烧热测量的相关参数，包括样品的预处理方式、样品的适宜质量、压实的程度、点火方式、升温情况、雷诺曲线、温度校准等，以保证实验的顺利完成。实验前，须将样品放在烘箱内干燥至恒重，并保存在干燥器内备用。

学生以小组为单位，通过实验平台提供的线上教学资源(如本文参考文献)并自主查阅其他文献，了解量热的国标(GB)要求，说明测定燃料燃烧热的意义及对热电厂安全生产的重要意义。说明采用农林废弃物燃烧发电需要进行哪些预处理并解释原因。

学生在课程网站的讨论区就上述问题发表观点并形成小组报告。在实验课前安排1–2个小组就相关问题进行交流，其他组同学进行提问，教师进行点评和启发，加深学生对测量意义和测量原理的认识。

教师对学生拓展学习的情况和研讨的深入程度进行评分，引导和培养学生的自主学习能力。

学生依托实验教学平台所提供的实验教学录像(见图 4)、虚拟仿真实验和相关学习材料，通过自主学习，掌握氧弹式量热计的构成和使用方法、燃烧热测量的原理和操作过程，明确实验的关键点和安全注意事项，并通过线上测试和教师审核，以保证学生能够规范操作仪器设备，安全顺利地完成实验。该过程可以培养学生的自主学习能力，压缩课堂讲解时间，提高实验的效率。

在实验开始前，安排1–2组学生交流一下实验的注意事项，将实验讲解的主体由教师变成学生，其他学生进行点评和补充，可以提高学生的学习效果。

建议采用团队实验和多参数实验设置^[10]。开展燃烧热测定时，通常是4–6组学生同时做实验，每组2人。教师可以安排各组学生采用不同的样品进行平行实验，如不同种类的农林废弃物、不同粉碎程度、不同干燥程度的样品等。在各组独立完成测量的基础上，各组学生共享数据，从而达到研究相关参数对燃烧热影响的目的，增强基础实验的研究属性。通过团队实验，还可以培养学生的团队合作意识和组织协调能力。

在实验过程中，学生们按照新理念、新要求完成实验，突出实验规范、实事求是、安全环保等要求。教师在巡查过程中，对学生的操作进行指导，并对学生操作的科学性和规范性进行评价。

实验结束后，安排各实验组进行交流研讨，分析实验结果，共同处理数据，得出结论。

课后，学生在正确记录和处理实验数据、分析实验误差、得出确切结论，并对不同样品的热值进行比较、对样品的燃烧性能进行评价的基础上完成并提交实验报告。教师批阅实验报告，对学生的实验态度、实验过程、实验结果所体现的实验能力进行评价。

在实验加深学生对案例的思政内涵理解的基础上，进一步通过课程网站布置作业等形式，安排学生以小组为单位完成以下拓展内容：

(1) 将量热原理拓展到反应热、溶解热、稀释热、吸附热和相变热的测量^[5]，同时说明微量热技术及其应用，构建量热原理与技术的知识体系，分析影响这些量热方法测量精度的因素，比较它们各自的优缺点和适用范围，培养学生对实验原理举一反三的能力^[5]。

(2) 说明燃烧热测定对质能联算、反应器和燃烧炉设计、消防安全，获取物质的生成焓和键能等热力学数据，以及测量燃料热值对评价燃料性能和经济效益的意义，促使学生加深对燃烧热测定重要性的认识。

(3) 结合实验，说明测定电煤和农林废弃物燃烧热对安全发电的重要意义。通过查阅文献找出电煤的数据并结合实验测量结果，说明如果将13亿吨农林废弃物全部用于发电，可以节省多少吨标准煤，减少多少吨二氧化碳排放。进一步说明农林废弃物燃烧发电技术对开发可再生能源、维护国家能源安全、服务“双碳”战略、减少大气污染、实现农民增收和促进乡村产业振兴的重要意义。加深学生对农林废弃物有效利用的生态意义和对保障能源安全、可持续发展的意义的认识。

(4) 通过查阅文献，说明我国农林废弃物燃烧发电的热电厂的建设和运行情况，对当前存在的问题和未来改革和发展的方向进行综合分析和批判性思考，促进学生了解国情民情社情，强化责任意识。

(5) 学生在接触燃烧热实验之前已经学过无机化学和有机化学，可以要求学生结合专业知识，进一步讨论化学在农林废弃物综合利用中的地位和作用，如生产纤维素、人造棉、生物柴油、活性炭等，提出拓展农林废弃物应用、提高利用效率和附加值的路径，体现创新精神。

以上问题既可作为实验报告的内容，也可以作为小组作业、小组报告、论文综述、实施方案、方案评价和小组展示的内容单独提交(参见表 1)。

教师通过对线上讨论、预习报告、实验报告、小组作业(包括调研报告或者论文)等形式所体现的素质和能力进行考核，制订相关评价标准，按照产出导向的理念，采用多样化考核手段，对课程思政教育目标的达成情况进行考核(参见表 1)。

结果显示，对燃烧热测定实验进行课程思政改造之后，学生对物理化学实验重要性的认识得到强化，实验兴趣和认真程度得到提升，对知识点和规范操作的理解更加深刻，社会责任感和科研意识也得到了显著增强。

在实验改革的过程中，教师应注意做好以下几方面工作：(1) 对本地农林废弃物的资源及利用情况进行调研，选择具有本地特色的农林废弃物资源，使实验内容与本地经济社会发展更好地衔接；(2) 可以采用不同成分、不同粉碎程度和不同干燥程度的样品进行实验，引导学生研究影响燃烧性能的因素，可以安排周一实验的学生研究不同种类农林废弃物的热值、周二实验的学生研究不同粉碎程度对燃烧的影响、周三实验的学生研究不同干燥程度的影响，让4–6组学生平行开展一个影响因素的实验，即可获得影响曲线；(3) 教师应提前预做实验，确定比较适宜的实验条件，保证学生能够比较顺利地完成相关实验操作。

本实验课程思政案例以保障农林废弃物燃烧发电的安全为出发点，对经典物理化学实验——氧弹法测燃烧热进行了改进，不仅实现了实验本身的绿色化，而且将实验内容与服务“三农”、乡村振兴和“双碳”战略、关心国家能源安全、环境保护、可持续发展和人民生命健康，领悟习近平生态文明思想，体现“面向世界科技前沿、面向经济主战场、面向国家重大需求、面向人民生命健康”的要求紧密衔接，是一个课程思政教育内涵丰富、教学效果理想的优秀实验课程思政教学案例，具有较好的推广应用价值。