借化學(xué)和生物教材異同，抓核心素養(yǎng)落實(shí)

王惠英

摘 要：高中化學(xué)教材和高中生物教材中有不少內(nèi)容存在交集。在教學(xué)中，教師要善于抓住契機(jī)，從突出學(xué)科特點(diǎn)、抓住問(wèn)題背景、強(qiáng)調(diào)實(shí)驗(yàn)?zāi)康暮椭匾暦治鲈韼讉€(gè)角度來(lái)進(jìn)行學(xué)科間的相互滲透和協(xié)調(diào)，在對(duì)比分析中落實(shí)核心素養(yǎng)。

關(guān)鍵詞：化學(xué)；生物；教材；異同；核心素養(yǎng)

教材文本是是培養(yǎng)學(xué)生核心素養(yǎng)具體而生動(dòng)的載體。作為高中化學(xué)教師，你肯定碰到過(guò)這樣的情況：在考察如何檢驗(yàn)葡萄糖時(shí)，學(xué)生給出的試劑是菲林試劑，條件是水浴加熱；列舉還原糖時(shí)都提到了果糖；學(xué)習(xí)糖類時(shí)，學(xué)生說(shuō)蔗糖是大分子不能透過(guò)半透膜……諸如此類聯(lián)系生物和化學(xué)的內(nèi)容，都出自教材，有的內(nèi)容是相通的、互補(bǔ)的，有的卻看似矛盾。教學(xué)中如何抓住契機(jī)在老師講清楚、學(xué)生不糊涂的基礎(chǔ)上，做好學(xué)科之間的延續(xù)和借鑒，把培養(yǎng)學(xué)生核心素養(yǎng)落到實(shí)處？本文從幾個(gè)頗有爭(zhēng)議的內(nèi)容談?wù)勌幚矸椒ā?/p>

一、研究對(duì)象不同時(shí) ，突出學(xué)科特點(diǎn)——落實(shí)結(jié)構(gòu)決定性質(zhì)

案例1：糖類和碳水化合物的關(guān)系

在生活中很多人不知道碳水化合物主要指糖類，在學(xué)習(xí)中，不少中學(xué)生又錯(cuò)把糖類和碳水化合物等同。人教版高一生物《必修1》：“糖類分子都是由C、H、O三種元素構(gòu)成的，因?yàn)槎鄶?shù)糖類分子中氫原子和氧原子個(gè)數(shù)之比是2︰1，類似水分子，因而糖類又稱為‘碳水化合物”。這一內(nèi)容大多數(shù)學(xué)校的學(xué)生在高一上學(xué)期就接觸到。

人教版高二化學(xué)《選修5》：“從分子結(jié)構(gòu)上看，糖類可定義為多羥基醛、多羥基酮和它們的脫水縮合物。因?yàn)?，并不是所有的糖分子中H和O的比例都是2︰1，而有些由C、H、O三種元素構(gòu)成，其中H和O按2︰1組成的從結(jié)構(gòu)上看卻不是糖，所以稱糖類為‘碳水化合物并不準(zhǔn)確，但因沿用已久，迄今仍然在某些學(xué)科中使用”。這一概念不僅體現(xiàn)元素組成更強(qiáng)調(diào)了結(jié)構(gòu)和官能團(tuán)，有利于形成“結(jié)構(gòu)決定性質(zhì)” 的觀念。鑒于化學(xué)上接觸糖類的概念在生物之后，教學(xué)時(shí)老師要有預(yù)見(jiàn)性，對(duì)學(xué)生已形成的概念和存在的局限要及時(shí)糾正和規(guī)范。

可見(jiàn)，由于學(xué)科研究對(duì)象不同，對(duì)同一概念的描述也會(huì)存在差異。生物學(xué)科的定義立足于元素組成和原子個(gè)數(shù)比，化學(xué)學(xué)科不僅研究物質(zhì)的組成還強(qiáng)調(diào)物質(zhì)的結(jié)構(gòu)和性質(zhì)。教學(xué)中教師要引導(dǎo)學(xué)生精讀教材，逐字逐句進(jìn)行概念剖析，把核心素養(yǎng)中的 “能從元素和原子、分子水平認(rèn)識(shí)物質(zhì)的組成、結(jié)構(gòu)、性質(zhì)和變化”這一具體要求落到實(shí)處。

二、 判斷標(biāo)準(zhǔn)不同時(shí)，抓問(wèn)題背景——落實(shí)證據(jù)意識(shí)

案例2：果糖究竟是不是還原糖

中學(xué)生物老師認(rèn)為果糖屬于還原糖，而多數(shù)化學(xué)教師則認(rèn)為果糖分子中不存在醛基，屬于非還原糖，那學(xué)生如何回答呢？先看看各科教材對(duì)還原糖的描述：

人教版高一生物《必修1》：“糖類中的還原糖（如葡萄糖和果糖），與菲林試劑發(fā)生作用，生成磚紅色沉淀”。而全日制普通高級(jí)中學(xué)教科書(shū)（必修）生物第一冊(cè)（2003版）：“還原糖是分子結(jié)構(gòu)中含有還原性基團(tuán)（游離醛基或游離酮基）的糖”。顯然，還原性基團(tuán)包含了游離酮基，果糖屬于還原糖，不少生物教師也依此為據(jù)進(jìn)行教學(xué)。無(wú)論是新舊教材，這一內(nèi)容大多數(shù)學(xué)校的學(xué)生在高一上學(xué)期就接觸到。

人教版高二化學(xué)《選修5》：科學(xué)探究——“葡萄糖是醛糖，有還原性，果糖是酮糖，請(qǐng)?jiān)O(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)證明其是否有還原性”。結(jié)合該學(xué)段學(xué)生已有知識(shí)，在教學(xué)中我們會(huì)設(shè)計(jì)3組對(duì)比實(shí)驗(yàn)讓學(xué)生完成：葡萄糖、果糖和丙酮分別與新制氫氧化銅（或者銀氨溶液）反應(yīng)，前兩者實(shí)驗(yàn)時(shí)出現(xiàn)了紅棕色沉淀，而丙酮實(shí)驗(yàn)時(shí)沒(méi)有產(chǎn)生紅棕色沉淀。通過(guò)查閱資料得知：果糖能被菲林試劑氧化的實(shí)質(zhì)是：堿性環(huán)境中，果糖可以通過(guò)差向異構(gòu)作用轉(zhuǎn)化為葡萄糖和甘露糖，果糖中的酮基經(jīng)過(guò)烯醇化轉(zhuǎn)化為醛基，所以堿性環(huán)境中果糖溶液其實(shí)是果糖、葡萄糖（含醛基）和甘露糖（含醛基）三者的混合物，其實(shí)質(zhì)是堿性環(huán)境中已經(jīng)存在含醛基的葡萄糖和甘露糖了。在酸性環(huán)境中果糖不能發(fā)生差向異構(gòu)作用，不能被菲林試劑氧化，不具有還原性。

結(jié)合實(shí)驗(yàn)分析不同學(xué)科對(duì)還原糖的界定，不難看出分歧在區(qū)分還原糖的標(biāo)準(zhǔn)上，中學(xué)化學(xué)一般根據(jù)是否含有醛基來(lái)判斷，果糖不含醛基，所以不是還原糖；中學(xué)生物則把游離醛基和游離酮基都?xì)w為還原基團(tuán)，所以果糖屬于還原糖。在教學(xué)中，如果教師能把劃分還原糖的標(biāo)準(zhǔn)以及果糖能被菲林試劑氧化的實(shí)質(zhì)給學(xué)生介紹清楚，學(xué)生就可以根據(jù)問(wèn)題設(shè)問(wèn)的角度來(lái)回答，而不是像有些教師簡(jiǎn)單粗暴地告訴學(xué)生：化學(xué)中果糖是非還原糖，生物中果糖是還原糖。同時(shí)也提醒我們，設(shè)問(wèn)時(shí)要注意問(wèn)題背景，單純地提出果糖是不是還原糖，學(xué)生確實(shí)不好回答，如果化學(xué)教師是從檢驗(yàn)是否存在醛基的角度來(lái)設(shè)問(wèn)，不僅問(wèn)題指向明確，突出本學(xué)段重點(diǎn)即醛基的性質(zhì)。同時(shí)還可以在研讀教材的過(guò)程中落實(shí)核心素養(yǎng)的內(nèi)涵——“具有證據(jù)意識(shí)”，能基于證據(jù)對(duì)物質(zhì)組成、結(jié)構(gòu)及其變化提出可能的假設(shè)，通過(guò)分析推理加以證實(shí)或證偽，在學(xué)習(xí)過(guò)程中體現(xiàn)具有化學(xué)學(xué)科特質(zhì)的思想和方法。

三、 實(shí)驗(yàn)條件不同時(shí)，強(qiáng)調(diào)實(shí)驗(yàn)?zāi)康摹鋵?shí)變化觀念

案例3：新制氫氧化銅氧化還原糖究竟用什么方式加熱

生物和化學(xué)教材上檢驗(yàn)還原糖在描述和實(shí)驗(yàn)條件上也存在不同。

人教版高一生物《必修1》描述：…… 2mL待測(cè)組織液（蘋(píng)果或梨勻漿），1mL菲林試劑（甲、乙液等量混合均勻再注入），放入50～65℃溫水的大燒杯中加熱約2min。

人教版高二化學(xué) 《選修5》實(shí)驗(yàn)4-1：……2mL10%葡萄糖溶液，2mL10%NaOH溶液、5%的CuSO4溶液5滴，加熱。此處的“加熱”，教學(xué)過(guò)程中都采取直接用酒精燈加熱。

高一生物教材中用菲林試劑檢驗(yàn)還原糖，高二化學(xué)教材上檢驗(yàn)醛基用“新制氫氧化銅”， 中學(xué)階段，由于沒(méi)統(tǒng)一要求配合物知識(shí)，因此，為了避免造成不必要的麻煩就用新制的氫氧化銅代替斐林試劑，但有一點(diǎn)，二者起作用的都是Cu（OH）42-。分歧在實(shí)驗(yàn)時(shí)的加熱方法。

究竟用水浴加熱還是酒精燈直接加熱，水浴溫度有限制嗎？教師對(duì)學(xué)生提出此類問(wèn)題要有預(yù)見(jiàn)性，雖然該實(shí)驗(yàn)靈敏性極高，無(wú)論水浴加熱還是酒精燈直接加熱都能看到磚紅色沉淀產(chǎn)生，但是鼓勵(lì)學(xué)生要具有對(duì)比和質(zhì)疑的態(tài)度還是需要的。其次，要明確生物和化學(xué)教材上該實(shí)驗(yàn)的目的不同，化學(xué)教材上的演示實(shí)驗(yàn)，要達(dá)到驗(yàn)證醛基的存在、分析磚紅色沉淀產(chǎn)生、沉淀變黑以及強(qiáng)調(diào)實(shí)驗(yàn)的規(guī)范操作等目的，所以在短時(shí)間內(nèi)要達(dá)到以上目的當(dāng)然就用酒精燈直接加熱。而生物教材上要達(dá)到的實(shí)驗(yàn)?zāi)康氖菣z驗(yàn)醛基的存在，甚至還要有意避免磚紅色沉淀變黑的現(xiàn)象，因?yàn)镃u（OH）2分解不在本節(jié)生物教材討論范圍，所以就選擇55～65℃水浴加熱。由此可見(jiàn)，實(shí)驗(yàn)條件的選擇由實(shí)驗(yàn)?zāi)康臎Q定。抓住此類問(wèn)題可以在對(duì)比不同實(shí)驗(yàn)條件的過(guò)程中實(shí)時(shí)滲透核心素養(yǎng)的“變化觀念”——知道化學(xué)變化需要一定的條件，并遵循一定規(guī)律。

四、實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象不同時(shí)，重視分析原理——落實(shí)科學(xué)探究

案例4：蔗糖能否透過(guò)半透膜

蔗糖能否透過(guò)半透膜，在生物教材上的運(yùn)用比化學(xué)教材上多。生物教材中在講物質(zhì)的跨膜運(yùn)輸時(shí)就以蔗糖分子不能透過(guò)玻璃紙的實(shí)驗(yàn)說(shuō)明滲透現(xiàn)象。人教版高一生物《必修1》 ：“玻璃紙（又叫賽璐玢）是一種半透膜，水分子可以透過(guò)它，而蔗糖分子則不能”?；瘜W(xué)教科書(shū)中涉及的相關(guān)內(nèi)容出現(xiàn)在人教版全日制普通高級(jí)中學(xué)教科書(shū)《必修加選修》化學(xué)第三冊(cè)：“半透膜有非常細(xì)小的孔，只能允許較小的離子、分子透過(guò)，膠體分散質(zhì)的粒子不能透過(guò)半透膜”。

學(xué)生出現(xiàn)的疑惑通常集中在：生物上蔗糖不能透過(guò)半透膜，它屬于大分子，與化學(xué)中的高分子等同嗎？化學(xué)上蔗糖分散在水中不形成膠體，它應(yīng)該能透過(guò)半透膜？面對(duì)這些疑問(wèn)，化學(xué)教師可以從原理出發(fā)引導(dǎo)學(xué)生進(jìn)行分析：首先，半透膜指的是一類孔徑有區(qū)別的膜，玻璃紙（賽璐玢）和雞蛋內(nèi)膜就是兩種常見(jiàn)的半透膜，不同的半透膜其孔徑大小是有細(xì)微差別的，用酸處理過(guò)的雞蛋內(nèi)膜其孔徑也會(huì)發(fā)生變化。蔗糖不容易（不是不能）透過(guò)雞蛋內(nèi)膜，它和水都含—OH，靠氫鍵形成較大分子束，但不穩(wěn)定，所以透過(guò)速率慢[1]；其次，生物中的大分子和化學(xué)中的高分子是有區(qū)別的，生物大分子是為了區(qū)別化學(xué)高分子以及相對(duì)分子質(zhì)量較小的有機(jī)分子而提出的。生物上，蔗糖習(xí)慣歸于大分子，在化學(xué)上它不屬于高分子（高分子的相對(duì)分子質(zhì)量從幾千開(kāi)始）；最后，蔗糖分散在水中形成溶液而不是膠體，這很好驗(yàn)證。有了以上理論的支撐，學(xué)生才能從問(wèn)題和假設(shè)出發(fā)，確定探究目的——是半透膜孔隙大小還是蔗糖分子大小的原因？不能透過(guò)還是透過(guò)速率慢？并據(jù)此設(shè)計(jì)探究方案，進(jìn)行實(shí)驗(yàn)探究。

諸如以上聯(lián)系化學(xué)和生物的內(nèi)容還有不少。作為教師，我們?cè)谘凶x本學(xué)科教材的同時(shí)，也要串串其他學(xué)科的門(mén)，把學(xué)科間的分歧協(xié)調(diào)統(tǒng)一，從不同學(xué)科中吸收和轉(zhuǎn)化課程資源。當(dāng)然，在處理教材時(shí)，教師既要做到“形散”——博覽不同版本、不同學(xué)段、不同學(xué)科對(duì)相關(guān)知識(shí)的描述，又要“神聚”——收集和處理素材的目的是為本學(xué)段的重點(diǎn)、難點(diǎn)服務(wù)。對(duì)學(xué)生而言，不同學(xué)科的差異可以拓展他們的眼界，初步體會(huì)學(xué)術(shù)爭(zhēng)論的樂(lè)趣。閱讀、對(duì)比、思考是人們終身學(xué)習(xí)必須掌握的技能，是學(xué)生素養(yǎng)中最基礎(chǔ)、最核心的部分，對(duì)學(xué)生的學(xué)習(xí)與成長(zhǎng)具有重要的意義，教師用好這些教學(xué)素材，教材就會(huì)成為滋養(yǎng)學(xué)生核心素養(yǎng)的沃土。

參考文獻(xiàn)：

[1]劉懷樂(lè). 關(guān)于蔗糖分子能否透過(guò)半透膜的探討[J].教學(xué)儀器與實(shí)驗(yàn)，1993（4）：16.