同编原创试题 共创高效课堂——“酒精检测仪之原理探秘”教学设计与思考

解志芳（浙江省诸暨中学教育集团　浙江诸暨　311800）

同编原创试题共创高效课堂——“酒精检测仪之原理探秘”教学设计与思考

解志芳
（浙江省诸暨中学教育集团浙江诸暨311800）

摘要：文章以酒精检测仪为载体，给课堂教学量身定做一道有价值的原创题，不是拼凑，使其既符合学生学习实际，又能紧紧围绕教学知识点，并利用原创题进行教学，充分调动学生学习的积极性，提高课堂教学效率。

关键词：原创题；酒精检测仪；课堂教学

中图分类号：

文章编号：1008-0546（2015）03-0033-04G633．8

文献标识码：B

高三是高考前冲刺的重要阶段，学生已学习的各科目知识都已经很多，但用来复习的时间却非常有限，因此提高课堂教学效率便显得异常重要。浙江省教育厅教研室任雪明老师在一次报告中提到，他曾在某重点高中进行高三教学调研时听了一堂“铁及其化合物”的复习课，课堂上教师对化学概念、理论、元素化合物的性质、知识网络构建等重要知识和学习方法进行了复习指导，课堂气氛也非常好。但在下课以后他立即就教师强调的重点内容设计了三个小题让学生马上完成并交起来，以检测本堂课的教学效果，结果却不尽如人意［1］。本来这是一位经验丰富的老师精心设计的一堂课，从教学角度来讲已经做得很好，但从学生掌握情况来看与我们预期的结果仍有一定差距。有时候自己也会有类似的经历，有些知识上课已经讲过，并且自己还感觉分析得很透彻，但学生一做作业或考试时仍会出错，你去问他：“上课听懂了吗？”总是会听到学生说：“听都听得懂，就是题目不会做。”问题究竟出在哪里呢？

我想最重要的是高三复习课的课堂没有足够大的吸引力，不能使学生真正积极主动地参与到课堂中来，成为课堂的主体。高三的复习课需承载“知识整合”和“能力提升”两大教学目标［1］，老师为了“保质保量”的完成教学任务一般会选择以巩固基础知识为主的教学方式，难免会让人觉得枯燥乏味，缺少新意，导致学生不愿听或听了也没用心思考，因此课堂效率不高。为避免类似情况发生，在今年高三复习化学反应原理的相关知识时笔者做了一个新的尝试，即不以知识点为主线，而是选取酒精检测仪作为载体，让学生结合所学知识点进行命题，并在编题、解题、评题的各环节中渗透相关知识点。笔者在此过程中发现学生参与度明显提高，的确感受到了学生学习的积极性和主动性。下面笔者将以“酒精检测仪之原理探秘”的课堂教学片断为例谈谈自己的一些做法和想法与大家共勉。

一、合理选材，提炼知识

就近几年高考题来看，一个很重要的特点就是“新”，虽然知识源于教材，但载体源于生活和实际生产过程，因此所选载体必须是来源于生产、生活中的实物或热点问题，一方面能激发学生学习的欲望和好奇心，另一方面又能与高考所要求的知识相结合。因此平时应该多关注时事热点，搜集一些新的背景材料以备不时之需。本堂课笔者就近年来检查酒驾所用酒精检测仪为载体来设计的。

教学片段1：

［引课］幻灯片图片展示：交警检查酒驾时的相关图片。

［师］酒后驾车事故多，害人害己。为杜绝酒后驾车事故发生警察经常对司机进行检查，图中所示场景同学们应该见到过，你知道警察所用酒精检测仪的工作原理吗？

［生］不知道。（大部分人不知道。）

［师］幻灯片展示介绍常见酒精检测仪的种类，并选取常用的一种详细介绍。

资料：为加强查处酒后驾驶的力度，执法交警用酒精检测仪来检测驾驶人员呼出气体中的酒精含量，其中最常用的一种酒精检测仪的反应原理为：CH3CH2OH＋O2＝CH3COOH＋H2O，当被测者对着管子呼气时，气体中的酒精被输送到电池中反应产生微小电流，该电流经电子放大器放大后在液晶显示屏上显示的数值即表示酒精含量，该数值与被测者呼出气体中酒精含量成正比。

酒精检测仪

该酒精检测仪的工作原理示意图如下：

工作原理示意图

（该资料其实是笔者查阅多种资料后整理出来的，并将其工作原理用示意图表示，目的是将实物更好地与高考内容相结合，学生容易看懂，使后续编题工作顺利展开。）

［生］阅读并思考工作原理。

［师］结合该酒精检测仪的相关信息，你认为它的工作原理中涉及到了哪些化学知识呢？

［生］挖掘知识点。如原电池（燃料电池），氧化还原，有机物乙醇的性质，电解质溶液（硫酸、醋酸）……

（学生未想到的，可由教师提示并做补充。）

［师］假如你是高考命题专家，让你以酒精检测仪为载体编一道高考题，你可以设置哪些考点呢？

请大家自选角度，进行命题，题型、题量不限，看谁编的又多又好。

（不一定要学生编出一道完整的题目，可以编一小题，也可以编一个选项，甚至是一个考点。）

经过这样的一个教学情景，学生一定会有兴趣参与，积极思考，努力挖掘可考知识点，大大提高了学生参与课堂活动的积极性，为后续课堂教学营造良好的学习气氛。

二、学生体验，编题做题

先给学生约5分钟的时间思考，然后请3～4个学生分别用合适的方式来展示自己所编试题，其他同学解答，并由出题者对答案作出评价。若学生能解决，教师便不需参与，若不能解决，由教师给出解释。

教学片段2：

［师］哪位命题专家想用自己的“高考题”来考考大家呢？请上前展示，如需要可借助板书。

［生］给出各种各样的题目，并对自己所出题目给出合理解释。

此过程为教学的中心环节，学生对电化学常见知识点的考查较多，如电子流向，离子移动方向，转移电子数目，电极反应方程式书写，反应类型判断等，教师在对学生所出题目进行点评的过程中对原电池知识点进行巩固复习。通过学生自己编题、做题和评题的参与过程，对原电池知识有了更深刻的印象。

三、巧妙设问，正确引导

本载体除了原电池知识以外，还可以考查很多其他知识。比如结合法拉第定律考乙醇的定量计算，结合实验考查酸碱中和滴定，根据产物考查电解质溶液的相关知识等。但估计学生自己很难想到，此时便需要教师不断引导，尽量让学生自己想到这些比较隐蔽的知识点。在实际操作过程中我是通过一些简单问题来提示学生的。

教学片段3：

［师］司机对着酒精检测仪呼气时警察便能判断他是否喝酒，喝了多少酒，你知道判断依据是什么吗？

［生］屏幕显示的数据。

［师］此数据大小与什么有关？

［生］电路中通过的电流。

［师］电流大小又是由什么决定呢？

［生］呼出气体中乙醇的含量。呼出乙醇越多，电路中电流越大，经微处理器放大后屏幕显示数值越大。

［师］你能设计一道题目根据电路中的电流来计算司机呼出气体中乙醇的含量吗？

［生］思考并继续编题。

虽然在这一环节学生并没有编出特别有价值的题目，但从那些看似简单的题目中我发现他们已经努力思考过了，并且在试图寻找微观电子数与电路中的电流以及宏观的乙醇含量之间的定量转化关系。教师可通过此环节复习与法拉第定律有关的一些计算：电量（Q）＝电流（I）×时间（t）＝电子的物质的量（n电子）×每摩尔电子的电量（法拉第常数F），电子的物质的量（n电子）＝乙醇的物质的量（n乙醇）×每摩尔乙醇转移电子的物质的量（4）。这便是酒精检测仪实际应用的基本原理，当然

因电路中电流太小，需用微处理器放大并转化成屏幕所显示的数据，远比我们想象的复杂得多，但因与高考知识关系不大，不必深究。为了将更多的高考知识结合到此载体上来，笔者又进行了新一轮的设问提示。

教学片段4：

［师］除了用乙醇转移电子数来计算乙醇的含量，你还能想到用什么物质来测呼出气体中乙醇的含量呢？

［生］消耗氧气的量，生成乙酸的量……

［师］理论上两者均可用于测定，实际上测谁更容易实现呢？为什么？

［生］乙酸。因为氧气来自空气，其消耗量不容易确定。

［师］那可以用什么方法来测定生成乙酸的含量呢？

［生］酸碱中和滴定。

［师］酸碱中和滴定是我们高考中非常重要的考点，据此你能编出一道考题吗？

［生］思考并继续编题、讨论、分析……

通过上述几句简单设问，便能引导学生想到重要的定量测定实验——酸碱中和滴定，学生立刻想到加酸碱指示剂用标准NaOH溶液来滴定。不过该混合液很复杂，因为是混合酸，用常规的酸碱指示剂来判断滴定终点要用双指示剂，即先用甲基橙作指示剂滴定硫酸，溶液由红色变为橙色时再用酚酞作指示剂滴定醋酸，但当滴到终点时酚酞由无色变红色的同时甲基橙也会由橙色变为黄色，指示剂之间的颜色干扰会影响终点准确判断，因此用指示剂判断终点选择连续滴定不可取。在此方案被否定以后于是有同学想到分别滴定，取两等份溶液，一份用甲基橙作指示剂，另一份用酚酞作指示剂，这样便能完成测定醋酸的任务，但操作又比较麻烦。有没有操作简单又能完成任务的呢？在我们讨论的过程中最终引导学生想到判断终点的另一种方法——pH计，这样便可经一次连续滴定测出醋酸含量。当然要让学生编出合理的题目是比较困难，但我们可以通过这个编题讨论的环节复习定量测定实验的一些重要知识，比如可测数据的选择，实验仪器的使用，实验方案的设计，滴定操作，终点判断，数据处理以及误差分析等，还可以对所得滴定混合液中有关成分分析，复习弱酸电离，pH计算，盐类水解等相关知识。所涉及的内容很多，知识容量非常大，因此对于《化学反应原理》知识复习来讲酒精检测仪的确是一个非常好的素材。

四、教师编题，课堂检测

在上述编题知识回顾过程结束以后，教师可展示自己所编试题让学生来做，以此来检测学生课堂学习的效果。

1．试题展示

为加强查处酒后驾驶的力度，执法交警用酒精检测仪来检测驾驶人员呼出气体中的酒精含量，其中最常用的一种酒精检测仪的反应原理为：CH3CH2OH＋O2＝CH3COOH＋H2O，当被测者对着管子呼气时，气体中的酒精被输送到电池中反应产生微小电流，该电流经电子放大器放大后在液晶显示屏上显示的数值即表示酒精含量，该数值与被测者呼出气体中酒精含量成正比。

Ⅰ．该酒精检测仪的工作原理示意图如下，请回答下列问题：

酒精检测仪

工作原理示意图

（1）下列说法中正确的是

A．利用该装置可将电能转化为化学能

B．a电极为负极，电极反应式为：

CH3CH2OH＋4OH－－4e－＝CH3COOH＋2H2O

C．电解质溶液中的H＋移向b电极

D．电子由b极流向a极

（2）假设某被测者1s呼气VL，微处理器中通过的电流为x A（已知1mol电子的电量为96500库伦），请列式计算该被测者呼出气体中酒精含量为____mg／L（用含V、x的代数式表示，可不必化简）。

Ⅱ．某化学兴趣小组同学模拟该装置原理对一空气与酒精的混合气体中酒精含量进行检测，该兴趣小组同学设计了如下实验方案：

（不考虑反应过程中气体的损失，且假设该条件下硫酸的电离方程式为：H2SO4＝2H＋＋SO42－）

步骤①：用100mL注射器抽取待测气体100mL，沿呼气口缓缓注入装置使其充分反应，再重复操作4次。

步骤②：将装置中的电解液全部取出，并将其稀释成250mL溶液。

2004年末，鹤壁市的城市规划局也颁布了关于建筑外部造型和市面色彩规划的管理通知。同年，南京市也召开了城市色彩建设研讨会，最后把淡绿色定为南京城市的基础色调。

步骤③：取出稀释后的待测液25．00mL，用0．1000mol／L的标准NaOH溶液进行滴定，并用pH

计不断测定滴定过程中溶液的pH，绘制出如图所示的滴定曲线。

请回答下列问题：

（1）本实验中一定不会用到的仪器是（不考虑加蒸馏水时所用仪器）___________________。

A．250mL容量瓶B．25mL量筒C．碱式滴定管

D．酸式滴定管E．25mL移液管

A．由时间控制，连续测定两次pH的时间间隔必须相同。

B．由滴入NaOH溶液的体积控制，连续测定两次pH的体积间隔必须相同。

C．由滴入NaOH溶液的体积控制，连续测定两次pH的体积间隔不必相同，远离滴定终点时体积间隔可以较大，接近滴定终点时体积间隔一定要小。

D．若注入混合气体速度过快，会缩短a点与b点之间的横坐标间距，导致测得酒精含量偏低

（3）已知：该温度下醋酸的电离平衡常数Ka＝1．0× 10－6。曲线中a点对应溶液的pH约为________，

b点对应溶液中离子浓度由大到小的顺序______。

（4）该兴趣小组通过上述实验测得混合气体中酒精的含量为_____mg／L。

2．参考答案详解与评分标准：本题共15分

Ⅰ．（1）C（2分）

解析：A．该装置是原电池，可直接将化学能转化为电能，选项A错误。B．a为负极，正确；但电解质为硫酸，电极方程式中不应出现OH－，应为CH3CH2OH＋H2O－4e－＝CH3COOH＋4H＋。选项B错误。C．b极为正极，原电池中阳离子H＋移向正极，选项C正确。D．原电池中电子由负极流向正极，即由a极流向b极，选项D错误。

Ⅱ．（1）B（1分）

解析：配250mL溶液要用250mL容量瓶，用标准NaOH溶液滴定要用碱式滴定管，取体积为25．00mL待测液一定不用25mL量筒，因有两位小数，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：由滴定曲线中横纵坐标可知曲线表示的是溶液pH随着加入标准NaOH溶液体积的变化。因此在加入不同NaOH溶液的体积时测定溶液的pH值，开始时pH变化不大，可间隔较大体积再测定pH，接近终点时pH变化较大，两次测定体积间隔一定要小，最好每加一滴测定一次，突跃过后pH变化又趋于平缓，又可以间隔较大体积读数，因此选项C描述正确。a点与b点之间的横坐标间距代表中和醋酸消耗的NaOH，若注入气体速度过快会使乙醇不完全氧化，使醋酸量减少，因此D正确。

（3）4．0（3分）

解析：此反应滴定原理是用标准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，达到第一个滴定终点，第一个滴定终点过后继续用NaOH滴定，再中和溶液中的醋酸。a点之前为氢氧化钠与硫酸反应，滴定至a点时，溶液中的硫酸恰好与滴入的NaOH完全反应，此时溶液中的溶质主要为硫酸钠和醋酸。由c（CH3COOH）×V（aq）＝c（NaOH）×V （NaOH），可算出溶液中c（CH3COOH）＝0．01mol／L，根据醋酸的电离平衡常数10－4mol／L，pH＝4．0。

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

解析：滴定至b点时溶液中溶质为硫酸钠和醋酸钠，由图像中横坐标数据可得，中和硫酸与中和醋酸消耗的氢氧化钠体积分别为10．00mL和3．50mL，体积比为20∶7，因此溶液中硫酸与醋酸物质的量之比为10∶7，所以b点溶液中的溶质为硫酸钠和醋酸钠的物质的量浓度之比为10∶7，离子浓度大小关系为：c（Na＋）＞c（SO42－）＞c（CH3COO－）＞c（OH－）＞c（H＋）。离子浓度也可以先算出硫酸和醋酸的浓度再进行比较。

（4）322．0（3分）

解析：由图像可知，a点至b点所消耗的3．50mLNaOH用来中和稀释后25mL溶液中的醋酸，而醋酸是由乙醇氧化而得，因此乙醇含量为：以及c（H＋）≈c（CH3COO－），c（CH3COOH）≈0．01mol／L，所以近似可得c（H＋）≈

3．试题评价

本题最大亮点在于以当前中国公安部为减少由酒后驾驶造成的恶性交通事故而在全国各地加强查处酒后驾驶的力度为背景事件，一方面提高学生禁止酒后驾车的安全意识，另一方面利用执法交警所用燃料电池型酒精检测仪作为载体，题干不脱离生活实际；题干信息以文字、数据、图像等多种形式呈现，题目综合性较强，定性判断与定量计算相结合，实验与原理相结合，考查电化学相关知识以及法拉第定律，同时又结合实验考查酸碱中和滴定，电解质溶液等相关知识，考查学生综合能力，有一定区分度，属于较难题。

经过上述编题过程，相信学生已经在不知不觉中对已有知识进行了加强与巩固，不会觉得枯燥，因为通过师生同编原创试题的过程避免了知识的简单重复，让学生有了新意，课堂上自始至终都贯彻了“自主、互动、有效”的原则，根据学生对知识的实际掌握情况而量身定制了既符合自己的教学需要，也符合学生的需求的原创题，共同提高了课堂教学效率。虽然我们没有精力做到让每堂课都能尽善尽美，但我们会朝着这个方向不懈努力！

参考文献

［1］任雪明．从一次当堂检测看高三化学复习课的效益［J］．化学教学，2013，（6）：33－34

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