解志芳（浙江省諸暨中學教育集團　浙江諸暨　311800）

同編原創(chuàng)試題共創(chuàng)高效課堂——“酒精檢測儀之原理探秘”教學設(shè)計與思考

解志芳
（浙江省諸暨中學教育集團浙江諸暨311800）

摘要：文章以酒精檢測儀為載體，給課堂教學量身定做一道有價值的原創(chuàng)題，不是拼湊，使其既符合學生學習實際，又能緊緊圍繞教學知識點，并利用原創(chuàng)題進行教學，充分調(diào)動學生學習的積極性，提高課堂教學效率。

關(guān)鍵詞：原創(chuàng)題；酒精檢測儀；課堂教學

中圖分類號：

文章編號：1008-0546（2015）03-0033-04G633．8

文獻標識碼：B

高三是高考前沖刺的重要階段，學生已學習的各科目知識都已經(jīng)很多，但用來復習的時間卻非常有限，因此提高課堂教學效率便顯得異常重要。浙江省教育廳教研室任雪明老師在一次報告中提到，他曾在某重點高中進行高三教學調(diào)研時聽了一堂“鐵及其化合物”的復習課，課堂上教師對化學概念、理論、元素化合物的性質(zhì)、知識網(wǎng)絡(luò)構(gòu)建等重要知識和學習方法進行了復習指導，課堂氣氛也非常好。但在下課以后他立即就教師強調(diào)的重點內(nèi)容設(shè)計了三個小題讓學生馬上完成并交起來，以檢測本堂課的教學效果，結(jié)果卻不盡如人意［1］。本來這是一位經(jīng)驗豐富的老師精心設(shè)計的一堂課，從教學角度來講已經(jīng)做得很好，但從學生掌握情況來看與我們預期的結(jié)果仍有一定差距。有時候自己也會有類似的經(jīng)歷，有些知識上課已經(jīng)講過，并且自己還感覺分析得很透徹，但學生一做作業(yè)或考試時仍會出錯，你去問他：“上課聽懂了嗎？”總是會聽到學生說：“聽都聽得懂，就是題目不會做?！眴栴}究竟出在哪里呢？

我想最重要的是高三復習課的課堂沒有足夠大的吸引力，不能使學生真正積極主動地參與到課堂中來，成為課堂的主體。高三的復習課需承載“知識整合”和“能力提升”兩大教學目標［1］，老師為了“保質(zhì)保量”的完成教學任務(wù)一般會選擇以鞏固基礎(chǔ)知識為主的教學方式，難免會讓人覺得枯燥乏味，缺少新意，導致學生不愿聽或聽了也沒用心思考，因此課堂效率不高。為避免類似情況發(fā)生，在今年高三復習化學反應原理的相關(guān)知識時筆者做了一個新的嘗試，即不以知識點為主線，而是選取酒精檢測儀作為載體，讓學生結(jié)合所學知識點進行命題，并在編題、解題、評題的各環(huán)節(jié)中滲透相關(guān)知識點。筆者在此過程中發(fā)現(xiàn)學生參與度明顯提高，的確感受到了學生學習的積極性和主動性。下面筆者將以“酒精檢測儀之原理探秘”的課堂教學片斷為例談?wù)勛约旱囊恍┳龇ê拖敕ㄅc大家共勉。

一、合理選材，提煉知識

就近幾年高考題來看，一個很重要的特點就是“新”，雖然知識源于教材，但載體源于生活和實際生產(chǎn)過程，因此所選載體必須是來源于生產(chǎn)、生活中的實物或熱點問題，一方面能激發(fā)學生學習的欲望和好奇心，另一方面又能與高考所要求的知識相結(jié)合。因此平時應該多關(guān)注時事熱點，搜集一些新的背景材料以備不時之需。本堂課筆者就近年來檢查酒駕所用酒精檢測儀為載體來設(shè)計的。

教學片段1：

［引課］幻燈片圖片展示：交警檢查酒駕時的相關(guān)圖片。

［師］酒后駕車事故多，害人害己。為杜絕酒后駕車事故發(fā)生警察經(jīng)常對司機進行檢查，圖中所示場景同學們應該見到過，你知道警察所用酒精檢測儀的工作原理嗎？

［生］不知道。（大部分人不知道。）

［師］幻燈片展示介紹常見酒精檢測儀的種類，并選取常用的一種詳細介紹。

資料：為加強查處酒后駕駛的力度，執(zhí)法交警用酒精檢測儀來檢測駕駛?cè)藛T呼出氣體中的酒精含量，其中最常用的一種酒精檢測儀的反應原理為：CH3CH2OH＋O2＝CH3COOH＋H2O，當被測者對著管子呼氣時，氣體中的酒精被輸送到電池中反應產(chǎn)生微小電流，該電流經(jīng)電子放大器放大后在液晶顯示屏上顯示的數(shù)值即表示酒精含量，該數(shù)值與被測者呼出氣體中酒精含量成正比。

酒精檢測儀

該酒精檢測儀的工作原理示意圖如下：

工作原理示意圖

（該資料其實是筆者查閱多種資料后整理出來的，并將其工作原理用示意圖表示，目的是將實物更好地與高考內(nèi)容相結(jié)合，學生容易看懂，使后續(xù)編題工作順利展開。）

［生］閱讀并思考工作原理。

［師］結(jié)合該酒精檢測儀的相關(guān)信息，你認為它的工作原理中涉及到了哪些化學知識呢？

［生］挖掘知識點。如原電池（燃料電池），氧化還原，有機物乙醇的性質(zhì)，電解質(zhì)溶液（硫酸、醋酸）……

（學生未想到的，可由教師提示并做補充。）

［師］假如你是高考命題專家，讓你以酒精檢測儀為載體編一道高考題，你可以設(shè)置哪些考點呢？

請大家自選角度，進行命題，題型、題量不限，看誰編的又多又好。

（不一定要學生編出一道完整的題目，可以編一小題，也可以編一個選項，甚至是一個考點。）

經(jīng)過這樣的一個教學情景，學生一定會有興趣參與，積極思考，努力挖掘可考知識點，大大提高了學生參與課堂活動的積極性，為后續(xù)課堂教學營造良好的學習氣氛。

二、學生體驗，編題做題

先給學生約5分鐘的時間思考，然后請3～4個學生分別用合適的方式來展示自己所編試題，其他同學解答，并由出題者對答案作出評價。若學生能解決，教師便不需參與，若不能解決，由教師給出解釋。

教學片段2：

［師］哪位命題專家想用自己的“高考題”來考考大家呢？請上前展示，如需要可借助板書。

［生］給出各種各樣的題目，并對自己所出題目給出合理解釋。

此過程為教學的中心環(huán)節(jié)，學生對電化學常見知識點的考查較多，如電子流向，離子移動方向，轉(zhuǎn)移電子數(shù)目，電極反應方程式書寫，反應類型判斷等，教師在對學生所出題目進行點評的過程中對原電池知識點進行鞏固復習。通過學生自己編題、做題和評題的參與過程，對原電池知識有了更深刻的印象。

三、巧妙設(shè)問，正確引導

本載體除了原電池知識以外，還可以考查很多其他知識。比如結(jié)合法拉第定律考乙醇的定量計算，結(jié)合實驗考查酸堿中和滴定，根據(jù)產(chǎn)物考查電解質(zhì)溶液的相關(guān)知識等。但估計學生自己很難想到，此時便需要教師不斷引導，盡量讓學生自己想到這些比較隱蔽的知識點。在實際操作過程中我是通過一些簡單問題來提示學生的。

教學片段3：

［師］司機對著酒精檢測儀呼氣時警察便能判斷他是否喝酒，喝了多少酒，你知道判斷依據(jù)是什么嗎？

［生］屏幕顯示的數(shù)據(jù)。

［師］此數(shù)據(jù)大小與什么有關(guān)？

［生］電路中通過的電流。

［師］電流大小又是由什么決定呢？

［生］呼出氣體中乙醇的含量。呼出乙醇越多，電路中電流越大，經(jīng)微處理器放大后屏幕顯示數(shù)值越大。

［師］你能設(shè)計一道題目根據(jù)電路中的電流來計算司機呼出氣體中乙醇的含量嗎？

［生］思考并繼續(xù)編題。

雖然在這一環(huán)節(jié)學生并沒有編出特別有價值的題目，但從那些看似簡單的題目中我發(fā)現(xiàn)他們已經(jīng)努力思考過了，并且在試圖尋找微觀電子數(shù)與電路中的電流以及宏觀的乙醇含量之間的定量轉(zhuǎn)化關(guān)系。教師可通過此環(huán)節(jié)復習與法拉第定律有關(guān)的一些計算：電量（Q）＝電流（I）×時間（t）＝電子的物質(zhì)的量（n電子）×每摩爾電子的電量（法拉第常數(shù)F），電子的物質(zhì)的量（n電子）＝乙醇的物質(zhì)的量（n乙醇）×每摩爾乙醇轉(zhuǎn)移電子的物質(zhì)的量（4）。這便是酒精檢測儀實際應用的基本原理，當然

因電路中電流太小，需用微處理器放大并轉(zhuǎn)化成屏幕所顯示的數(shù)據(jù)，遠比我們想象的復雜得多，但因與高考知識關(guān)系不大，不必深究。為了將更多的高考知識結(jié)合到此載體上來，筆者又進行了新一輪的設(shè)問提示。

教學片段4：

［師］除了用乙醇轉(zhuǎn)移電子數(shù)來計算乙醇的含量，你還能想到用什么物質(zhì)來測呼出氣體中乙醇的含量呢？

［生］消耗氧氣的量，生成乙酸的量……

［師］理論上兩者均可用于測定，實際上測誰更容易實現(xiàn)呢？為什么？

［生］乙酸。因為氧氣來自空氣，其消耗量不容易確定。

［師］那可以用什么方法來測定生成乙酸的含量呢？

［生］酸堿中和滴定。

［師］酸堿中和滴定是我們高考中非常重要的考點，據(jù)此你能編出一道考題嗎？

［生］思考并繼續(xù)編題、討論、分析……

通過上述幾句簡單設(shè)問，便能引導學生想到重要的定量測定實驗——酸堿中和滴定，學生立刻想到加酸堿指示劑用標準NaOH溶液來滴定。不過該混合液很復雜，因為是混合酸，用常規(guī)的酸堿指示劑來判斷滴定終點要用雙指示劑，即先用甲基橙作指示劑滴定硫酸，溶液由紅色變?yōu)槌壬珪r再用酚酞作指示劑滴定醋酸，但當?shù)蔚浇K點時酚酞由無色變紅色的同時甲基橙也會由橙色變?yōu)辄S色，指示劑之間的顏色干擾會影響終點準確判斷，因此用指示劑判斷終點選擇連續(xù)滴定不可取。在此方案被否定以后于是有同學想到分別滴定，取兩等份溶液，一份用甲基橙作指示劑，另一份用酚酞作指示劑，這樣便能完成測定醋酸的任務(wù)，但操作又比較麻煩。有沒有操作簡單又能完成任務(wù)的呢？在我們討論的過程中最終引導學生想到判斷終點的另一種方法——pH計，這樣便可經(jīng)一次連續(xù)滴定測出醋酸含量。當然要讓學生編出合理的題目是比較困難，但我們可以通過這個編題討論的環(huán)節(jié)復習定量測定實驗的一些重要知識，比如可測數(shù)據(jù)的選擇，實驗儀器的使用，實驗方案的設(shè)計，滴定操作，終點判斷，數(shù)據(jù)處理以及誤差分析等，還可以對所得滴定混合液中有關(guān)成分分析，復習弱酸電離，pH計算，鹽類水解等相關(guān)知識。所涉及的內(nèi)容很多，知識容量非常大，因此對于《化學反應原理》知識復習來講酒精檢測儀的確是一個非常好的素材。

四、教師編題，課堂檢測

在上述編題知識回顧過程結(jié)束以后，教師可展示自己所編試題讓學生來做，以此來檢測學生課堂學習的效果。

1．試題展示

為加強查處酒后駕駛的力度，執(zhí)法交警用酒精檢測儀來檢測駕駛?cè)藛T呼出氣體中的酒精含量，其中最常用的一種酒精檢測儀的反應原理為：CH3CH2OH＋O2＝CH3COOH＋H2O，當被測者對著管子呼氣時，氣體中的酒精被輸送到電池中反應產(chǎn)生微小電流，該電流經(jīng)電子放大器放大后在液晶顯示屏上顯示的數(shù)值即表示酒精含量，該數(shù)值與被測者呼出氣體中酒精含量成正比。

Ⅰ．該酒精檢測儀的工作原理示意圖如下，請回答下列問題：

酒精檢測儀

工作原理示意圖

（1）下列說法中正確的是

A．利用該裝置可將電能轉(zhuǎn)化為化學能

B．a(chǎn)電極為負極，電極反應式為：

CH3CH2OH＋4OH－－4e－＝CH3COOH＋2H2O

C．電解質(zhì)溶液中的H＋移向b電極

D．電子由b極流向a極

（2）假設(shè)某被測者1s呼氣VL，微處理器中通過的電流為x A（已知1mol電子的電量為96500庫倫），請列式計算該被測者呼出氣體中酒精含量為____mg／L（用含V、x的代數(shù)式表示，可不必化簡）。

Ⅱ．某化學興趣小組同學模擬該裝置原理對一空氣與酒精的混合氣體中酒精含量進行檢測，該興趣小組同學設(shè)計了如下實驗方案：

（不考慮反應過程中氣體的損失，且假設(shè)該條件下硫酸的電離方程式為：H2SO4＝2H＋＋SO42－）

步驟①：用100mL注射器抽取待測氣體100mL，沿呼氣口緩緩注入裝置使其充分反應，再重復操作4次。

步驟②：將裝置中的電解液全部取出，并將其稀釋成250mL溶液。

2004年末，鶴壁市的城市規(guī)劃局也頒布了關(guān)于建筑外部造型和市面色彩規(guī)劃的管理通知。同年，南京市也召開了城市色彩建設(shè)研討會，最后把淡綠色定為南京城市的基礎(chǔ)色調(diào)。

步驟③：取出稀釋后的待測液25．00mL，用0．1000mol／L的標準NaOH溶液進行滴定，并用pH

計不斷測定滴定過程中溶液的pH，繪制出如圖所示的滴定曲線。

請回答下列問題：

（1）本實驗中一定不會用到的儀器是（不考慮加蒸餾水時所用儀器）___________________。

A．250mL容量瓶B．25mL量筒C．堿式滴定管

D．酸式滴定管E．25mL移液管

A．由時間控制，連續(xù)測定兩次pH的時間間隔必須相同。

B．由滴入NaOH溶液的體積控制，連續(xù)測定兩次pH的體積間隔必須相同。

C．由滴入NaOH溶液的體積控制，連續(xù)測定兩次pH的體積間隔不必相同，遠離滴定終點時體積間隔可以較大，接近滴定終點時體積間隔一定要小。

D．若注入混合氣體速度過快，會縮短a點與b點之間的橫坐標間距，導致測得酒精含量偏低

（3）已知：該溫度下醋酸的電離平衡常數(shù)Ka＝1．0× 10－6。曲線中a點對應溶液的pH約為________，

b點對應溶液中離子濃度由大到小的順序______。

（4）該興趣小組通過上述實驗測得混合氣體中酒精的含量為_____mg／L。

2．參考答案詳解與評分標準：本題共15分

Ⅰ．（1）C（2分）

解析：A．該裝置是原電池，可直接將化學能轉(zhuǎn)化為電能，選項A錯誤。B．a(chǎn)為負極，正確；但電解質(zhì)為硫酸，電極方程式中不應出現(xiàn)OH－，應為CH3CH2OH＋H2O－4e－＝CH3COOH＋4H＋。選項B錯誤。C．b極為正極，原電池中陽離子H＋移向正極，選項C正確。D．原電池中電子由負極流向正極，即由a極流向b極，選項D錯誤。

Ⅱ．（1）B（1分）

解析：配250mL溶液要用250mL容量瓶，用標準NaOH溶液滴定要用堿式滴定管，取體積為25．00mL待測液一定不用25mL量筒，因有兩位小數(shù)，不能用量筒量取，可用酸式滴定管或25mL移液管移取，故答案B。

（2）CD（2分）

解析：由滴定曲線中橫縱坐標可知曲線表示的是溶液pH隨著加入標準NaOH溶液體積的變化。因此在加入不同NaOH溶液的體積時測定溶液的pH值，開始時pH變化不大，可間隔較大體積再測定pH，接近終點時pH變化較大，兩次測定體積間隔一定要小，最好每加一滴測定一次，突躍過后pH變化又趨于平緩，又可以間隔較大體積讀數(shù)，因此選項C描述正確。a點與b點之間的橫坐標間距代表中和醋酸消耗的NaOH，若注入氣體速度過快會使乙醇不完全氧化，使醋酸量減少，因此D正確。

（3）4．0（3分）

解析：此反應滴定原理是用標準NaOH溶液滴定硫酸和醋酸的混合溶液，加入少量NaOH首先中和硫酸，達到第一個滴定終點，第一個滴定終點過后繼續(xù)用NaOH滴定，再中和溶液中的醋酸。a點之前為氫氧化鈉與硫酸反應，滴定至a點時，溶液中的硫酸恰好與滴入的NaOH完全反應，此時溶液中的溶質(zhì)主要為硫酸鈉和醋酸。由c（CH3COOH）×V（aq）＝c（NaOH）×V （NaOH），可算出溶液中c（CH3COOH）＝0．01mol／L，根據(jù)醋酸的電離平衡常數(shù)10－4mol／L，pH＝4．0。

c（Na＋）＞c（SO42－）＞c（CH3COO－）＞c（OH－）＞c（H＋）（2分）。

解析：滴定至b點時溶液中溶質(zhì)為硫酸鈉和醋酸鈉，由圖像中橫坐標數(shù)據(jù)可得，中和硫酸與中和醋酸消耗的氫氧化鈉體積分別為10．00mL和3．50mL，體積比為20∶7，因此溶液中硫酸與醋酸物質(zhì)的量之比為10∶7，所以b點溶液中的溶質(zhì)為硫酸鈉和醋酸鈉的物質(zhì)的量濃度之比為10∶7，離子濃度大小關(guān)系為：c（Na＋）＞c（SO42－）＞c（CH3COO－）＞c（OH－）＞c（H＋）。離子濃度也可以先算出硫酸和醋酸的濃度再進行比較。

（4）322．0（3分）

解析：由圖像可知，a點至b點所消耗的3．50mLNaOH用來中和稀釋后25mL溶液中的醋酸，而醋酸是由乙醇氧化而得，因此乙醇含量為：以及c（H＋）≈c（CH3COO－），c（CH3COOH）≈0．01mol／L，所以近似可得c（H＋）≈

3．試題評價

本題最大亮點在于以當前中國公安部為減少由酒后駕駛造成的惡性交通事故而在全國各地加強查處酒后駕駛的力度為背景事件，一方面提高學生禁止酒后駕車的安全意識，另一方面利用執(zhí)法交警所用燃料電池型酒精檢測儀作為載體，題干不脫離生活實際；題干信息以文字、數(shù)據(jù)、圖像等多種形式呈現(xiàn)，題目綜合性較強，定性判斷與定量計算相結(jié)合，實驗與原理相結(jié)合，考查電化學相關(guān)知識以及法拉第定律，同時又結(jié)合實驗考查酸堿中和滴定，電解質(zhì)溶液等相關(guān)知識，考查學生綜合能力，有一定區(qū)分度，屬于較難題。

經(jīng)過上述編題過程，相信學生已經(jīng)在不知不覺中對已有知識進行了加強與鞏固，不會覺得枯燥，因為通過師生同編原創(chuàng)試題的過程避免了知識的簡單重復，讓學生有了新意，課堂上自始至終都貫徹了“自主、互動、有效”的原則，根據(jù)學生對知識的實際掌握情況而量身定制了既符合自己的教學需要，也符合學生的需求的原創(chuàng)題，共同提高了課堂教學效率。雖然我們沒有精力做到讓每堂課都能盡善盡美，但我們會朝著這個方向不懈努力！

參考文獻

［1］任雪明．從一次當堂檢測看高三化學復習課的效益［J］．化學教學，2013，（6）：33－34

doi：10.3969／j．issn．1008－0546．2015．03．012