高中生物實(shí)驗(yàn)教學(xué)談學(xué)科交叉的重要性及運(yùn)用

王成海

（武威市天祝藏族自治縣第二中學(xué) 甘肅 天祝 733299）

在生物學(xué)中普遍用數(shù)學(xué)的方法研究生物學(xué)問題，研究生命過程的數(shù)學(xué)規(guī)律，以此為依托發(fā)展起來的數(shù)學(xué)生物學(xué)是一門以實(shí)驗(yàn)為基礎(chǔ)的獨(dú)立學(xué)科，具有很強(qiáng)的實(shí)踐性和科學(xué)的嚴(yán)謹(jǐn)性?？锿⒃圃菏空J(rèn)為，學(xué)科交叉是“跨學(xué)科”研究活動(dòng)，其結(jié)果導(dǎo)致的知識(shí)體系構(gòu)成了學(xué)科交叉。

1.學(xué)科交叉的重要性

通過高中生物實(shí)驗(yàn)教學(xué)可以提高學(xué)生的學(xué)習(xí)遷移能力，從而培養(yǎng)和提高學(xué)生的綜合能力。例如，在“檢測(cè)生物組織中糖類、脂肪和蛋白質(zhì)”實(shí)驗(yàn)中，教師應(yīng)提醒學(xué)生在水浴加熱時(shí)，試管底部不可觸及燒杯底，以防止試管受熱不均勻而爆裂；并提醒學(xué)生試管口不能夠朝向自己或他人，防止沸騰的溶液沖出試管造成燙傷。學(xué)生在隨后的化學(xué)實(shí)驗(yàn)中也會(huì)自然而然的有所注意。這就是高中生物實(shí)驗(yàn)教學(xué)對(duì)高中化學(xué)實(shí)驗(yàn)的正遷移，在實(shí)驗(yàn)過程中，無意識(shí)地進(jìn)行了學(xué)科之間的滲透，潛移默化地提高了學(xué)生的綜合能力。

高中生物實(shí)驗(yàn)教學(xué)并不僅僅以生物學(xué)知識(shí)為教學(xué)內(nèi)容，其中也包含了許多其他學(xué)科的知識(shí)內(nèi)容。例如，“綠葉中色素的提取和分離”實(shí)驗(yàn)中實(shí)驗(yàn)操作及器皿的使用，涉及是化學(xué)實(shí)驗(yàn)的教學(xué)內(nèi)容；“細(xì)胞大小與物質(zhì)運(yùn)輸?shù)年P(guān)系”實(shí)驗(yàn)蘊(yùn)含了物理知識(shí)；“探究影響酶活性的條件”實(shí)驗(yàn)中的圖表繪制是對(duì)數(shù)學(xué)中統(tǒng)計(jì)學(xué)的反映。在實(shí)驗(yàn)的過程中，學(xué)生能將新的知識(shí)與原有的知識(shí)體系進(jìn)行重新匯總、構(gòu)建，融會(huì)貫通，從而實(shí)現(xiàn)綜合能力的提高。

在高中生物實(shí)驗(yàn)教學(xué)中，為提高學(xué)生的綜合能斗力，為學(xué)生今后的進(jìn)一步學(xué)習(xí)打好基礎(chǔ)，創(chuàng)造更豐富的知識(shí)容量，教師應(yīng)充分整合本學(xué)科與相關(guān)學(xué)科的教學(xué)內(nèi)容，通過巧妙的學(xué)科知識(shí)滲透將多學(xué)科知識(shí)穿插內(nèi)b融合，讓學(xué)生做到舉一反三，觸類旁通。只有教師善于觀察和挖掘，并豐富自己的教學(xué)內(nèi)容和實(shí)驗(yàn)方法，K 在教學(xué)過程中尋找合適的切入點(diǎn)，實(shí)施滲透教學(xué)促進(jìn)學(xué)生學(xué)習(xí)，才能最大限度地提高學(xué)生的綜合能力。在課堂上，教師應(yīng)根據(jù)不同的課型采取不同的教學(xué)方法，思維方法訓(xùn)練要靈活。在解決生物問題過程中，教師應(yīng)引導(dǎo)學(xué)生，從不角度、不同側(cè)面去分析問題，做到一題多思，一題多變，一題多解,多題一解，教師應(yīng)當(dāng)有目的對(duì)學(xué)生進(jìn)行各種思維訓(xùn)練。

著名物理學(xué)家海森伯認(rèn)為：“在人類思想史上，重大成果的發(fā)現(xiàn)常常發(fā)生在兩條不同的思維路線的交叉點(diǎn)上?！?986年，諾貝爾基金會(huì)主席在頒獎(jiǎng)致詞中說：“從近幾年諾貝爾獎(jiǎng)獲得者的人選可明顯看到，物理學(xué)和化學(xué)之間，舊的學(xué)術(shù)界限已在不同的方面被突破。它們不僅相互交叉，而且形成了沒有鮮明界限的連續(xù)區(qū)，甚至在生物學(xué)和醫(yī)學(xué)等其它學(xué)科，也發(fā)生了同樣的關(guān)系。”DNA雙螺旋結(jié)構(gòu)的分子模型建立于1953年，是當(dāng)代學(xué)科交叉研究的結(jié)晶。這也是L.C.波林、生物學(xué)家J.D.沃森、物理學(xué)家F.H.C.克里克、R.富蘭克林和M.H.F.威爾金斯等合作的結(jié)果。高中生物實(shí)驗(yàn)教學(xué)是各個(gè)學(xué)科所學(xué)知識(shí)及能力的充分體現(xiàn)，如問題分析、實(shí)驗(yàn)思路歸納、動(dòng)手操作、團(tuán)隊(duì)合作和探討交流等。這些過程不斷強(qiáng)化學(xué)生的各項(xiàng)智能，使之協(xié)調(diào)發(fā)展。因此，在教學(xué)過程中，教師不能將教育目標(biāo)和內(nèi)容局限化，要注重學(xué)科之間的交叉滲透，發(fā)現(xiàn)和發(fā)展學(xué)生的優(yōu)勢(shì)和特長(zhǎng)，不斷提高他們的綜合能力。

2.學(xué)科交叉的運(yùn)用

在高中生物學(xué)教學(xué)中會(huì)經(jīng)常碰到生物學(xué)與物理、化學(xué)等學(xué)科交叉的內(nèi)容，這些學(xué)科交叉的內(nèi)容綜合性較強(qiáng)，如果沒有一定的多學(xué)科基礎(chǔ)作為支撐，是難以在這些方面有所突破有所提高的。為了切實(shí)解決綜合性的生物學(xué)難點(diǎn)，提高學(xué)科交叉題型的解題技巧與能力，下面結(jié)合幾個(gè)例題來談?wù)剬W(xué)科交叉在生物學(xué)解題上的應(yīng)用。這是一道生物與化學(xué)中化學(xué)反應(yīng)和結(jié)構(gòu)式的學(xué)科交叉在解題中的應(yīng)用：

例.雙縮脲試劑可以鑒定蛋白質(zhì)，是由于蛋白質(zhì)有（ ）

A.肽鍵 B.氨基酸 C.羧基 D.氨基

解析：首先要區(qū)別雙縮脲試劑和雙縮脈，然后是雙縮脲反應(yīng)。雙縮脲試劑的成分是質(zhì)量濃度為0.lg/m的氫氧化鈉溶液和質(zhì)量濃度為0.01g/mL的硫酸銅溶液（都是無機(jī)物）雙縮脲NHL-CO-NH-C0-NHI是由2分子尿素（NH-C0-NHE）失去1分子氨后的縮合產(chǎn)物（有機(jī)物）。雙縮脲反應(yīng)是指具有兩個(gè)或兩個(gè)以上肽鍵的化合物在堿性條件下與Cu反應(yīng)，生成紅紫色的絡(luò)合物。由于蛋白質(zhì)分子中含有很多與雙縮保結(jié)構(gòu)相似的肽鍵，也能發(fā)生雙縮脲反應(yīng)，因此，蛋白質(zhì)中的雙縮服（HLNOC ANIF-CONt） 結(jié)構(gòu)在堿性溶液（NaOE）中與硫酸銅溶液中的r作用，發(fā)生顏色反應(yīng)形成紫色的絡(luò)合物。所以雙縮照試劑可以簽定蛋白質(zhì)是由于蛋白質(zhì)中有很多與雙縮脲結(jié)構(gòu)相似的肽鍵，答案選A.另外要注意雙縮脲試劑與斐林試劑盡管成分相同，但二者的溶液濃度、使用方法及原理不同。斐林試劑用來檢驗(yàn)生物組織中可溶性的還原糖（還原糖是指具有還原性的糖類，在糖類分子中含有游離醛基或酮基的單糖和含有游離醛基的二糖都具有還原性，葡萄糖分子中含有游離醛基，果糖分子中含有游離酮基，乳糖和麥芽糖分子中含有游離的醛基，故它們都是還原糖） .斐林試劑由質(zhì)量濃度為0.1g/mL. 的氫氧化鈉溶液和質(zhì)量濃度為0.05 g/mL.的硫酸銅溶液配制而成，二者混合后,立即生成淡藍(lán)色的Cu（OH）：沉淀。Cu（OHD：與加入的葡萄糖在加熱的條件下，能夠生成磚紅色的Cu0沉淀，而葡簡(jiǎn)糖本身氧化成葡萄糖酸。反應(yīng)式為：

CH2OH- （CHOH）- CHO+2Cu（OH）2水浴加熱CH2OH-（CHOH）- COOH+ Cu0↓+2H2O

再看這個(gè)生物與物理光學(xué)部分的學(xué)科交叉在解題中的應(yīng)用

例：如果在載玻片上依次寫上b. d. p. q四個(gè)字母，那么在顯微鏡目鏡的視野中從左往右依次可以看到的是（ ）

A.b、d. p、q B.d. b. q. p C.p. q、b. d D.q,p.d.b

解析：使用顯微鏡觀察多種多樣的細(xì)胞是高考考綱實(shí)驗(yàn)部分的要求。此題考查的是顯微鏡的成像原理，利用光學(xué)中光的折射和反射，經(jīng)兩塊凸透鏡（物鏡和目鏡）的兩次放大，即被檢物體在物鏡下形成一個(gè)倒立放大的實(shí)像，這個(gè)像正好位于目鏡的一倍焦距以內(nèi)，經(jīng)目鏡第二次放大為正立放大的虛像（此時(shí)的正立方向與第-次放大后的實(shí)像方向一致，即實(shí)際還是倒立的放大的虛像） ，那么眼睛所看到的最終效果是倒立放大的虛像，則可以看到字母b的倒像q.字母d的倒像p.字母p的倒像d.字母q的倒像b.由于字母的左右次序也倒過來了，即從右往左依次是字母q.p.d.b，那么從左往右依次看到的是字母b.d.p.q。除了考查成像原理外，還比較多的考查顯微鏡的放大倍數(shù)：即線性（直徑或半徑，長(zhǎng)度或?qū)挾龋┓糯?，而不是面積或體積的放大?？偟姆糯蟊稊?shù)等f物鏡放大的倍數(shù)乘以目鏡放大的倍數(shù)。如2005年高考上海生物卷第28題就考查了顯微鏡的放大倍數(shù)。這就是其他學(xué)科和生物學(xué)結(jié)合的產(chǎn)物，能夠用其他學(xué)科內(nèi)容研究生物學(xué)問題，研究生命過程的數(shù)學(xué)規(guī)律。

早期，人們只是利用統(tǒng)計(jì)學(xué)、幾何學(xué)和一些初等的解析方法對(duì)生物現(xiàn)象做靜止的、定量的分析。20世紀(jì)20年代以后，人們開始建立數(shù)學(xué)模型,模擬各種生命過程。現(xiàn)在生物數(shù)學(xué)在生物學(xué)各領(lǐng)域如生理學(xué)、遺傳學(xué)、生態(tài)學(xué)、分類學(xué)等領(lǐng)域中都起著重要的作用，使這些領(lǐng)域的研究水平迅速提高,另一方面，生物數(shù)學(xué)本身也在解決生物學(xué)問題中發(fā)展成一獨(dú)立的學(xué)科。中學(xué)生物多個(gè)章節(jié)的知識(shí)與數(shù)學(xué)關(guān)系密切，在題目設(shè)計(jì)進(jìn)行知識(shí)考查時(shí)，作為工具學(xué)科數(shù)學(xué)方法在生物教學(xué)中得到廣泛應(yīng)用，例如：光合作用和呼吸作用中的計(jì)算；生物生殖和發(fā)育中的計(jì)算；遺傳的物質(zhì)基礎(chǔ)中的計(jì)算；生物進(jìn)化中的計(jì)算；生態(tài)學(xué)中的計(jì)算，在這其中，學(xué)科交叉應(yīng)用是非常廣泛的。

總結(jié)

物理學(xué)家、量子論的創(chuàng)始人M·普朗克也深刻地認(rèn)識(shí)到：“科學(xué)是內(nèi)在的整體，被分解為單獨(dú)的部門不是取決于事物的本質(zhì)，而是取決于人類認(rèn)識(shí)能力的局限性。實(shí)際上存在著由物理學(xué)到化學(xué)、通過生物學(xué)和人類學(xué)到社會(huì)科學(xué)的鏈條，這是一個(gè)任何一處都不能被打斷的鏈條?！笨茖W(xué)上的新理論、新發(fā)明的產(chǎn)生，新的工程技術(shù)的出現(xiàn)，經(jīng)常是在學(xué)科的邊緣或交叉點(diǎn)上，重視交叉學(xué)科將使科學(xué)本身向著更深層次和更高水平發(fā)展，這是符合自然界存在的客觀規(guī)律的。學(xué)科交叉大大地推動(dòng)了科學(xué)進(jìn)步，體現(xiàn)了科學(xué)向綜合性發(fā)展的趨勢(shì)。學(xué)科交叉逐漸形成一批交叉學(xué)科，這具有歷史性意義。學(xué)科交叉的方式多種多樣；交叉的跨度，日益增大；交叉的層次，不斷加深。學(xué)科交叉是眾多學(xué)科之間的相互作用，而交叉形成的理論體系，構(gòu)成交叉學(xué)科；眾多交叉學(xué)科構(gòu)成了交叉科學(xué)。惟有從多視角，采取交叉思維的方式，進(jìn)行跨學(xué)科研究，才可能形成正確完整的認(rèn)識(shí)。也只有通過學(xué)科交叉，在高中生物實(shí)驗(yàn)課堂中學(xué)生們才能更完整全面的汲取知識(shí)。