高中生物教學中滲透化學知識的嘗試

張娜+張盼

還原糖的鑒定實驗是高中生物的一個重要實驗，也是考查學生實驗能力的熱點。如下面的選擇題：某人進行有關酶特性的實驗，操作如下表所示。

預計三支試管的顏色變化分別是（ ）。

A.Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ均為磚紅色

B.Ⅰ、Ⅲ為無色；Ⅱ為磚紅色

C.Ⅰ、Ⅲ為藍色；Ⅱ為磚紅色

D.Ⅰ、Ⅲ為磚紅色；Ⅱ為無色

大多數學生錯選了B項，說明這部分學生對實驗所用的斐林試劑的作用原理的理解存在錯誤。斐林試劑的作用原理是：CuSO4溶液與NaOH溶液反應生成Cu（OH）2沉淀，而Cu（OH）2呈藍色，具有氧化性，與還原糖中具有還原性的醛基反應，生成磚紅色的Cu2O。該反應原理在高中生物學科和化學學科中都出現過；實驗所用的CuSO4溶液與NaOH溶液也是高中化學實驗中的常見試劑。在講評這道題時，筆者轉換了教學思路，讓學生從化學的角度來思考：斐林試劑的有效成分是Cu（OH）2，它呈現什么顏色？它被還原糖的醛基還原后的產物又是什么顏色？學生結合自己已有的化學知識，很容易想到Ⅰ、Ⅲ溶液為藍色，Ⅱ中發生了氧化還原反應，生成了磚紅色沉淀。

在這道題的處理中我意識到，從數學、物理、化學等其他學科的角度來解釋生物學科的難點知識，學生更容易理解和接受，具有事半功倍的效果，同時還能激發學生的學習興趣，培養學生的知識遷移能力、問題分析解決能力。高中生物中的“細胞的物質基礎”“細胞代謝”部分涉及了大量的生物化學知識，在教學這部分內容時我進行了以下的嘗試。

1.從反應速率角度解讀溫度對酶活性的作用曲線

酶是“細胞代謝”部分的重要概念。酶是活細胞產生的具有生物催化作用的有機物，大多數是蛋白質，少數是RNA。酶發揮作用需要一定的條件，如溫度、酸堿度等都會影響酶活性（酶對化學反應的催化效率稱為酶活性）。

以往學習溫度對酶活性的影響時，筆者通常讓學生設計實驗步驟、預期實驗結果；然后給出具體的實驗數據，讓學生分析數據得出酶活性隨溫度的變化趨勢；最后引導學生繪制出溫度對酶活性的影響曲線。這樣教學，學生雖然能識別溫度對酶活性的影響曲線，但不理解為什么會出現這樣的變化趨勢和最適溫度時酶活性最大。此時，可結合化學反應速率的相關知識對此進行如下解釋：當溫度升高時，與一般化學反應一樣，酶促反應速率加快。同時，由于大多數酶是蛋白質，隨著溫度的升高，蛋白質逐漸變性失活，引起酶促反應速率下降。如果用酶促反應速率對反應溫度作圖，在這兩方面的作用下，酶活性隨溫度的變化曲線為鐘罩形（如圖1），即當反應溫度達到最適溫度之前，隨反應溫度升高酶活性增加；當反應溫度達最適溫度時酶活性最大；當反應溫度超過最適溫度后，酶活性隨反應溫度增大而降低（曲線的最大值為酶的最適溫度）。這樣結合化學知識進行講解，學生一目了然，教學效果非常好。

2.從化學組成角度比較脂肪和糖原

“糖類和脂質的種類和功能”是高中生物“細胞的結構基礎”部分的一個重點內容。糖類是主要的能源物質，脂質中的脂肪是細胞內良好的儲能物質，糖類和脂肪均由碳、氫、氧三種元素組成。習題中經常出現將糖原和脂肪進行比較的選項，比較的方向包括等質量的糖原和脂肪中各種原子比例的高低、完全氧化分解時釋放能量的多少等。

【例1】 （2010年全國高考新課標卷第2題）下列關于呼吸作用的敘述，正確的是（ ）。

A.無氧呼吸的終產物是丙酮酸

B.有氧呼吸產生的[H]在線粒體基質中與氧結合生成水

C.無氧呼吸不需要O2的參與。該過程最終有[H]的積累

D.質量相同時，脂肪比糖原有氧氧化釋放的能量多

教材中只介紹了1克糖原氧化分解釋放出約17kJ的能量，1克脂肪可以放出約39kJ的能量。對于大多數學生來說，記住這組數據是困難且沒有意義的。對此，筆者采用了這樣的教學策略：介紹脂肪的化學本質——甘油三酯，然后讓學生閱讀高中化學選修5“有機化學基礎”中的油脂部分，學生由教材中脂肪酸的分子式可以知道脂肪中碳原子、氫原子所占比例較大。學生再閱讀教材中的糖類部分，由淀粉、纖維素的分子式[C6H7O2（OH）3]n可知，多個多糖中碳原子、氫原子所占比例較小，氧原子所占比例較大，糖原和淀粉、纖維素均是由葡萄糖脫水聚合形成的，應用類比推理法可知糖原也有以上性質。在燃燒時，糖原和脂肪中的碳原子與氧原子結合最終生成二氧化碳，氫原子與氧原子結合最終生成水，等質量脂肪因為氧原子含量較少，故需要更多氧氣，生成的水多，釋放出的能量也多。與糖原相比，每克脂肪儲存的能量更多，是良好的儲能物質。這樣，學生對相關知識理解就顯得輕松、容易多了。

3.結合化學知識選擇實驗材料及設計實驗方案

“實驗與探究能力”的一個考查方向就是考查學生對教材實驗的目的、原理、方法和操作步驟的理解，并能將這些實驗涉及的方法和技能進行綜合運用。

【例2】 （2013年江蘇省高考生物卷第23題）為了探究溫度、pH對酶活性的影響，下列實驗設計不合理的是（ ）。

A.實驗① B.實驗② C.實驗③ D.實驗④

方案①中，新鮮的肝臟研磨液含有過氧化氫酶，可以分解過氧化氫，其活性受到溫度的影響，但溫度在影響酶活性的同時也在影響反應物過氧化氫，學生在化學學習中知道過氧化氫受熱分解，可以判斷A不正確。方案③中，蔗糖酶不能催化淀粉水解，因此無法達到實驗目的。方案④中，淀粉酶催化淀粉水解生成葡萄糖等還原糖，但該方案中選擇斐林試劑來鑒定還原糖是不合適的。在人民教育出版社出版的高中化學教科書選修5“乙醛的性質”部分，學生學過以下方程式：CH3CHO+2Cu（OH）2+NaOH=CH3COONa+Cu2O↓+3H2O，

該反應所需的氫氧化銅在化學教材中有明確的制備方法：在試管里注入10%NaOH溶液2mL，再滴入2%CuSO4溶液4～5滴，振蕩。由此可知：該反應需在堿過量的條件下完成，因此用斐林試劑來檢測不同pH下還原糖的產生量是不合適的。

綜上可知，在生物教學中滲透化學知識要注意以下幾個問題。

第一，要注意“度”和“量”。在生物教學中滲透化學知識的目的是為了幫助學生更好地理解生物知識，調動學生的學習積極性，提高學生的遷移能力，因此要注意“度”和“量”。文中例1的教學目的是使學生理解脂肪的各種原子比例與糖原的區別，應用的化學知識是學生在化學課上學過的，學生容易接受；而等質量糖原和脂肪為什么所含能量不同則涉及了分子勢能等問題，沒有必要在高中生物課堂上講解。

第二，要熟悉學生的理科知識結構。教師在學科之間的相互滲透中要選擇好切入的時間和內容。如果學生沒有有關的化學知識儲備，生物教師卻運用了這些知識，可能會增加學生的理解障礙。這就需要生物教師熟悉生物教材和化學教材有關內容的編排順序和學生已具備的理科知識結構，找好新知識的“生長點”，創設好問題情境，調動學生的積極性和激發學生的創造力，使學生能更深刻地理解所學知識，提高自己的知識遷移能力和問題分析解決能力。

參考文獻

[1]嚴兵.化學知識應用于中學生物教學時應注意的三個問題[J].撫州師專學報，1992（3）：131-134.

[2]朱玉佩.理科知識相互滲透教學初探[J].浙江師范大學學報（自然科學版），2001（1）：104-105.endprint

還原糖的鑒定實驗是高中生物的一個重要實驗，也是考查學生實驗能力的熱點。如下面的選擇題：某人進行有關酶特性的實驗，操作如下表所示。

預計三支試管的顏色變化分別是（ ）。

A.Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ均為磚紅色

B.Ⅰ、Ⅲ為無色；Ⅱ為磚紅色

C.Ⅰ、Ⅲ為藍色；Ⅱ為磚紅色

D.Ⅰ、Ⅲ為磚紅色；Ⅱ為無色

大多數學生錯選了B項，說明這部分學生對實驗所用的斐林試劑的作用原理的理解存在錯誤。斐林試劑的作用原理是：CuSO4溶液與NaOH溶液反應生成Cu（OH）2沉淀，而Cu（OH）2呈藍色，具有氧化性，與還原糖中具有還原性的醛基反應，生成磚紅色的Cu2O。該反應原理在高中生物學科和化學學科中都出現過；實驗所用的CuSO4溶液與NaOH溶液也是高中化學實驗中的常見試劑。在講評這道題時，筆者轉換了教學思路，讓學生從化學的角度來思考：斐林試劑的有效成分是Cu（OH）2，它呈現什么顏色？它被還原糖的醛基還原后的產物又是什么顏色？學生結合自己已有的化學知識，很容易想到Ⅰ、Ⅲ溶液為藍色，Ⅱ中發生了氧化還原反應，生成了磚紅色沉淀。

在這道題的處理中我意識到，從數學、物理、化學等其他學科的角度來解釋生物學科的難點知識，學生更容易理解和接受，具有事半功倍的效果，同時還能激發學生的學習興趣，培養學生的知識遷移能力、問題分析解決能力。高中生物中的“細胞的物質基礎”“細胞代謝”部分涉及了大量的生物化學知識，在教學這部分內容時我進行了以下的嘗試。

1.從反應速率角度解讀溫度對酶活性的作用曲線

酶是“細胞代謝”部分的重要概念。酶是活細胞產生的具有生物催化作用的有機物，大多數是蛋白質，少數是RNA。酶發揮作用需要一定的條件，如溫度、酸堿度等都會影響酶活性（酶對化學反應的催化效率稱為酶活性）。

以往學習溫度對酶活性的影響時，筆者通常讓學生設計實驗步驟、預期實驗結果；然后給出具體的實驗數據，讓學生分析數據得出酶活性隨溫度的變化趨勢；最后引導學生繪制出溫度對酶活性的影響曲線。這樣教學，學生雖然能識別溫度對酶活性的影響曲線，但不理解為什么會出現這樣的變化趨勢和最適溫度時酶活性最大。此時，可結合化學反應速率的相關知識對此進行如下解釋：當溫度升高時，與一般化學反應一樣，酶促反應速率加快。同時，由于大多數酶是蛋白質，隨著溫度的升高，蛋白質逐漸變性失活，引起酶促反應速率下降。如果用酶促反應速率對反應溫度作圖，在這兩方面的作用下，酶活性隨溫度的變化曲線為鐘罩形（如圖1），即當反應溫度達到最適溫度之前，隨反應溫度升高酶活性增加；當反應溫度達最適溫度時酶活性最大；當反應溫度超過最適溫度后，酶活性隨反應溫度增大而降低（曲線的最大值為酶的最適溫度）。這樣結合化學知識進行講解，學生一目了然，教學效果非常好。

2.從化學組成角度比較脂肪和糖原

“糖類和脂質的種類和功能”是高中生物“細胞的結構基礎”部分的一個重點內容。糖類是主要的能源物質，脂質中的脂肪是細胞內良好的儲能物質，糖類和脂肪均由碳、氫、氧三種元素組成。習題中經常出現將糖原和脂肪進行比較的選項，比較的方向包括等質量的糖原和脂肪中各種原子比例的高低、完全氧化分解時釋放能量的多少等。

【例1】 （2010年全國高考新課標卷第2題）下列關于呼吸作用的敘述，正確的是（ ）。

A.無氧呼吸的終產物是丙酮酸

B.有氧呼吸產生的[H]在線粒體基質中與氧結合生成水

C.無氧呼吸不需要O2的參與。該過程最終有[H]的積累

D.質量相同時，脂肪比糖原有氧氧化釋放的能量多

教材中只介紹了1克糖原氧化分解釋放出約17kJ的能量，1克脂肪可以放出約39kJ的能量。對于大多數學生來說，記住這組數據是困難且沒有意義的。對此，筆者采用了這樣的教學策略：介紹脂肪的化學本質——甘油三酯，然后讓學生閱讀高中化學選修5“有機化學基礎”中的油脂部分，學生由教材中脂肪酸的分子式可以知道脂肪中碳原子、氫原子所占比例較大。學生再閱讀教材中的糖類部分，由淀粉、纖維素的分子式[C6H7O2（OH）3]n可知，多個多糖中碳原子、氫原子所占比例較小，氧原子所占比例較大，糖原和淀粉、纖維素均是由葡萄糖脫水聚合形成的，應用類比推理法可知糖原也有以上性質。在燃燒時，糖原和脂肪中的碳原子與氧原子結合最終生成二氧化碳，氫原子與氧原子結合最終生成水，等質量脂肪因為氧原子含量較少，故需要更多氧氣，生成的水多，釋放出的能量也多。與糖原相比，每克脂肪儲存的能量更多，是良好的儲能物質。這樣，學生對相關知識理解就顯得輕松、容易多了。

3.結合化學知識選擇實驗材料及設計實驗方案

“實驗與探究能力”的一個考查方向就是考查學生對教材實驗的目的、原理、方法和操作步驟的理解，并能將這些實驗涉及的方法和技能進行綜合運用。

【例2】 （2013年江蘇省高考生物卷第23題）為了探究溫度、pH對酶活性的影響，下列實驗設計不合理的是（ ）。

A.實驗① B.實驗② C.實驗③ D.實驗④

方案①中，新鮮的肝臟研磨液含有過氧化氫酶，可以分解過氧化氫，其活性受到溫度的影響，但溫度在影響酶活性的同時也在影響反應物過氧化氫，學生在化學學習中知道過氧化氫受熱分解，可以判斷A不正確。方案③中，蔗糖酶不能催化淀粉水解，因此無法達到實驗目的。方案④中，淀粉酶催化淀粉水解生成葡萄糖等還原糖，但該方案中選擇斐林試劑來鑒定還原糖是不合適的。在人民教育出版社出版的高中化學教科書選修5“乙醛的性質”部分，學生學過以下方程式：CH3CHO+2Cu（OH）2+NaOH=CH3COONa+Cu2O↓+3H2O，

該反應所需的氫氧化銅在化學教材中有明確的制備方法：在試管里注入10%NaOH溶液2mL，再滴入2%CuSO4溶液4～5滴，振蕩。由此可知：該反應需在堿過量的條件下完成，因此用斐林試劑來檢測不同pH下還原糖的產生量是不合適的。

綜上可知，在生物教學中滲透化學知識要注意以下幾個問題。

第一，要注意“度”和“量”。在生物教學中滲透化學知識的目的是為了幫助學生更好地理解生物知識，調動學生的學習積極性，提高學生的遷移能力，因此要注意“度”和“量”。文中例1的教學目的是使學生理解脂肪的各種原子比例與糖原的區別，應用的化學知識是學生在化學課上學過的，學生容易接受；而等質量糖原和脂肪為什么所含能量不同則涉及了分子勢能等問題，沒有必要在高中生物課堂上講解。

第二，要熟悉學生的理科知識結構。教師在學科之間的相互滲透中要選擇好切入的時間和內容。如果學生沒有有關的化學知識儲備，生物教師卻運用了這些知識，可能會增加學生的理解障礙。這就需要生物教師熟悉生物教材和化學教材有關內容的編排順序和學生已具備的理科知識結構，找好新知識的“生長點”，創設好問題情境，調動學生的積極性和激發學生的創造力，使學生能更深刻地理解所學知識，提高自己的知識遷移能力和問題分析解決能力。

參考文獻

[1]嚴兵.化學知識應用于中學生物教學時應注意的三個問題[J].撫州師專學報，1992（3）：131-134.

[2]朱玉佩.理科知識相互滲透教學初探[J].浙江師范大學學報（自然科學版），2001（1）：104-105.endprint

還原糖的鑒定實驗是高中生物的一個重要實驗，也是考查學生實驗能力的熱點。如下面的選擇題：某人進行有關酶特性的實驗，操作如下表所示。

預計三支試管的顏色變化分別是（ ）。

A.Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ均為磚紅色

B.Ⅰ、Ⅲ為無色；Ⅱ為磚紅色

C.Ⅰ、Ⅲ為藍色；Ⅱ為磚紅色

D.Ⅰ、Ⅲ為磚紅色；Ⅱ為無色

大多數學生錯選了B項，說明這部分學生對實驗所用的斐林試劑的作用原理的理解存在錯誤。斐林試劑的作用原理是：CuSO4溶液與NaOH溶液反應生成Cu（OH）2沉淀，而Cu（OH）2呈藍色，具有氧化性，與還原糖中具有還原性的醛基反應，生成磚紅色的Cu2O。該反應原理在高中生物學科和化學學科中都出現過；實驗所用的CuSO4溶液與NaOH溶液也是高中化學實驗中的常見試劑。在講評這道題時，筆者轉換了教學思路，讓學生從化學的角度來思考：斐林試劑的有效成分是Cu（OH）2，它呈現什么顏色？它被還原糖的醛基還原后的產物又是什么顏色？學生結合自己已有的化學知識，很容易想到Ⅰ、Ⅲ溶液為藍色，Ⅱ中發生了氧化還原反應，生成了磚紅色沉淀。

在這道題的處理中我意識到，從數學、物理、化學等其他學科的角度來解釋生物學科的難點知識，學生更容易理解和接受，具有事半功倍的效果，同時還能激發學生的學習興趣，培養學生的知識遷移能力、問題分析解決能力。高中生物中的“細胞的物質基礎”“細胞代謝”部分涉及了大量的生物化學知識，在教學這部分內容時我進行了以下的嘗試。

1.從反應速率角度解讀溫度對酶活性的作用曲線

酶是“細胞代謝”部分的重要概念。酶是活細胞產生的具有生物催化作用的有機物，大多數是蛋白質，少數是RNA。酶發揮作用需要一定的條件，如溫度、酸堿度等都會影響酶活性（酶對化學反應的催化效率稱為酶活性）。

以往學習溫度對酶活性的影響時，筆者通常讓學生設計實驗步驟、預期實驗結果；然后給出具體的實驗數據，讓學生分析數據得出酶活性隨溫度的變化趨勢；最后引導學生繪制出溫度對酶活性的影響曲線。這樣教學，學生雖然能識別溫度對酶活性的影響曲線，但不理解為什么會出現這樣的變化趨勢和最適溫度時酶活性最大。此時，可結合化學反應速率的相關知識對此進行如下解釋：當溫度升高時，與一般化學反應一樣，酶促反應速率加快。同時，由于大多數酶是蛋白質，隨著溫度的升高，蛋白質逐漸變性失活，引起酶促反應速率下降。如果用酶促反應速率對反應溫度作圖，在這兩方面的作用下，酶活性隨溫度的變化曲線為鐘罩形（如圖1），即當反應溫度達到最適溫度之前，隨反應溫度升高酶活性增加；當反應溫度達最適溫度時酶活性最大；當反應溫度超過最適溫度后，酶活性隨反應溫度增大而降低（曲線的最大值為酶的最適溫度）。這樣結合化學知識進行講解，學生一目了然，教學效果非常好。

2.從化學組成角度比較脂肪和糖原

“糖類和脂質的種類和功能”是高中生物“細胞的結構基礎”部分的一個重點內容。糖類是主要的能源物質，脂質中的脂肪是細胞內良好的儲能物質，糖類和脂肪均由碳、氫、氧三種元素組成。習題中經常出現將糖原和脂肪進行比較的選項，比較的方向包括等質量的糖原和脂肪中各種原子比例的高低、完全氧化分解時釋放能量的多少等。

【例1】 （2010年全國高考新課標卷第2題）下列關于呼吸作用的敘述，正確的是（ ）。

A.無氧呼吸的終產物是丙酮酸

B.有氧呼吸產生的[H]在線粒體基質中與氧結合生成水

C.無氧呼吸不需要O2的參與。該過程最終有[H]的積累

D.質量相同時，脂肪比糖原有氧氧化釋放的能量多

教材中只介紹了1克糖原氧化分解釋放出約17kJ的能量，1克脂肪可以放出約39kJ的能量。對于大多數學生來說，記住這組數據是困難且沒有意義的。對此，筆者采用了這樣的教學策略：介紹脂肪的化學本質——甘油三酯，然后讓學生閱讀高中化學選修5“有機化學基礎”中的油脂部分，學生由教材中脂肪酸的分子式可以知道脂肪中碳原子、氫原子所占比例較大。學生再閱讀教材中的糖類部分，由淀粉、纖維素的分子式[C6H7O2（OH）3]n可知，多個多糖中碳原子、氫原子所占比例較小，氧原子所占比例較大，糖原和淀粉、纖維素均是由葡萄糖脫水聚合形成的，應用類比推理法可知糖原也有以上性質。在燃燒時，糖原和脂肪中的碳原子與氧原子結合最終生成二氧化碳，氫原子與氧原子結合最終生成水，等質量脂肪因為氧原子含量較少，故需要更多氧氣，生成的水多，釋放出的能量也多。與糖原相比，每克脂肪儲存的能量更多，是良好的儲能物質。這樣，學生對相關知識理解就顯得輕松、容易多了。

3.結合化學知識選擇實驗材料及設計實驗方案

“實驗與探究能力”的一個考查方向就是考查學生對教材實驗的目的、原理、方法和操作步驟的理解，并能將這些實驗涉及的方法和技能進行綜合運用。

【例2】 （2013年江蘇省高考生物卷第23題）為了探究溫度、pH對酶活性的影響，下列實驗設計不合理的是（ ）。

A.實驗① B.實驗② C.實驗③ D.實驗④

方案①中，新鮮的肝臟研磨液含有過氧化氫酶，可以分解過氧化氫，其活性受到溫度的影響，但溫度在影響酶活性的同時也在影響反應物過氧化氫，學生在化學學習中知道過氧化氫受熱分解，可以判斷A不正確。方案③中，蔗糖酶不能催化淀粉水解，因此無法達到實驗目的。方案④中，淀粉酶催化淀粉水解生成葡萄糖等還原糖，但該方案中選擇斐林試劑來鑒定還原糖是不合適的。在人民教育出版社出版的高中化學教科書選修5“乙醛的性質”部分，學生學過以下方程式：CH3CHO+2Cu（OH）2+NaOH=CH3COONa+Cu2O↓+3H2O，

該反應所需的氫氧化銅在化學教材中有明確的制備方法：在試管里注入10%NaOH溶液2mL，再滴入2%CuSO4溶液4～5滴，振蕩。由此可知：該反應需在堿過量的條件下完成，因此用斐林試劑來檢測不同pH下還原糖的產生量是不合適的。

綜上可知，在生物教學中滲透化學知識要注意以下幾個問題。

第一，要注意“度”和“量”。在生物教學中滲透化學知識的目的是為了幫助學生更好地理解生物知識，調動學生的學習積極性，提高學生的遷移能力，因此要注意“度”和“量”。文中例1的教學目的是使學生理解脂肪的各種原子比例與糖原的區別，應用的化學知識是學生在化學課上學過的，學生容易接受；而等質量糖原和脂肪為什么所含能量不同則涉及了分子勢能等問題，沒有必要在高中生物課堂上講解。

第二，要熟悉學生的理科知識結構。教師在學科之間的相互滲透中要選擇好切入的時間和內容。如果學生沒有有關的化學知識儲備，生物教師卻運用了這些知識，可能會增加學生的理解障礙。這就需要生物教師熟悉生物教材和化學教材有關內容的編排順序和學生已具備的理科知識結構，找好新知識的“生長點”，創設好問題情境，調動學生的積極性和激發學生的創造力，使學生能更深刻地理解所學知識，提高自己的知識遷移能力和問題分析解決能力。

參考文獻

[1]嚴兵.化學知識應用于中學生物教學時應注意的三個問題[J].撫州師專學報，1992（3）：131-134.

[2]朱玉佩.理科知識相互滲透教學初探[J].浙江師范大學學報（自然科學版），2001（1）：104-105.endprint