化學前沿學科知識在美國化學教材中的體現(xiàn)

王瑞政　周　青　闕麗麗

摘要：介紹了美國Prentice Hall《Chemistry》教材中關于藥物化學、酶化學、基因化學知識與基礎化學知識的三種融合方式。

關鍵詞：藥物化學；酶化學；基因化學；融合

文章編號：1005－6629(2009)01－0058－04中圖分類號：G633.8文獻標識碼：B

美國 2005年第七次修訂版高中化學教材Prentice Hall《Chemistry》[2]， 將化學前沿科學知識中的藥物化學、酶化學、基因化學與基礎化學學科知識有機地融合在一起，不僅為教師教學提供豐富的教學資源，而且也有助于開拓學生的思維與視野，促進學生科學素養(yǎng)和綜合能力的提高。

1Prentice Hall《Chemistry》教材中的藥物化學、酶化學與基因化學知識

Prentice Hall《Chemistry》教材共有25章，其中涉及藥物化學、酶化學和基因化學知識的共有9章，分別是：第1章（化學簡介）、第4章（原子結構）、第6章（元素周期表）、第9章（物質命名和分子式）、第10章（物質的量）、第18章（反應速率和化學平衡）、第19章（酸、堿和鹽）、第23章（官能團）、第24章（生命化學）；涉及到的化學學科知識有：化學的起源和衍生，化學的發(fā)展領域，物質的分類，物質的命名和分子式，物質的量，物質成分的百分比和化學公式，化學反應速率，鹵素取代物，蛋白質，氨基酸和核酸。

1.1藥物化學

教材中滲透藥物化學知識的內(nèi)容有：含有醫(yī)藥成分的植物，如柳樹和香草等；含有醫(yī)藥成分的動物，如蝎子和毒蛙等；與醫(yī)藥有關的職業(yè)，如藥劑師；用作醫(yī)藥的麻醉劑，如三氟溴氯乙烷，醚類等；藥品，如阿司匹林、盤尼西林和砒霜等；藥物檢測，如運動員興奮劑的檢測。（詳見表1）

1.2 酶化學

教材中介紹酶化學的知識有：各種酶，例如，乳糖分解酶，尿毒酶，HIV蛋白酶，過氧化氫輔酶；酶的本質，即酶是一種蛋白質；酶在人體中的作用，例如，消化道酶可以加速脂肪的分解，充當化學催化劑的作用；酶的工作原理等。（詳見表2）

1.3基因化學

教材中介紹的基因化學知識有：DNA雙螺旋結構的發(fā)現(xiàn)及其分子表面的觀察；DNA和RNA在遺傳學上的作用；DNA和RNA的單體：單核苷酸；基因突變； DNA鑒定。（詳見表3）

2藥物化學、酶化學、基因化學知識與基礎化學知識融合的三種形式

2.1利用藥物化學、酶化學和基因化學知識導出基礎化學知識

教材的第9章介紹化學物質的命名和分子式時，就利用對藥物中毒的處理導出化學知識。

案例1：教材首先創(chuàng)設教學情境：在一般的家庭里我們都能找到可能大約上百種化學品，包括洗滌產(chǎn)品、醫(yī)用藥品和農(nóng)藥。當這些化學品混在一起塊發(fā)生反應或家里的小孩不小心吞食而引起藥品中毒時，大多數(shù)人不知道該如何處理，這時可以撥打毒物控制中心的電話，他們會提供關于怎樣解救中毒者的信息。如果家庭成員能向毒物控制中心提供引起中毒的物質的一些信息，如中毒物質的名稱或化學式，則會更有利于中毒者的及時解救，由此引出學習化學物質的命名和分子式的重要性。

又如在第24章，“氨基酸及其聚合物”中酶的介紹。

案例2：許多人不能消化乳糖，也就是說他們不能消化牛奶或奶制品。這些人之所以不能消化乳制品是因為他們的體內(nèi)不能產(chǎn)生足夠的乳糖酶來消化牛奶里的乳糖。如果他們食用了乳制品，就會引起胃漲和不適，要消除這種不適，他們可以在食用乳制品之前先服用一種藥片，這種藥片含有乳糖分解酵素，由此導出酶的概念及其在人體里功能的學習。

同樣在介紹本章的核酸時，也是通過創(chuàng)設情境，由基因化學知識導出化學知識：

案例3：也許有人告訴過你：“你長著媽媽的眼睛，爸爸的鼻子”。當然，照字面的意思理解，這種說法是不完全正確的。你的眼睛就是你的眼睛，你的鼻子就是你的鼻子，但你身體里的蛋白質，基因確實繼承于你的父母，由此導出核酸的學習。

以上幾個例子都是利用藥物化學、酶化學和基因化學知識來導出化學基本概念。從學生感興趣的形象、生動和具體的事實與經(jīng)驗出發(fā), 以學生熟悉的生活例子創(chuàng)設教學情境，使學生帶著對藥物化學、酶化學和基因化學知識的疑問來學習化學知識，很容易激起學生學習化學的興趣與熱情。

2.2基礎化學知識作為藥物化學、酶化學和基因化學知識的背景

“基礎化學知識作為藥物化學、酶化學和基因化學知識的背景”在該教材中也有很好的體現(xiàn)。

例如在第9章“物質的命名和化學式”中先介紹了化學物質的命名和書寫，接著以此作為背景，在“化學領域中的職業(yè)”板塊中引出藥劑師這一職業(yè)。

案例4：醫(yī)生會給病人開出處方藥的單子，然后由藥劑師去配藥，藥劑師要確保他們配的藥和藥的劑量不會危害到病人。一個具備一些化學知識和生物知識的人只能成為藥劑師的助理，要想成為一名藥劑師，需有大學藥劑學的學位證，這個學位證要求修完化學﹑生物﹑數(shù)學、統(tǒng)計學和藥物學等有關知識。

教材“化學領域中的職業(yè)”板塊的介紹不但有利于學生了解化學在實際生活中的應用 , 也有利于高中生了解各式各樣的職業(yè) , 為將來的擇業(yè)提供更多的參考信息。

又如，在學習了18章“反應速率和化學平衡”中催化劑的基礎上，介紹了酶在人體中充當催化劑的作用。

案例5：酶是一種可以提高生命反應過程的催化劑，如果沒有酶的催化作用，人體的許多生命活動就會變得很慢。例如，當你吃了富含蛋白質的肉后，你消化道里的消化蛋白酶就會在幾小時之內(nèi)分解這些蛋白質，如果沒有這種酶，這個消化過程在體溫條件下就需要花上幾年的時間。同樣在介紹DNA和RNA時，教材首先簡述了它們的結構和組成，然后從基因的角度講述了DNA和RNA的作用，還引出了一系列與遺傳相關的內(nèi)容：核苷酸、DNA分子的雙螺旋結構、DNA鑒定、DNA重組以及克隆技術等。

這一形式基本是以藥物化學、酶化學和基因化學知識為主，通過簡單介紹相關化學知識， 著重講解相關的藥物化學、酶化學和基因化學知識。這樣編排使學生不僅認識到學習化學基礎知識的重要性，而且也會領悟到科學前沿知識在現(xiàn)實生活中的應用價值，以此激發(fā)他們的創(chuàng)新能力和求知欲望。

2.3藥物化學、酶化學和基因化學知識作為基礎化學知識的拓展

“藥物化學、酶化學和基因化學知識作為基礎化學知識的拓展”主要分布在各個章節(jié)的“社會與科技”板塊中，該板塊緊密聯(lián)系社會與科技的發(fā)展，并且結合了大量生動的彩圖來做說明。例如在第1章“化學簡介”中的“社會與科技”板塊，介紹了自然界中的藥物。

案例6：大約40%的現(xiàn)代藥物來源于植物或動物產(chǎn)生的化學物質?；瘜W家必須先確認這些物質的成分和作用，然后提純這些物質并說明它們對人體的作用，科學家就是研究如何使這些藥物更有療效或毒性更小。例如：

柳樹皮：幾個世紀以來，人們飲用柳樹皮泡的茶來治療頭痛和其他小病痛。到1828年，科學家已經(jīng)把柳樹皮的有效成分分離出來，70年后，化學家們又在這種有效成分的基礎上制得了阿司匹林。

毒蛙：化學家發(fā)現(xiàn)毒蛙的皮膚有一種毒物，并用這種物質來研究人的神經(jīng)系統(tǒng)。結果表明，該物質是類似于嗎啡一種較強的去痛藥，但不會使人上癮。

由此可知，早期的藥物許多是由偶然性和經(jīng)驗性發(fā)現(xiàn)的，而且來源于自然界。為了使學生對這些天然藥物有更清晰和更直觀的認識，在這些藥物彩圖的一旁還有相應的文字說明。由化學起源和衍生將化學知識拓展到藥物化學上。

又如24章（生命化學），在“酶是如何工作的”中，為我們解釋了引起艾滋病病毒中的HIV蛋白酶是如何工作的，同時在介紹了酶的化學知識后，為我們拓展了“輔酶”知識。

案例7：一些酶不需要其他的物質就能對生物體中的物質直接催化，而有些酶則需要非蛋白質的輔酶來共同完成催化過程。輔酶可以是金屬離子、有機小分子或水溶性維他命，例如VB，就是一種輔酶。作為輔酶的金屬陽離子有：鎂離子﹑鉀離子﹑鐵離子和鋅離子。在過氧化氫酶的結構中包含有三價離子，它能催化雙氧水的分解,得到水和氧氣。

同樣是24章，在介紹核酸的化學知識中，又為我們呈現(xiàn)了“DNA指紋鑒定”的知識。

案例8：DNA指紋鑒定的取樣可以從頭發(fā)﹑皮膚細胞或體液中得到，DNA排列的順序，如指紋，對每個人來說都是獨一無二的，這種檢驗方法稱為DNA指紋鑒定。要進行DNA指紋鑒定，首先，科學家會先從取樣中分離出DNA，只要很少的樣就能進行DNA指紋鑒定。酶用于分開在特別的堿基對順序之間的DNA鏈，使得DNA從樣品中分開，由此得到較大數(shù)量的DNA片段（這些DNA片段的長度和堿基對組成都是不一樣的），然后通過對照已知的DNA樣，從而得出DNA指紋鑒定是否和已知一致。

這種形式是以化學知識作為基礎，利用化學知識拓展出與之相關的藥物化學、酶化學與基因化學知識，有利于鞏固所學的化學知識。所選取的藥物化學、酶化學與基因化學知識相對來說都有一定的難度，使學生在掌握化學知識點后，增加課外知識來拓寬他們的視野，給學有余力的學生留下更大的學習和思維空間，便與繼續(xù)探索和鉆研。同時這種形式克服了學科本位的思想，用化學知識來解釋不同領域中遇到的問題，使學生認識到化學學科的實用性及普遍性，體現(xiàn)了自然學科的整體性和相融性。

3 結論

3.1為教師教學提供豐富的素材

與我國高中化學教材相比, Prentice Hall《Chemistry》教材內(nèi)容覆蓋面較寬,呈現(xiàn)方式豐富多彩，特別是關于“21世紀化學發(fā)展趨勢”的教學內(nèi)容。教材中的化學前沿知識可以作為教師引入新知識的背景材料，也可以作為課堂教學相關資料插入，還可以作為拓展性閱讀材料和作為科技活動素材等等，不僅大大豐富教師的教學素材，改進教師的教學思路，而且在教學過程中可以拉近高科技與基礎化學教育的距離，使學生多了解本學科甚至是交叉學科領先的科學技術，從而達到學生學得輕松，教師教的愉快的效果，提高教學質量。

3.2有利于學生的STS教育

Prentice Hall《Chemistry》將代表化學21世紀化學發(fā)展趨勢的現(xiàn)代科技和社會的一些重大問題及時地滲透到化學教學中,把化學教學與科學、技術和社會有機的結合起來,不僅使學生掌握化學的一些前沿知識,更重要的是使學生懂得這些知識和技能的實用價值和社會價值,懂得在社會中如何應用這些知識技能。通過STS 教育使學生廣泛了解社會，接觸社會,參與到社會生活中的一些重大問題之中,不僅可以培養(yǎng)他們的道德觀念和社會責任感,使他們成為了解社會和關心社會的人,而且可以使學生形成正確的價值觀和人生觀。

3.3有利于培養(yǎng)學生的綜合素質

Prentice Hall《Chemistry》教材中編入有關21世紀化學發(fā)展趨勢的前沿性知識的方式，順應了現(xiàn)代教材所倡導的課程綜合化與融合性。教材沒有配套的專門手冊，也沒有用專門的章節(jié)來講解，而是采取內(nèi)容的鑲嵌式處理，如教材中穿插在歷史上有重要影響的化學重大事件，有利于學生了解化學研究的文化背景，了解化學這門學科各領域的大致演變歷程及其發(fā)展方向，感受化學是一門“核心、實用和創(chuàng)造性”的科學，并取得了巨大的成功。

參考文獻：

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[2]占小紅. 美國高中化學教材《化學：與變化著的世界相聯(lián)系特色分析與啟示》[J]. 化學教學,2005, (3): 28-29.

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[4]Peter Goodhew . Education moves to a new scale[J] . Nano Today, 2006, (5): 40-43.

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