人教版 (2019)选择性必修1第2节 内环境的稳态教案及反思

第1章 人体的内环境与稳态

2.1探究实践：模拟生物体维持pH的稳定 教学设计

一、教学目标的确定

通过模拟生物体维持pH的稳定实验，训练实验设计及实验结果分析与讨论的能力。

二、教学重难点

1、教学重点

（1）了解实验原理，从化学角度理解缓冲对的组成及作用原理。

（2）实验结果分析与讨论。

2、教学难点

（1）了解实验原理，从化学角度理解缓冲对的组成及作用原理。

（2）实验结果分析与讨论。

三、教学准备：

         从市场购买新鲜鸡蛋、土豆、鸡肝（或者猪肝）等，可以准备两种或两种以上的生物材料，比较不同生物材料的缓冲能力和范围。肝可以冷冻后再化冻使用，更易研磨。鸡蛋清、土豆匀浆、肝匀浆可以现用现取，也可以置于密闭塑料容器中冻存冰箱。鸡蛋清使用前加入4倍体积的自来水混匀。肝去除脂肪和结缔组织、称重后切块放入料理机，加入4倍质量的自来水后充分研磨，用3~4层纱布过滤一遍。土豆去皮后切块，将一定质量的土豆块放入料理机，分批加入4倍质量的自来水打成匀浆，用3~4层纱布过滤一遍。土豆研磨液容易氧化成褐色，但不影响实验结果。若要进行多次重复实验，应保证每一批实验所用的材料相同。

         教师提前打印好记录实验结果的表格并分发给每一组的学生。（表格见课件）

四、教学步骤

教师：通过学习，我们知道内环境是沟通细胞与外界环境的纽带，它的理化性质受到来自细胞和外界环境两方面的影响。以pH为例，细胞代谢会产生许多酸性物质，如碳酸等，人和动物的组织细胞在无氧呼吸时产生乳酸，人和动物吃的食物中也常常会含有酸性或碱性物质，这些酸性或碱性物质进入内环境，会使pH发生偏移，但内环境pH的改变会影响酶的活性，从面影响机体正常的新陈代谢，但是，生物材料和自来水在加入酸或碱后pH的变化会相同吗？要了解这个问题，我们需要通过实验来比较一下，下面请同学们阅读教材P7上的实验：模拟生物体维持pH的稳定。要求大家通过阅读了解此次实验的目的要求、材料用具和方法步骤，尤其要关注实验过程中的注意事项。

（学生阅读教材）

（学生阅读教材）

提问：此次实验的目的有几个？分别是什么？

学生：实验的目的有两个：一个是比较自来水，缓冲液和生物材料在加入酸或碱后pH的变化：另一个是根据实验结果推测生物体是如何维持pH稳定的。

提问：此次实验用到哪几种实验材料，哪几种实验试剂？

学生：4种实验材料：自来水、磷酸盐缓冲液和两种生物材料：2种实验试剂：NaOH溶液和HCl溶液。

提问：谁能用最简练的语言叙述实验步骤？

学生：分别在4种实验材料中以每5滴为单位加入HCI溶液直到加入30滴，每滴一滴后轻轻摇动，用pH试纸测实验材料在加酸前和每5滴加入后的pH并记录，再以NaOH溶液重复实验，最后根据所得数据画出各实验材料的pH变化曲线。

的pH变化曲线。

提问：很好。这个实验中我们在安全方面有什么必须注意的呢？

学生：HCI和NaOH有腐蚀性。应避免它与皮肤和眼睛接触，也不要入口。若有酸或碱洒落或溅出，要立即用水冲洗，并告诉老师。

教师：为了提高实验效率，我们以小组为单位来进行实验。每张实验桌前坐两位同学，前后两张桌子的4位同学为一个实验小组，一桌的同学做加酸的实验，另一桌的同学做加碱的实验。同桌的两位再分工，每位做两种实验材料。实验操作完成后把实验桌整理干净，每个实验小组把数据汇总后加以分析完成表格，再以个人为单位，各自绘制pH变化曲线图。最后对教材上提出的3个问题进行分组讨论。实验操作15分钟，数据汇总、绘图、讨论10分钟。下面开始实验。

（PPT展示实验步骤和注意要点，教师对每组学生进行指导。）

教师引导学生完成表格的填写并绘制出变化曲线图。

课件展示学生绘制的变化曲线图，教师一一进行点评，并引导学生对曲线进行分析和总结出实验结论。

学生：自来水在加入酸或碱后pH变化幅度较大，缓冲液和生物材料加入酸或碱后pH变化幅度较小。

教师：总结得很好。下面我们就以下几个问题展开讨论：

1. 就加入HCl或NaOH后pH的变化来说，生物材料更像自来水还是更像缓冲液？
2. 分析缓冲液的pH变化为什么与自来水的不同？
3. 请根据模拟实验的结果，尝试对机体维持pH稳定的机制进行解释。

的机制进行解释。

学生1：生物材料加入HC1或NaOH后pH的变化更像:缓冲液。

学生2：缓冲液加入少量酸或碱后，pH变化不明显是因为磷酸盐缓冲液中含有缓冲物质。

教师：磷酸盐缓冲液中含有弱酸性的NaH2PO4。和弱碱性的Na2HPO4，它们构成了一对缓冲物质。当向其中加入少量NaOH时，可以和酸性的NaH2PO4生成Na2HPO4和水，强碱成为弱碱；当加入少量HCl时，可以中和碱性的Na2HPO4，生成中性的NaCl和弱酸性的H3PO4。自来水则不同，因而加入酸或碱后，pH变化明显。

学生3：我们用的生物材料主要包含了生物的细胞外液:和细胞内液，在这些体液中含有水、无机盐、营养物质等，其中的很多种无机盐类组成了溶液中的缓冲物质。

教师：生物材料中的很多种无机盐类组成了溶液中的缓冲物质。生物材料中含有缓冲对NaH2PO4/Na2HPO4、H2CO3/NaHCO3等，它们能够对酸碱度的变化起缓冲作用。此外，机体还可以通过对生理活动进行调节来维持pH稳定。例如，当机体剧烈运动时，肌肉中会产生大量的乳酸和碳酸。乳酸进入血液后，可与血液中的碳酸氢钠发生作用，生成乳酸钠和碳酸。碳酸是一种弱酸，可以分解成CO2和水。血液中的CO2增多会刺激呼吸中枢，使呼吸运动增强，增加通气量，从而将CO2排出体外，所以对血液的pH影响不大。当乳酸钠进入血液后，与血液中的碳酸发生作用，形成碳酸氢盐，过多的碳酸氢盐可以由肾脏排出。这样

由于血液中缓冲物质的调节作用，以及机体的调节作用，可以使血液的酸碱度维持相对稳定。

（课件展示缓冲对的缓冲原理）

五、课堂小结

机体的体液必须维持相对稳定的酸碱度，才能保证人体各项生理活动如酶促反应、氧的转运等的正常进行。体液酸碱度的相对稳定依靠体内的各种缓冲对以及肺和肾的调节作用来实现。缓冲对是具有缓冲作用的酸碱组合，由弱酸和该种弱酸的强碱盐组成。常见的缓冲对除了NaH2PO4/Na2HPO4、H2CO3/NaHCO3，还有蛋白质钠盐/蛋白质、KH2PO4/K2HPO4等。