高中理科綜合學(xué)習(xí)中化學(xué)與生物學(xué)的差異性描述問題探討

董向文

[摘? ?要]高考理科綜合試卷中經(jīng)常出現(xiàn)化學(xué)與生物學(xué)內(nèi)容交叉的情況，有部分知識兩學(xué)科存在差異性描述，如酶、斐林試劑與新制氫氧化銅懸浮液、多肽和蛋白質(zhì)等。從不同學(xué)科、不同角度探討化學(xué)與生物學(xué)的差異性描述問題，有助于培養(yǎng)學(xué)生深度學(xué)習(xí)和科學(xué)探究的能力。

[關(guān)鍵詞]化學(xué);生物學(xué);理科綜合;差異性描述

[中圖分類號]? ?G633.8? ? ? ? [文獻(xiàn)標(biāo)識碼]? ?A? ? ? ? [文章編號]? ?1674-6058（2019）32-0054-02

在2018年普通高等學(xué)校招生全國統(tǒng)一考試中，理科綜合全國Ⅰ卷選擇題化學(xué)部分出現(xiàn)了這樣一道題目：

8.下列說法錯誤的是（）。

A.蔗糖、果糖和麥芽糖均為雙糖

B.酶是一種具有高選擇性能的蛋白質(zhì)

C.植物油含不飽和脂肪酸酯，能使 Br2/CCl4褪色

D.淀粉和纖維素水解的最終產(chǎn)物為葡萄糖

題目一出，在全國引起了軒然大波，很多教師對此提出了看法。有的認(rèn)為題目不嚴(yán)謹(jǐn)，A、B項均可選;有的認(rèn)為該題為化學(xué)試題，B選項的描述沒有問題，所以僅選A。最終各省考試院統(tǒng)一口徑，選A或B均可得分。

但是問題并沒有從根本上得到解決，在高考理科綜合考試中，仍存在化學(xué)與生物學(xué)在不同物質(zhì)或不同知識上的差異性描述問題。本文擬從兩個方面對這一現(xiàn)象進(jìn)行探討。

一、化學(xué)與生物學(xué)差異性描述的由來

化學(xué)與生物學(xué)這兩門學(xué)科形成的時間并不長。在人類歷史上，絕大部分時間都是多門學(xué)科混雜在一起的，并沒有明顯的學(xué)科分界線，也沒有學(xué)科的概念。隨著人類對世界和自然的不斷認(rèn)識，逐漸產(chǎn)生了自然科學(xué)研究，于是在很早以前形成了一門學(xué)科——博物學(xué)，我們所熟知的達(dá)爾文，就是博物學(xué)家。博物學(xué)是自然科學(xué)研究的鼻祖，也是化學(xué)與生物學(xué)之母。

20世紀(jì)以后，隨著人類對自然的認(rèn)識越來越豐富，學(xué)科之間也分得越來越細(xì)，龐大的博物學(xué)，最終根據(jù)它的內(nèi)在特征和研究方向，分為研究物體的物理、研究物質(zhì)的化學(xué)和研究物種的生物學(xué)以及其他現(xiàn)在常見的學(xué)科。由于化學(xué)與生物學(xué)本出同源，很多的物質(zhì)和知識都在化學(xué)和生物學(xué)中大量使用，但隨著學(xué)科的漸行漸遠(yuǎn)，最終產(chǎn)生了一些對同一物質(zhì)或知識的差異性描述，導(dǎo)致學(xué)生在學(xué)習(xí)和考試中出現(xiàn)差錯。

二、中學(xué)化學(xué)與生物學(xué)常見的差異性描述

中學(xué)化學(xué)與生物學(xué)是學(xué)習(xí)化學(xué)和生物學(xué)的入門階段，學(xué)生的認(rèn)知程度有限，教材過分淺顯，教師鉆研的深度不夠，都會導(dǎo)致學(xué)生學(xué)習(xí)上的迷惘和困惑。下面對高中理科綜合學(xué)習(xí)中常見的化學(xué)與生物學(xué)的差異性描述問題進(jìn)行歸納和探討。

1.酶

2018年全國Ⅰ卷理科綜合中出現(xiàn)的差異性描述問題集中在化學(xué)與生物學(xué)對酶的描述上。人教版化學(xué)必修2第81頁是這樣描述的：“酶是一類特殊的蛋白質(zhì)，是生物體內(nèi)重要的催化劑?！盵1]蘇教版化學(xué)必修2第78頁則提到：“酶是一類具有催化作用的蛋白質(zhì)?！盵2]魯科版化學(xué)必修2對酶的定義沒有專門的敘述。因此，很多教師據(jù)此提出文章開頭提及的高考題沒有錯，酶就是一種蛋白質(zhì)。

可是在三個版本的化學(xué)選修教材中，對酶的敘述卻和必修部分不一樣。人教版化學(xué)選修5第91頁提到：“酶是一類……具有催化作用的有機(jī)物，其中絕大多數(shù)是蛋白質(zhì)?！盵3]蘇教版化學(xué)選修《有機(jī)化學(xué)基礎(chǔ)》第107頁提到：“酶是由活細(xì)胞產(chǎn)生的一類具有催化功能的生物分子，絕大多數(shù)的酶是蛋白質(zhì)?！盵4]魯科版化學(xué)選修《有機(jī)化學(xué)基礎(chǔ)》第89頁提到：“酶是一種高效的生物催化劑……，大多數(shù)酶都屬于蛋白質(zhì)?！盵5]可見，即使是中學(xué)化學(xué)教材，也沒有否認(rèn)部分酶不是蛋白質(zhì)。

在這一方面，人教版生物必修1第81頁有一個“資料分析”，專門敘述了“關(guān)于酶本質(zhì)的探索”，從最初人類認(rèn)為生物催化作用是化學(xué)過程，和生物無關(guān)，到后面認(rèn)為是細(xì)胞起催化作用，再到推測酶是蛋白質(zhì)，最終在20世紀(jì)80年代，科學(xué)家發(fā)現(xiàn)了少數(shù)RNA也具有催化作用。

因此，兩個學(xué)科對酶的定義并沒有歧義，我們認(rèn)為，現(xiàn)代科學(xué)對酶的定義可歸納為“一種高效的生物催化劑，其中絕大多數(shù)是蛋白質(zhì)，也有一些是RNA”，這樣才更加精確。

2.斐林試劑與新制氫氧化銅懸濁液

在高中化學(xué)教材中，檢驗醛基的還原性使用的是銀氨溶液或者新制氫氧化銅懸濁液，其中新制氫氧化銅懸濁液使用方便，效果明顯，成功率高，很受學(xué)生的喜歡。而在糖類的學(xué)習(xí)中，檢驗還原性糖，主要就是檢驗糖分子中存在的醛基，因此使用的也是新制氫氧化銅懸濁液。

但是生物教材中卻是用一種叫“斐林試劑”的藥品來檢驗還原性糖的。那么什么是“斐林試劑”呢？斐林試劑是德國化學(xué)家斐林在1849年發(fā)明的，常用于鑒定可溶性還原性糖的存在。使用時準(zhǔn)備兩支試管，一支裝甲液（0.1 g/mL NaOH溶液），另一支裝乙液（0.05 g/mL CuSO4溶液），將甲、乙兩液等量混合均勻（即現(xiàn)配現(xiàn)用——新制），接著再注入還原性糖，加熱后出現(xiàn)磚紅色沉淀。

由此可見，斐林試劑就是化學(xué)上使用的新制氫氧化銅懸濁液，它們是一個物質(zhì)的不同名稱。由于新制氫氧化銅懸濁液（斐林試劑）在檢驗醛基上的顯著作用，學(xué)生在化學(xué)和生物學(xué)的學(xué)習(xí)中都必須認(rèn)真地掌握。

我們還發(fā)現(xiàn)，生物教材中常用到的雙縮脲試劑與新制氫氧化銅懸濁液相似，極易混淆。它也使用兩支試管，分別盛裝0.1 g/mL NaOH溶液（A液）和0.01 g/mL CuSO4溶液（B液），但是在使用時先加A液1 mL，搖勻;再加B液3～4滴，搖勻，而且不需加熱，現(xiàn)象是溶液變紫色?？梢?，雙縮脲試劑其實是分別利用 NaOH和CuSO4的性質(zhì)，逐步反應(yīng)，用于鑒定蛋白質(zhì)，與新制氫氧化銅懸濁液有本質(zhì)上的區(qū)別。

3. 多肽和蛋白質(zhì)

關(guān)于蛋白質(zhì)，教材提到最多的是：蛋白質(zhì)水解的最終產(chǎn)物是氨基酸，而氨基酸之間通過縮合生成多肽?，F(xiàn)在新的問題就出現(xiàn)了：到底什么是多肽？什么是蛋白質(zhì)？多肽和蛋白質(zhì)有什么區(qū)別和聯(lián)系？

在現(xiàn)行三個版本的化學(xué)必修教材中均沒有對多肽進(jìn)行描述，只有蘇教版化學(xué)必修2提了一句：“在一定條件下，氨基酸之間能發(fā)生反應(yīng)，合成更復(fù)雜的化合物（多肽），構(gòu)成蛋白質(zhì)?！保ǖ?8頁）[2]但對此并沒有更多的解釋。

而在選修教材中，人教版化學(xué)選修5提到：“多種氨基酸分子按不同的排列順序以肽鍵相互結(jié)合，可以形成千百萬種具有不同的理化性質(zhì)和生理活性的多肽鏈。相對分子質(zhì)量在10000以上的，并具有一定空間結(jié)構(gòu)的多肽，稱為蛋白質(zhì)?！保ǖ?7頁）[3]蘇教版化學(xué)選修《有機(jī)化學(xué)基礎(chǔ)》則專門提到：“蛋白質(zhì)和多肽都是由氨基酸構(gòu)成的有機(jī)化合物，它們之間沒有嚴(yán)格的界限。”（第103頁）[4]魯科版化學(xué)選修《有機(jī)化學(xué)基礎(chǔ)》沒有對多肽和蛋白質(zhì)的不同進(jìn)行描述。

但是三個版本的化學(xué)選修教材均介紹了蛋白質(zhì)的空間結(jié)構(gòu)，詳細(xì)地點(diǎn)出了氨基酸分子脫水形成多肽時，是按照一定的線性順序進(jìn)行的，按這種順序形成的是蛋白質(zhì)的一級結(jié)構(gòu)，再經(jīng)過多肽鏈的折疊、卷曲，氫鍵、二硫鍵等的結(jié)合，最終形成蛋白質(zhì)的四級結(jié)構(gòu)，從而具備理化性質(zhì)和生理活性。

高中生物教材中對多肽和蛋白質(zhì)的描述與化學(xué)選修教材差不多，也提到：“多肽通常呈鏈狀結(jié)構(gòu)，叫作肽鏈。肽鏈能盤曲、折疊，形成有一定空間結(jié)構(gòu)的蛋白質(zhì)分子。許多蛋白質(zhì)分子含有幾條肽鏈……”（人教版生物必修1第22頁）[6]并在“知識鏈接”中指出蛋白質(zhì)中氨基酸的排列順序，是由細(xì)胞核中貯存的遺傳信息決定的。

由此我們可以得出結(jié)論：從相對分子質(zhì)量來看，雖然多肽相對分子質(zhì)量小一些，蛋白質(zhì)大一些，但沒有明顯的本質(zhì)區(qū)別;從結(jié)構(gòu)看，它們之間還是有較大差別的，多肽結(jié)構(gòu)簡單，通常呈鏈狀，蛋白質(zhì)則結(jié)構(gòu)復(fù)雜，而且不同的蛋白質(zhì)分子和不同的多肽鏈也有很大的區(qū)別。因此，如果簡單地說蛋白質(zhì)比多肽分子大也是錯誤的。

綜上，化學(xué)和生物學(xué)在對同一物質(zhì)或知識的描述上存在一定的差異，是因為化學(xué)主要研究物質(zhì)的組成、結(jié)構(gòu)與性質(zhì)，而生物學(xué)主要研究物質(zhì)在生命活動中的作用，研究方向不同，著重點(diǎn)就不同，雖然它們本出同源，但在不斷的發(fā)展中自然就會產(chǎn)生一定的差異。因此在指導(dǎo)學(xué)生學(xué)習(xí)時，教師應(yīng)博采眾長，從不同學(xué)科、不同角度進(jìn)行深入探討，培養(yǎng)學(xué)生深度學(xué)習(xí)和科學(xué)探究的能力。

[? 參? ?考? ?文? ?獻(xiàn)? ]

[1]? 宋心琦.普通高中課程標(biāo)準(zhǔn)實驗教科書·化學(xué)（必修2）[M].北京：人民教育出版社，2007.

[2]? 王祖浩.普通高中課程標(biāo)準(zhǔn)實驗教科書·化學(xué)（必修2）[M].南京：江蘇教育出版社，2015.

[3]? 宋心琦.普通高中課程標(biāo)準(zhǔn)實驗教科書·化學(xué)（選修5）[M].北京：人民教育出版社，2007.

[4]? 王祖浩.普通高中課程標(biāo)準(zhǔn)實驗教科書·化學(xué)（有機(jī)化學(xué)基礎(chǔ)·選修）[M].南京：江蘇教育出版社，2014.

[5]? 王? 磊，陳光巨.普通高中課程標(biāo)準(zhǔn)實驗教科書·化學(xué)（有機(jī)化學(xué)基礎(chǔ)·選修）[M].濟(jì)南：山東科學(xué)技術(shù)出版社，2011.

[6]? 朱正威，趙占良.普通高中課程標(biāo)準(zhǔn)實驗教科書·生物（必修1）[M].北京：人民教育出版社，2007.

（責(zé)任編輯 羅? ?艷）