Informatie

4.2: Aantekeningen voor het voorbereiden van het ademlab-onderwijs - Biologie


Overzicht

Deze hands-on, hands-on activiteit begint met analyse- en discussievragen die studenten inzicht geven in homeostase en negatieve feedback, het verschil tussen negatieve en positieve feedback, en de samenwerking tussen de ademhalings- en bloedsomloopsystemen om O2 en verwijder CO2 voor cellen in het hele lichaam. Vervolgens voeren en analyseren studenten een experiment dat onderzoekt hoe de snelheid en diepte van de ademhaling worden beïnvloed door negatieve feedbackregulatie van de bloedspiegels van CO2 en O2. Ten slotte formuleren de studenten een vraag over de effecten van inspanning op de ademhaling, ontwerpen en voeren ze een relevant experiment uit, analyseren en interpreteren ze hun gegevens en relateren ze hun resultaten aan homeostase tijdens inspanning.

Leerdoelen

In overeenstemming met de Wetenschapsnormen van de volgende generatie:

  • Deze activiteit helpt studenten zich voor te bereiden op de prestatieverwachting:
    • HS-LS1-3. "Plan en voer een onderzoek uit om bewijs te leveren dat feedbackmechanismen de homeostase handhaven."
  • Studenten leren het volgende disciplinaire kernidee:
    • LS1.A "Feedback-mechanismen houden de interne omstandigheden van een levend systeem binnen bepaalde grenzen en bemiddelen gedrag, waardoor het in leven en functioneel blijft, zelfs als externe omstandigheden binnen een bepaald bereik veranderen. Feedbackmechanismen kunnen aanmoedigen (door positieve feedback) of ontmoedigen (negatieve feedback) wat er gaande is in het levende systeem."
  • Studenten nemen deel aan aanbevolen wetenschappelijke praktijken, waaronder:
    • "vragen stellen"
    • "onderzoeken plannen en uitvoeren"
    • "analyseren en interpreteren van gegevens"
    • "verklaringen construeren".
  • Deze activiteit biedt de mogelijkheid om het transversale concept "Stabiliteit en verandering" te bespreken.

Aanvullende specifieke leerdoelen

  • Homeostase verwijst naar het handhaven van relatief constante interne omstandigheden.
  • Negatieve feedback treedt op wanneer een verandering in een gereguleerde variabele een reactie triggert die: keert om de initiële wijziging en brengt de geregelde variabele terug naar het setpoint. Negatieve feedback speelt een belangrijke rol bij het handhaven van de homeostase. Negatieve feedback helpt bijvoorbeeld om een ​​relatief constante interne lichaamstemperatuur te behouden.
  • Positieve feedback treedt op wanneer een verandering in een variabele een reactie triggert die meer verandering in de dezelfde richting. Positieve feedback is nuttig wanneer er een voordeel is bij het maken van een snelle verandering. Positieve feedback vergemakkelijkt bijvoorbeeld de snelle vorming van een bloedplaatjesprop, wat helpt om overmatig bloedverlies te voorkomen wanneer een bloedvat is beschadigd.
  • Cellen voeren uit cellulaire ademhaling om ATP te maken, een molecuul dat energie levert in een vorm die cellen kunnen gebruiken. Cellulaire ademhaling vereist O2 en produceert CO2.
  • De ademhalings- en bloedsomloop werk samen om O . te brengen2 naar cellen over het hele lichaam en verwijder CO2. Wanneer een persoon inademt, lucht met O2 in de longen wordt gebracht. O2 diffundeert vanuit de lucht in de kleine luchtzakjes van de longen in het bloed. De O2-transporterend bloed wordt door het hart naar bloedvaten in de buurt van alle cellen in het lichaam gepompt. O2 diffundeert vanuit het bloed naar de cellen waar O2 wordt gebruikt bij cellulaire ademhaling. CO2 geproduceerd door cellulaire ademhaling beweegt door het bloed naar de longen waar het wordt uitgeademd.
  • Regelgeving voor negatieve feedback van de bloedspiegels van CO2 en O2 helpt ervoor te zorgen dat voldoende O2 wordt geleverd om te voldoen aan de behoeften van de cellen aan cellulaire ademhaling en voldoende CO2 wordt verwijderd om schadelijke effecten te voorkomen. Verhoogde bloedspiegels van CO2 een verhoogde ademhaling stimuleren (vooral een grotere ademhalingsdiepte).
  • Wanneer een persoon opdrachten, gebruiken zijn of haar spiercellen veel meer ATP per seconde dan wanneer hij of zij rust. Dit vereist een aanzienlijk verhoogde snelheid van cellulaire ademhaling. Om de homeostase tijdens inspanning te behouden, nemen de ademhalingsfrequentie en -diepte toe om meer O . te leveren2 en verwijder meer CO2.
  • Om een ​​wetenschappelijk onderzoek nauwkeurige resultaten te laten opleveren, moeten wetenschappers beginnen met: het ontwikkelen van betrouwbare, valide meetmethoden de variabelen in het onderzoek.

Benodigdheden

Voor sectie III. Negatieve feedback en de regulering van de ademhaling:

  • Eén plastic vuilniszak van 8 gallon per student
  • Een manier om 8 opeenvolgende intervallen van 30 seconden te timen voor elke groep van vier studenten

Voor sectie IV. Homeostase en ademhaling tijdens inspanning:

  • Een manier om intervallen van 30 seconden te timen plus benodigdheden voor welke methode dan ook voor het meten van de ademhalingsfrequentie en -diepte die u kiest (zie pagina's 10-11)
  • Eén of twee pagina's notitieboekjepapier en één pagina ruitjespapier per leerling
  • Misschien wil je ook weerstandsbanden of instructies voor en foto's van yogahoudingen hebben voor het geval studenten dat soort oefeningen in hun experiment willen opnemen.

Instructiesuggesties en achtergrondinformatie

Het volgende tijdlijn kan geschikt zijn voor deze meerdelige activiteit (ervan uitgaande dat je lessen van 50 minuten hebt). Als de tijd beperkt is, wilt u misschien alleen secties I-III gebruiken en sectie IV, Homeostase en veranderingen in ademhaling door inspanning weglaten; als u aan het eind van het jaar wat onderwijstijd heeft nadat de eindtoetsen zijn afgenomen, kunt u in die tijd rubriek IV gebruiken.

Dag

Activiteiten

Hand-outpagina's voor leerlingen

1

Analyse- en discussievragen over "Homeostase en negatieve feedback" en "Ademhaling en circulatie" + Bereid je voor op een experiment met negatieve feedback

1-4

2

Experiment "Negatieve feedback en de regulering van de ademhaling" en begin met analyseren

5-6

3

Analyseer en interpreteer experiment met negatieve feedback en plan experimenten voor "Homeostase en veranderingen in ademhaling door inspanning"

7-topdeel van 9

4

Plannen afronden en oefenexperimenten uitvoeren en resultaten analyseren en interpreteren; misschien wilt u vraag 29 als huiswerk meegeven.

9

In de studentengids, cijfers in vet aangeven welke vragen de leerlingen moeten beantwoorden.

EEN toets is op verzoek beschikbaar bij Ingrid Waldron ([email protected]). De volgende paragrafen bevatten aanvullende instructie-suggesties en achtergrondinformatie – sommige voor opname in uw klasdiscussies en andere om u de relevante achtergrond te geven die nuttig kan zijn voor uw begrip en/of voor het beantwoorden van vragen van studenten.

Voor de analyse- en discussievragen kunt u: maximaliseer de deelname en het leren van studenten, door uw leerlingen individueel, in tweetallen of in kleine groepen te laten werken om groepen verwante vragen te beantwoorden en daarna een klassikale discussie te houden na elke groep verwante vragen. In elke discussie kunt u het denken van leerlingen onderzoeken en hen helpen een goed begrip te ontwikkelen van de concepten en informatie die aan bod komen voordat u doorgaat naar de volgende groep verwante vragen.

I. Homeostase en negatieve feedback

De onderstaande afbeelding toont een andere manier van diagrammen: negatieve feedback regulering van interne lichaamstemperatuur. Deze afbeelding geeft aanvullende informatie over deze negatieve feedback en illustreert een aantal belangrijke punten die u misschien wilt opnemen in uw bespreking van de onderste helft van pagina 1 van de Studentenhand-out:

  • Negatieve feedback houdt de lichaamstemperatuur binnen een nauw bereik door andere aspecten van de lichaamsfysiologie te veranderen (zweten, rillingen, bloedtoevoer naar de huid). Deze veranderingen houden aan totdat de lichaamstemperatuur is hersteld tot het instelpuntbereik en dan zijn het zweten of rillen en de verandering in de bloedstroom uitgeschakeld.
  • De belangrijkste stimulus voor deze veranderingen is de discrepantie tussen de ingestelde temperatuur en de werkelijke lichaamstemperatuur.
  • Negatieve feedback werkt vaak via meer dan één type fysiologische respons.

Negatieve feedbackregeling betekent niet dat er altijd een constante temperatuur is. U kunt het instelpunt op de thermostaat in een huis wijzigen en op dezelfde manier kunnen fysiologische reacties het instelpunt van uw lichaam voor temperatuurregeling veranderen. Wanneer u bijvoorbeeld een infectie, sturen de fagocytische cellen die zich verdedigen tegen bacteriën en virussen een chemisch signaal naar het gebied van de hersenen dat als thermostaat fungeert. Dit chemische signaal verhoogt het instelpunt voor temperatuurregeling, zo ontwikkel je een koorts. De verhoging van de lichaamstemperatuur kan uw immuunsysteem helpen de infectie te bestrijden, aangezien de verhoging van de temperatuur over het algemeen de immuunrespons verhoogt en de groei van veel infectieuze micro-organismen vermindert. Als u koorts heeft, kan een normale lichaamstemperatuur leiden tot rillingen en koude rillingen omdat de lichaamstemperatuur lager is dan de ingestelde temperatuur voor koorts.

Tijdens het sportenneigt de lichaamstemperatuur te stijgen omdat het verhoogde energieverbruik (tot 15 keer hoger dan in rust) resulteert in een verhoogde warmteproductie die het vermogen van het lichaam om warmte kwijt te raken, kan overschrijden. Meestal resulteert dit in een schommeling van de lichaamstemperatuur binnen een acceptabel bereik (zie figuur rechts op de volgende pagina). In dit geval is de temperatuurstijging niet te wijten aan een verandering in het setpoint, maar aan het onvermogen van de negatieve feedbackmechanismen om de hoeveelheid temperatuurstress aan te kunnen.

Bij zoogdieren handhaaft regulatie van negatieve feedback een relatief hoge lichaamstemperatuur waardoor zoogdieren snel kunnen bewegen, zelfs als de omgevingstemperaturen laag zijn. Dit type thermoregulatie is afhankelijk van een relatief hoge stofwisseling die een hoge calorie-inname vereist.

een korte video- introductie van homeostase en temperatuurregeling is beschikbaar op https://www.khanacademy.org/partner-content/mit-k12/mit-k12-biology/v/homeostasis. Een inleiding tot homeostase, negatieve feedback en positieve feedback is beschikbaar op http://www.lionden.com/homeostasis.htm.

Positieve feedback is nuttig wanneer er een voordeel is aan een snelle overgang tussen twee toestanden, b.v. van bloed dat vrij in een bloedvat stroomt tot de vorming van een bloedplaatjesprop en bloedstolsel in een beschadigd bloedvat. Een ander voorbeeld waarbij positieve feedback helpt om een ​​overgang te versnellen, is de bevalling (de overgang van een foetus in de baarmoeder die zuurstof krijgt via de placenta naar een baby die geboren is en zelfstandig ademt) (zie http://www.johnwiley .net.au/highered/interactions/media/Foundations/content/Foundations/homeo4a/bot.htm). Positieve feedback is natuurlijk niet de enige manier waarop het lichaam snelle verandering bereikt; neurale controle van spieren of secretoire organen kan bijvoorbeeld ook snelle reacties produceren.

Deze figuur geeft aanvullende informatie over positieve feedback bij de vorming van een bloedplaatjesprop. Merk op dat positieve feedback bij de vorming van bloedplaatjes draagt ​​bij aan homeostase door overmatig bloedverlies te voorkomen en zo vocht vast te houden en de bloeddruk op peil te houden.

De trombocytenprop vormt de basis voor de vorming van een bloed stollen (zie afbeelding op de laatste pagina). Onbeschadigde endotheelcellen in de bekleding van de bloedvaten scheiden chemische signalen af ​​die de bloedplaatjesaggregatie en de vorming van bloedstolsels remmen, zodat de bloedplaatjesprop en het bloedstolsel beperkt blijven tot de plaats waar het endotheel is beschadigd. Een beschrijving van het proces van stolselvorming en de processen die overmatige stolling voorkomen is beschikbaar op http://www.biosbcc.net/doohan/sample/htm/Hemosta sis.htm.

II. Ademhaling en circulatie

Deze sectie biedt een belangrijke achtergrond die uw leerlingen nodig hebben om de negatieve feedbackregulatie van ademhaling te begrijpen en het experiment in sectie III te interpreteren. Deze achtergrond zal ook nuttig zijn voor uw leerlingen als ze nadenken over ademhaling en lichaamsbeweging in sectie IV.

Als uw leerlingen niet bekend zijn met cellulaire ademhaling en ATP, wilt u deze onderwerpen misschien introduceren met de analyse- en discussieactiviteit "Hoe gebruiken biologische organismen energie?" (beschikbaar op http://serendip.brynmawr.edu/exchange/bioactivities/energy).

Als uw leerlingen niet bekend zijn met hoe mensen ademen, wilt u misschien wat extra uitleg geven. Tijdens het inademen wordt de long vergroot door samentrekking van het middenrif en bepaalde ribspieren; zoals weergegeven in de afbeelding op de volgende pagina, trekt het middenrif naar beneden als de spier korter wordt. De uitzetting van de longen vermindert de druk in de longen tot onder de luchtdruk in de omgeving en de lucht komt in de longen. Tijdens het uitademen ontspannen de middenrif- en ribspieren en de elasticiteit van de longen zorgt ervoor dat de longen kleiner worden. Dit verhoogt de luchtdruk in de longen boven de externe luchtdruk, zodat lucht uit de longen stroomt. Rustige ademhaling is dus te wijten aan de afwisseling tussen de samentrekking van de ademhalingsspieren, wat resulteert in inademing en ontspanning van de ademhalingsspieren, wat resulteert in uitademing. Dit ritmische patroon van samentrekking en ontspanning van de ademhalingsspieren is te wijten aan een ritmisch patroon van stimulatie dat zijn oorsprong vindt in de medulla in de hersenstam. Bij diep ademhalen draagt ​​de samentrekking van bepaalde ribspieren bij aan de uitademing. Een eenvoudige animatie die inademing en uitademing laat zien, is beschikbaar op http://www.smm.org/heart/lungs/b reathing.htm.

Onderstaande figuur geeft aanvullende informatie over de opbouw van het ademhalingssysteem. Als je leerlingen bekend zijn met de termen alveolus/alveoli, wil je deze termen misschien gebruiken om de termen luchtzak/luchtzakjes op pagina 3 van de leerlingenhandleiding te vervangen.

Een beschrijving en een handige video die uitleggen hoe de ademhalings- en bloedsomloopsystemen samenwerken om O . te leveren2 en verwijder CO2 uit de lichaamscellen zijn beschikbaar op http://www.nhlbi.nih.gov/health/health-topics/topics/hlw/whathappens. Misschien wil je deze video aan je leerlingen laten zien voordat ze antwoorden Vraag 11 of tijdens uw bespreking van de antwoorden van de cursisten op vraag 11. U kunt uw cursisten vertellen dat de bloedsomloop meerdere aanvullende belangrijke functies heeft, zoals het transport van hormonen, voedselmoleculen (bijv. glucose), warmte en antilichamen en witte bloedcellen naar infectie bestrijden.

III. Negatieve feedback en de regulering van de ademhaling

Wijzigingen in de hoeveelheid lucht die per minuut in de longen wordt ingeademd (pulmonale ventilatie in milliliter per minuut) kan het gevolg zijn van veranderingen in de ademhalingssnelheid (ademhalingen per minuut) en/of veranderingen in de diepte van de ademhaling (ademvolume in milliliter per ademhaling). Door eenvoudige algebra:

Longventilatie = ademhalingsfrequentie x ademvolume

Als hoogte neemt toe en de concentratie van O2 in lucht neemt af, gemiddelde arteriële bloed O2 niveaus afnemen. Boven ~ 10.000 voet, gemiddelde arteriële bloed O2 niveaus dalen tot voldoende lage niveaus om perifere chemoreceptoren te stimuleren die het ademhalingscentrum in de medulla in de hersenen stimuleren; deze input stimuleert een verhoogde longventilatie. Als de overgang naar grote hoogte snel gaat, is de kans groot dat iemand acute hoogteziekte krijgt; een belangrijke reden is dat de verhoogde longventilatie CO . verwijdert2 sneller dan het wordt geproduceerd door cellulaire ademhaling en, als CO2 niveaus dalen, alkalose ontwikkelt zich. CO2 opgelost in het water van het bloed is een belangrijke bron van zuurgraad:

H2O + CO2 H2CO3 H+ + HCO3-

Op de lange termijn resulteert acclimatisatie aan het leven op grote hoogte in verschillende adaptieve veranderingen:

  • Verhoogde productie van rode bloedcellen, zodat het bloed meer O . vervoert2 per ml
  • Verhoogd aantal haarvaten in de weefsels, dus O2 heeft een kortere afstand om te diffunderen om de cellen te bereiken
  • Meer mitochondriën in cellen dus beschikbaar O2 wordt efficiënter gebruikt
  • Nieren houden meer H . vast+.

Opgemerkt moet worden dat de ademhaling onder de meeste omstandigheden voornamelijk wordt gereguleerd door de concentratie van CO2 in arterieel bloed en de bijbehorende veranderingen in pH. Dit is handig omdat het percentage O2 verzadiging van hemoglobine is relatief ongevoelig voor O2 concentraties, terwijl veranderingen in CO2 concentratie in het bloed hebben een onmiddellijk effect op de pH. Het volgende diagram toont de negatieve terugkoppelingsregeling van CO2 niveaus.

U kunt het gedeelte over "Uw experimentele procedures ontwikkelen" (pagina 5 van de Studentenhand-out) inleiden door te benadrukken dat wetenschappers betrouwbare en valide meetmethoden moeten ontwikkelen om nauwkeurige resultaten te krijgen. Betrouwbaar methoden produceren dezelfde, consistente resultaten bij verschillende herhalingen van hetzelfde experiment. Geldig methoden produceren resultaten die nauwkeurig de variabele weergeven die de wetenschapper probeert te meten.

Terwijl je leerlingen oefenen ademen in de zak, benadrukken het belang van:

  • Zorg ervoor dat u de zak met zoveel mogelijk lucht vult
  • Zorg voor een goede afsluiting tussen de zak en het gezicht van de persoon, zodat er geen lucht in en uit de zak lekt
  • Handhaving van een goede afdichting gedurende het gehele testinterval (3 minuten voor het ontwikkelen van de procedure voor het evalueren van de diepte van de ademhaling en 4 minuten voor het eigenlijke experiment).

De waarnemers moeten de hele zak kunnen zien om de ademhalingssnelheid en diepte te beoordelen. Soms kan dit het beste worden bereikt door de proefpersoon op te laten staan ​​terwijl hij in de zak ademt. Een demovideo is beschikbaar op https://www.youtube.com/watch?v=UjzBRiX1Jpc&feature=youtu.be.

Een student met een ernstig ademhalings- of hartprobleem zou waarschijnlijk geen onderwerp moeten zijn in de experimenten. Het kan voor een deelnemende student met astma raadzaam zijn om zijn/haar inhalator bij de hand te houden voor gebruik indien nodig.

De resultaten van het experiment variëren voor verschillende onderwerpen (en zelfs voor hetzelfde onderwerp in herhaalde proeven). Een reden voor deze variatie is dat de ademhaling sterk onderhevig is aan vrijwillige controle. Trends kunnen verschillen vanwege afleiding in de omgeving, emotionele invloeden of andere soorten hersenactiviteit die de ademhaling kunnen beïnvloeden. De rol van de brein wordt ook weerspiegeld in de subjectieve reactie die uw leerlingen kunnen ervaren tegen het einde van het interval van vier minuten wanneer de lucht in de zak verhoogde CO-niveaus heeft2 en verlaagde niveaus van O2 (zie vraag 15b). Vanwege de variabiliteit in resultaten, wil je misschien individuele gegevens van alle studenten in je klas verzamelen en berekenen klasse gemiddelden voor het aantal ademhalingen en de diepte van de ademhaling (rekening houdend met de methodologische kwestie die in de volgende paragraaf wordt besproken).

Vraag 16 wordt opgenomen in het geval dat een of meer proefpersonen in een groep er niet in slagen de volledige vier minuten ademen in de zak te voltooien. In dat geval moeten studenten de eerdere gemiddelden van ademhalingsfrequenties en diepte voor vier studenten niet vergelijken met latere gemiddelden van ademhalingsfrequenties en diepte voor minder studenten. Mogelijke alternatieve benaderingen zijn onder meer:

  • Alleen de gegevens gebruiken voor de intervallen van 30 seconden toen alle studenten in de zak ademden
  • Het berekenen van gemiddelden voor alleen de studenten die alle vier de minuten van ademen in de zak hebben voltooid
  • Individuele trends voor elke student uitzetten.

Om de beste aanpak te kiezen, moeten de leerlingen het patroon overwegen van wanneer de proefpersonen in hun groep stopten met ademen in de zak.

In onze ervaring zijn veranderingen in de ademhalingssnelheid inconsistent, zowel binnen als tussen proefpersonen. Daarentegen vertonen de meeste proefpersonen een relatief consistente trend naar de toegenomen diepte van de ademhaling. Deze observaties zijn in overeenstemming met wetenschappelijke onderzoeksresultaten waaruit blijkt dat: verhoogde CO2 is geassocieerd met consistenter neemt toe diepte van de ademhaling en kleiner, inconsistent neemt toe in de snelheid van ademen. Misschien wilt u deze bevindingen in verband brengen met de observatie dat: dieper ademen is efficiënter dan sneller ademen als een manier om de inname van O . te verhogen2 en vrijkomen van CO2. Om de reden hiervoor te begrijpen, moet u nadenken over wat er gebeurt als u begint te inhaleren. De eerste lucht die de luchtzakjes in de longen binnenkomt, is de lucht die zojuist is uitgeademd in de bronchiolen, bronchiën, luchtpijp, keelholte, mond en neus (zie onderste afbeelding op pagina 6). Deze recent uitgeademde lucht heeft een lage O2 en hoge CO2, dus het is minder nuttig dan verse lucht voor gasuitwisseling in de luchtzakken van de longen. Een zeer oppervlakkige ademhaling zal alleen deze recent uitgeademde lucht in de luchtzakken brengen. Een diepere ademhaling zal proportioneel meer frisse lucht brengen met een hoge O2 en lage CO2 in de luchtzakken; dit zal de diffusie van O . verhogen2 in het bloed en diffusie van CO2 uit het bloed.

Als uw resultaten vergelijkbaar zijn met onze bevindingen, bespreking van: vraag 21 zal de gelegenheid bieden om te praten over het belang van het testen van zelfs voorspellingen die bij uitstek redelijk lijken. Het falen van experimentele resultaten om een ​​voorspelling te bevestigen, kan leiden tot nieuwe inzichten en een verbeterde hypothese - in dit geval de erkenning dat negatieve feedback-regulatie van bloedspiegels van CO2 beïnvloedt voornamelijk de diepte van de ademhaling, met minder of geen effect op de ademhalingssnelheid. Dit resultaat is biologisch logisch omdat de grotere ademhalingsdiepte een efficiëntere manier is om de gasuitwisseling te verbeteren.

Het experiment beschreven in de Studentenhand-out toont het belang van hoge CO .-niveaus aan2 en/of lage niveaus van O2 bij het stimuleren van diepere ademhaling, maar dit experiment staat studenten niet toe om zich onderscheiden het relatieve belang van veranderingen in niveaus van CO2 vs. O2. Om het effect van veranderingen in O . in te schatten2 niveaus met relatief weinig verandering in CO2 niveaus, wilt u misschien de volgende activiteit toevoegen.

Herhaal het experiment beschreven op pagina 5 van de Studentenhand-out terwijl je inademt in een plastic zak met daarin een kleine kom met KOH (dat CO absorbeert2). Je moet heel voorzichtig zijn bij het hanteren van KOH, omdat het bijtend is. De specifieke procedures zijn als volgt:

  • Leg een stuk filtreerpapier op de bodem van een vingerkom en gebruik een spatel om ongeveer 6-7 stukjes KOH in de vingerkom te doen.
  • Bevochtig het filterpapier met een paar verspreide druppels water (KOH moet vochtig zijn om CO . op te nemen2).
  • Snijd een stuk kaasdoek een paar lagen dik en groot genoeg om de vingerkom te omringen; gebruik een rubberen band om de kaasdoek over de vingerkom te sluiten.
  • Plaats de vingerkom in een plastic zak van 8 gallon die met lucht is gevuld.
  • Voer het ademexperiment uit.
  • Gooi de KOH na het experiment weg in de meegeleverde pot.

NS. Homeostase en veranderingen in ademhaling door inspanning

Vraag 24 biedt de mogelijkheid voor studenten om te erkennen dat ze al behoorlijk wat weten over veranderingen in de ademhaling tijdens en na het sporten. Voor de eerste kolom moeten studenten worden aangemoedigd om observaties met betrekking tot de ademhaling te rapporteren, geen aanbevelingen of interpretaties. Interpretaties kunnen worden gegeven in de derde kolom, waarin leerlingen hun observaties koppelen aan het begrip van homeostase dat ze in eerdere secties van deze activiteit hebben ontwikkeld.

Deze figuur toont een typische reeks experimentele resultaten voor inspanningsgerelateerde veranderingen in longventilatie (= ademhalingsfrequentie x ademhalingsdiepte). Uit onderzoek blijkt dat zowel de ademhalingssnelheid als de ademhalingsdiepte toenemen tijdens en na aerobe oefeningen. Zie pagina 12-13 voor een uitleg van de snelle vroege stijging van de longventilatie, die zelfs iets kan beginnen voordat de inspanning begint

(http://completesoccertraining.blogspot.com/2012/06/respiratory-responses-to-acute-exercise.html )

Vraag 25 is ontworpen om studenten te stimuleren een vraag te ontwikkelen die hun begrip kan uitbreiden tot meer dan wat ze al weten en die nieuwe informatie kan verschaffen over veranderingen in de ademhaling als gevolg van inspanning. Wetenschappers moeten eerdere bevindingen repliceren om hun betrouwbaarheid te garanderen, maar de observatie dat de snelheid en diepte van de ademhaling toenemen tijdens krachtige fysieke activiteit is voldoende goed ingeburgerd dat je studenten moet aanmoedigen om na te denken over hoe ze hun begrip verder kunnen uitbreiden dan deze eenvoudige observatie. Passende vragen kunnen zijn:

  • Is de verandering in ademhaling groter bij aerobe oefeningen (bijv. joggen op de plaats) versus krachttraining (bijv. met weerstandsbanden) of yoga?
  • Verdubbelt de ademhalingsfrequentie als iemand twee keer zo snel traint (bijvoorbeeld een verdubbeling van het aantal jumping jacks in een minuut) of twee keer zo hard (bijvoorbeeld twee weerstandsbanden in plaats van één voor krachttraining)?
  • Hoe lang duurt het voordat de ademhaling terugkeert naar het rustniveau na verschillende soorten en duur van inspanning?
  • Verschilt de ademsnelheid in rust en na inspanning tussen atleten en niet-sporters? (Als een studentengroep dit soort vragen wil onderzoeken, moeten ze ten minste één andere studentengroep vinden om mee samen te werken om een ​​zinvolle steekproefomvang te krijgen.)

Er zijn verschillende manieren waarop uw leerlingen de snelheid en diepte van de ademhaling voor en na het sporten kunnen meten. Misschien wilt u een of beide van de hieronder beschreven methoden testen en er een uitkiezen om aan uw leerlingen aan te bevelen, of u wilt leerlingen hun eigen ademhaling voor en na het sporten laten opnemen. Als u een verbetering ontwikkelt voor een van de hieronder beschreven methoden of een goede alternatieve methode voor het meten van de snelheid en diepte van de ademhaling, laat het me dan weten ([email protected]). Bedankt!

Een low-tech, effectieve methode om elke ademhaling te detecteren, maakt gebruik van een klein stukje gezichtsweefsel dat aan de neus van de proefpersoon wordt geplakt, zodat het weefsel over de rand van één neusgat hangt (zie onderstaande afbeelding). Een stuk weefsel van de getoonde vorm en grootte werkt goed voor het meten van de snelheid en diepte van de ademhaling. Deze methode werkt alleen als je je mond gesloten houdt en door je neus ademt. Als u deze methode wilt gebruiken, kan het handig zijn om de pagina met sjablonen te gebruiken die op de volgende en de laatste pagina van deze Aantekeningen voor de voorbereiding van de leerkracht staat. Als je deze methode gebruikt, wil je waarschijnlijk één schaar, één gezichtsdoekje en één stuk medische tape voor de gevoelige huid hebben voor elke groep van vier studenten

Een alternatieve benadering voor het meten van de ademhalingsfrequentie en -diepte is het gebruik van een 2-inch lengte van ¾ inch PVC-buis met een metalen streamer die is geplakt zodat deze over één rand valt. (PVC-buisdiameter verwijst naar de binnendiameter, niet de buitendiameter.) We hebben een metalen streamer van ~¼ inch breed gebruikt, met een totale lengte van ~3 ¾ inch; de slingers hebben we verkregen van een "foil fringe guirlande" verkregen bij een feestwinkel.

Om de 2-inch lengtes van PVC-buis voor te bereiden, hebben we eerst een ijzerzaag gebruikt om het benodigde aantal stukken buis te zagen en vervolgens de randen van de uiteinden gladgemaakt met een X-Acto-mes of een scheermes met één rand in een houder . Om hygiënische redenen heb je één stuk pijp nodig voor elke leerling in je grootste klas.

Voor het desinfecteren van de stukken leiding voor gebruik in een andere klasse adviseren wij de volgende procedure:

  • Was uw handen met water en zeep gedurende minimaal 30 seconden. Spoel en droog vervolgens af met een papieren handdoek.
  • Verwijder de streamers en tape en schrob de binnen- en buitenkant van elke PVC-buis met een borstel of pijpreiniger en zeep en water totdat de buis schoon is.
  • Schud extra water van de buizen. Week de buizen gedurende 5 minuten in 70% isopropylalcohol of in bleekmiddel (5 ml 6% bleekmiddel in 8 ons water) gedurende 3 minuten of magnetron de buizen gedurende 5 minuten.
  • Spoel de buizen. Plaats de buizen op een schoon oppervlak om te drogen.
  • Zorg ervoor dat u uw handen minimaal 30 seconden met water en zeep wast voordat u de droge buizen aanraakt om ze in een plastic zak te bewaren.

Elke student die is geweest vrijgesteld van lichamelijke opvoeding moet mogelijk worden vrijgesteld van deelname als proefpersoon aan de experimenten in deze sectie. Misschien wilt u dat een leerling met astma zijn/haar inhalator bij de hand houdt voor gebruik indien nodig. Studenten moeten worden geadviseerd om geschikte kleding en schoeisel te dragen voor fysieke activiteit.

Voordat de leerlingen hun experimenten beginnen te ontwerpen, wil je ze misschien de basisprincipes laten bespreken methodologisch punten zoals:

  • Het belang van het standaardiseren van hun fysieke activiteit en hun methoden voor het registreren van veranderingen in de ademhaling
  • Het belang van het verkrijgen van een geldige basismeting van de ademhalingsfrequentie en -diepte vóór het sporten ter vergelijking met de ademhalingsfrequentie en -diepte na het sporten
  • Het belang van het veranderen van alleen de variabele die ze testen en het controleren van andere variabelen
  • Het belang van replicatie (bijvoorbeeld dat elk lid van de groep als onderwerp deelneemt).

We hebben het nuttig gevonden om te controleren of elke data papier komt overeen met het experimentele ontwerp en specificeert duidelijk de waarnemingen die moeten worden geregistreerd. Het analyseplan van elke studentengroep moet een manier bevatten om hun resultaten samen te vatten om hun vraag te beantwoorden.

Uw leerlingen zullen het misschien opmerken zweten tijdens het experiment, en u zult er waarschijnlijk op willen wijzen dat de regulering van de lichaamstemperatuur door negatieve feedback niet alleen plaatsvindt als reactie op temperatuurveranderingen in de omgeving (sectie I), maar ook als reactie op interne veranderingen in het metabolisme die leiden tot veranderingen in de hoeveelheid van geproduceerde warmte. Lichamelijke activiteit resulteert bijvoorbeeld in een verhoogd metabolisme en de productie van warmte. Tijdens cellulaire ademhaling wordt slechts ongeveer 50% van de energie in voedingsmoleculen overgedragen aan ATP en wordt de andere 50% omgezet in warmte. Tijdens ATP-uitgaven door cellen wordt nog eens 25% van de energie die uit voedsel wordt gehaald, warmte. Interne wrijving tijdens lichamelijke activiteit draagt ​​bij aan extra warmteproductie. Over het algemeen wordt tijdens spieractiviteit slechts ongeveer 20-25% van de verbruikte chemische energie opgevangen in de kinetische energie van spiercontractie en wordt de rest van de energie omgezet in warmte. Deze observaties bieden de mogelijkheid om het principe te versterken dat: alle typen van energieomzetting resulteert in de productie van warmte.

Uw leerlingen zullen waarschijnlijk ook merken dat de hart klopt sneller en sterker tijdens het sporten. Tijdens inspanning kan de totale hoeveelheid bloed die per minuut wordt rondgepompt bij een ongetrainde persoon wel verviervoudigen en bij een getrainde atleet verachtvoudigen. Het grootste deel van de toename van de hoeveelheid bloed die per minuut wordt rondgepompt, gaat naar de actieve spieren; in rust gaat ~20% van de bloedstroom naar de skeletspieren, terwijl tijdens zware inspanning ~90% van de bloedstroom naar de skeletspieren gaat. U kunt de observaties van leerlingen van snellere en sterkere hartslagen koppelen aan de discussie in deel II over hoe de ademhalings- en bloedsomloopsystemen samenwerken om de O2 nodig voor cellulaire ademhaling en verwijder de CO2 geproduceerd door cellulaire ademhaling.

Misschien wil je elke studentengroep een poster met hun vraag of hypothese, een samenvatting van hun procedures en resultaten, en hun conclusies. Dan kunnen studentengroepen hun resultaten delen voor:

  • Een bespreking van best practices bij het ontwerpen en interpreteren van experimenten
  • Een completer beeld van veranderingen in de ademhaling door inspanning.

Misschien wilt u een vervolg geven aan een bespreking van de volgende vraag:

Wat zou volgens jou het meest bruikbare experiment zijn om te doen? Licht je redenering toe.

De onderstaande paragrafen introduceren complexiteiten die mogelijk niet geschikt zijn voor uw leerlingen. Als dit niveau van complexiteit uw studenten echter niet zal overweldigen, biedt deze informatie de mogelijkheid om het belangrijke principe te versterken dat zelfs wanneer experimentele resultaten verenigbaar zijn met een hypothese, het belangrijk is om te overwegen mogelijke alternatieve interpretaties alvorens te concluderen dat de resultaten de hypothese ondersteunen.

Tijdens het sporten nemen zowel de ademhalingssnelheid als de ademhalingsdiepte toe naarmate de intensiteit van de oefening toeneemt. Although this increase in breathing during exercise appears compatible with the negative feedback regulation discussed in section III, multiple lines of evidence indicate that this negative feedback is niet the primary cause of increased breathing during exercise. For example, during exercise, blood levels of O2 and CO2 generally show only small and inconsistent changes from the levels observed at rest; these small and inconsistent changes in blood levels of O2 and CO2 are in sharp contrast to the substantial increases in breathing rate and depth during many types of exercise.

A broad range of additional evidence supports the conclusion that multiple mechanisms contribute to the increase in breathing during exercise.

  • Available evidence indicates that the motor areas of the cerebral cortex simultaneously stimulate the motor neurons of the exercising muscles and the respiratory neurons in the medulla. The direct input from motor areas to the respiratory center is a major reason for the very rapid increase in breathing at or even slightly before the beginning of the exercise.
  • Sensory receptors that respond to joint and muscle movement provide input that stimulates increased breathing during exercise. (This response can also be observed during passive movement of a person's limbs).
  • During exercise, increases in body temperature and epinephrine levels in the blood help to stimulate increased breathing.
  • During intense exercise, the production of lactic acid during anaerobic fermentation can result in a reduced pH which can help to stimulate increased breathing during and after exercise.

The multiple reinforcing mechanisms that contribute to the regulation of breathing are typical of the redundancy observed in many biological regulatory systems.


Diaphragmatic Breathing

The diaphragm is the most efficient muscle of breathing. It is a large, dome-shaped muscle located at the base of the lungs. Your abdominal muscles help move the diaphragm and give you more power to empty your lungs. But chronic obstructive pulmonary disease (COPD) may prevent the diaphragm from working effectively.

When you have COPD, air often becomes trapped in the lungs, pushing down on the diaphragm. The neck and chest muscles must then assume an increased share of the work of breathing. This can leave the diaphragm weakened and flattened, causing it to work less efficiently.

What is diaphragmatic breathing?

Diaphragmatic breathing is intended to help you use the diaphragm correctly while breathing to:

  • Strengthen the diaphragm
  • Decrease the work of breathing by slowing your breathing rate
  • Decrease oxygen demand
  • Use less effort and energy to breathe

Diaphragmatic breathing technique

Lie on your back on a flat surface or in bed, with your knees bent and your head supported. You can use a pillow under your knees to support your legs. Place one hand on your upper chest and the other just below your rib cage. This will allow you to feel your diaphragm move as you breathe.

Breathe in slowly through your nose so that your stomach moves out against your hand. The hand on your chest should remain as still as possible.

Tighten your stomach muscles, letting them fall inward as you exhale through pursed lips (see "Pursed Lip Breathing Technique"). The hand on your upper chest must remain as still as possible.

When you first learn the diaphragmatic breathing technique, it may be easier for you to follow the instructions lying down, as shown above. As you gain more practice, you can try the diaphragmatic breathing technique while sitting in a chair, as shown below.

To perform this exercise while sitting in a chair:

  1. Sit comfortably, with your knees bent and your shoulders, head and neck relaxed.
  2. Place one hand on your upper chest and the other just below your rib cage. This will allow you to feel your diaphragm move as you breathe.
  3. Breathe in slowly through your nose so that your stomach moves out against your hand. The hand on your chest should remain as still as possible.
  4. Tighten your stomach muscles, letting them fall inward as you exhale through pursed lips. The hand on your upper chest must remain as still as possible.

Opmerking: You may notice an increased effort will be needed to use the diaphragm correctly. At first, you'll probably get tired while doing this exercise. But keep at it, because with continued practice, diaphragmatic breathing will become easy and automatic.

How often should I practice this exercise?

At first, practice this exercise 5-10 minutes about 3-4 times per day. Gradually increase the amount of time you spend doing this exercise, and perhaps even increase the effort of the exercise by placing a book on your abdomen.


4.2: Breathing Lab Teaching Preparation Notes - Biology

Scope and Sequence for Biology

3-4 days Scientific Method/Safety

6-8 days Biochemie

(1.1.1, 3.1.1, 3.1.2, 4.1.2,

7-10 days Eukaryotic/Prokaryotic Cells

5-6 days Homeostasis/Diffusion/ Osmosis

5-7 days Energy/Photosynthesis/

1-3 days Celcyclus

4-6 days Mitosis/Meiosis

6-10 days DNA/RNA/Protein

8-10 days Mendel Genetics

3-5 days Genetic Technology

5-7 days Evolutie

1.1.2, 2.1.2, 3.4.1, 3.4.2, 3.4.3, 3.5.1, 3.5.2

8-11 days Populations/Organisms

1.2.1, 1.2.3, 2.1.2, 2.1.3 (1.1.1, 1.1.2, 1.1.3, 3.4.3, 3.5.1, 3.5.2, 4.2.2)

8-10 days Ecologie

*BOLD—Clarifying Objectives that are the central focus of the instruction for the specified timeframe.

*PARENTHESES—Clarifying Objectives that are related to the topic and can be introduced as a preview to a future lesson or spiraled back to for reinforcement or increased depth of understanding.

Unit 1: What Is Biology? Goals: (Used across all goals)

Jan. 22 – Jan. 26 Introduction Lab Safety, Famous Biologists

Jan. 26 – Jan. 31 Chapter 1 Biology: The Study of Life

Unit 2: Ecology- Goals: Bio 2.1.3, 2.1.4, 2.2.1, 2.2.2, 3.2.3, 3.4.3

Feb 2 – Feb 12 Chapter 2 Principles of Ecology

Chapter 3 Communities and Biomes

Feb 13 – Feb 19 Chapter 4 Population Biology

Chapter 5 Biological Diversity and

Unit 3: The Life of a Cell - Goals Bio 1.1.1, 1.1.2, 1.1.3, 1.2.2, 3.1.1, 3.1.2, 3.1.3, 3.2.1,
4.1.1, 4.1.2, 1.2.1, 2.1.1, 4.1.1, 4.1.3, 4.2.1, 4.2.2

Feb 20 – Feb 27 Chapter 6 The Chemistry of Life

Mar 2 – Mar 13 Chapter 7 A View of the Cell

Chapter 8.1 Cellular Transport

Mar 16 Chapter 8.2-8.3 The Cell Cycle

Mar 18 – Mar 23 Chapter 9 Energy in a Cell

March 27 Cell City Projects due

Unit 4: Genetics Goals- Bio. 3.2.2, 3.3.1, 3.3.2, 3.3.3

Mar 30 – Apr 13 Chapter 11 DNA and Genes

Apr 14– Apr 24 Chapter 10.1 Mendel’s Laws of Heredity

Chapter 12 Patterns of Heredity and Human

Apr 27 – May 1 Chapter 13 Genetic Technology

Unit 5: Changes Through Time Goals- Bio. 1.1.2, 3.4.1, 3.4.2, 3.4.3, 3.5.1, 3.5.2

24- 3 Chapter 14 The History of Life

Chapter 15 The Theory of Evolution

Chapter 16 Primate Evolution

Unit 6: Bacteria, Viruses, Protists and Fungi, Unit 10: The Human Body Goals- Bio. 2.1.2

4 – 17 Chapters 34- 38 Human Body Systems

Chapter 39 Immunity from Disease

Unit 5: Changes Through Time Goals: Bio. 3.4.3, 3.5.1, 3.5.2

18 – 19 Chapter 17 Organizing Life’s Diversity

Unit 7: Plants, Unit 8: Invertebrates, Unit 9: Vertebrates Goals-Bio. 2.1.2


Lab-Based Teaching Strategies

Developing and teaching an effective laboratory requires as much skill, creativity, and hard work as proposing and executing a first-rate research project.

1. Identify the goals/purposes of your lab

Before you begin to develop a laboratory program, it is important to think about its goals. Here are a number of possibilities:

  • Develop intuition and deepen understanding of concepts.
  • Apply concepts learned in class to new situations.
  • Experience basic phenomena.
  • Develop critical, quantitative thinking.
  • Develop experimental and data analysis skills.
  • Learn to use scientific apparatus.
  • Learn to estimate statistical errors and recognize systematic errors.
  • Develop reporting skills (written and oral).

Ensure that these goals are communicated clearly to students. As well, communicate success criteria to students prior to the lab and offer students the opportunity to ask questions about and clarify these expectations.

2. Prepare for your lab

Preparation, prior to the start of the semester, should include being acquainted with the storeroom of the lab so that time won’t be lost during a lab looking for necessary equipment or materials. As well, it is vital to know and share the location of the first aid kit, basic first aid rules, and procedures for getting emergency assistance.

3. Ask and answer questions strategically

  • Waar ben je momenteel mee bezig? How is it going?
  • This looks good. What are you going to do next?
  • Why do you think that happened?
  • What sort of thing did you take notes on?
  • Have you thought about how you will write up this project/experiment?
  • Were the results expected or unexpected? How so?
  • Other people have said such-and-such. Do you agree?
  • How do you think this fits in with the rest of the course?

Answering questions
No matter how long you teach or how thoroughly you prepare, there will always be questions that take you by surprise. Below are three approaches to answering questions:

  • Encourage the student to figure out the answer independently. Direct them to resources (e.g., textbook, sites). Ask open-ended questions that compel them toward reflecting upon the information they have and making inferences/guesses, and guide them in exploring those guesses.
  • If you aren't sure about the answer, let the student know that you will find the information and provide it to them as quickly as possible. For example, "Can I think about that? I will get back to you by the end of class."
  • Tackle the question with the student or have students work together to find the answer. Suggest to the student that they investigate one resource while you (or another student) investigate another. Regroup and share findings.

4. Reflect on and evaluate your lab

As the lab section draws to a close, assess your success as well as that of your students in the lab. Ask students how they experienced the lab (e.g., highlights, challenges, takeaways) and note any feedback that can inform and improve future labs.


Essential Physics and Essential Chemistry were developed by our team of educators, scientists, and curriculum developers to provide students with modernized textbooks that educators can afford. Both programs include a student textbook, e-book, digital teacher resources, lab manuals, and equipment kits.

Blog: Tips & Applications

Using ARPA Funds to Address Equity in Science Education

As schools across the U.S. chart their pathways forward, an influx of funding is providing a rare opportunity for schools to transform the educational experiences of our nation’s most vulnerable students.

Tale of Two Technologies: Conservation of Momentum

Physics educator, Alan Bates, shared his take on conservation of momentum, combining a PASCO Smart Cart and an Arduino Microcontroller to create a mobile rubber band launcher that takes conservation of momentum experiments to the next level.

International Women and Girls in Science Day (With Poster!)

February 11th is International Women and Girls in Science Day! We’ve made strides to ensure women are included in science, but there is still work to be done when it comes to ensuring they can thrive at higher levels.

Lab Activities & Experiments

Blockly Extension: Types of Bonding

Students design code to determine whether a solid compound is ionic or covalent based on conductivity sensor measurements of aqueous solutions.

Percent Copper in Brass (Spectrometer)

Students use a spectrometer to create a Beer's law plot of known copper solution concentrations from which the unknown percent of copper in a brass sample can be determined.

Hydrogen Emission and Absorption Spectra

Students use a spectrometer, fiber optics cable, a hydrogen gas spectrum lamp, and the sun to compare emission and absorption lines, study atomic structure, associate light energy and wavelength with electron.

Conferences & Workshops

Learn more about our products and get hands-on experience at regional and national conferences and workshops.

PASCO Live & Free Webinars

Join us for live, interactive sessions on Facebook & YouTube every week. Or join one of our summer online training webinars.

PASCO Scientific has been an innovator in science education and science lab equipment for over 50 years.

What began as a science fair project has become a trusted source for high quality school laboratory equipment in the United States and around the globe. We carry lab supplies for your physics classroom and chemistry lab, as well as supplies for biology, life science, engineering, and environmental science. Request a catalog!

For the educational physics lab we invented carts and tracks, which are now standard teaching tools used worldwide. Our technology leadership continues with the award-winning Smart Cart, which removes the wires while providing new ways to study kinematics on and off the track. We also carry just about all laboratory supplies, from rods, clamps, and Ohaus balances to mass and hanger sets and laboratory glassware. See our full offering of lab supplies.

For the chemistry lab we have the equipment you need: test tubes, ring stands, pH meters, digital microscopes, and much more. We also have test kits for environmental sciences and science kits for electricity, waves, machines, and more.


Ventilation & lung disease

Students begin by looking at the muscle contractions which cause the pressure changes inside the thorax that force air in and out of the lungs to ventilate them. This is followed by an experiment to monitor breathing rates (Practical 6) and there is an activity to help prepare students for their IA investigation. Two short videos about lung disease conclude the activities. Students are asked to make links between lung.

To access the entire contents of this site, you need to log in or subscribe to it.


The Best Biology AS and A Level Notes

The Best Biology AS and A Level Notes, Revision Guides, Tips and Websites compiled from all around the world at one place for your ease.

The Best Biology AS and A Level Notes, Revision Guides, Tips and Websites compiled from all around the world at one place for your ease so you can prepare for your tests and examinations with the satisfaction that you have the best resources available to you.

About Biology (9700):

Cambridge International AS and A Level Biology builds on the skills acquired at Cambridge IGCSE (or equivalent) level. The syllabus includes the main theoretical concepts which are fundamental to the subject, a section on some current applications of Biology, and a strong emphasis on advanced practical skills. Practical skills are assessed in a timetabled practical examination.

The emphasis throughout is on the understanding of concepts and the application of Biology ideas in novel contexts as well as on the acquisition of knowledge. The course encourages creative thinking and problem-solving skills which are transferable to any future career path. Cambridge International AS and A Level Biology is ideal for learners who want to study Biology or a wide variety of related subjects at university or to follow a career in science. Please note that the Scheme of Assessment has changed since 2005.

Get Biology AS and A Level Notes here at my new website.

I hope you find them useful. If you have extra notes or resources please contribute to the website and help thousands of other people like you. In addition, your name will be written in the credits section of this post.


Grading and Assesments

Assessment. I take a grade on the completion of this lab guide. But as worksheets go, you do want the students to work out the answers together and ask for help when needed. Generally I use a quick and easy method to grade it. Each section is worth 5 pts. If its completed and looks mostly right, then they get the full 5 pts. Reduce pts if there are blanks or incorrect answers.

The biggest part of their grade comes from the LAB PRACTICAL. This is where pigs are set up at stations with numbered or colored tags in the structures. Students have 1 minute at each station to identify the structure and write it on their answer sheet. This is done in complete silence with no working together. Depending on the class, I may or may not allow them a word bank. Honors classes do not get a word bank usually unless I have an IEP or student that needs differentiation. The sheets below can be printed for the practical, they are numbered 1-50, though you don't need to use all of the blanks. Just make sure your practical contains enough stations to keep students busy. If you have 30 students, you can have 25 stations with questions, and 5 "rest stations" interspersed.

Also print out the Fetal pig lab guide - this just lists all of the structures they need to find with a checkbox. It makes for a good reference and study guide.

For review, point students to this page: "The Ultimate Pig Dissection Review" which contains diagrams, gallery photos and links to practice quizzes.

/>Dit werk is gelicentieerd onder een Creative Commons Naamsvermelding-NietCommercieel-GelijkDelen 4.0 Internationaal-licentie.


Lab Exercises

Each lab exercise section is followed by a list of objectives and an introduction that highlights the opportunities for skill and knowledge building provided by your participation in the lab activities. Where applicable, a list of materials and detailed methods are included, followed by a results section or data sheet on which to record your findings. Each exercise includes an Analysis and Post-lab Assignment section, which you will complete for grading, and for you to use in preparation for success on weekly lab quizzes. A glossary may also be included in the exercise.


Preparation and Evaluation of Buffers (17 Favorites)

In this lesson students will use multiple methods to calculate and prepare buffered solutions with a desired pH. Upon preparation of the solutions, the students will explore differing aspects of buffers including buffering capacity and predominant form.

Grade Level

AP Chemistry Curriculum Framework

This activity supports the following unit, topics and learning objectives:

  • Unit 8: Acids and Bases
    • Topic 8.4: Acid-Base Reactions and Buffers
      • SAP-9.D: Explain the relationship among the concentrations of major species in a mixture of weak and strong acids and bases.
      • SAP-10.B: Explain the relationship between the ability of a buffer to stabilize pH and the reactions that occur when an acid or a base is added to a buffered solution.
      • SAP-10.C: Identify the pH of a buffer solution based on the identity and concentrations of the conjugate acid-base pair used to create the buffer.
      • SAP-10.D: Explain the relationship between the buffer capacity of a solution and the relative concentrations of the conjugate acid and conjugate base components of the solution.

      Doelen

      By the end of this lesson, students should be able to

      • Prepare a buffered solution with a desired pH from a weak acid and its salt.
      • Prepare a buffered solution with a desired pH by partially neutralizing a weak acid with a strong base.
      • Compare the buffering capacity between two buffered solutions.
      • Evaluate the predominant form of an acid in a solution of a specific pH.

      Chemistry Topics

      This lesson supports students’ understanding of

      • Acids & Bases
      • Acid – Base Theory
      • Buffers
      • pH
      • Buffering capacity

      Teacher Preparation: 30 minutes

      Lesson: 90-120 minutes

      Materials per group

      • 100 mL 1.0 m HC2H3O2
      • 100 mL 0.50 m NaOH
      • pH meter or pH paper
      • Approximately 5 g Sodium Acetate, NaC2H3O2
      • 50 ml Graduated cylinders
      • 50 ml Graduated cylinders (50 mL and 100 mL)
      • 250 mL beaker
      • 1- 5.00 mL pipette
      • Balance capable of measuring to 0.01 g
      • Weighing boats

      Veiligheid

      • Always wear safety goggles when handling chemicals in the lab.
      • Students should wash their hands thoroughly before leaving the lab.
      • When students complete the lab, instruct them how to clean up their materials and dispose of any chemicals.
      • When working with acids, if any solution gets on students’ skin, they should immediately alert you and thoroughly flush their skin with water.
      • When diluting acids, always add acid to water.

      Teacher Notes

      • Lesson Outline:
      • Day 1 (45-60 minutes): Use the short PowerPoint provided to cover all of the concepts that the students will be addressing during the lab. There is also a formative quiz that can be used with students to determine the level of readiness to proceed with the lab. Also the Pre-lab section of the lab should be completed and discussed by the lab groups. The Pre-lab section does not appear to be very time consuming at first glance, however, these calculations are some of the most troubling and challenging that the students will encounter. Ensuring that they can successfully complete them is worth dedicating class time, rather than assigning them for homework.
      • Day 2 (45-60 minutes): The lab activity should be completed, post lab questions should be answered and a consensus should be reached within each group.
      • This lab is designed to help students understand one of the more challenging ideas in AP Chemistry: buffers and buffering capacity. It was designed with free response question 3 from the 2017 administration of the AP Chemistry Exam in mind. Some parts of this FRQ would be an excellent way to determine if students understood the concepts from this lab.
      • The teacher will need to either purchase standardized solutions of 1.0 m HC2H3O2 and 0.50 m NaOH solutions or prepare and standardize the solutions.
      • In this lab students will use two different methods to prepare buffered solutions with the same pH. Buffer 1 is prepared using a weak acid, acetic acid, and its salt, sodium acetate. Buffer 2 is prepared by partially neutralizing a weak acid, acetic acid, with a strong base, sodium hydroxide.

      • Student lab groups of 3 can be assigned varying target pH values to promote each lab group to complete their own calculations. This can be done by varying the assigned pH values as follows: Group 1 pH = 4.50, Group 2 pH = 4.55, Group 3 pH = 4.60, etc.
      • The pKeenof acetic acid is 4.75, so you may or may not want to assign a group the value of 4.75.
      • Download the Excel spreadsheet for this resource to calculate the mass of sodium acetate needed for Buffer 1 and the volume of sodium hydroxide needed for Buffer 2.
      • This lab should be completed once students are comfortable with all of the AP essential knowledge regarding buffer calculations, and the concept of buffering capacity which are outlined below.
      • Buffer Background Information:
      • Essential Knowledge 6.C.2: The pH is an important characteristic of aqueous solutions that can be controlled with buffers.Comparing pH to pKeen allows one to determine the protonation state of a molecule with a labile proton.
      • The first point goal of teaching buffers is recognizing what a buffer is composed of. In order for a solution to be classified as a buffer it must contain both members of a conjugate acid-base pair.This allows any added base to react with conjugate acid and any added acid to react with conjugate base.
      • By comparing pH to pKeen of any acid in solution, the ratio between the acid form and base form can be determined (protonation state). If pH < pKeen the acid form has a higher concentration than the base form and if pH > pKeen the base form has a higher concentration when compared to the acid form.
      • The pH of a buffer is related to both pKeen as well as the ratio of acid and base forms (evidenced by the Henderson-Hasselbalch equation). The buffer capacity is related to absolute concentration of the acid and base forms.Therefore, it is possible for two buffers of equal pH to respond differently to the addition of a strong acid, or strong base, therefore have a differing buffer capacity.
      • Past Free-Response Questions Relating to These Concepts:
      • An old FRQ to get the students used to the calculations involved in the process would be the 2002 Form B #1. It is pretty straight forward but does get them used to the equations and processes needed.
      • Good predominant form question 2013 secure practice exam #7. This question does get convoluted with interparticle force ideas, but the predominant form ideas are well done.Since it is on the secure exam a link cannot be provided.
      • Another great predominant form question can be found on the 2016 released exam question number 4. According to the Student Performance Q & A, most common predominant form mistake made by students was to assume at any pH greater than 7 the acid would be in its basic form.
      • One of the better buffer capacity questions can be found on the 2007 AP Chemistry Exam Form B Question#5 ci-iii.
      • The 2011 FRQ #1 was a really good question for this concept, but part c is now in an exclusion statement.This does really do a good job of addressing what a buffer is.

      For the Student

      Lesson

      Background

      In this experiment, we will use two different methods to prepare buffered solutions with the same assigned pH. Buffer 1 will be prepared using acetic acid, HC2H3O2, and sodium acetate, NaC2H3O2.Buffer 2 will be prepared using acetic acid, HC2H3O2, and sodium hydroxide, NaOH. Both buffers will have a target pH of ________. Acetic acid has a Keen = 1.76 x 10 -5 and a pKeen = 4.75.

      Pre-lab Questions

      1. Determine what mass of sodium nitrite, NaNO2, would be required to prepare a buffer, Buffer A, with a pH of 3.13 from 50.0 mL of 1.0 m nitrous acid, NaNO2.The Keen and pKeen for nitrous acid is 4.0 x 10 -4 and 3.40 respectively.
        1. What is the predominant form of the acid in Buffer A? Leg je antwoord uit.
        2. If the pH of Buffer A were 3.40, what would the predominant form of the acid be?
        1. Is the pH of Buffer B greater than, less than, or equal to 3.13?Justify your answer.
        2. Which buffered solution, Buffer A or Buffer B, would be more resistant to pH change when a strong acid or a strong base is added?Justify your answer.

        Doelstelling

        The purpose of this lab is to use two different methods to prepare buffered solutions with the same assigned pH value.


        Bekijk de video: Introductie klassieke Buteyko methode NL (Januari- 2022).