Información

4.2: Notas de preparación para la enseñanza del laboratorio de respiración - Biología

4.2: Notas de preparación para la enseñanza del laboratorio de respiración - Biología


We are searching data for your request:

Forums and discussions:
Manuals and reference books:
Data from registers:
Wait the end of the search in all databases.
Upon completion, a link will appear to access the found materials.

Visión general

Esta actividad práctica y mental comienza con preguntas de análisis y discusión que desarrollan la comprensión de los estudiantes sobre la homeostasis y la retroalimentación negativa, la diferencia entre la retroalimentación negativa y positiva, y la cooperación entre los sistemas respiratorio y circulatorio para proporcionar O2 y eliminar CO2 para las células de todo el cuerpo. Luego, los estudiantes llevan a cabo y analizan un experimento que investiga cómo la frecuencia y la profundidad de la respiración se ven afectadas por la regulación por retroalimentación negativa de los niveles de CO en sangre.2 y O2. Finalmente, los estudiantes formulan una pregunta sobre los efectos del ejercicio en la respiración, diseñan y realizan un experimento relevante, analizan e interpretan sus datos y relacionan sus resultados con la homeostasis durante el ejercicio.

Metas de aprendizaje

De acuerdo con el Estándares de ciencia de próxima generación:

  • Esta actividad ayuda a los estudiantes a prepararse para la expectativa de desempeño:
    • HS-LS1-3. "Planifique y lleve a cabo una investigación para proporcionar evidencia de que los mecanismos de retroalimentación mantienen la homeostasis".
  • Los estudiantes aprenden la siguiente idea central disciplinaria:
    • LS1.A "Los mecanismos de retroalimentación mantienen las condiciones internas de un sistema vivo dentro de ciertos límites y median los comportamientos, lo que le permite permanecer vivo y funcional incluso cuando las condiciones externas cambian dentro de cierto rango. Los mecanismos de retroalimentación pueden alentar (a través de retroalimentación positiva) o desanimar (retroalimentación negativa) lo que está sucediendo dentro del sistema vivo ".
  • Los estudiantes participan en prácticas científicas recomendadas, que incluyen:
    • "haciendo preguntas"
    • "planificación y realización de investigaciones"
    • "analizar e interpretar datos"
    • "construyendo explicaciones".
  • Esta actividad brinda la oportunidad de discutir el Concepto Transversal, "Estabilidad y Cambio".

Objetivos de aprendizaje específicos adicionales

  • Homeostasis se refiere al mantenimiento de condiciones internas relativamente constantes.
  • Retroalimentación negativa ocurre cuando un cambio en una variable regulada desencadena una respuesta que invierte el cambio inicial y devuelve la variable regulada al punto de ajuste. La retroalimentación negativa juega un papel importante en el mantenimiento de la homeostasis. Por ejemplo, la retroalimentación negativa ayuda a mantener una temperatura corporal interna relativamente constante.
  • Retroalimentación positiva ocurre cuando un cambio en una variable desencadena una respuesta que provoca más cambios en la mismo dirección. La retroalimentación positiva es útil cuando existe una ventaja al hacer un cambio rápido. Por ejemplo, la retroalimentación positiva facilita la formación rápida de un tapón de plaquetas que ayuda a prevenir la pérdida excesiva de sangre cuando se lesiona un vaso sanguíneo.
  • Las células llevan a cabo respiración celular para producir ATP, una molécula que proporciona energía en una forma que las células pueden utilizar. La respiración celular requiere O2 y produce CO2.
  • los sistemas respiratorio y circulatorio trabajar juntos para traer O2 a las células de todo el cuerpo y eliminar el CO2. Cuando una persona inhala, airea con O2 se lleva a los pulmones. O2 se difunde desde el aire en los diminutos sacos de aire de los pulmones hacia la sangre. La O2La sangre que transporta es bombeada por el corazón a los vasos sanguíneos cerca de todas las células del cuerpo. O2 se difunde de la sangre a las células donde O2 se utiliza en la respiración celular. CO2 producido por la respiración celular se mueve a través de la sangre hasta los pulmones donde se exhala.
  • Regulación de retroalimentación negativa de los niveles sanguíneos de CO2 y O2 ayuda a asegurar que suficiente O2 se administra para satisfacer las necesidades de las células de respiración celular y suficiente CO2 se elimina para evitar efectos nocivos. Aumento de los niveles de CO en sangre2 estimular el aumento de la respiración (especialmente el aumento de la profundidad de la respiración).
  • Cuando una persona ejercicios, sus células musculares utilizan mucho más ATP por segundo que cuando está en reposo. Esto requiere una tasa de respiración celular sustancialmente mayor. Para mantener la homeostasis durante el ejercicio, la frecuencia respiratoria y la profundidad aumentan para suministrar más O2 y eliminar más CO2.
  • Para que una investigación científica arroje resultados precisos, los científicos deben comenzar por Desarrollar métodos de medición fiables y válidos. las variables en la investigación.

Suministros

Para la sección III. Retroalimentación negativa y regulación de la respiración:

  • Una bolsa de basura plástica de 8 galones por estudiante
  • Alguna forma de cronometrar 8 intervalos consecutivos de 30 segundos para cada grupo de cuatro estudiantes

Para la sección IV. Homeostasis y respiración durante el ejercicio:

  • Alguna forma de cronometrar intervalos de 30 segundos más suministros para cualquier método de medición de la frecuencia respiratoria y la profundidad que elija (consulte las páginas 10-11)
  • Una o dos páginas de papel de cuaderno y una página de papel cuadriculado por alumno
  • También es posible que desee tener bandas de resistencia disponibles o instrucciones e imágenes de posturas de yoga en caso de que los estudiantes quieran incluir ese tipo de ejercicio en su experimento.

Sugerencias de instrucción e información de antecedentes

El seguimiento cronología puede ser apropiado para esta actividad de varias partes (asumiendo que tiene períodos de clase de 50 minutos). Si el tiempo es limitado, puede usar solo las secciones I-III y omitir la sección IV, Homeostasis y cambios en la respiración debido al ejercicio; Si tiene algún tiempo de enseñanza después de que se hayan administrado las pruebas finales al final del año, es posible que desee utilizar la sección IV durante ese tiempo.

Día

Ocupaciones

Páginas de folletos para estudiantes

1

Preguntas de análisis y debate sobre "Homeostasis y retroalimentación negativa" y "Respiración y circulación" + Prepárese para el experimento de retroalimentación negativa

1-4

2

Experimente "Retroalimentación negativa y regulación de la respiración" y comience el análisis

5-6

3

Analizar e interpretar el experimento de retroalimentación negativa y planificar experimentos para "Homeostasis y cambios en la respiración debido al ejercicio".

7-parte superior de 9

4

Terminar de planificar y realizar experimentos de ejercicio y analizar e interpretar los resultados; es posible que desee asignar la pregunta 29 como tarea.

9

En el folleto del estudiante, números en negrita Indique preguntas para que los estudiantes las respondan.

A llave está disponible a pedido a Ingrid Waldron ([email protected]). Los siguientes párrafos brindan sugerencias de instrucción e información de antecedentes adicionales, algunas para incluirlas en las discusiones de la clase y otras para brindarle los antecedentes relevantes que pueden ser útiles para su comprensión y / o para responder a las preguntas de los estudiantes.

Para las preguntas de análisis y discusión, puede maximizar la participación y el aprendizaje de los estudiantes, haciendo que sus estudiantes trabajen individualmente, en parejas o en grupos pequeños para completar grupos de preguntas relacionadas y luego tener una discusión en clase después de cada grupo de preguntas relacionadas. En cada discusión, puede sondear el pensamiento de los estudiantes y ayudarlos a desarrollar una comprensión sólida de los conceptos y la información cubiertos antes de pasar al siguiente grupo de preguntas relacionadas.

I. Homeostasis y retroalimentación negativa

La figura siguiente muestra otra forma de diagramación Regulación de retroalimentación negativa de la temperatura corporal interna.. Esta figura proporciona información adicional sobre esta retroalimentación negativa e ilustra varios puntos importantes que tal vez desee incluir en su análisis de la mitad inferior de la página 1 del Material para estudiantes:

  • La retroalimentación negativa mantiene la temperatura corporal dentro de un rango estrecho al cambiar otros aspectos de la fisiología corporal (sudoración, escalofríos, flujo sanguíneo a la piel). Estos cambios persisten hasta que la temperatura corporal se restablece al rango del punto de ajuste y luego la sudoración o los escalofríos y los cambios en el flujo sanguíneo desaparecen. apagado.
  • los estímulo clave para estos cambios es el discrepancia entre la temperatura de consigna y la temperatura corporal real.
  • La retroalimentación negativa a menudo opera a través de más de un tipo de respuesta fisiológica.

La regulación por retroalimentación negativa no implica tener una temperatura constante en todo momento. Puede cambiar el punto de ajuste en el termostato en una casa y, de manera similar, las respuestas fisiológicas pueden cambiar el punto de ajuste de su cuerpo para la regulación de la temperatura. Por ejemplo, cuando tienes un infección, las células fagocíticas que se defienden de las bacterias y los virus envían una señal química a la región del cerebro que funciona como termostato. Esta señal química aumenta el punto de ajuste para la regulación de la temperatura, por lo que desarrolla un fiebre. El aumento de la temperatura corporal puede ayudar a su sistema inmunológico a combatir la infección, ya que el aumento de temperatura generalmente aumenta la respuesta inmunológica y disminuye el crecimiento de muchos microorganismos infecciosos. Cuando tiene fiebre, la temperatura corporal normal puede provocar escalofríos y escalofríos porque la temperatura corporal está por debajo de la temperatura de referencia de la fiebre.

Durante el ejercicio, la temperatura corporal tiende a aumentar porque el aumento del gasto de energía (hasta 15 veces por encima de los niveles de reposo) da como resultado una mayor producción de calor que puede exceder la capacidad del cuerpo para eliminar el calor. Por lo general, esto da como resultado una fluctuación de la temperatura corporal dentro de un rango aceptable (consulte la figura a la derecha en la página siguiente). En este caso, el aumento de temperatura no se debe a un cambio en el punto de ajuste, sino a la incapacidad de los mecanismos de retroalimentación negativa para hacer frente a la cantidad de estrés por temperatura.

En los mamíferos, la regulación por retroalimentación negativa mantiene una temperatura corporal relativamente alta que permite a los mamíferos moverse rápidamente incluso cuando las temperaturas ambientales son bajas. Este tipo de termorregulación depende de una tasa metabólica relativamente alta que requiere un aporte calórico elevado.

Una breve video La introducción de la homeostasis y la regulación de la temperatura está disponible en https://www.khanacademy.org/partner-content/mit-k12/mit-k12-biology/v/homeostasis. Una introducción a la homeostasis, la retroalimentación negativa y la retroalimentación positiva está disponible en http://www.lionden.com/homeostasis.htm.

Retroalimentación positiva es útil cuando hay una ventaja en una transición rápida entre dos estados, p. ej. desde la sangre que fluye libremente en un vaso sanguíneo hasta la formación de un tapón de plaquetas y un coágulo de sangre en un vaso sanguíneo lesionado. Otro ejemplo en el que la retroalimentación positiva ayuda a acelerar una transición es el parto (la transición de un feto en el útero que recibe oxígeno a través de la placenta a un bebé que ha nacido y respira por sí solo) (consulte http: //www.johnwiley .net.au / highered / actions / media / Foundations / conte nt / Foundations / homeo4a / bot.htm). Por supuesto, la retroalimentación positiva no es la única forma en que el cuerpo logra un cambio rápido; por ejemplo, el control neuronal de los músculos u órganos secretores también puede producir respuestas rápidas.

Esta figura proporciona información adicional sobre la retroalimentación positiva en la formación de un tapón plaquetario. Tenga en cuenta que la retroalimentación positiva en la formación del tapón plaquetario contribuye a la homeostasis previniendo la pérdida excesiva de sangre y, por tanto, conservando líquidos y ayudando a mantener la presión arterial.

El tapón de plaquetas proporciona la base para la formación de una sangre. coágulo (ver figura en la última página). Las células endoteliales no dañadas en el revestimiento de los vasos sanguíneos secretan señales químicas que inhiben la agregación plaquetaria y la formación de coágulos de sangre, por lo que el tapón de plaquetas y el coágulo de sangre se limitan a la ubicación donde se ha dañado el endotelio. Una descripción del proceso de formación de coágulos y los procesos que previenen la coagulación excesiva está disponible en http://www.biosbcc.net/doohan/sample/htm/Hemosta sis.htm.

II. Respiración y Circulación

Esta sección proporciona una base importante que sus estudiantes necesitarán para comprender la regulación de la retroalimentación negativa de la respiración e interpretar el experimento de la Sección III. Estos antecedentes también serán útiles para sus estudiantes mientras piensan en la respiración y el ejercicio en la Sección IV.

Si sus estudiantes no están familiarizados con la respiración celular y el ATP, es posible que desee presentar estos temas con la actividad de análisis y discusión, "¿Cómo usan la energía los organismos biológicos?" (disponible en http://serendip.brynmawr.edu/exchange/bioactivities/energy).

Si sus estudiantes no están familiarizados con como respira la gente, es posible que desee proporcionar una explicación adicional. Durante la inhalación, el pulmón se expande por la contracción del diafragma y ciertos músculos de las costillas; como se muestra en la figura de la página siguiente, el diafragma tira hacia abajo a medida que el músculo se acorta. La expansión de los pulmones reduce la presión dentro de los pulmones por debajo de la presión del aire en el entorno circundante y el aire entra en los pulmones. Durante la exhalación, el diafragma y los músculos de las costillas se relajan y la elasticidad de los pulmones hace que los pulmones se vuelvan más pequeños. Esto aumenta la presión del aire dentro de los pulmones por encima de la presión del aire externo para que el aire salga de los pulmones. Por lo tanto, la respiración tranquila se debe a la alternancia entre la contracción de los músculos respiratorios que da como resultado la inhalación y la relajación de los músculos respiratorios que da como resultado la exhalación. Este patrón rítmico de contracción y relajación de los músculos respiratorios se debe a un patrón rítmico de estimulación que se origina en la médula del tallo cerebral. En la respiración profunda, la contracción de ciertos músculos de las costillas contribuye a la exhalación. Una animación sencilla que muestra la inhalación y la exhalación está disponible en http://www.smm.org/heart/lungs/b reathing.htm.

La siguiente figura proporciona información adicional sobre la estructura del sistema respiratorio. Si sus estudiantes están familiarizados con los términos alvéolo / alvéolos, es posible que desee utilizar estos términos para reemplazar los términos saco aéreo / sacos aéreos en la página 3 del Folleto para el estudiante.

Una descripción y un video útil que explica cómo los sistemas respiratorio y circulatorio trabajan juntos para proporcionar O2 y eliminar CO2 de las células del cuerpo están disponibles en http://www.nhlbi.nih.gov/health/health-topics/topics/hlw/whathappens. Es posible que desee mostrar este video a sus alumnos antes de que respondan. Pregunta 11 o durante su discusión sobre las respuestas de los estudiantes a la pregunta 11. Tal vez desee mencionar a sus estudiantes que el sistema circulatorio tiene múltiples funciones adicionales importantes, como el transporte de hormonas, moléculas de alimentos (por ejemplo, glucosa), calor y anticuerpos y glóbulos blancos a Luchar contra la infección.

III. Retroalimentación negativa y regulación de la respiración

Cambios en el cantidad de aire que ingresa a los pulmones por minuto (ventilación pulmonar en mililitros por minuto) puede resultar de cambios en la frecuencia respiratoria (respiraciones por minuto) y / o cambios en la profundidad de la respiración (volumen corriente en mililitros por respiración). Por álgebra simple:

Ventilación pulmonar = frecuencia respiratoria x volumen corriente

Como altitud aumenta y la concentración de O2 en el aire disminuye, sangre arterial media O2 los niveles disminuyen. Por encima de ~ 10,000 pies, sangre arterial media O2 los niveles disminuyen a niveles lo suficientemente bajos como para estimular los quimiorreceptores periféricos que estimulan el centro respiratorio en la médula del cerebro; esta entrada estimula una mayor ventilación pulmonar. Si la transición a una gran altitud es rápida, es probable que una persona experimente un mal agudo de montaña; Una de las principales razones es que el aumento de la ventilación pulmonar elimina el CO2 más rápido de lo que produce la respiración celular y, como CO2 los niveles caen, se desarrolla alcalosis. CO2 disuelto en el agua de la sangre es una fuente importante de acidez:

H2O + CO2 ⇔ H2CO3 ⇔ H+ + HCO3-

A largo plazo, la aclimatación a vivir en altitudes elevadas resulta en varios cambios adaptativos:

  • Aumento de la producción de glóbulos rojos para que la sangre transporte más O2 por mL
  • Mayor número de capilares dentro de los tejidos, por lo que O2 tiene una distancia más corta para difundir para llegar a las células
  • Más mitocondrias en las células disponibles O2 se usa de manera más eficiente
  • Los riñones retienen más H+.

Cabe señalar que, en la mayoría de circunstancias, la respiración está regulada principalmente por la concentración de CO2 en sangre arterial y los cambios asociados en pH. Esto es útil porque el porcentaje O2 La saturación de hemoglobina es relativamente insensible a O2 concentraciones, mientras que los cambios en CO2 La concentración en sangre tiene un efecto inmediato sobre el pH. El siguiente diagrama muestra la regulación de retroalimentación negativa de CO2 niveles.

Si lo desea, introduzca la sección sobre "Cómo desarrollar sus procedimientos experimentales" (página 5 del Material para estudiantes) haciendo hincapié en que los científicos deben desarrollar métodos de medición fiables y válidos para obtener resultados precisos. De confianza Los métodos producen los mismos resultados consistentes en diferentes repeticiones del mismo experimento. Válido Los métodos producen resultados que reflejan con precisión la variable que el científico está tratando de medir.

Mientras sus estudiantes practican respirando en la bolsa, enfatice la importancia de:

  • Asegurándose de llenar la bolsa con la mayor cantidad de aire posible.
  • Asegurarse de tener un sello hermético entre la bolsa y la cara de la persona para que no entre ni salga aire de la bolsa.
  • Mantener un sello hermético durante todo el intervalo de prueba (3 minutos para desarrollar el procedimiento para evaluar la profundidad de la respiración y 4 minutos para el experimento real).

Los observadores deben poder ver toda la bolsa para evaluar la frecuencia respiratoria y la profundidad. A veces, esto se logra mejor haciendo que el sujeto se ponga de pie mientras respira dentro de la bolsa. Hay un video de demostración disponible en https://www.youtube.com/watch?v=UjzBRiX1Jpc&feature=youtu.be.

Un estudiante que tiene un problema respiratorio o cardíaco grave. probablemente no debería ser un tema en los experimentos. Puede ser aconsejable que un estudiante participante con asma mantenga su inhalador a mano para usarlo si es necesario.

Los resultados del experimento varían para diferentes sujetos (e incluso para el mismo sujeto en ensayos repetidos). Una de las razones de esta variación es que la respiración está muy sujeta a un control voluntario. Las tendencias pueden diferir debido a distracciones en el entorno, influencias emocionales u otros tipos de actividad cerebral que pueden influir en la respiración. El papel del cerebro también se refleja en la respuesta subjetiva que sus estudiantes pueden experimentar hacia el final del intervalo de cuatro minutos cuando el aire en la bolsa tiene niveles elevados de CO2 y niveles disminuidos de O2 (ver pregunta 15b). Debido a la variabilidad en los resultados, es posible que desee recopilar datos individuales de todos los estudiantes de su clase y calcular promedios de clase para el número de respiraciones y la profundidad de la respiración (teniendo en cuenta el tema metodológico discutido en el siguiente párrafo).

Pregunta 16 se incluye en caso de que uno o más de los sujetos de un grupo no completen los cuatro minutos completos de respiración dentro de la bolsa. En ese caso, los estudiantes no deben comparar los promedios anteriores de frecuencia respiratoria y profundidad de cuatro estudiantes con promedios posteriores de frecuencia respiratoria y profundidad de menos estudiantes. Los posibles enfoques alternativos incluyen:

  • Usando solo los datos para los intervalos de 30 segundos cuando todos los estudiantes estaban respirando en la bolsa
  • Calcular promedios solo para los estudiantes que completaron los cuatro minutos de respiración en la bolsa
  • Trazar tendencias individuales para cada estudiante.

Para elegir el mejor enfoque, los estudiantes deben considerar el patrón de cuándo los sujetos de su grupo dejaron de respirar en la bolsa.

En nuestra experiencia, los cambios en la frecuencia respiratoria son inconsistentes tanto dentro como entre sujetos. Por el contrario, la mayoría de los sujetos muestran una tendencia relativamente constante al aumento de la profundidad de la respiración. Estas observaciones están de acuerdo con los resultados de la investigación científica que muestran que aumento de CO2 está asociado con mas consistente aumenta en profundidad de la respiración y más pequeño, inconsistente aumenta en el frecuencia respiratoria. Es posible que desee relacionar estos hallazgos con la observación de que respiración más profunda es más eficiente que la respiración más rápida como una forma de aumentar la ingesta de O2 y liberación de CO2. Para comprender la razón de esto, considere lo que sucede cuando comienza a inhalar. El primer aire que ingresa a los alvéolos de los pulmones es el aire que acaba de exhalar en los bronquiolos, bronquios, tráquea, faringe, boca y nariz (consulte la figura inferior de la página 6). Este aire recientemente exhalado tiene bajo O2 y alto CO2, por lo que es menos útil que el aire fresco para el intercambio de gases en los sacos de aire de los pulmones. Una respiración muy superficial traerá solo este aire recientemente exhalado a los sacos de aire. Una respiración más profunda traerá proporcionalmente más aire fresco con O alto2 y bajo CO2 en los sacos de aire; esto aumentará la difusión de O2 en la sangre y difusión de CO2 de la sangre.

Si sus resultados son similares a los nuestros, analice pregunta 21 brindará la oportunidad de hablar sobre la importancia de probar incluso las predicciones que parecen eminentemente razonables. El fracaso de los resultados experimentales para confirmar una predicción puede conducir a nuevos conocimientos y una hipótesis mejorada, en este caso, el reconocimiento de que la regulación por retroalimentación negativa de los niveles sanguíneos de CO2 afecta principalmente la profundidad de la respiración, con menos efecto o ningún efecto sobre la frecuencia respiratoria. Este resultado tiene sentido biológicamente ya que el aumento de la profundidad de la respiración es una forma más eficiente de mejorar el intercambio de gases.

El experimento descrito en el Material para estudiantes demuestra la importancia de los altos niveles de CO2 y / o niveles bajos de O2 para estimular la respiración más profunda, pero este experimento no permite a los estudiantes distinguir la importancia relativa de los cambios en los niveles de CO2 contra O2. Para estimar el efecto de los cambios en O2 niveles con relativamente pocos cambios en el CO2 niveles, es posible que desee agregar la siguiente actividad.

Repita el experimento descrito en la página 5 del Folleto del estudiante mientras respira en una bolsa de plástico que contiene un tazón pequeño con KOH (que absorbe CO2). Debe tener mucho cuidado al manipular el KOH, ya que es cáustico. Los procedimientos específicos son los siguientes:

  • Coloque un trozo de papel de filtro en el fondo de un cuenco para dedos y, con una espátula, coloque aproximadamente 6-7 piezas de KOH en el cuenco para dedos.
  • Humedezca el papel de filtro con unas gotas de agua esparcidas (el KOH debe estar húmedo para absorber CO2).
  • Corta un trozo de estopilla de unas pocas capas de espesor y lo suficientemente grande como para rodear el cuenco de los dedos; use una banda de goma para cerrar la gasa sobre el cuenco para los dedos.
  • Coloque el cuenco para los dedos en una bolsa de plástico de 8 galones que se haya llenado de aire.
  • Realiza el experimento de respiración.
  • Después del experimento, deseche el KOH en el frasco provisto.

IV. Homeostasis y cambios en la respiración debido al ejercicio

Pregunta 24 brinda la oportunidad para que los estudiantes reconozcan que ya saben bastante sobre los cambios en la respiración durante y después del ejercicio. Para la primera columna, se debe animar a los estudiantes a que informen sobre sus observaciones sobre la respiración, no sobre recomendaciones o interpretaciones. Se pueden proporcionar interpretaciones en la tercera columna, en la que los estudiantes relacionan sus observaciones con la comprensión de la homeostasis que han desarrollado en secciones anteriores de esta actividad.

Esta figura muestra un conjunto típico de resultados experimentales para cambios relacionados con el ejercicio en la ventilación pulmonar (= frecuencia respiratoria x profundidad de la respiración). La evidencia de la investigación indica que tanto la frecuencia respiratoria como la profundidad de la respiración aumentan durante y después del ejercicio aeróbico. Consulte las páginas 12-13 para obtener una explicación del rápido aumento temprano de la ventilación pulmonar, que incluso puede comenzar un poco antes de que comience el ejercicio.

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

Pregunta 25 está diseñado para estimular a los estudiantes a desarrollar una pregunta que pueda ampliar su comprensión más allá de lo que ya saben y proporcionar nueva información sobre los cambios en la respiración debido al ejercicio. Los científicos necesitan replicar hallazgos anteriores para garantizar su confiabilidad, pero la observación de que la frecuencia y la profundidad de la respiración aumentan durante la actividad física vigorosa está lo suficientemente bien establecida como para alentar a los estudiantes a pensar en cómo expandir su comprensión más allá de esta simple observación. Las preguntas apropiadas pueden incluir:

  • ¿El cambio en la respiración es mayor para el ejercicio aeróbico (por ejemplo, trotar en el lugar) que el entrenamiento de fuerza (por ejemplo, el uso de bandas de resistencia) o el yoga?
  • ¿Se duplica la frecuencia respiratoria si una persona se ejercita dos veces más rápido (por ejemplo, duplicando el número de saltos en un minuto) o dos veces más fuerte (por ejemplo, dos bandas de resistencia en lugar de una para el ejercicio de entrenamiento de fuerza)?
  • ¿Cuánto tiempo tarda la respiración en volver a los niveles de reposo después de diferentes tipos y duraciones de ejercicio?
  • ¿La frecuencia respiratoria en reposo y después del ejercicio difiere entre deportistas y no deportistas? (Si un grupo de estudiantes desea investigar este tipo de pregunta, debe encontrar al menos otro grupo de estudiantes con el que cooperar para obtener un tamaño de muestra significativo).

Hay varias formas posibles en las que sus estudiantes pueden medir la frecuencia y la profundidad de la respiración antes y después del ejercicio. Es posible que desee realizar una prueba piloto de uno o ambos métodos que se describen a continuación y elegir uno para recomendar a sus alumnos o puede que desee que los alumnos registren su propia respiración antes y después del ejercicio. Si desarrolla alguna mejora para cualquiera de los métodos descritos a continuación o un buen método alternativo para medir la frecuencia y la profundidad de la respiración, hágamelo saber ([email protected]). ¡Gracias!

Un método eficaz y de baja tecnología para detectar cada respiración utiliza un pequeño trozo de tejido facial pegado con cinta adhesiva a la nariz del sujeto de modo que el tejido cuelgue sobre el borde de una fosa nasal (consulte la figura siguiente). Un trozo de tejido de la forma y el tamaño que se muestran funciona bien para medir la frecuencia y la profundidad de la respiración. Este método solo funciona si mantiene la boca cerrada y respira por la nariz. Si desea utilizar este método, puede resultarle útil utilizar la página de plantillas que se proporciona en la próxima a la última página de estas Notas de preparación para el profesor. Si usa este método, probablemente querrá tener una tijera, un pañuelo facial y un trozo de cinta médica para piel sensible para cada grupo de cuatro estudiantes.

Un método alternativo para medir la frecuencia respiratoria y la profundidad es utilizar un tubo de PVC de de pulgada de largo de 2 pulgadas con una cinta metálica pegada con cinta adhesiva para que caiga sobre un borde. (El diámetro de la tubería de PVC se refiere al diámetro interno, no al diámetro externo). Hemos utilizado una serpentina metálica de ~ ¼ de pulgada de ancho, con una longitud total de ~ 3 ¾ de pulgada; obtuvimos las serpentinas de una "guirnalda de flecos de aluminio" obtenida en una tienda de fiestas.

Para preparar los tramos de tubería de PVC de 2 pulgadas, primero usamos una sierra para cortar la cantidad necesaria de piezas de tubería y luego alisamos los bordes de los extremos con un cuchillo X-Acto o una cuchilla de afeitar de un solo filo en un soporte . Por razones sanitarias, necesitará un tubo para cada alumno de su clase más numerosa.

Para desinfectar los trozos de tubería para su uso en otra clase, recomendamos el siguiente procedimiento:

  • Lávese las manos con agua y jabón durante al menos 30 segundos. Enjuague y luego seque con una toalla de papel.
  • Quite las serpentinas y la cinta y frote el interior y el exterior de cada tubo de PVC con un cepillo o limpiador de tuberías y agua y jabón hasta que el tubo esté limpio.
  • Sacuda el exceso de agua de los tubos. Remoje los tubos en alcohol isopropílico al 70% durante 5 minutos o en lejía (5 ml de lejía al 6% en 8 onzas de agua) durante 3 minutos o en el microondas durante 5 minutos.
  • Enjuague los tubos. Coloque los tubos sobre una superficie limpia para que se sequen.
  • Asegúrese de lavarse las manos con agua y jabón durante al menos 30 segundos antes de manipular los tubos secos para guardarlos en una bolsa de plástico.

Cualquier estudiante que haya sido excusado de educación física Es posible que deba ser eximido de participar como sujeto en los experimentos de esta sección. Es posible que desee que un estudiante con asma tenga su inhalador a mano para usarlo si es necesario. Se debe advertir a los estudiantes que usen ropa y calzado apropiados para la actividad física.

Antes de que los estudiantes comiencen a diseñar sus experimentos, es posible que desee que discutan los conceptos básicos metodologico puntos como:

  • La importancia de estandarizar su actividad física y sus métodos para registrar los cambios en la respiración.
  • La importancia de obtener una medida de referencia válida de la frecuencia respiratoria y la profundidad antes del ejercicio para compararla con la frecuencia respiratoria y la profundidad después del ejercicio.
  • La importancia de cambiar solo la variable que están probando y controlar otras variables
  • La importancia de la replicación (por ejemplo, que cada miembro del grupo participe como sujeto).

Nos ha resultado útil comprobar que cada ficha de datos corresponde al diseño experimental y especifica claramente las observaciones a registrar. El plan de análisis de cada grupo de estudiantes debe incluir alguna forma de resumir sus resultados para responder a su pregunta.

Tus estudiantes pueden notar transpiración durante el experimento, y probablemente querrá señalar que la regulación por retroalimentación negativa de la temperatura corporal ocurre no solo en respuesta a cambios ambientales en la temperatura (sección I), sino también en respuesta a cambios internos en el metabolismo que resultan en cambios en la cantidad de calor producido. Por ejemplo, la actividad física aumenta el metabolismo y la producción de calor. Durante la respiración celular, solo alrededor del 50% de la energía de las moléculas de nutrientes se transfiere a ATP y el otro 50% se convierte en calor. Durante el gasto de ATP por las células, otro 25% de la energía derivada de los alimentos se convierte en calor. La fricción interna durante la actividad física contribuye a la producción de calor adicional. En general, durante la actividad muscular, solo alrededor del 20-25% de la energía química gastada se captura en la energía cinética de la contracción muscular y el resto de la energía se convierte en calor. Estas observaciones brindan la oportunidad de reforzar el principio de que todos los tipos de conversión de energía dan como resultado la producción de calor.

Sus estudiantes probablemente también notarán que el corazón late más rápido y más fuerte durante el ejercicio. Durante el ejercicio, la cantidad total de sangre bombeada por minuto puede aumentar hasta cuatro veces en una persona no entrenada y ocho veces en un atleta entrenado. La mayor parte del aumento en la cantidad de sangre bombeada por minuto va a los músculos activos; en reposo, ~ 20% del flujo sanguíneo va a los músculos esqueléticos, mientras que durante el ejercicio vigoroso ~ 90% del flujo sanguíneo va a los músculos esqueléticos. Es posible que desee vincular las observaciones de los estudiantes de latidos cardíacos más rápidos y más fuertes con la discusión en la Sección II sobre cómo los sistemas respiratorio y circulatorio cooperan para proporcionar la O2 necesario para la respiración celular y eliminar el CO2 producido por la respiración celular.

Es posible que desee que cada grupo de estudiantes prepare un póster con su pregunta o hipótesis, un resumen de sus procedimientos y resultados, y sus conclusiones. Luego, los grupos de estudiantes pueden compartir sus resultados para:

  • Una discusión sobre las mejores prácticas en el diseño e interpretación de experimentos.
  • Una imagen más completa de los cambios en la respiración debido al ejercicio.

Es posible que desee continuar con una discusión sobre la siguiente pregunta:

¿Cuál crees que sería el experimento más útil para hacer a continuación? Explica tu razonamiento.

Los párrafos siguientes presentan complejidades que pueden no ser apropiadas para sus estudiantes. Sin embargo, si este nivel de complejidad no abrumará a sus estudiantes, esta información brinda la oportunidad de reforzar el importante principio de que incluso cuando los resultados experimentales son compatibles con una hipótesis, es importante considerar posibles interpretaciones alternativas antes de concluir que los resultados apoyan la hipótesis.

Durante el ejercicio, tanto la frecuencia respiratoria como la profundidad de la respiración aumentan a medida que aumenta la intensidad del ejercicio. Aunque este aumento de la respiración durante el ejercicio parece compatible con la regulación de la retroalimentación negativa discutida en la sección III, múltiples líneas de evidencia indican que esto la retroalimentación negativa es no la causa principal del aumento de la respiración durante el ejercicio. 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.

Nota: 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 Biochemistry

(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 Ciclo celular

4-6 days Mitosis/Meiosis

6-10 days DNA/RNA/Protein

8-10 days Mendel Genetics

3-5 days Genetic Technology

5-7 days Evolución

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 Ecología

*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

marcha 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

  • What are you currently working on? 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? ¿Cómo es eso?
  • Other people have said such-and-such. ¿Estás de acuerdo?
  • 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.

/> Este trabajo está sujeto a una licencia internacional Creative Commons Reconocimiento-No comercial-Compartir igual 4.0.


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.

      Objetivos

      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 METRO HC2H3O2
      • 100 mL 0.50 METRO 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

      La seguridad

      • 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:
      • Día 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 METRO HC2H3O2 and 0.50 METRO 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 pKaof 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 pKa 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 pKa of any acid in solution, the ratio between the acid form and base form can be determined (protonation state). If pH < pKa the acid form has a higher concentration than the base form and if pH > pKa the base form has a higher concentration when compared to the acid form.
      • The pH of a buffer is related to both pKa 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

      Fondo

      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 Ka = 1.76 x 10 -5 and a pKa = 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 METRO nitrous acid, NaNO2.The Ka and pKa 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? Explica tu respuesta.
        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.

        Objetivo

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


        Ver el vídeo: Laboratorio #9, Respiración Celular (Mayo 2022).