新課改下加強(qiáng)高中生物與化學(xué)交叉融合的必要性和方法

任君　劉子忠

【摘要】為了解決高中學(xué)生對高中生物與化學(xué)知識之間交叉部分內(nèi)容的學(xué)習(xí)存在的困難，本文采用分析調(diào)查的方法，分析了高中生物與化學(xué)間交叉融合的問題，對高中生物與化學(xué)交叉部分內(nèi)容進(jìn)行了學(xué)情調(diào)查。得到目前學(xué)生在學(xué)習(xí)生物與化學(xué)交叉部分內(nèi)容時(shí)存在缺乏化學(xué)基礎(chǔ)知識、教師講解不系統(tǒng)、課本銜接不緊密等問題，并認(rèn)為計(jì)算機(jī)輔助教學(xué)可能是目前解決生物與化學(xué)間交叉融合問題方法之一。

【關(guān)鍵詞】高中 生物與化學(xué) 交叉 計(jì)算機(jī)輔助教學(xué)

【中圖分類號】G642 【文獻(xiàn)標(biāo)識碼】A 【文章編號】2095-3089（2014）02-0183-03

當(dāng)今社會，知識不斷發(fā)展，科技不斷進(jìn)步，并逐步走向綜合化和整體化。其主要體現(xiàn)在新時(shí)期的教育方面。2001年，教育部頒布《基礎(chǔ)教育課程改革綱要（試行）》[1]中強(qiáng)調(diào)學(xué)科的綜合性，克服學(xué)科門類過多、相互獨(dú)立的傾向。新課改所倡導(dǎo)的新的教育理念使我國現(xiàn)代的教育更趨向于培養(yǎng)學(xué)生綜合能力、培養(yǎng)綜合性人才。目前，許多國家要求現(xiàn)代教育要從單一型的人才培養(yǎng)模式轉(zhuǎn)變?yōu)榫C合型的通才方面發(fā)展，我國的許多高校也成立了交叉學(xué)科和院系來培養(yǎng)綜合性人才。高中方面目前也有許多內(nèi)容體現(xiàn)了現(xiàn)代教育綜合化的特征。

1.加強(qiáng)高中生物與化學(xué)交叉融合在教學(xué)中的必要性

在新課改以前的高中，教師往往以自己的學(xué)科為中心，以自己的學(xué)科體系進(jìn)行教學(xué)，忽視學(xué)科與學(xué)科之間的溝通與交流。使學(xué)生對許多知識的理解過于片面化、單一化，這十分不利于現(xiàn)代人才的培養(yǎng)。因此研究學(xué)科與學(xué)科之間的交叉內(nèi)容，是十分必要地。尤其是生物與化學(xué)間的學(xué)科交叉問題。生物與化學(xué)是兩門密不可分的學(xué)科，二者雖然有各自的體系及內(nèi)容，但許多知識方面二者均有一定的關(guān)聯(lián)?；瘜W(xué)是研究物質(zhì)的組成、結(jié)構(gòu)、物理性質(zhì)、化學(xué)性質(zhì)、相互轉(zhuǎn)化和應(yīng)用的科學(xué)。而生物學(xué)是研究從細(xì)胞到生物圈的生命系統(tǒng)各個(gè)層次以及生物與周圍環(huán)境的關(guān)系等的科學(xué)?；瘜W(xué)對于解釋生物本質(zhì)起到重要作用；同時(shí)，生物為化學(xué)提供重要的研究課題，生物學(xué)的發(fā)展為化學(xué)研究開辟了新的領(lǐng)域。新課程改革后的生物（化學(xué)）課程標(biāo)準(zhǔn)要“教師在教學(xué)中要注意聯(lián)系實(shí)際，幫助學(xué)生拓寬視野，開闊思路，綜合運(yùn)用生物（化學(xué)）及其他學(xué)科知識分析解決有關(guān)問題?！币粋€(gè)沒有綜合型人才的國家，一個(gè)沒有創(chuàng)新的民族，難以屹立于世界民族之林。學(xué)科間的交叉滲透，有利于跨學(xué)科人才的培養(yǎng)[2，3]。因此，開展化學(xué)和生物學(xué)科間的交叉性教學(xué)研究，大勢所趨，勢在必行。

新課改前，高中生物是在高二年級才開始學(xué)學(xué)習(xí)，此時(shí)的學(xué)生已有一定程度上的化學(xué)基礎(chǔ)知識，因此學(xué)起生物較為簡單。但從2001年開始，我國開始進(jìn)行高中新課程改革，其最大的改變就是在高一年級開設(shè)了生物課。其開設(shè)目的是為了推廣生物的新課改理念：面向全體學(xué)生、提高生物科學(xué)素養(yǎng)生物科學(xué)素養(yǎng)、倡導(dǎo)探究性學(xué)習(xí)、注重與現(xiàn)實(shí)生活的聯(lián)系[3]。課本的設(shè)置也在很大程度上實(shí)現(xiàn)了這一教育目的。但是，高一學(xué)生在接觸生物方面也面臨了許多困難，而其面臨的最大問題就是學(xué)科之間知識的不同步問題。如高一生物第二章第二節(jié)中就會學(xué)習(xí)到蛋白質(zhì)的有關(guān)內(nèi)容，而此內(nèi)容需要學(xué)生具有有機(jī)化學(xué)的基礎(chǔ)知識。但是，目前的課程，有機(jī)化學(xué)在高二才開設(shè)，因此，這個(gè)問題在一定程度上限制了學(xué)生對生物的學(xué)習(xí)。但現(xiàn)在的教學(xué)每當(dāng)涉及到與化學(xué)學(xué)科之間的聯(lián)系時(shí)，生物教師往往抱著“事不關(guān)己，高高掛起”的態(tài)度，把內(nèi)容推給化學(xué)老師，并且采用生搬硬套的方法來解決跨學(xué)科的問題，這使得學(xué)生往往難以理解所學(xué)到的知識，從而降低了學(xué)習(xí)生物的熱請。當(dāng)然，生物學(xué)科與化學(xué)不同步的問題不僅僅在這一方面。因此，有必要采取一種手段，可以使學(xué)生從更直觀形象的角度來學(xué)習(xí)高中生物課本中有關(guān)生物與化學(xué)交叉部分。

在學(xué)科本身，生物與化學(xué)之間還有許許多多相交叉的部分如：化學(xué)與生物之間都涉及到了有關(guān)蛋白質(zhì)和氨基酸[4]的內(nèi)容，化學(xué)主要了解蛋白質(zhì)的元素組成、基本組成單位 ——氨基酸以及氨基酸的基本結(jié)構(gòu)組成以及相對分子質(zhì)量、結(jié)構(gòu)和功能等內(nèi)容。生物詳細(xì)講解蛋白質(zhì)的基本組成單位氨基酸的結(jié)構(gòu)通式以及氨基酸與蛋白質(zhì)之間的相互轉(zhuǎn)化。另外，對于脂質(zhì)[4]的研究，化學(xué)和生物也各有側(cè)重。生物中主要學(xué)習(xí)脂質(zhì)的元素組成、分類及各種脂質(zhì)在不同生物體內(nèi)的存在；化學(xué)中重點(diǎn)強(qiáng)調(diào)脂質(zhì)中油脂的物理和化學(xué)性質(zhì)。但在生物教學(xué)中，化學(xué)的這些知識往往是生物學(xué)習(xí)的基礎(chǔ)。

為進(jìn)一步證明加強(qiáng)高中生物與化學(xué)交叉融合的必要性，本研究進(jìn)行了有關(guān)高中生物與化學(xué)交叉部分學(xué)情調(diào)查，本次調(diào)查面向呼市一中高一及高二全體學(xué)生，從中隨機(jī)選取300名同學(xué)進(jìn)行問卷填寫，問卷采用無記名的方式，發(fā)放出的300份問卷全部收回。研究中對收回的有效問卷進(jìn)行了逐項(xiàng)百分比統(tǒng)計(jì)，具體的統(tǒng)計(jì)結(jié)果如表1-3和圖1-3所示。

通過表1調(diào)查百分比可以看出：73%的學(xué)生認(rèn)為，目前基礎(chǔ)教育改革使各學(xué)科之間的關(guān)系趨于綜合化，所以有必要加強(qiáng)學(xué)科間的交叉學(xué)習(xí)。而且，89%的學(xué)生認(rèn)識到在高中各學(xué)科間，聯(lián)系最緊密的是高中生物與化學(xué)。因此，加強(qiáng)高中生物與化學(xué)間的聯(lián)系必須實(shí)施，迫在眉睫。

由表2可以得出：37%的學(xué)生認(rèn)為未學(xué)習(xí)有機(jī)化學(xué)內(nèi)容是其在學(xué)習(xí)生物與化學(xué)交叉部分內(nèi)容時(shí)存在的最大問題；35%的學(xué)生認(rèn)為生物老師講解化學(xué)知識不夠詳細(xì)是其在學(xué)習(xí)生物與化學(xué)交叉部分內(nèi)容時(shí)存在的最大問題；28%學(xué)生認(rèn)為生物老師講課時(shí)很少介紹化學(xué)內(nèi)容成為他們學(xué)習(xí)生物與化學(xué)交叉部分內(nèi)容時(shí)存在的最大問題 。另外，61%的學(xué)生認(rèn)為教師在講解生物中有關(guān)化學(xué)問題時(shí)不夠細(xì)致，55%的學(xué)生同時(shí)認(rèn)為，教師講課過程太快。

由圖1、圖2可以看出：目前，在高中學(xué)生學(xué)習(xí)生物與化學(xué)交叉部分內(nèi)容中52%的學(xué)生認(rèn)為，蛋白質(zhì)的基本組成單位和形成過程比較難學(xué)習(xí)；59%的認(rèn)為在蛋白質(zhì)的學(xué)習(xí)過程中，蛋白質(zhì)的形成過程最難進(jìn)行學(xué)習(xí)。

由表3，選項(xiàng)8、9、11可以得出：目前，有49%的學(xué)生認(rèn)為自己在學(xué)習(xí)生物時(shí)遇到化學(xué)問題較難掌握；而且，只有23%的學(xué)生在學(xué)習(xí)生物中存在的化學(xué)問題的態(tài)度是因?yàn)橄矚g，所以千方百計(jì)的想要學(xué)好，而57%的學(xué)生是因?yàn)槔蠋熞髧?yán)格，不得不學(xué)。

從圖3、圖4看出：目前，77%的學(xué)生認(rèn)為目前學(xué)科不同步的問題需要解決，57%的學(xué)生認(rèn)為，解決這一問題的方法是教師結(jié)合PPT及動(dòng)畫進(jìn)行講解。

通過以上調(diào)查及分析發(fā)現(xiàn)，目前學(xué)生在學(xué)習(xí)生物中涉及到的化學(xué)問題時(shí)存在巨大的問題急需改變。

2.加強(qiáng)高中生物與化學(xué)交叉融合研究的必要性

通過查閱從1990—2013年間在中國知網(wǎng)等各大論文網(wǎng)站及叢書中發(fā)表的論文發(fā)現(xiàn)，目前，關(guān)于高中生物課程中學(xué)科交叉教學(xué)研究的論文數(shù)量很少。主要由以下幾個(gè)方面的闡述：

2004年鄭洪發(fā)表的《從當(dāng)今科技的發(fā)展淺談生物與化學(xué)的聯(lián)系》[5]；2007年山東師范大學(xué)李艷秀的碩士論文《高中生物教學(xué)中學(xué)科交叉滲透的內(nèi)容和途徑》[6]；2009年首都師范大學(xué)的張忠瑩的碩士學(xué)位論文《高中生物與化學(xué)交叉性教學(xué)的研究》[7]；2011年陜西師范大學(xué)研究生牛文苗的碩士論文《高中生物學(xué)科交叉教學(xué)研究》[8]這幾篇文章主要介紹了當(dāng)前中學(xué)教學(xué)中存在的忽視學(xué)科之間的聯(lián)系、閉關(guān)自守的狀況進(jìn)行了反思。希望教師們在進(jìn)行教學(xué)時(shí)，不僅要讓學(xué)生按照一門學(xué)科的邏輯來學(xué)習(xí)，讓他們知道，他們的習(xí)得的知識是綜合性的知識。并認(rèn)為目前生物與化學(xué)學(xué)科之間自成體系，較少溝通和聯(lián)系，忽略了科目之間的內(nèi)在聯(lián)系，忽略了學(xué)生橫向思維和發(fā)散思維的培養(yǎng)。這種傳統(tǒng)的教學(xué)模式己不適應(yīng)目前教育與科技發(fā)展的需要，特別是學(xué)科之間相互交叉和相互滲透的需要。

浙江師范大學(xué)教師教育學(xué)院周東等于2011年在新課程研究上發(fā)表的《高中化學(xué)教學(xué)中加強(qiáng)與生物學(xué)科的交叉滲透之初探》[9]；孫建雄于2011年發(fā)表的論文《新課程標(biāo)準(zhǔn)下高中生物教學(xué)與其他學(xué)科交叉滲透的探討》[10]；2012年楊燕平、趙晶華發(fā)表的論文《淺談高中生物教學(xué)中學(xué)科交叉滲透的途徑》[11]；2012年楊忠生發(fā)表的論文《高中生物教學(xué)中學(xué)科交叉滲透的途徑》[12]認(rèn)為隨著化學(xué)學(xué)科與生物學(xué)科聯(lián)系的日益緊密，在化學(xué)教學(xué)中尋找化學(xué)和生物學(xué)科的知識交叉點(diǎn)，以及研究如何進(jìn)行化學(xué)和生物的交叉性教學(xué)就成為了新課程發(fā)展的必然趨勢。所以他們建議加強(qiáng)生物與化學(xué)間的聯(lián)系首先應(yīng)該運(yùn)用化學(xué)與生物交義知識點(diǎn)， 進(jìn)行交叉知識點(diǎn)教學(xué)設(shè)汁。其次應(yīng)重視化學(xué)與生物相關(guān)聯(lián)的知識點(diǎn)的試題的解題思路訓(xùn)練。最后要開展學(xué)科交叉實(shí)踐活動(dòng)， 培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新意識。

這些文章雖然著力對于生物和化學(xué)間交叉性問題進(jìn)行了研究，總結(jié)，并提出了簡單的解決方法，但并未實(shí)質(zhì)的提出如何解決生物與化學(xué)之間交叉融合存在的問題。目前，生物與化學(xué)學(xué)科之間脫節(jié)的問題十分嚴(yán)重，因此，研究此問題除了加強(qiáng)課外活動(dòng)外，還應(yīng)采取一種有效手段，如計(jì)算機(jī)輔助教學(xué)應(yīng)用于課堂。

3.加強(qiáng)高中生物與化學(xué)交叉融合的方法

目前，解決生物教學(xué)與化學(xué)教學(xué)內(nèi)容不同步的方法可以采用計(jì)算機(jī)輔助教學(xué)，用計(jì)算機(jī)形象直觀地特點(diǎn)來展示生物教學(xué)中所涉及到的化學(xué)知識，這樣不僅可以幫助學(xué)生理解一些沒有學(xué)過的化學(xué)知識，還能幫助學(xué)生理解生物方面的內(nèi)容。

計(jì)算機(jī)輔助教學(xué)（Computer Aided Instruction ，簡稱CAI）。是在計(jì)算機(jī)輔助下進(jìn)行的各種教學(xué)活動(dòng)，以對話方式與學(xué)生討論教學(xué)內(nèi)容、安排教學(xué)內(nèi)容、進(jìn)行教學(xué)訓(xùn)練的方法與技術(shù)。CAI為學(xué)生提供一個(gè)良好的個(gè)人化學(xué)習(xí)環(huán)境[13]。

計(jì)算機(jī)輔助教學(xué)所具有直觀性、趣味性、高效性等特點(diǎn)，不僅能吸引學(xué)生的注意力，更能激發(fā)學(xué)生的求知欲，極大地調(diào)動(dòng)他們的學(xué)習(xí)熱情，并且十分有效的幫助大量一線教師解決課堂中出現(xiàn)的諸多問題。例如，生物中的化學(xué)方程式往往需要學(xué)生記憶，但記憶過程枯燥、學(xué)生興趣不高?，F(xiàn)在利用動(dòng)畫來演示化學(xué)方程式，明顯提高了學(xué)生的興趣。并且CAI利用其圖文并茂 ，聲像攢動(dòng)的特色刺激學(xué)生的多感官 ，讓學(xué)生能從最直觀的出發(fā)，充分調(diào)動(dòng)其發(fā)散思維，開拓思路[8]。在學(xué)習(xí)蛋白質(zhì)基本單位氨基酸分子通式時(shí)，學(xué)生由于沒有學(xué)習(xí)過有機(jī)化合物的結(jié)構(gòu)式、電子式等內(nèi)容，故學(xué)習(xí)起來十分困難，尤其對氨基酸分子通式中的“-”更是無法理解。但現(xiàn)在利用課件的動(dòng)畫演示功能，從學(xué)生學(xué)習(xí)過的知識入手就能很好的解決這一問題。通過這一方法，可以使原本是制約生物教學(xué)的瓶頸的內(nèi)容成為提高學(xué)生學(xué)習(xí)生物熱情的法寶。

例如，生物必修一第二章第二節(jié)蛋白質(zhì)的相關(guān)涉及化學(xué)的問題就可以用此方法進(jìn)行研究。本節(jié)課主要內(nèi)容為氨基酸結(jié)構(gòu)通式的理解和掌握，但氨基酸分子通式的學(xué)習(xí)要建立在化學(xué)電子式和有機(jī)物結(jié)構(gòu)式的基礎(chǔ)上。因此，應(yīng)該用CAI課件將此抽象的化學(xué)問題具體化。制作課件時(shí)首先運(yùn)用課件演示學(xué)生們在初中時(shí)學(xué)過的C元素和H元素的電子排布、八電子穩(wěn)定的原理講解有機(jī)物甲烷（CH4）的電子式并有電子式得到結(jié)構(gòu)式，然后再利用課件的動(dòng)畫功能，將甲烷中的2個(gè)H分別用-NH2、-COOH取代，得到最簡單氨基酸甘氨酸，這樣就可以解釋清楚氨基酸中的“-”等問題。并令學(xué)生對氨基酸通式等問題有初步的理解（圖1-2、1-3）

在生物必修一第四章第三節(jié)物質(zhì)跨膜運(yùn)輸?shù)姆绞竭@一內(nèi)容中，課本在介紹脂溶性的物質(zhì)的運(yùn)輸方式時(shí)指出，脂溶性物質(zhì)可以通過自由擴(kuò)散優(yōu)先通過細(xì)胞膜，并且細(xì)胞膜會被溶解脂類物質(zhì)的溶劑溶解?？墒墙滩牟]有詳細(xì)解釋原因。本內(nèi)容的原理是相似相容原理，但學(xué)生都不能理解這是為什么，所以可以利用計(jì)算機(jī)制作出生物膜的基本骨架，并以動(dòng)畫的形式介紹細(xì)胞膜兩端是磷脂雙分子層，其表面是磷脂分子的親水端，內(nèi)部是磷脂分子疏水的脂肪酸鏈。膜兩側(cè)的水溶性物質(zhì)不能自由通過，脂溶性物質(zhì)易通過。再以動(dòng)畫的形式演示各種物質(zhì)進(jìn)出細(xì)胞膜的方式。

由于我國現(xiàn)行的高中課程體系，強(qiáng)調(diào)學(xué)科的分門別類和知識的系統(tǒng)性，極大地促進(jìn)了人們對已有知識的學(xué)習(xí)。但是隨著科技的進(jìn)步，社會的發(fā)展，分科課程弊端也逐漸顯示。它忽視了不同學(xué)科間的相互聯(lián)系、相互交叉的事實(shí)，彼此孤立隔離，從而在學(xué)科設(shè)置上出現(xiàn)了知識的重復(fù)、脫節(jié)等問題，在一定程度上加重了學(xué)生的學(xué)業(yè)負(fù)擔(dān)，嚴(yán)重影響了學(xué)生身心的健康發(fā)展，因此利用計(jì)算機(jī)輔助教學(xué)解決學(xué)科之間的交叉滲問題透勢在必行！

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