資源簡介

第1章 人體的內環境與穩態
2.1探究實踐：模擬生物體維持pH的穩定 教學設計
一、教學目標的確定
通過模擬生物體維持pH的穩定實驗，訓練實驗設計及實驗結果分析與討論的能力。
二、教學重難點
1、教學重點
（1）了解實驗原理，從化學角度理解緩沖對的組成及作用原理。
（2）實驗結果分析與討論。
2、教學難點
（1）了解實驗原理，從化學角度理解緩沖對的組成及作用原理。
（2）實驗結果分析與討論。
三、教學準備：
從市場購買新鮮雞蛋、土豆、雞肝（或者豬肝）等，可以準備兩種或兩種以上的生物材料，比較不同生物材料的緩沖能力和范圍。肝可以冷凍后再化凍使用，更易研磨。雞蛋清、土豆勻漿、肝勻漿可以現用現取，也可以置于密閉塑料容器中凍存冰箱。雞蛋清使用前加入4倍體積的自來水混勻。肝去除脂肪和結締組織、稱重后切塊放入料理機，加入4倍質量的自來水后充分研磨，用3~4層紗布過濾一遍。土豆去皮后切塊，將一定質量的土豆塊放入料理機，分批加入4倍質量的自來水打成勻漿，用3~4層紗布過濾一遍。土豆研磨液容易氧化成褐色，但不影響實驗結果。若要進行多次重復實驗，應保證每一批實驗所用的材料相同。
教師提前打印好記錄實驗結果的表格并分發給每一組的學生。（表格見課件）
四、教學步驟
教師：通過學習，我們知道內環境是溝通細胞與外界環境的紐帶，它的理化性質受到來自細胞和外界環境兩方面的影響。以pH為例，細胞代謝會產生許多酸性物質，如碳酸等，人和動物的組織細胞在無氧呼吸時產生乳酸，人和動物吃的食物中也常常會含有酸性或堿性物質，這些酸性或堿性物質進入內環境，會使pH發生偏移，但內環境pH的改變會影響酶的活性，從面影響機體正常的新陳代謝，但是，生物材料和自來水在加入酸或堿后pH的變化會相同嗎？要了解這個問題，我們需要通過實驗來比較一下，下面請同學們閱讀教材P7上的實驗：模擬生物體維持pH的穩定。要求大家通過閱讀了解此次實驗的目的要求、材料用具和方法步驟，尤其要關注實驗過程中的注意事項。
（學生閱讀教材）
（學生閱讀教材）
提問：此次實驗的目的有幾個？分別是什么？
學生：實驗的目的有兩個：一個是比較自來水，緩沖液和生物材料在加入酸或堿后pH的變化：另一個是根據實驗結果推測生物體是如何維持pH穩定的。
提問：此次實驗用到哪幾種實驗材料，哪幾種實驗試劑？
學生：4種實驗材料：自來水、磷酸鹽緩沖液和兩種生物材料：2種實驗試劑：NaOH溶液和HCl溶液。
提問：誰能用最簡練的語言敘述實驗步驟？
學生：分別在4種實驗材料中以每5滴為單位加入HCI溶液直到加入30滴，每滴一滴后輕輕搖動，用pH試紙測實驗材料在加酸前和每5滴加入后的pH并記錄，再以NaOH溶液重復實驗，最后根據所得數據畫出各實驗材料的pH變化曲線。
的pH變化曲線。
提問：很好。這個實驗中我們在安全方面有什么必須注意的呢？
學生：HCI和NaOH有腐蝕性。應避免它與皮膚和眼睛接觸，也不要入口。若有酸或堿灑落或濺出，要立即用水沖洗，并告訴老師。
教師：為了提高實驗效率，我們以小組為單位來進行實驗。每張實驗桌前坐兩位同學，前后兩張桌子的4位同學為一個實驗小組，一桌的同學做加酸的實驗，另一桌的同學做加堿的實驗。同桌的兩位再分工，每位做兩種實驗材料。實驗操作完成后把實驗桌整理干凈，每個實驗小組把數據匯總后加以分析完成表格，再以個人為單位，各自繪制pH變化曲線圖。最后對教材上提出的3個問題進行分組討論。實驗操作15分鐘，數據匯總、繪圖、討論10分鐘。下面開始實驗。
（PPT展示實驗步驟和注意要點，教師對每組學生進行指導。）
教師引導學生完成表格的填寫并繪制出變化曲線圖。
課件展示學生繪制的變化曲線圖，教師一一進行點評，并引導學生對曲線進行分析和總結出實驗結論。
學生：自來水在加入酸或堿后pH變化幅度較大，緩沖液和生物材料加入酸或堿后pH變化幅度較小。
教師：總結得很好。下面我們就以下幾個問題展開討論：
就加入HCl或NaOH后pH的變化來說，生物材料更像自來水還是更像緩沖液？
分析緩沖液的pH變化為什么與自來水的不同？
請根據模擬實驗的結果，嘗試對機體維持pH穩定的機制進行解釋。
的機制進行解釋。
學生1：生物材料加入HC1或NaOH后pH的變化更像:緩沖液。
學生2：緩沖液加入少量酸或堿后，pH變化不明顯是因為磷酸鹽緩沖液中含有緩沖物質。
教師：磷酸鹽緩沖液中含有弱酸性的NaH2PO4。和弱堿性的Na2HPO4，它們構成了一對緩沖物質。當向其中加入少量NaOH時，可以和酸性的NaH2PO4生成Na2HPO4和水，強堿成為弱堿；當加入少量HCl時，可以中和堿性的Na2HPO4，生成中性的NaCl和弱酸性的H3PO4。自來水則不同，因而加入酸或堿后，pH變化明顯。
學生3：我們用的生物材料主要包含了生物的細胞外液:和細胞內液，在這些體液中含有水、無機鹽、營養物質等，其中的很多種無機鹽類組成了溶液中的緩沖物質。
教師：生物材料中的很多種無機鹽類組成了溶液中的緩沖物質。生物材料中含有緩沖對NaH2PO4/Na2HPO4、H2CO3/NaHCO3等，它們能夠對酸堿度的變化起緩沖作用。此外，機體還可以通過對生理活動進行調節來維持pH穩定。例如，當機體劇烈運動時，肌肉中會產生大量的乳酸和碳酸。乳酸進入血液后，可與血液中的碳酸氫鈉發生作用，生成乳酸鈉和碳酸。碳酸是一種弱酸，可以分解成CO2和水。血液中的CO2增多會刺激呼吸中樞，使呼吸運動增強，增加通氣量，從而將CO2排出體外，所以對血液的pH影響不大。當乳酸鈉進入血液后，與血液中的碳酸發生作用，形成碳酸氫鹽，過多的碳酸氫鹽可以由腎臟排出。這樣
由于血液中緩沖物質的調節作用，以及機體的調節作用，可以使血液的酸堿度維持相對穩定。
（課件展示緩沖對的緩沖原理）
課堂小結
機體的體液必須維持相對穩定的酸堿度，才能保證人體各項生理活動如酶促反應、氧的轉運等的正常進行。體液酸堿度的相對穩定依靠體內的各種緩沖對以及肺和腎的調節作用來實現。緩沖對是具有緩沖作用的酸堿組合，由弱酸和該種弱酸的強堿鹽組成。常見的緩沖對除了NaH2PO4/Na2HPO4、H2CO3/NaHCO3，還有蛋白質鈉鹽/蛋白質、KH2PO4/K2HPO4等。

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