高中生物的“數(shù)理化”教學

王瑋

【摘要】針對高中生物課程設(shè)置與其他理科基礎(chǔ)課程之間銜接的缺陷，在課堂教學中， 適當引入相關(guān)的數(shù)理化知識，幫助學生架構(gòu)知識鏈條以有效的解決生物學問題。

【關(guān)鍵詞】高中生物課程 數(shù)理化課程 課堂教學

【中圖分類號】G633.91 【文獻標識碼】A 【文章編號】2095-3089（2014）02-0167-02

高中生物課程是高中科學學習領(lǐng)域中的一門學科。從課程結(jié)構(gòu)的總體設(shè)置來看，高中生物課程與物理、化學等課程同為科學領(lǐng)域的一個科目，具有同等重要的地位。遵循課程方案的改革，高中生物新課程從高一年級開始就進入三個必修的模塊的學習。這種課程模式的設(shè)置使初、高中生物教學有了更好的銜接，并對于進一步提高學生的生物科學素養(yǎng)，發(fā)展學生的科學探究能力，幫助學生理解生物科學、技術(shù)和社會的相互關(guān)系起到了積極的推進作用。但是，相關(guān)科學課程之間教材內(nèi)容的橫向銜接卻存在一些不足之處。學生在學習部分生物學的核心概念和技術(shù)時，往往由于相關(guān)高中數(shù)理化基礎(chǔ)知識學習的后置性，而反映出一定程度的認知難度。例如人教版新課標教材必修一第1章《組成細胞的分子》的教學安排比高中化學課程中有機化學的教學提前了近一個學年，這樣使高一學生對于氨基酸、核苷酸等有機物結(jié)構(gòu)的理解造成了很大的困難。如果在教學中，適當滲透一些數(shù)理化知識的學習，幫助學生建構(gòu)相關(guān)的理化基礎(chǔ)，那么他們便能順利的達到對生物學知識技能的理解應用。

1.運用化學知識理解碳是細胞中的最基本元素

在“細胞中的元素和化合物”一節(jié)的教學中，教師通過資料分析和化學模型展示的方式可以幫助學生更好理解“碳為什么是細胞中的最基本元素”，并為認識蛋白質(zhì)、核酸等生物大分子的結(jié)構(gòu)奠定有機化學的基礎(chǔ)。首先讓學生在化學課本的元素周期表中查找碳元素處于什么位置？學生很快找到碳是第ⅣA族的位置，原子序數(shù)為6。利用初中化學知識可推導出碳原子核中含有6個質(zhì)子，核外有6個電子。接下來呈現(xiàn)資料①由于電子排布的不同，在碳的最外層有4個電子。這樣，碳原子就具有了4個成鍵的價電子。這樣每個碳原子不僅可以和氫、氧、氮、硫等多種非金屬原子形成4個共價鍵，而且碳原子之間也能以共價鍵相結(jié)合。②原子之間通過共用電子對所形成的相互作用力，叫做化學鍵。以共用電子對形成分子的化合物叫共價化合物。含碳元素的有機化合物都屬于共價化合物。③多個碳原子可以相互結(jié)合成長短不一的碳鏈，碳鏈也可以帶支鏈，還可以結(jié)合成碳環(huán)，碳鏈和碳環(huán)也可以相互結(jié)合。在學生閱讀獲取信息的前提下，教師利用板書畫出最簡單的有機物——甲烷結(jié)構(gòu)式隨后利用板書書寫的形式組織引導學生比較認識有機物的結(jié)構(gòu)式、結(jié)構(gòu)簡式和分子式的書寫方法。

2.介紹同位素與同位素示蹤技術(shù)

高中生物教材，從“細胞器”一節(jié)的學習中就應用了同位素標記技術(shù)進行分泌蛋白的合成和運輸途徑的示蹤實驗。由于學生還沒有學過有關(guān)同位素的化學知識，就會不斷地問：“什么是同位素？怎么標記的？”針對學生的疑問，教師可以簡單介紹一下相關(guān)的化學知識：化學原子的質(zhì)量數(shù)是質(zhì)子數(shù)和質(zhì)子數(shù)之和。同種原子的原子核中質(zhì)子數(shù)是相同，但中子數(shù)不一定相同。質(zhì)子數(shù)相同而中子數(shù)不同的同一元素的不同原子互稱為同位素。 “同位”即指核素的質(zhì)子數(shù)相同，在元素周期表中占有相同位置。同位素中有些具有放射性，稱為放射性同位素。

3.建構(gòu)數(shù)學概率論模型進行遺傳現(xiàn)象的分析

孟德爾在分析豌豆雜交試驗結(jié)果和推理的過程中，都應用了數(shù)理統(tǒng)計的方法和思想，尤其以概率論的有關(guān)知識為核心。在“遺傳與進化”模塊的學習中，學生也要運用概率知識進行雜種后代基因型和表現(xiàn)型的各種比值的求解以及推斷人類中某對夫婦生下患遺傳病后代的風險率。可是所涉及的概率論和統(tǒng)計學原理在高中數(shù)學課程中的學習卻是滯后的。由于相應計算方法的欠缺，學生往往覺得遺傳學是高中生物課程中最難學的部分，總是不能準確的求解。所以在教學中將相關(guān)的概率論等數(shù)學概念模型以舉例的方式介紹給學生，并運用遺傳實例反復引導學生進行演練。這樣在教師搭建的學科知識之間聯(lián)系的平臺上，學生可以“挑一挑摘到桃子”了。首先提出概率是指某一事件發(fā)生的可能性的大小，用百分數(shù)或分數(shù)形式來表示多少。例如一對等位基因的雜合子（Dd）自交后代表現(xiàn)3：1的性狀分離比，就是指在后代中顯性性狀個體出現(xiàn)的可能性為3/4。對于像這些結(jié)果不可事先預言的隨機事件之間的關(guān)系一般包括：互不相容事件、對立事件、獨立事件等。在上述例子中，自交后代中的一個顯性個體而言，其基因型不可能同時為DD和Dd，這就是互斥事件。而后代中的表現(xiàn)顯性的個體就是隱性個體的對立事件，它是互不相容事件的特例。獨立事件是指A事件的出現(xiàn)并不影響B(tài)事件的出現(xiàn)。例如兩對等位基因的雜合子（AaBb）在形成配子時，A移與B移向同一極是互不影響的，屬于獨立事件 。那么要計算這些事件之間發(fā)生的可能性大小，就要用到兩個基本定律。

加法定律是指兩個互斥事件共同發(fā)生的概率是其各自概率之和。Dd自交后代中，純合子出現(xiàn)的概率為顯性純合子（DD）和隱性純合子（dd）兩者概率之和，即1/4+1/4=1/2。乘法定律是指兩個相互獨立的事件同時發(fā)生的概率是其各自概率的乘積。也就說兩者組合的概率要小于單獨發(fā)生的概率。AaBb自交后代中，AaBb出現(xiàn)的概率是：1/2Aa×1/2Bb=1/4。在接下來的學習活動中，教師就可以引導學生運用數(shù)學概念模型進行各類遺傳問題的綜合分析計算和靈活應用了。

生命科學是在數(shù)學、技術(shù)科學、物理學和化學等學科不斷滲透交融的基礎(chǔ)上突飛猛進發(fā)展起來的新興學科。運用數(shù)理化知識理解掌握生物學的核心概念和解決生物學問題是高中生應該必備的一項重要技能。作為高中生物教師應該深入分析研究課程教材，了解學生理科各門課程的學習進度，把握好生物課程內(nèi)容與相關(guān)數(shù)理化基礎(chǔ)知識間聯(lián)系的脈絡(luò)。在此基礎(chǔ)上，針對學生知識鏈上出現(xiàn)的中斷環(huán)節(jié)，在課堂教學中適時的引入相關(guān)數(shù)理化的概念原理，幫助學生有效的遷移應用到對生命本質(zhì)的探究問題上來。這樣教學活動的開展，既達到實現(xiàn)有效教學的目標、提升生物教師的綜合素養(yǎng)的同時，又可使學生從整體上、從科學知識的網(wǎng)絡(luò)體系上了解和把握科學知識、解決實際問題[2]的同時，充分體驗生命的理性之美！

參考文獻：

[1]劉恩山，汪忠.2004.普通高中生物課程標準（實驗）解讀.南京：江蘇教育出版社.82～83

[2]袁運開，蔡鐵權(quán).2003.科學課程與教學論.杭州：浙江教育出版社. 163～164