淺談化學知識在生物教學中的應用

摘要：高中生物課本中有很多的知識點都與化學知識有關，如何在教學過程中滲透化學知識，使相關的知識點相互鏈接，相互融合，是我多年教學過程中一直研究的問題。

關鍵詞：高中生物；化學知識；滲透

一、 引言

人教版高中生物必修一關于細胞代謝的概念是這樣的：“細胞中每時每刻都進行著許多化學反應，統稱為細胞代謝。”可見生物學科與化學學科勢必會存在著千絲萬縷的聯系。下面就如何應用化學知識進行生物教學展開討論與思考。

二、 案例1：檢測生物組織中的糖類和蛋白質

1. 現狀

由于檢測生物組織中還原性糖的斐林試劑組成是：甲液為質量濃度為0.1g/mL的NaOH溶液，乙液為質量濃度為0.05g/mL的CuSO4溶液；檢驗生物組織中蛋白質的雙縮脲試劑組成是：A液為質量濃度為0.1g/mL的NaOH溶液，B液為質量濃度為0.01g/mL的CuSO4溶液。也就是說兩者溶液組成成分相同，只不過是CuSO4溶液的質量濃度不同。如果在講解實驗原理的時候只說：“還原性糖與斐林試劑發生作用，在水浴加熱的條件下生成磚紅色沉淀；蛋白質與雙縮脲試劑發生作用，產生紫色反應。”學生必然會產生疑問：“兩者所用的試劑其實差不多，為什么可以分別檢測還原性糖和蛋白質，而且還出現了不同的顏色反應？”

2. 解決辦法

針對上述疑問，教師需要將兩者反應的化學原理和學生解釋清楚，才能讓學生更好的掌握相關的知識。

（1）還原性糖的鑒定過程：斐林試劑在使用前是先將甲液和乙液等量混合均勻后，再加入樣液。事實上就是0.1g/mL的NaOH溶液和0.05g/mL的CuSO4溶液等量混合均勻，然后生成了Cu（OH）2沉淀，還原糖中的醛基（—CHO）在加熱條件下能將Cu（OH）2中的Cu2+還原成Cu+，從而生成磚紅色的Cu2O沉淀。

（2）蛋白質的鑒定過程：雙縮脲試劑的使用方法是先加過量的A液0.1g/mL的NaOH溶液造成堿性環境，再加B液0.01g/mL的CuSO4溶液，這是因為蛋白質在堿性溶液中能與Cu2+結合生成紫色絡合物。

這樣學生就能理解檢測生物組織中的糖類和蛋白質的實驗原理了。

3. 反思

對學生進行實驗原理教學時，不能只是讓學生背下來，更重要的是讓學生去理解，這里雖然有些化學知識學生還沒學過，但將其中的化學知識體現出來，對生物知識的生成絕對是有好處的。

三、 案例2：氨基酸的結構通式

1. 現狀

氨基酸結構通式這一節的教學安排在高一上學期開學不久，學生還沒有學習到有機化學關于氨基酸的相關知識，如果只是讓同學們把氨基酸的結構通式記住，很難達到良好的效果。因為學生在寫氨基酸的結構通式的時候，很容易多寫一部分，也很容易少寫一部分。因此氨基酸結構通式的教學是本節的一個難點。

2. 解決辦法

課前布置學生復習初三化學課中原子的核外電子排布情況。課堂上先用多媒體課件展示四中氨基酸（甘氨酸、丙氨酸、纈氨酸、亮氨酸）的結構式。然后讓學生找出這四種氨基酸在結構上有什么相同之處和不同之處，最后師生共同總結出氨基酸的結構通式（如圖1）：

到這里氨基酸的結構通式雖然已經給出，但是真正能自己把氨基酸的結構通式寫出來的學生卻寥寥無幾。究其原因，學生對氨基酸的結構通式為什這么寫并不理解，只能靠死記硬背。這個時候就需要教師給予學生一定的指導：如何輕松寫出氨基酸的結構通式？

首先，課件展示出元素周期表1—20號元素的核外電子排布情況（如圖2）：

指出C原子要達到8電子穩定結構，必須得到4個電子，形成四個共價鍵；N原子要達到8電子穩定結構，必須得到3個電子，形成3個共價鍵；O原子要達到8電子穩定結構，必須得到2個電子，形成2個共價鍵。這里要提出的是H原子核外因為只有一個電子層，只需要得到一個電子，形成一個共價鍵就可以達到穩定結構。

其次，課件展示出甲烷、氨氣、二氧化碳和水的結構式，詳細講解每個原子如何達到穩定結構的。

最后，基于以上化學知識，讓學生對氨基酸的結構通式有了一個新的了解：一個中心碳原子連有四個鍵，一端連有氨基，一端連有羧基，一端連有H原子，一端連有R基。這樣學生就能夠很輕松的寫出氨基酸的結構通式了。

3. 反思

對氨基酸結構通式的推導，除了掌握必要的生物學知識之外，還需要有一定的化學知識做基礎（在這里主要指的是共價鍵形成的相關知識），這樣才能深入到生命現象本質之中，真正體現融匯貫通的目的。

四、 案例3：蛋白質相對分子質量的計算

1. 現狀

學生通過學習，已經知道蛋白質是由氨基酸脫水縮合形成的，并且會書寫脫水縮合的化學方程式，但是由化學方程式引申出來的蛋白質相對分子質量的計算題還得由化學知識來解決。

2. 解決辦法

教師引導學生回顧初中化學知識“質量守恒定律”的內容：化學反應前后質量不會發生改變，即反應物的質量之和等于生成物的質量之和。那么對于氨基酸脫水縮合形成蛋白質的這一化學反應方程式，反應物就是各個氨基酸，生成物除了蛋白質還有水，所以根據“質量守恒定律”就可以知道氨基酸的總的相對分子質量應該等于蛋白質的相對分子質量加上生成的水的質量，所以就可以得出蛋白質的相對分子質量的計算公式：蛋白質的相對分子質量=氨基酸的平均相對分子質量×氨基酸的個數-18×脫去水分子的個數。

3. 反思

蛋白質相對分子質量的計算公式的推導過程涉及初中化學知識“質量守恒定律”的相關內容，要想讓學生自己推導出蛋白質相對分子質量的計算公式，那學生必須要先掌握相應的化學知識，可見化學知識在生物教學中的重要性。

高中生物教學中還有許多知識點與化學知識聯系密切，例如無機催化劑相關的催化原理在酶作用教學中的應用，同位素標記法在光合作用卡爾文循環中的應用以及在噬菌體侵染大腸桿菌實驗中的應用，相似相溶原理在細胞膜成分探究過程中的應用，分子的親水性和疏水性在探究磷脂分子在細胞膜中的排列情況中的應用，二氧化碳和酒精的檢測方法在探究酵母菌呼吸方式時的應用，還有氧化還原原理在光合作用和呼吸作用教學過程中的應用等等，遇到這些知識點，就需要我們生物教師在教學過程中滲透化學知識的教學，這樣才能使學生更加全面的掌握各門課的知識。

參考文獻：

[1]生物必修1分子與細胞[M].人民教育出版社，2007.

[2]謝昕.高職高專教材——有機化學[M].鄭州：黃河水利出版社，2008.

作者簡介：謝瑩，安徽省銅陵市，銅陵市第五中學。endprint