張萌萌，張 瀅，楊 潔

（漢中職業(yè)技術(shù)學(xué)院，陜西漢中 723000）

緩沖溶液作為高職藥學(xué)專業(yè)基礎(chǔ)化學(xué)課程中的重點(diǎn)章節(jié)，它在醫(yī)學(xué)領(lǐng)域具有廣泛應(yīng)用，如人體體液正常 pH 的保持、細(xì)菌培養(yǎng)、生物體內(nèi)酶催化反應(yīng)、血液冷藏、藥物的配制和儲(chǔ)存以及藥物研發(fā)等。由此可見，維持溶液pH 基本恒定，無論在化學(xué)上還是醫(yī)學(xué)上都具有重要意義。因此，藥學(xué)專業(yè)學(xué)生熟練掌握緩沖溶液的定義、基本原理及其在醫(yī)學(xué)領(lǐng)域的應(yīng)用十分必要[1]。POE（Predict-Observe-Explain）教學(xué)策略基于學(xué)生為本位，分為以下3個(gè)步驟：①預(yù)測(cè)：要求學(xué)生面對(duì)知識(shí)情境，根據(jù)已有經(jīng)驗(yàn)進(jìn)行現(xiàn)象或事實(shí)的預(yù)測(cè)并說明理由；②觀察：學(xué)生根據(jù)所設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)進(jìn)行操作，觀察產(chǎn)生的實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象和結(jié)果，對(duì)照預(yù)測(cè)，是否相符；③解釋：根據(jù)預(yù)測(cè)和觀察結(jié)果對(duì)照，得出結(jié)論。在此3個(gè)步驟中，引導(dǎo)學(xué)生促進(jìn)前概念的轉(zhuǎn)化，系統(tǒng)構(gòu)建新的知識(shí)體系[2]。

本文以“緩沖溶液及其作用機(jī)制”教學(xué)內(nèi)容為例，運(yùn)用POE 教學(xué)策略，以緩沖溶液的教學(xué)為出發(fā)點(diǎn)和落腳點(diǎn)，設(shè)置問題情境引出緩沖溶液的知識(shí)點(diǎn)，進(jìn)而通過實(shí)驗(yàn)探究緩沖溶液的特征，實(shí)例分析緩沖溶液的作用機(jī)制，達(dá)到學(xué)以致用的目的，做好職業(yè)思維教育。

1 教學(xué)內(nèi)容與教學(xué)現(xiàn)狀分析

緩沖溶液及其作用機(jī)制教學(xué)內(nèi)容是基礎(chǔ)化學(xué)課本“電解質(zhì)溶液”章節(jié)中的內(nèi)容，作為?？汲Ｓ玫闹R(shí)點(diǎn)之一，緩沖溶液的講解歷來是大學(xué)化學(xué)或無機(jī)化學(xué)的重點(diǎn)，但由于此概念較強(qiáng)的理論性和抽象性，學(xué)生理解參差不齊。所以講解內(nèi)容要考慮學(xué)生基礎(chǔ)，應(yīng)由淺入深，先將內(nèi)容趣味化、簡(jiǎn)單化，調(diào)動(dòng)其興趣，再由表及里，使學(xué)生內(nèi)化于心[3]。同時(shí)，其內(nèi)容與醫(yī)藥健康實(shí)際應(yīng)用聯(lián)系密切，在予以知識(shí)以真實(shí)情境的同時(shí)，借助科學(xué)探究法和案例研討法引導(dǎo)學(xué)生自主探究性質(zhì)，遷移應(yīng)用，系統(tǒng)構(gòu)建新的知識(shí)體系。

本節(jié)課授課對(duì)象為高職藥學(xué)專業(yè)一年級(jí)學(xué)生，學(xué)生在本學(xué)期前期已學(xué)習(xí)電解質(zhì)溶液、水的解離、酸堿質(zhì)子理論、弱電解質(zhì)的電離平衡、溶液的酸堿性和pH，已具備一定的理論基礎(chǔ)。但大部分學(xué)生學(xué)習(xí)自主性差，基礎(chǔ)知識(shí)掌握得不牢，對(duì)實(shí)際問題的分析和解決能力較差，需要教師提醒、督促和引導(dǎo)。

2 教學(xué)構(gòu)思

結(jié)合教學(xué)內(nèi)容和教學(xué)現(xiàn)狀，調(diào)整教學(xué)順序，進(jìn)行縱向教學(xué)設(shè)計(jì)，教學(xué)主線如圖1：

圖1 教學(xué)設(shè)計(jì)構(gòu)思圖

3 教學(xué)環(huán)節(jié)設(shè)計(jì)

3.1 新課導(dǎo)入

課前，讓學(xué)生觀看“健康大不同”節(jié)目，并提出問題。以常見的藥物和食物攝入不會(huì)引起血液pH 發(fā)生明顯變化情景作為引入，學(xué)生對(duì)生活中此類現(xiàn)象都親身經(jīng)歷過，但很少從所學(xué)化學(xué)知識(shí)的角度去思考什么是緩沖體系和人體中緩沖體系作用機(jī)制等問題。

設(shè)計(jì)意圖：本節(jié)課以生活中常見實(shí)例引入，基于真實(shí)情境，素材具有針對(duì)性和吸引力，讓學(xué)生感覺既熟悉，但從化學(xué)角度去思考卻又很陌生，這樣便能激發(fā)學(xué)生探究欲，集中課堂注意力。

3.2 猜想預(yù)測(cè)

問題1：在日常生活中，我們所攝取的食物或服用的藥物有酸性的、堿性的，人體所吸收的這些物質(zhì)就會(huì)進(jìn)入血液中，但血液的pH 并沒有因此而發(fā)生明顯的改變，維持在7.35 ～7.45之間。這是因?yàn)槿梭w內(nèi)有著強(qiáng)大的緩沖溶液體系，那么，什么緩沖溶液體系？人體是怎樣保持血液的pH 在7.35 ～7.45之間的呢？

學(xué)生活動(dòng)1：以小組為單位設(shè)計(jì)模擬對(duì)比實(shí)驗(yàn)。取3 支試管，分別盛裝等量H2O、NaCI、HAc-NaAc緩沖溶液，分別加入等量紫色石蕊試劑并記下pH；往其中依次分別加入1滴0.01 mol/L HCl，記下pH1；同樣取3支試管，分別盛裝等量H2O、NaCI、HAc-NaAc 緩沖溶液，往其中依次分別加入1 滴0.01 mol/L NaOH溶液，記下滴加溶液后的pH2，并分別計(jì)算差值△ph1、△ph2，記錄實(shí)驗(yàn)中顏色變化現(xiàn)象。

設(shè)計(jì)意圖：猜想是進(jìn)行實(shí)驗(yàn)探究不可缺少的步驟，也是POE 教學(xué)策略的程序之一。引導(dǎo)學(xué)生在已有認(rèn)知基礎(chǔ)上進(jìn)行合理的實(shí)驗(yàn)探究，激活學(xué)生科學(xué)探究思維，規(guī)范科學(xué)探究步驟。

3.3 實(shí)驗(yàn)觀察

問題2：實(shí)驗(yàn)操作后，請(qǐng)學(xué)生總結(jié)實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象和數(shù)據(jù)。學(xué)生活動(dòng)2：匯總記錄實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象和數(shù)據(jù)結(jié)果，嘗試解釋實(shí)驗(yàn)原理與結(jié)論。

表1 定量分析實(shí)驗(yàn)結(jié)果

設(shè)計(jì)意圖：指導(dǎo)學(xué)生通過親自實(shí)驗(yàn)操作驗(yàn)證，定性分析和定量分析相結(jié)合，理解緩沖溶液的定義，深刻感受緩沖溶液的作用，并在此探究過程中的好奇心與求知欲進(jìn)一步被激發(fā)。此時(shí)，引導(dǎo)學(xué)生深入分析，解釋現(xiàn)象產(chǎn)生原因，培養(yǎng)規(guī)范的科學(xué)探究思維。

3.4 探究釋疑

問題3：通過上面的實(shí)驗(yàn)，解釋什么是緩沖溶液。

學(xué)生活動(dòng)3：小組討論分析得出，對(duì)于NaCI 這種普通溶液，其pH 容易收到外界少量酸和堿的影響，而HAc-NaAc 混合溶液能夠抵抗外加少量強(qiáng)酸強(qiáng)堿或稍加稀釋，保持其溶液pH 基本不變，這樣的溶液稱為緩沖溶液，緩沖溶液的這種作用稱為緩沖作用。

設(shè)計(jì)意圖：以實(shí)驗(yàn)結(jié)果為遞進(jìn)點(diǎn)，層層推進(jìn)，抓住學(xué)生探究學(xué)習(xí)的好奇心，并加以適當(dāng)?shù)囊龑?dǎo)與幫助，由實(shí)驗(yàn)結(jié)果引入緩沖溶液和緩沖作用的概念教學(xué)，為進(jìn)一步應(yīng)用專業(yè)知識(shí)解釋實(shí)例打好理論基礎(chǔ)。

3.5 拓展研究

問題4：緩沖溶液能夠抵抗外界少量強(qiáng)酸強(qiáng)堿或稍加稀釋的影響，那么，緩沖溶液為什么具有緩沖作用呢？

學(xué)生活動(dòng)4：學(xué)生進(jìn)行小組討論，教師提示從緩沖溶液的組成這一角度去分析作用原理。

教師引導(dǎo)：緩沖溶液的緩沖作用和它的組成有關(guān)，緩沖溶液是由具有足夠濃度的弱酸或弱堿的共軛酸堿對(duì)或多元酸的酸式鹽及其次級(jí)鹽組成，比如HAc-NaAc緩沖對(duì)，NHCI4-NH3緩沖對(duì)、H2CO3-NaHCO3緩沖對(duì)。其中，共軛酸起抗堿作用，稱為抗堿成分，共軛堿起抗酸作用，稱為抗酸成分，組成緩沖溶液的共軛酸堿對(duì)也稱為緩沖對(duì)。

3.6 學(xué)以致用

問題5：以HAc-NaAc 緩沖溶液為例，進(jìn)一步具體分析緩沖溶液的作用原理。

教師引導(dǎo)：在HAc-NaAc 緩沖溶液中，存在2個(gè)解離過程，HAc 部分解離成H+和Ac-，NaAc 完全解離成Na+和Ac-。在上述溶液中加入少量強(qiáng)酸（如HCl 溶液）時(shí)，溶液中存在的大量Ac-與外加的H+結(jié)合成弱電解質(zhì)HAc，使增加的H+被消耗，此時(shí)，溶液中的H+濃度無明顯增大，pH 基本保持不變，共軛堿NaAc 和H+結(jié)合起到了抗酸的作用。同理，加入少量強(qiáng)堿（如NaOH 溶液），OH-與HAc 解離出的H+結(jié)合，生成難解離的H2O，在H+被消耗的同時(shí)，HAc 的解離平衡向右移動(dòng)，解離出H+，被消耗的H+得到及時(shí)補(bǔ)充，其濃度不會(huì)明顯減低，pH 基本保持不變。弱酸HAc 和OH-結(jié)合起到了抗堿的作用。

因此，由于在緩沖溶液中存在著相對(duì)較多的抗酸成分和抗堿成分，可消耗外來的少量強(qiáng)酸和強(qiáng)堿，通過酸堿平衡移動(dòng)，使溶液的pH 基本保持不變。

問題6：人體血漿中有碳酸緩沖對(duì)、磷酸緩沖對(duì)、蛋白質(zhì)緩沖對(duì)、紅細(xì)胞內(nèi)有血紅蛋白緩沖對(duì)、氧合血紅蛋白緩沖對(duì)以及碳酸緩沖對(duì)、磷酸緩沖對(duì)。這些緩沖對(duì)使人體血液pH 范圍維持在7.35 ～7.45之間。其中，碳酸和碳酸鈉緩沖溶液是血漿中最主要的緩沖對(duì)，分析其具體作用原理。

學(xué)生活動(dòng)5：緩沖機(jī)制與肺的呼吸功能及腎的排泄和重吸收功能密切相關(guān)，正常人體代謝產(chǎn)生的CO2進(jìn)入血液后與水結(jié)合成碳酸，碳酸與血漿中的碳酸氫根組成共軛酸堿對(duì)，并建立起解離平衡。

教師引導(dǎo)：H2CO3-NaHCO3緩沖對(duì)作用時(shí)，當(dāng)體內(nèi)酸性物質(zhì)增多時(shí)，血漿中大量的CO3-與H+結(jié)合，使平衡向左移動(dòng)，H+被消耗后，產(chǎn)生的二氧化碳由肺呼出，消耗的CO3-可通過腎臟減少對(duì)其排泄而得以補(bǔ)充，H+濃度不發(fā)生明顯的改變。HCO3-是人體血漿中含量最多的抗酸成分，血漿對(duì)機(jī)體內(nèi)所產(chǎn)生的酸性物質(zhì)的緩沖能力主要由其決定，故常將血漿中的HCO3-稱為堿儲(chǔ)備或儲(chǔ)堿。

當(dāng)體內(nèi)堿性物質(zhì)增多時(shí)，OH-與平衡中的H+結(jié)合，使平衡向右移動(dòng)，促使抗堿成分H2CO3解離以補(bǔ)充消耗的H+。機(jī)體的補(bǔ)償機(jī)制通過減緩肺部CO2呼出量和腎臟增加對(duì)HCO3-的排泄，以維持恒定的緩沖比，使人體血液pH 基本不變。

所以，只有飲食均衡，增強(qiáng)抵抗力才會(huì)增強(qiáng)人體免疫力，與多吃堿性食物是沒有直接關(guān)系的。事實(shí)上，飲食偏向于水果蔬菜的人抵抗力之所以強(qiáng)也與其為堿性食物無關(guān)，關(guān)鍵在于維生素與礦物質(zhì)等的攝入均衡，以及自我積極鍛煉和良好心態(tài)。

設(shè)計(jì)意圖：知識(shí)應(yīng)用層層推進(jìn)，教學(xué)情境首尾呼應(yīng)，實(shí)現(xiàn)知識(shí)的遷移應(yīng)用的同時(shí)，對(duì)新知再總結(jié)，加深理解，掌握知識(shí)本質(zhì)。使學(xué)生在學(xué)習(xí)過程中獲得成就感，產(chǎn)生化學(xué)學(xué)習(xí)的自信心，落實(shí)情意類素養(yǎng)教學(xué)目標(biāo)。

3.7 總結(jié)升華

動(dòng)畫、視頻展示微生物的培養(yǎng)、組織切片的染色、血液的保存、藥物的配制以及仿內(nèi)環(huán)境的生物化學(xué)實(shí)驗(yàn)等在醫(yī)學(xué)上的廣泛應(yīng)用。

4 結(jié)語

在教學(xué)過程中，以學(xué)生為中心，以問題為導(dǎo)向，結(jié)合POE 教學(xué)策略的方法和步驟，突出化學(xué)以實(shí)驗(yàn)為主的學(xué)科特征，規(guī)范科學(xué)探究正確方法和步驟，結(jié)合緩沖溶液及其作用機(jī)制實(shí)驗(yàn)探究，從生活到化學(xué)，從化學(xué)到健康，宏微結(jié)合了解化學(xué)知識(shí)本質(zhì)，逐步形成定量分析與定性分析相結(jié)合的化學(xué)學(xué)習(xí)觀念。