高中生物的“數(shù)理化”教學(xué)

王瑋

【摘要】針對(duì)高中生物課程設(shè)置與其他理科基礎(chǔ)課程之間銜接的缺陷，在課堂教學(xué)中， 適當(dāng)引入相關(guān)的數(shù)理化知識(shí)，幫助學(xué)生架構(gòu)知識(shí)鏈條以有效的解決生物學(xué)問題。

【關(guān)鍵詞】高中生物課程 數(shù)理化課程 課堂教學(xué)

【中圖分類號(hào)】G633.91 【文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼】A 【文章編號(hào)】2095-3089（2014）02-0167-02

高中生物課程是高中科學(xué)學(xué)習(xí)領(lǐng)域中的一門學(xué)科。從課程結(jié)構(gòu)的總體設(shè)置來看，高中生物課程與物理、化學(xué)等課程同為科學(xué)領(lǐng)域的一個(gè)科目，具有同等重要的地位。遵循課程方案的改革，高中生物新課程從高一年級(jí)開始就進(jìn)入三個(gè)必修的模塊的學(xué)習(xí)。這種課程模式的設(shè)置使初、高中生物教學(xué)有了更好的銜接，并對(duì)于進(jìn)一步提高學(xué)生的生物科學(xué)素養(yǎng)，發(fā)展學(xué)生的科學(xué)探究能力，幫助學(xué)生理解生物科學(xué)、技術(shù)和社會(huì)的相互關(guān)系起到了積極的推進(jìn)作用。但是，相關(guān)科學(xué)課程之間教材內(nèi)容的橫向銜接卻存在一些不足之處。學(xué)生在學(xué)習(xí)部分生物學(xué)的核心概念和技術(shù)時(shí)，往往由于相關(guān)高中數(shù)理化基礎(chǔ)知識(shí)學(xué)習(xí)的后置性，而反映出一定程度的認(rèn)知難度。例如人教版新課標(biāo)教材必修一第1章《組成細(xì)胞的分子》的教學(xué)安排比高中化學(xué)課程中有機(jī)化學(xué)的教學(xué)提前了近一個(gè)學(xué)年，這樣使高一學(xué)生對(duì)于氨基酸、核苷酸等有機(jī)物結(jié)構(gòu)的理解造成了很大的困難。如果在教學(xué)中，適當(dāng)滲透一些數(shù)理化知識(shí)的學(xué)習(xí)，幫助學(xué)生建構(gòu)相關(guān)的理化基礎(chǔ)，那么他們便能順利的達(dá)到對(duì)生物學(xué)知識(shí)技能的理解應(yīng)用。

1.運(yùn)用化學(xué)知識(shí)理解碳是細(xì)胞中的最基本元素

在“細(xì)胞中的元素和化合物”一節(jié)的教學(xué)中，教師通過資料分析和化學(xué)模型展示的方式可以幫助學(xué)生更好理解“碳為什么是細(xì)胞中的最基本元素”，并為認(rèn)識(shí)蛋白質(zhì)、核酸等生物大分子的結(jié)構(gòu)奠定有機(jī)化學(xué)的基礎(chǔ)。首先讓學(xué)生在化學(xué)課本的元素周期表中查找碳元素處于什么位置？學(xué)生很快找到碳是第ⅣA族的位置，原子序數(shù)為6。利用初中化學(xué)知識(shí)可推導(dǎo)出碳原子核中含有6個(gè)質(zhì)子，核外有6個(gè)電子。接下來呈現(xiàn)資料①由于電子排布的不同，在碳的最外層有4個(gè)電子。這樣，碳原子就具有了4個(gè)成鍵的價(jià)電子。這樣每個(gè)碳原子不僅可以和氫、氧、氮、硫等多種非金屬原子形成4個(gè)共價(jià)鍵，而且碳原子之間也能以共價(jià)鍵相結(jié)合。②原子之間通過共用電子對(duì)所形成的相互作用力，叫做化學(xué)鍵。以共用電子對(duì)形成分子的化合物叫共價(jià)化合物。含碳元素的有機(jī)化合物都屬于共價(jià)化合物。③多個(gè)碳原子可以相互結(jié)合成長(zhǎng)短不一的碳鏈，碳鏈也可以帶支鏈，還可以結(jié)合成碳環(huán)，碳鏈和碳環(huán)也可以相互結(jié)合。在學(xué)生閱讀獲取信息的前提下，教師利用板書畫出最簡(jiǎn)單的有機(jī)物——甲烷結(jié)構(gòu)式隨后利用板書書寫的形式組織引導(dǎo)學(xué)生比較認(rèn)識(shí)有機(jī)物的結(jié)構(gòu)式、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)式和分子式的書寫方法。

2.介紹同位素與同位素示蹤技術(shù)

高中生物教材，從“細(xì)胞器”一節(jié)的學(xué)習(xí)中就應(yīng)用了同位素標(biāo)記技術(shù)進(jìn)行分泌蛋白的合成和運(yùn)輸途徑的示蹤實(shí)驗(yàn)。由于學(xué)生還沒有學(xué)過有關(guān)同位素的化學(xué)知識(shí)，就會(huì)不斷地問：“什么是同位素？怎么標(biāo)記的？”針對(duì)學(xué)生的疑問，教師可以簡(jiǎn)單介紹一下相關(guān)的化學(xué)知識(shí)：化學(xué)原子的質(zhì)量數(shù)是質(zhì)子數(shù)和質(zhì)子數(shù)之和。同種原子的原子核中質(zhì)子數(shù)是相同，但中子數(shù)不一定相同。質(zhì)子數(shù)相同而中子數(shù)不同的同一元素的不同原子互稱為同位素。 “同位”即指核素的質(zhì)子數(shù)相同，在元素周期表中占有相同位置。同位素中有些具有放射性，稱為放射性同位素。

3.建構(gòu)數(shù)學(xué)概率論模型進(jìn)行遺傳現(xiàn)象的分析

孟德爾在分析豌豆雜交試驗(yàn)結(jié)果和推理的過程中，都應(yīng)用了數(shù)理統(tǒng)計(jì)的方法和思想，尤其以概率論的有關(guān)知識(shí)為核心。在“遺傳與進(jìn)化”模塊的學(xué)習(xí)中，學(xué)生也要運(yùn)用概率知識(shí)進(jìn)行雜種后代基因型和表現(xiàn)型的各種比值的求解以及推斷人類中某對(duì)夫婦生下患遺傳病后代的風(fēng)險(xiǎn)率?？墒撬婕暗母怕收摵徒y(tǒng)計(jì)學(xué)原理在高中數(shù)學(xué)課程中的學(xué)習(xí)卻是滯后的。由于相應(yīng)計(jì)算方法的欠缺，學(xué)生往往覺得遺傳學(xué)是高中生物課程中最難學(xué)的部分，總是不能準(zhǔn)確的求解。所以在教學(xué)中將相關(guān)的概率論等數(shù)學(xué)概念模型以舉例的方式介紹給學(xué)生，并運(yùn)用遺傳實(shí)例反復(fù)引導(dǎo)學(xué)生進(jìn)行演練。這樣在教師搭建的學(xué)科知識(shí)之間聯(lián)系的平臺(tái)上，學(xué)生可以“挑一挑摘到桃子”了。首先提出概率是指某一事件發(fā)生的可能性的大小，用百分?jǐn)?shù)或分?jǐn)?shù)形式來表示多少。例如一對(duì)等位基因的雜合子（Dd）自交后代表現(xiàn)3：1的性狀分離比，就是指在后代中顯性性狀個(gè)體出現(xiàn)的可能性為3/4。對(duì)于像這些結(jié)果不可事先預(yù)言的隨機(jī)事件之間的關(guān)系一般包括：互不相容事件、對(duì)立事件、獨(dú)立事件等。在上述例子中，自交后代中的一個(gè)顯性個(gè)體而言，其基因型不可能同時(shí)為DD和Dd，這就是互斥事件。而后代中的表現(xiàn)顯性的個(gè)體就是隱性個(gè)體的對(duì)立事件，它是互不相容事件的特例。獨(dú)立事件是指A事件的出現(xiàn)并不影響B(tài)事件的出現(xiàn)。例如兩對(duì)等位基因的雜合子（AaBb）在形成配子時(shí)，A移與B移向同一極是互不影響的，屬于獨(dú)立事件 。那么要計(jì)算這些事件之間發(fā)生的可能性大小，就要用到兩個(gè)基本定律。

加法定律是指兩個(gè)互斥事件共同發(fā)生的概率是其各自概率之和。Dd自交后代中，純合子出現(xiàn)的概率為顯性純合子（DD）和隱性純合子（dd）兩者概率之和，即1/4+1/4=1/2。乘法定律是指兩個(gè)相互獨(dú)立的事件同時(shí)發(fā)生的概率是其各自概率的乘積。也就說兩者組合的概率要小于單獨(dú)發(fā)生的概率。AaBb自交后代中，AaBb出現(xiàn)的概率是：1/2Aa×1/2Bb=1/4。在接下來的學(xué)習(xí)活動(dòng)中，教師就可以引導(dǎo)學(xué)生運(yùn)用數(shù)學(xué)概念模型進(jìn)行各類遺傳問題的綜合分析計(jì)算和靈活應(yīng)用了。

生命科學(xué)是在數(shù)學(xué)、技術(shù)科學(xué)、物理學(xué)和化學(xué)等學(xué)科不斷滲透交融的基礎(chǔ)上突飛猛進(jìn)發(fā)展起來的新興學(xué)科。運(yùn)用數(shù)理化知識(shí)理解掌握生物學(xué)的核心概念和解決生物學(xué)問題是高中生應(yīng)該必備的一項(xiàng)重要技能。作為高中生物教師應(yīng)該深入分析研究課程教材，了解學(xué)生理科各門課程的學(xué)習(xí)進(jìn)度，把握好生物課程內(nèi)容與相關(guān)數(shù)理化基礎(chǔ)知識(shí)間聯(lián)系的脈絡(luò)。在此基礎(chǔ)上，針對(duì)學(xué)生知識(shí)鏈上出現(xiàn)的中斷環(huán)節(jié)，在課堂教學(xué)中適時(shí)的引入相關(guān)數(shù)理化的概念原理，幫助學(xué)生有效的遷移應(yīng)用到對(duì)生命本質(zhì)的探究問題上來。這樣教學(xué)活動(dòng)的開展，既達(dá)到實(shí)現(xiàn)有效教學(xué)的目標(biāo)、提升生物教師的綜合素養(yǎng)的同時(shí)，又可使學(xué)生從整體上、從科學(xué)知識(shí)的網(wǎng)絡(luò)體系上了解和把握科學(xué)知識(shí)、解決實(shí)際問題[2]的同時(shí)，充分體驗(yàn)生命的理性之美！

參考文獻(xiàn)：

[1]劉恩山，汪忠.2004.普通高中生物課程標(biāo)準(zhǔn)（實(shí)驗(yàn)）解讀.南京：江蘇教育出版社.82～83

[2]袁運(yùn)開，蔡鐵權(quán).2003.科學(xué)課程與教學(xué)論.杭州：浙江教育出版社. 163～164