淺談高中生物教材中的化學(xué)知識及其處理策略
——以人教生物必修1為例

鄒倩冰

廣東省中山市第一中學(xué)(528403)

在新高考的背景下,生物與化學(xué)成為了選考科目,與以往將物理、化學(xué)和生物學(xué)組合成理綜學(xué)習(xí)不同,雖然學(xué)生有了更靈活的選科方式,但是生物學(xué)以實驗為基礎(chǔ)的特殊性注定它與化學(xué)知識聯(lián)系密切。近20年的諾貝爾化學(xué)獎中,有10次獲獎研究領(lǐng)域都是生物化學(xué)方向,如基因組編輯方法、DNA修復(fù)機制研究、G蛋白偶聯(lián)受體研究等。此外,《普通高中生物學(xué)課程標(biāo)準(zhǔn)(2017年版2020年修訂)》要求,學(xué)校開設(shè)的課程既要重視對學(xué)生學(xué)科素養(yǎng)的培養(yǎng)還要重視跨學(xué)科素養(yǎng)的培養(yǎng)。這都說明,生物學(xué)與化學(xué)之間聯(lián)系緊密。在高中生物教學(xué)中,哪些知識點涉及化學(xué)知識,在學(xué)科交叉內(nèi)容上如何處理,這是值得探討的問題。因此,本文以人教版高中生物必修1《分子與細胞》為例研究生物教材與化學(xué)的聯(lián)系及其教學(xué)策略。

1 高中生物教材中的化學(xué)知識

高中生物課程標(biāo)準(zhǔn)指出,自然界作為統(tǒng)一的整體,其中自然科學(xué)如物理學(xué)、化學(xué)、生物學(xué)等多門學(xué)科在基本的思維方式、原理、研究內(nèi)容方面有密切的聯(lián)系。故嚴格地將各科目劃分開是不可能的,各科目之間都有一定的聯(lián)系,它們相輔相成,加強學(xué)科間的橫向聯(lián)系,有利于促進學(xué)生對知識的深化理解,有利于學(xué)生建立科學(xué)的生命觀和系統(tǒng)觀。因此新版生物教材中,增加了學(xué)科交叉這一模塊并且以楷體字的形式補充相關(guān)的化學(xué)基礎(chǔ)內(nèi)容,以便于學(xué)生更好地理解物質(zhì)的結(jié)構(gòu)及其功能。

生物作為一個系統(tǒng)的物質(zhì)體,其中不斷發(fā)生著各種各樣的生化反應(yīng)。因此生物學(xué)與化學(xué)的學(xué)科交叉是無處不在的,在人教版高中生物必修1中大致可分為生物體中的化學(xué)物質(zhì)和生化反應(yīng)兩大類。

表1展示了人教生物必修1教材中主要涉及到的化學(xué)知識及該內(nèi)容在化學(xué)教材中的位置。

2 高中生物教材中化學(xué)知識的處理策略

根據(jù)表1可知,高中生物必修1教材中涉及到了許多化學(xué)知識,主要是化學(xué)教材必修2及選擇性必修3中相關(guān)的內(nèi)容。由于學(xué)生在高一上學(xué)期就要掌握生物必修1“分子與細胞”中的知識點,而相關(guān)的化學(xué)知識在下學(xué)期才開始學(xué)習(xí),部分學(xué)生會出現(xiàn)涉及到學(xué)科交叉內(nèi)容就不理解或者聽不懂的情況。因此,本文提出以下處理策略,希望能對解決該問題提供可參考的思路。

2.1 正確定位分主次

生物、化學(xué)、物理等自然科學(xué)都是為了研究自然現(xiàn)象而產(chǎn)生的學(xué)科,因此學(xué)科之間存在交叉聯(lián)系不可避免。并且,這些聯(lián)系可以更好地解釋自然現(xiàn)象的本質(zhì),這是相輔相成的好事。教師要正確看待生物教材中的學(xué)科交叉內(nèi)容,讓理化知識服務(wù)于生物內(nèi)容,分清主次,把控好教學(xué)重點。如生物必修1第2章“細胞中的無機物”這一節(jié)內(nèi)容,教材闡述水的功能之一是細胞內(nèi)良好的溶劑。由于水的分子結(jié)構(gòu)決定了它的特性——有極性,因此帶電荷的分子或離子都容易與水結(jié)合,這就是水是良好溶劑的緣由,并從電荷相互作用的角度解釋了水具有流動性的本質(zhì)。這樣設(shè)計是為了讓學(xué)生更好地理解水的功能與特性,教師在講授時應(yīng)突出水的功能,勿將過多時間和精力放在解釋水分子的結(jié)構(gòu)上,以免把生物課上成化學(xué)課。

2.2 巧用類比簡單化

和初中相比,高中階段的生物教學(xué)更加注重本質(zhì)和原理的學(xué)習(xí)。部分高一學(xué)生在學(xué)期初還未適應(yīng)高中的學(xué)習(xí)方式,當(dāng)接觸到跨學(xué)科知識時,會感到困難和產(chǎn)生退縮情緒。因此,對于生物教材中的化學(xué)知識,教師要簡單化處理,采取靈活的教學(xué)方式。例如在學(xué)習(xí)“蛋白質(zhì)是生命活動的主要承擔(dān)者”時,需要學(xué)生掌握氨基酸的結(jié)構(gòu)通式,這是本節(jié)內(nèi)容的重點和難點之一。教師在講解時可采用類比的方式,對照著課本氨基酸分子結(jié)構(gòu)通式在黑板上邊講解邊畫。結(jié)構(gòu)通式好比人體,中心碳原子是身體,左右有兩只手,一只是氨基,一只是羧基,下邊的氫原子像兩條腿,人與人的身體都差不多,靠什么來區(qū)分不同的人?就是頭部(R基)。這樣學(xué)生可以形象地將氨基酸的結(jié)構(gòu)通式記住,并且也為之后氨基酸脫水縮合類比成氨基酸手拉手結(jié)合在一起埋下伏筆。

2.3 多重表征好理解

為了讓學(xué)生更直觀地學(xué)習(xí),教師除了利用教材的資源外,還可利用多媒體、模型與建模等多種方式促進學(xué)生理解。如講解氨基酸結(jié)構(gòu)時,單純從原子最外層電子平衡角度講解中心碳原子需要4個共價鍵有些枯燥,并且會讓學(xué)生產(chǎn)生上化學(xué)課的錯覺。此時可從學(xué)生初中學(xué)過的甲烷入手,通過課件和球棍模型結(jié)合展示四面體結(jié)構(gòu),而氨基酸的結(jié)構(gòu)只是氨基、羧基、R基分別取代了其中的3個氫原子,它的空間結(jié)構(gòu)還是四面體。因此氨基酸的結(jié)構(gòu)通式中4個基團的位置是可以變換的。

2.4 善用跨學(xué)科前概念

跨學(xué)科前概念是指某學(xué)科的知識為今后另一個學(xué)科接受新知識起到一定作用,或者有一定影響的某學(xué)科知識,成為另一個學(xué)科知識學(xué)習(xí)的前概念[1]。雖然在高一階段,更多的是生物學(xué)科內(nèi)容可作為化學(xué)學(xué)習(xí)的前概念,教師仍可采用先行組織者策略有意識地將初中化學(xué)知識為課堂所用。如初中化學(xué)學(xué)習(xí)過將二氧化碳通入澄清石灰石會產(chǎn)生白色沉淀,原理在于CO2+Ca(OH)2→CaCO3+H2O,這一內(nèi)容即可作為探究呼吸作用時檢測二氧化碳是否產(chǎn)生的前概念。

新高考背景下,教師要深入研究比較學(xué)科間相同的內(nèi)容側(cè)重點,或者跨學(xué)科知識間的講授順序,有意識地引用跨學(xué)科前概念,建立學(xué)科聯(lián)系。