資源簡介

教學設計
課程基本信息
學科 生物學 年級 高二 學期 秋季
課題 探究·實踐 模擬生物體維持pH的穩定
教科書 書 名：普通高中教科書生物學選擇性必修1教材 出版社：人民教育出版社
教學目標
1. 通過“模擬生物體維持pH的穩定”實驗，豐富對內環境穩態的體驗，解釋生物體維持pH穩定的機制，基于事實形成“穩態”概念，初步形成穩態平衡觀。（生命觀念、科學探究） 2. 科學設計實驗并進行實驗，提高分析數據、信息轉換、模型構建能力，利用多學科知識分析解決問題。（科學思維、科學探究） 3. 運用所學評價“酸堿體質理論”科學性，用知識指導自己及他人的健康生活。（社會責任）
教學重難點
教學重點： 1. 基于模擬實驗解釋生物體維持pH穩定的機制。 2. 運用多學科知識，綜合解決實際問題。
教學難點： 基于模擬實驗解釋生物體維持pH穩定的機制。
教學過程
學習任務 教師活動 學生活動 設計意圖
提出爭議問題，導入新課 1. 引導學生思考“酸堿體質理論”提出依據，此理論是否具有科學性。 2. 想探究酸性或堿性物質進入內環境，會使機體的pH發生怎樣的變化，時刻檢測生物體內pH的變化目前難以完成，可以用模擬實驗法在體外進行模擬。 1. 回顧舊知：pH是人體內環境重要的理化性質之一，正常人的血漿近中性，pH在7.35-7.45之間，并且能夠保持穩定 2. 確定待探究問題及探究方式 由爭議話題引入，激發學生探索欲望，發展學生批判性思維
學習任務 教師活動 學生活動 設計意圖
模擬生物體維持pH的穩定 模擬實驗設計思路分析 1. 原型與模型 原型：生物體細胞外液（內環境） 【問題1】用什么生物材料可以模擬細胞外液？ 2. 實驗組與對照組 【問題2】實驗組是動物血漿，對照組用什么材料？ 教師補充：磷酸緩沖液中有緩沖物質，可作為標準對照。 3. 變量分析 【問題3】本實驗中自變量、因變量、無關變量分別是什么？ 4. 材料用具 實驗中需要用到的HCl和NaOH有腐蝕性。應避免它與皮膚和眼睛接觸，也不要入口。若有酸濺到皮膚上，要立即用水沖洗15min，并盡快告訴老師。要戴好防護手套和護目鏡，檢測pH變化可以用pH計或pH試紙。還提供量筒和燒杯、加入酸堿所用的移液器及磁力攪拌器等所需物品。 5. 提示學生注意實驗設計基本原則 1. 想到最易于獲取的內環境成分作為模型：動物血漿 2. 動物血漿是以水為基礎的液體，選擇蒸餾水作為對照組。回憶血漿中有緩沖物質，與磷酸緩沖液相似。 3. 自變量：加入酸或堿的量、材料種類 因變量：模型酸堿度的變化 檢測指標：pH值 無關變量：實驗材料的體積、實驗時的溫度，檢測pH的方法等。 4. 整合實驗相關要素，規范強酸強堿的操作。明確模擬實驗。5. 回憶對照原則、重復性原則、科學性原則等。 由原型到模型 通過問題串的形式，引導學生依據原型特點，選擇或構建與原型結構功能相似的事物作為實驗模型。并將模型置于與原型相似的條件下進行實驗。 分析實驗各要素與原則，建立實驗設計需要的基本框架
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模擬生物體維持pH的穩定 設計并實施實驗 1. 布置【任務一】根據上述分析，設計實驗步驟，模擬生物體維持pH的穩定。 2. 展示正確實驗步驟及實驗操作。組織學生自查。 A組：量取25mL蒸餾水，加入50mL燒杯，置于磁力攪拌器上，pH計檢測初始pH值并記錄，移液器緩慢加入0.1mL的0.1mo1/L的HCl溶液，檢測并記錄pH值，重復這個步驟直到加入0.6mL為止。用緩沖溶液、血漿重復操作。 B組：將A組中的HCl換為0.1mol/L的NaOH溶液，進行同樣的操作。用緩沖液、血漿重復操作。 重復上述實驗三次，取平均值。 3. 引導建模 展示實驗結果，提出【問題4】如何更直觀的展現不同材料pH變化與加入酸或堿量的關系？ 1. 在明確什么是模擬實驗的基礎上，完善實驗框架，設計實驗步驟。 2. 與教師實驗步驟進行對比，自查改正并完成實驗。 3. 構建數學模型，以加入酸或堿的量為橫坐標，以pH值為縱坐標繪制曲線。 對模型進行實驗 利用構建好的模型在體外模擬生物體內環境pH變化，將解決問題的想法付諸實踐，發展建模思維。
分析結果，得出結論 布置【任務二】實驗結果和結論是什么？ 實驗結果：加入酸性或堿性物質后，血漿與緩沖液類似，pH在較小的范圍內波動，血漿對外界pH的變化具有一定的緩沖能力。（模型） 實驗結論：內環境對外界pH的變化具有一定的緩沖能力。（原型） 由模型回到原型，類比推理得到結論
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模擬生物體維持pH的穩定 誤差分析，整合實驗注意事項 1.展示某同學的異常結果，布置【任務三】，思考該同學某一組實驗中蒸餾水pH偏低的可能原因。 2. 實驗操作中需要注意： (1) pH計使用前后要用蒸餾水充分沖洗探頭。 (2) pH計要讀數穩定后再記錄 (3) 盛放樣液的燒杯使用前清洗干凈并干燥后使用 (4) 加入酸或堿時注意防護，避免接觸皮膚、眼睛，不要濺出燒杯影響實驗結果。 1. pH計探頭、盛放蒸餾水的燒杯未清洗干凈或蒸餾水被污染等。 2. 對照實驗注意事項，再次檢查自己實驗操作是否規范 在探究中強化規范使用實驗器具和試劑的基本技能。
學科交叉——酸堿滴定法比較不同材料的緩沖能力 利用酸堿指示劑簡化實驗流程 1. 介紹新方法：可以用化學中常用的酸堿指示劑進行實驗。甲基橙和酚酞是常用的指示劑，比較不同組織材料滴入不同量酸或堿時的顏色變化，以此比較不同材料的緩沖能力 2. 演示實驗。 3. 學生化學課程學習酸堿滴定管使用方法及讀數規則后，可將其改為定量實驗，觀察待測樣液發生顏色變化所需酸或堿溶液量。 4. 介紹生活中常見的可替代材料，布置作業。 思考解決問題的多種可行性，發散思維運用多學科知識，嘗試找到更省時省力的科學方法，綜合解決實際問題。 改進優點：操作簡單、耗時短。反應效果直觀整瓶溶液顏色的突變產生的印象更加深刻，能帶來更直觀顯著的感官刺激，激發興趣。促進學科間知識的融合。
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內環境維持pH穩定的機制及穩態含義 介紹磷酸緩沖液的緩沖原理，布置【任務四】，嘗試描述內環境維持pH穩定的機制。 活動建議：課下可以利用數字化探究實驗系統運用假說-演繹法設計證明內環境中存在緩沖物質。 由磷酸緩沖液類比推理出內環境維持pH穩定的機制；基于事實形成“穩態”概念。 初步形成穩態平衡觀。
評價社會熱點問題 布置【任務五】依據本節課所學關于內環境穩態調節的相關知識，嘗試評價“酸堿體質理論”。 實驗表明，人體內環境存在緩沖系統，能夠自動調節pH，使之達到動態平衡。普通食物不能引起內環境的酸堿度變化。 運用所學評價“酸堿體質理論”科學性，用知識指導自己及他人的健康生活。發展批判性思維。
小結 1. 生物體維持pH穩定的機制 人體內環境中有很多緩沖對，其中最重要的是HCO3-/H2CO3,其次還有H2PO4-/HPO42-，當一定量的酸性或堿性物質進入后，內環境pH仍能維持在一定范圍內。 2. 穩態的含義 正常機體通過調節作用，使各個器官、系統協調活動，共同維持內環境的相對穩定狀態叫作穩態。 3. 關注健康問題 用知識指導自己及他人的健康生活
練習與 應用 通過習題檢測學生學習情況，鼓勵學生運用假說-演繹法設計證明內環境中存在緩沖物質，證明我們用模型推理得到的結論。

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