高一生物集体备课《第2节 内环境稳态的重要性》

一、教学目标

1.说明内环境稳态及其生理意义；简述稳态的调节机制。

2.关注内环境稳态与健康的关系。

3.尝试解释生物体维持pH稳定的机制。

二、教学重点和难点

内环境稳态及其生理意义。

三、教学策略

1.关于课时安排

本节教学内容包括两部分：“内环境稳态及其重要性”和实验“生物体维持pH稳定的机制”。课时安排为2课时，1课时授课，1课时进行实验。这两课时如何安排？可以有两种方式：其一，按照教材安排的顺序先授课后实验，实验安排在后可以验证课堂上学习过的人体维持内环境pH稳定的知识，并解释pH维持稳定的机制；其二，先实验后授课，实验安排在前可以让学生先观察到生物体维持pH稳定的现象，增加更多的感性认识，以利于学习后续的稳态、稳态失调等抽象概念。两种安排各有特点，教师可根据实际情况灵活选择。

2.在活动中丰富学生对内环境稳态的感性认识，促进稳态概念的建构

稳态概念是本节的重点和难点内容，涉及到的内环境，内环境的化学成分、理化性质等很抽象，而内环境的化学成分和理化性质的动态变化更令学生难以捉摸。因此建议在本概念的教学中应该多花时间和精力，引导学生开展形式多样的活动，以丰富学生对内环境稳态的感性认识。问题探讨“化验单分析”侧重于内环境中化学成分的稳定（如血糖稳定、血脂稳定等）、调查“体温的日变化规律”可以让学生体验体温的相对稳定。此外，教师还可以适当增加活动，让学生对内环境理化性质中的另外两方面──pH稳定和渗透压稳定有一定的体验。关于pH稳定，可以在课堂上演示血浆pH稳定的实验，具体做法详见教学案例。或者采用实验在前的教学安排方式。关于渗透压稳定，可以让学生讨论“为什么医院里给病人输液时必须使用生理盐水”、“为什么多喝多尿、少喝少尿”等问题，学生通过讨论可以初步认识渗透压的稳定。如果能够保证上述活动的落实，稳态概念的形成则是水到渠成的事情。这些活动的具体实施过程详见教学案例。

3.引导学生联系生活实际，通过讨论分析来认识内环境稳态的重要性

内环境稳态与人体健康密切相关，稳态失调会导致各种健康问题。在这些健康问题中，有的是学生亲身经历过的，有的是从家人、朋友那里间接了解到的。因此进行这部分内容的教学时，应当充分利用学生的生活经验，启发学生将理论知识与实际生活联系起来。教材的“思考与讨论”提供了一些病例，教师可以参考。事实上，学生了解的病例可能不止这些。教学时，不必拘泥于教材中的实例，可以通过启发性的问题让学生打开思维的闸门，列举出更多的实例进行分析，这样教学效果会更好。在学生的分析讨论中，一定有许多不完善的地方，教师要发挥好引导作用，适时给予补充、修正和扩充。把学生的讨论引导到了解疾病的症状和危害、理解稳态是机体进行生命活动的必要条件以及如何在生活中加强保健等问题上来。这样也有助于学生关注自身和他人的健康问题，形成自我保健和关爱他人的意识。

四、探究指导──实验“生物体维持pH稳定的机制”

（一）实验的准备

（1）实验试剂的配制方法

①0.1 mol/L NaOH：将4 g NaOH放在1 L的烧杯内，缓缓加入500 mL蒸馏水，不停地搅拌直至溶解。然后定容至1 000 mL。

②0.1 mol/L HCl：将8 mL浓盐酸加于500 mL蒸馏水中，再定容至1 000 mL。

③pH=7的磷酸缓冲溶液：先配制0.1 mol/L Na₂HPO₄和0.1 mol/L NaH₂PO₄两种溶液。具体配制方法如下：将26.8 g Na₂HPO₄·7H₂O在容量瓶中溶解再定容至1 000 mL；将13.8 g NaH₂PO₄·H₂O在容量瓶内溶解再定容至1 000 mL。然后将这两种溶液混合，可通过调整两种溶液的比例将混合液调至所需的pH。

④肝匀浆：将10 g新鲜的或冷冻的肝放入100 mL蒸馏水中，用匀浆机或研钵捣碎（肝的用量会影响匀浆的缓冲能力）。

⑤马铃薯匀浆：将10 g马铃薯块茎放入100 mL蒸馏水中，用匀浆机或研钵捣碎（材料的用量会影响匀浆的缓冲能力）。

⑥黄瓜匀浆：配制方法同上。

⑦鸡蛋清：用水5∶1稀释鸡蛋清，搅拌均匀。

（2）4人一组，每组至少测4种溶液的变化：自来水、缓冲液和2种生物材料（由教师指定，最好一种是植物材料、一种是动物材料），提前完成的小组可多测几种生物材料。肝匀浆、马铃薯匀浆都是较理想的实验材料，也可选用下表中的常见材料。

（二）实验教学的策略

1.加强预习环节，培养主动学习的习惯。本实验指导具体明确，适合学生自学。加强预习环节有利于敦促学生转变学习观念，养成主动学习的习惯。同时，按照课时安排，本实验要求用1课时完成，既要完成操作又要完成讨论，时间很紧张。学生若能在课前进行充分预习，就能够节约课堂时间，提高教学效率。不同学生预习效果不同，为保证实验质量，教师仍有必要在学生预习的基础上，通过提问的方式使学生明确本实验的目的、操作的要点及其他注意事项。

2.重视组织教学，提高实验课效率。本实验的组织形式以小组活动为主，教师应对小组活动给予指导。进行实验操作时，小组成员应进行合理分工，以确保在规定的时间内完成实验。绘制pH变化曲线图适宜以个人为单位进行，这样能使每个同学都得到锻炼的机会。进行讨论时，应以小组为单位，以利于相互启发、集思广益。实验结束后的总结，则应当面向全体学生。

3.加强讨论和总结，落实教学目标。由于时间紧张，实验课草草收场是常有的事情。这样做的结果是，课上做得热热闹闹，课下忘得干干净净，不利于全面提高学生的实验能力和落实教学目标。因此，教师在课前要精心安排好实验课的各个环节，在课堂上要有效地进行调控，保证最后有足够的时间进行讨论和总结。为便于开展实验后的讨论，应倡导学生带着问题做实验，在动手操作的同时，积极动脑思考，这样才能使讨论深入而有效。本实验中的讨论题2和3涉及缓冲作用的机理，需要利用化学知识才能解释清楚，教师在课前应查阅相关的化学教材或请教化学老师，既给自己补充相关知识，也可了解学生的化学基础。

五、答案和提示

（一）问题探讨

1.提示：血浆生化指标指的是血浆中各种化学成分的含量，其中包括机体多种代谢产物的含量。健康机体的生化指标一般都处于正常范围内。当机体某项生理功能出现障碍时，势必影响其代谢产物的含量，因此血浆的生化指标可以反映机体的健康状况，并可以作为诊断疾病的依据。例如，正常情况下，转氨酶主要分布在各种组织的细胞内，以心脏和肝脏的活性最高，在血浆中的活性很低。当某种原因使细胞膜通透性增高时，或因组织坏死细胞破裂后，可有大量转氨酶进入血浆，引起血浆中转氨酶活性升高。

2.提示：这说明（1）内环境中各种化学成分的含量不是恒定不变的，而是在一定范围内波动，内环境的稳定是一种动态的相对稳定；（2）不同个体存在一定差异。

3.提示：（1）肌酐含量超标，肌酐是有毒的代谢废物，积累过多会影响健康。这表明肾脏的排泄功能有障碍。

（2）葡萄糖含量超标，血糖含量过高可并发酮症酸中毒、糖尿病的心血管合并症等。

（3）甘油三脂超标，可引起高脂血症，易并发冠心病、动脉粥样硬化等。

（二）思考与讨论

1.提示：绝大多数人都有过发高烧的经历，可以让同学先谈谈自己发高烧时的感受。

正常的体温是体内细胞进行各种生化反应最适宜的温度。在发高烧的状态下，由于内环境发生一系列变化，导致体内的各种反应出现紊乱，于是机体功能发生异常。发热时的主要症状大部分集中在中枢神经系统，病人感觉不适、头疼、头晕、嗜睡等，同时常有食欲不振、厌食、恶心的表现。发热时机体处于一种明显的分解代谢过旺的状态，持续高热必定引起器官的功能负荷加重，有可能诱发器官功能不全或引起组织损伤。孕妇发热可能导致胎儿发育障碍，是一个重要的致畸因子。对于6个月至4岁的幼儿来说，持续高热容易发生惊厥，相当数量的患儿由此造成脑损伤，如智力落后，甚至癫痫，因此应注意及时采用物理方法或服用药物来退烧降温。

2.提示：内环境渗透压会变小。当内环境渗透压变小时，内环境中的水将较多地通过渗透作用进入细胞内，造成细胞吸水肿胀，进一步导致细胞代谢和功能紊乱。严重时会出现疲倦、周身不适、表情淡漠、恶心、食欲减退、皮下组织肿胀等症状。

3.提示：因为高原空气稀薄，大气压和氧分压低，易造成体内缺氧。这说明外界环境的变化势必影响内环境的稳态。若外界环境变化不甚剧烈，并且机体代偿机制良好，内环境的波动较小，仍能维持稳态；若外界环境变化剧烈，机体代偿机制不好，内环境稳态将受到破坏，就会影响身体健康。

（三）实验

1.生物材料加入HCl或NaOH后pH的变化更像缓冲液。

2.提示：缓冲液加入少量酸碱后，pH变化不明显。原因是磷酸缓冲液中含有NaH₂PO₄/Na2HPO₄，其中NaH₂PO₄溶液呈酸性，当加入少量NaOH时，可以中和OH^-；Na₂HPO₄溶液呈碱性，当加入少量HCl时，可以中和H⁺。水溶液则不同，因而加入酸碱后，pH变化明显。

3.提示：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C0₂和水。血液中的C0₂增多会刺激呼吸中枢，使呼吸运动增强，增加通气量，从而将C0₂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。

（四）练习

基础题

1．D。  2．C。  3．D。

4．提示：因为人体各种生命活动是以细胞代谢为基础的，细胞代谢本质上是细胞内各种生化反应的总和。内环境为这些生化反应的进行提供了必要的物质和条件。当内环境稳态保持正常时，细胞的代谢活动能正常进行；当内环境稳态失调时，细胞代谢活动就会受影响。因此内环境稳态是人体进行正常生命活动的必要条件。

拓展题

提示：当动物进食高浓度的糖溶液后，大量的葡萄糖被吸收进入血液，导致血糖浓度暂时升高。血糖浓度的升高会刺激机体加速分泌胰岛素，同时抑制胰高血糖素的分泌。在胰岛素和胰高血糖素的共同调节下，血糖浓度逐渐恢复到正常水平，具体调节机制可参考第2章有关血糖平衡调节的内容。

六、参考资料

1.血液生化六项检查的意义

丙氨酸氨基转移酶（简称转氨酶）是衡量肝功能受损情况的一项指标（转氨酶存在于肝细胞的线粒体中，只要肝脏发生炎症、坏死、中毒等损害，转氨酶就会由肝细胞释放到血液中。所以肝脏本身的疾患可引起不同程度的转氨酶升高）；肌酐与尿素氮是衡量肾功能的一项指标（当肾功能发生障碍时，代谢废物不能排出体外，以致大量含氮废物和其他毒性物质在体内积累，内环境稳态被破坏）；血清葡萄糖是血液中血糖浓度的一项指标，对于诊断以及指导治疗糖尿病具有重要意义；甘油三脂和总胆固醇是衡量血液中血脂水平的一项指标（血脂是血液中各种脂质的总称，其中最重要的是胆固醇和甘油三脂。无论胆固醇含量增高，还是甘油三脂的含量增高，或是两者都增高，都统称为高脂血症。高脂血症与冠心病有密切的关系，尤其是胆固醇与甘油三脂皆增高的，患冠心病的危险性更大）。

2.尿毒症的病因和危害

正常情况下，成年人每天排出的尿量为1 000～2 000 mL。如果由于某种原因使肾功能严重障碍，则尿液不足，代谢产物不能排出体外，致使大量含氮废物及其他毒性物质在体内堆积，水、电解质代谢及酸碱平衡紊乱，机体内环境的稳态遭到破坏，由此所引起的自身中毒和产生的综合病症称为尿毒症（uremia）。

引起尿毒症的原因有很多，肾本身的疾病如慢性肾小球肾炎、肾盂肾炎等，全身性疾病引起的肾疾病如高血压性肾硬化、系统性红斑狼疮等，以及尿路阻塞等引起的肾实质严重损伤，大量肾单位破坏，造成严重肾功能障碍时都可能引起尿毒症。在以上病因中，以慢性肾小球肾炎最为常见，占50%～60%，其次是慢性肾盂肾炎、肾小动脉硬化、尿路结石等。

尿毒症病人的含氮代谢产物和其他毒性物质不能排出而在体内蓄积，除造成水、电解质和酸碱平衡紊乱外，还可引起多个器官和系统的病变，如患者的糖耐量降低、高甘油三脂血症等。对神经系统的危害是尿毒症的主要症状：早期患者往往有头昏、头痛、乏力、理解力及记忆力减退等症状；随着病情的加重可出现烦躁不安、肌肉颤动、抽搐；最后可发展到表情淡漠、嗜睡和昏迷。对消化系统的影响范围较广，从口腔、食管到直肠都可受累，以尿毒症性食管炎、胃炎和结肠炎较为常见，病人常有恶心、呕吐、腹痛、腹泻和便血等症状。对于心血管系统来说，常可引起心力衰竭、心律失常、心肌受损。呼吸系统常有肺水肿、尿毒症性肺炎。造血系统常表现为贫血和出血；另外患者皮肤干燥、 脱屑并呈黄褐色， 还经常瘙痒。

3.空调病

夏天时，空调房间与室外的温差较大，如果经常进出空调房间，就会出现咳嗽、头痛、流鼻涕等感冒症状。如果在温度较低的空调房间呆的时间过长，就会引起关节酸痛或颈僵背硬、腰沉臀重、肢痛足麻、头晕脑胀等。如果呆得太久，由于空气不好，容易使人头晕目眩。这些症状就是空调综合征，俗称空调病。空调病的主要表现为：感冒、过敏、风湿痛、黏膜干燥、紧张、烦躁、注意力难以集中、头痛，等等。据分析，空调对人的影响主要在于：空调风使人体表面水分蒸发量加大，毛孔收缩，不能正常排汗，也会引起内分泌的紊乱；空调房间里，气流方向经常变换，气流速度增加，空气热量不断变动等因素干扰了人体的嗅觉，削弱了人体对空气中病菌、过敏原和异味的反应；房间内湿度太低，会对眼、鼻等处的黏膜产生不利作用，导致黏膜病；室内空气与外界几乎隔绝，干燥而又温度适宜，空气中有害细菌含量快速上升。

4.人体内环境稳态失调的常见疾病举例

人体长期处于高温环境可能引起中暑。人的体温升高时可引起酶促反应受阻，代谢紊乱。此外，大量出汗，体液过量丢失会引起乏力、低血压和虚脱；盐也随之丢失，导致血液循环和其他各系统功能紊乱。

血糖浓度过低可能出现低血糖症；血糖浓度过高可能出现糖尿病。

当血液中钙的含量过低时，会影响骨发育；血钙过高则会引起肌无力等症状。

自我检测的答案和提示

一、概念检测

1.判断

（1）×；（2）√；（3）×；（4）√。

2.选择

（1）D；（2）D；（3）D。

3.画概念图

二、知识迁移

（1）水是良好的溶剂，为各种生化反应提供溶液环境；水是体内物质运输的载体；水在体温调节方面有作用；水是某些生化反应的反应物；水是细胞结构的重要组成成分等。

（2）说明健康的人体具有维持体内水平衡的能力。

三、技能应用

（1）否。

（2）血液中的糖分既可来源于食物中的糖类物质，也可来源于其他物质在体内的转化。

四、思维拓展

提示：航天器和航天服中的生命保障系统，主要由氧源（气瓶）和供气调压组件、水升华器和水冷却循环装置、空气净化组件、通风组件、通信设备、应急供氧分系统、控制组件和电源、报警分系统、遥测分系统等组成。它能够为航天员提供呼吸用氧，并控制服装内的压力和温度，清除航天服内C0₂、臭味、湿气和微量污染等。这套生命保障系统与压力服（给宇航员提供正常大气压）一起，在人体周围创造适宜人生存和工作的微型气候环境，有利于宇航员维持机体内环境的稳态。