资源简介

教学设计
课程基本信息
学科 生物学 年级 高二 学期 秋季
课题 探究·实践 模拟生物体维持pH的稳定
教科书 书 名：普通高中教科书生物学选择性必修1教材 出版社：人民教育出版社
教学目标
1. 通过“模拟生物体维持pH的稳定”实验，丰富对内环境稳态的体验，解释生物体维持pH稳定的机制，基于事实形成“稳态”概念，初步形成稳态平衡观。（生命观念、科学探究） 2. 科学设计实验并进行实验，提高分析数据、信息转换、模型构建能力，利用多学科知识分析解决问题。（科学思维、科学探究） 3. 运用所学评价“酸碱体质理论”科学性，用知识指导自己及他人的健康生活。（社会责任）
教学重难点
教学重点： 1. 基于模拟实验解释生物体维持pH稳定的机制。 2. 运用多学科知识，综合解决实际问题。
教学难点： 基于模拟实验解释生物体维持pH稳定的机制。
教学过程
学习任务 教师活动 学生活动 设计意图
提出争议问题，导入新课 1. 引导学生思考“酸碱体质理论”提出依据，此理论是否具有科学性。 2. 想探究酸性或碱性物质进入内环境，会使机体的pH发生怎样的变化，时刻检测生物体内pH的变化目前难以完成，可以用模拟实验法在体外进行模拟。 1. 回顾旧知：pH是人体内环境重要的理化性质之一，正常人的血浆近中性，pH在7.35-7.45之间，并且能够保持稳定 2. 确定待探究问题及探究方式 由争议话题引入，激发学生探索欲望，发展学生批判性思维
学习任务 教师活动 学生活动 设计意图
模拟生物体维持pH的稳定 模拟实验设计思路分析 1. 原型与模型 原型：生物体细胞外液（内环境） 【问题1】用什么生物材料可以模拟细胞外液？ 2. 实验组与对照组 【问题2】实验组是动物血浆，对照组用什么材料？ 教师补充：磷酸缓冲液中有缓冲物质，可作为标准对照。 3. 变量分析 【问题3】本实验中自变量、因变量、无关变量分别是什么？ 4. 材料用具 实验中需要用到的HCl和NaOH有腐蚀性。应避免它与皮肤和眼睛接触，也不要入口。若有酸溅到皮肤上，要立即用水冲洗15min，并尽快告诉老师。要戴好防护手套和护目镜，检测pH变化可以用pH计或pH试纸。还提供量筒和烧杯、加入酸碱所用的移液器及磁力搅拌器等所需物品。 5. 提示学生注意实验设计基本原则 1. 想到最易于获取的内环境成分作为模型：动物血浆 2. 动物血浆是以水为基础的液体，选择蒸馏水作为对照组。回忆血浆中有缓冲物质，与磷酸缓冲液相似。 3. 自变量：加入酸或碱的量、材料种类 因变量：模型酸碱度的变化 检测指标：pH值 无关变量：实验材料的体积、实验时的温度，检测pH的方法等。 4. 整合实验相关要素，规范强酸强碱的操作。明确模拟实验。5. 回忆对照原则、重复性原则、科学性原则等。 由原型到模型 通过问题串的形式，引导学生依据原型特点，选择或构建与原型结构功能相似的事物作为实验模型。并将模型置于与原型相似的条件下进行实验。 分析实验各要素与原则，建立实验设计需要的基本框架
学习任务 教师活动 学生活动 设计意图
模拟生物体维持pH的稳定 设计并实施实验 1. 布置【任务一】根据上述分析，设计实验步骤，模拟生物体维持pH的稳定。 2. 展示正确实验步骤及实验操作。组织学生自查。 A组：量取25mL蒸馏水，加入50mL烧杯，置于磁力搅拌器上，pH计检测初始pH值并记录，移液器缓慢加入0.1mL的0.1mo1/L的HCl溶液，检测并记录pH值，重复这个步骤直到加入0.6mL为止。用缓冲溶液、血浆重复操作。 B组：将A组中的HCl换为0.1mol/L的NaOH溶液，进行同样的操作。用缓冲液、血浆重复操作。 重复上述实验三次，取平均值。 3. 引导建模 展示实验结果，提出【问题4】如何更直观的展现不同材料pH变化与加入酸或碱量的关系？ 1. 在明确什么是模拟实验的基础上，完善实验框架，设计实验步骤。 2. 与教师实验步骤进行对比，自查改正并完成实验。 3. 构建数学模型，以加入酸或碱的量为横坐标，以pH值为纵坐标绘制曲线。 对模型进行实验 利用构建好的模型在体外模拟生物体内环境pH变化，将解决问题的想法付诸实践，发展建模思维。
分析结果，得出结论 布置【任务二】实验结果和结论是什么？ 实验结果：加入酸性或碱性物质后，血浆与缓冲液类似，pH在较小的范围内波动，血浆对外界pH的变化具有一定的缓冲能力。（模型） 实验结论：内环境对外界pH的变化具有一定的缓冲能力。（原型） 由模型回到原型，类比推理得到结论
学习任务 教师活动 学生活动 设计意图
模拟生物体维持pH的稳定 误差分析，整合实验注意事项 1.展示某同学的异常结果，布置【任务三】，思考该同学某一组实验中蒸馏水pH偏低的可能原因。 2. 实验操作中需要注意： (1) pH计使用前后要用蒸馏水充分冲洗探头。 (2) pH计要读数稳定后再记录 (3) 盛放样液的烧杯使用前清洗干净并干燥后使用 (4) 加入酸或碱时注意防护，避免接触皮肤、眼睛，不要溅出烧杯影响实验结果。 1. pH计探头、盛放蒸馏水的烧杯未清洗干净或蒸馏水被污染等。 2. 对照实验注意事项，再次检查自己实验操作是否规范 在探究中强化规范使用实验器具和试剂的基本技能。
学科交叉——酸碱滴定法比较不同材料的缓冲能力 利用酸碱指示剂简化实验流程 1. 介绍新方法：可以用化学中常用的酸碱指示剂进行实验。甲基橙和酚酞是常用的指示剂，比较不同组织材料滴入不同量酸或碱时的颜色变化，以此比较不同材料的缓冲能力 2. 演示实验。 3. 学生化学课程学习酸碱滴定管使用方法及读数规则后，可将其改为定量实验，观察待测样液发生颜色变化所需酸或碱溶液量。 4. 介绍生活中常见的可替代材料，布置作业。 思考解决问题的多种可行性，发散思维运用多学科知识，尝试找到更省时省力的科学方法，综合解决实际问题。 改进优点：操作简单、耗时短。反应效果直观整瓶溶液颜色的突变产生的印象更加深刻，能带来更直观显著的感官刺激，激发兴趣。促进学科间知识的融合。
学习任务 教师活动 学生活动 设计意图
内环境维持pH稳定的机制及稳态含义 介绍磷酸缓冲液的缓冲原理，布置【任务四】，尝试描述内环境维持pH稳定的机制。 活动建议：课下可以利用数字化探究实验系统运用假说-演绎法设计证明内环境中存在缓冲物质。 由磷酸缓冲液类比推理出内环境维持pH稳定的机制；基于事实形成“稳态”概念。 初步形成稳态平衡观。
评价社会热点问题 布置【任务五】依据本节课所学关于内环境稳态调节的相关知识，尝试评价“酸碱体质理论”。 实验表明，人体内环境存在缓冲系统，能够自动调节pH，使之达到动态平衡。普通食物不能引起内环境的酸碱度变化。 运用所学评价“酸碱体质理论”科学性，用知识指导自己及他人的健康生活。发展批判性思维。
小结 1. 生物体维持pH稳定的机制 人体内环境中有很多缓冲对，其中最重要的是HCO3-/H2CO3,其次还有H2PO4-/HPO42-，当一定量的酸性或碱性物质进入后，内环境pH仍能维持在一定范围内。 2. 稳态的含义 正常机体通过调节作用，使各个器官、系统协调活动，共同维持内环境的相对稳定状态叫作稳态。 3. 关注健康问题 用知识指导自己及他人的健康生活
练习与 应用 通过习题检测学生学习情况，鼓励学生运用假说-演绎法设计证明内环境中存在缓冲物质，证明我们用模型推理得到的结论。

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