“生物體維持pH穩(wěn)定的機(jī)制”實(shí)驗(yàn)的改進(jìn)

劉執(zhí)平　胡亞輝

[摘? ?要]“生物體維持pH穩(wěn)定的機(jī)制”實(shí)驗(yàn)的改進(jìn)，解決了傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)僅能定性分析而難以準(zhǔn)確分析結(jié)果的問題。實(shí)驗(yàn)中，用靈敏且能精確記錄數(shù)據(jù)的pH計(jì)取代pH試紙可達(dá)到實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的直觀效果;利用數(shù)據(jù)釆集器等現(xiàn)代技術(shù)手段做實(shí)驗(yàn)的定量分析，能給學(xué)生留出更多的思考時(shí)間，極大地提高了學(xué)生的思維能力和科學(xué)探究能力。

[關(guān)鍵詞] pH穩(wěn)定;傳感器;實(shí)驗(yàn);改進(jìn)

[中圖分類號(hào)]? ? G633.91? ? ? ? [文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼]? ? A? ? ? ? [文章編號(hào)]? ? 1674-6058（2019）29-0094-02

“生物體維持pH穩(wěn)定的機(jī)制”是人教版生物必修3教材第一章的實(shí)驗(yàn)，主要是通過比較加入酸、堿后各種材料pH的變化，思考人體pH變化的機(jī)理，提升學(xué)生深入研究生命活動(dòng)規(guī)律的意識(shí)和科學(xué)探究能力。在2017年版《普通高中生物學(xué)課程標(biāo)準(zhǔn)》中，“比較水、緩沖液、體液對(duì)pH變化的調(diào)節(jié)作用”被列為應(yīng)開展的實(shí)驗(yàn)。教材對(duì)該實(shí)驗(yàn)的方法和過程都有簡單的描述，但在實(shí)際教學(xué)中，使用萬用pH試紙的效果并不理想。學(xué)生在實(shí)驗(yàn)過程中通過比色得到的pH值往往有很大的誤差，得不到理想的曲線圖。為了強(qiáng)化學(xué)生對(duì)選擇性必修課程“概念1”的理解，促進(jìn)學(xué)生生物學(xué)科核心素養(yǎng)的提升，筆者將數(shù)據(jù)采集器和pH計(jì)引入該實(shí)驗(yàn)。

一、實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)思路

將各種材料的pH變化進(jìn)行對(duì)比，發(fā)現(xiàn)生物體和緩沖液的pH變化比較小，猜想可能有相似的機(jī)制維持著相似的變化。為了能達(dá)到實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的直觀效果，本實(shí)驗(yàn)用靈敏且能精確記錄數(shù)據(jù)的pH計(jì)取代粗略估測(cè)的pH試紙。

二、 實(shí)驗(yàn)方法和過程

3. 實(shí)驗(yàn)步驟

① 每5人為一小組，每組以自來水、磷酸緩沖液、蛋清稀釋液和黃瓜勻漿為材料進(jìn)行實(shí)驗(yàn)。

② 用pH計(jì)測(cè)量并記錄燒杯中自來水的初始值;依次滴加5、10、15、20、25、30滴酸（或堿），記錄pH值。

③分別用磷酸緩沖液、蛋清稀釋液和黃瓜勻漿代替自來水，重復(fù)過程②，記錄實(shí)驗(yàn)結(jié)果。

④ 以自變量（滴數(shù)）為橫坐標(biāo)，以因變量（pH）為縱坐標(biāo)，用EXCEL表格將所得實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)繪制成曲線圖。

4.注意事項(xiàng)

① 加酸或堿：應(yīng)逐滴加入，控制加入的滴數(shù)，攪拌充分后再用pH計(jì)測(cè)量，待反應(yīng)體系穩(wěn)定后再讀取數(shù)據(jù)。

②? 實(shí)驗(yàn)安全：HCl和NaOH具有腐蝕性，使用過程中要避免直接接觸試劑。

三、實(shí)驗(yàn)結(jié)果及誤差分析

1.實(shí)驗(yàn)結(jié)果分析

記錄實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)并整理結(jié)果，見圖2。

2. 實(shí)驗(yàn)誤差分析

造成實(shí)驗(yàn)誤差的主要原因有：

① 試劑配制過程或量取過程不夠準(zhǔn)確。

② 未等到實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)穩(wěn)定就讀取pH值。

③ 實(shí)驗(yàn)儀器（如燒杯或玻璃棒）混用或清洗不夠干凈。

四、實(shí)驗(yàn)方法的改進(jìn)

用pH試紙測(cè)定pH值只能精確到小數(shù)點(diǎn)后一位，往往測(cè)得的數(shù)據(jù)不夠精確，且不同的實(shí)驗(yàn)者對(duì)比色結(jié)果的認(rèn)識(shí)會(huì)略有差異，導(dǎo)致所得的pH值曲線圖有所差異，而使用pH計(jì)可以直接準(zhǔn)確讀出相應(yīng)數(shù)據(jù)，并形成更為直觀、準(zhǔn)確的曲線圖。這樣可以減少學(xué)生整理實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的時(shí)間，讓學(xué)生有更多的時(shí)間去思考實(shí)驗(yàn)中出現(xiàn)的問題，探究更深入的問題，從而提升自身的思維能力和科學(xué)探究能力。

五、實(shí)驗(yàn)反思

通過利用pH計(jì)和傳感器采集數(shù)據(jù)，能夠準(zhǔn)確、靈敏、快速地改善不同實(shí)驗(yàn)材料的緩沖效果，提高實(shí)驗(yàn)效率，尤其是使得實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性得到了提高;pH計(jì)采集到的數(shù)據(jù)可以精確到百分位，逐漸滴加酸或堿，pH計(jì)能采集到靈敏的變化數(shù)值，現(xiàn)象明顯。

通過實(shí)驗(yàn)改進(jìn)，實(shí)驗(yàn)儀器的靈敏度得到了提高，這對(duì)學(xué)生的動(dòng)手操作能力提出了有更高的要求，而實(shí)驗(yàn)誤差的產(chǎn)生也與學(xué)生的實(shí)驗(yàn)?zāi)芰γ芮邢嚓P(guān)。

[? ?參? ?考? ?文? ?獻(xiàn)? ?]

[1]? 湛茹淇，林莉，楊劍. “生物體維持pH穩(wěn)定的機(jī)制”實(shí)驗(yàn)探究[J]. 中學(xué)生物教學(xué)， 2015（20）： 50-51.

[2]? 黃婷.使用PASPORT傳感器探究“生物體維持pH穩(wěn)態(tài)的機(jī)制”[J]. 中學(xué)生物教學(xué)，2007（6）： 60-61.

（責(zé)任編輯 黃春香）