高中生物實驗教學談學科交叉的重要性及運用

王成海

（武威市天祝藏族自治縣第二中學 甘肅 天祝 733299）

在生物學中普遍用數學的方法研究生物學問題，研究生命過程的數學規律，以此為依托發展起來的數學生物學是一門以實驗為基礎的獨立學科，具有很強的實踐性和科學的嚴謹性。匡廷云院士認為，學科交叉是“跨學科”研究活動，其結果導致的知識體系構成了學科交叉。

1.學科交叉的重要性

通過高中生物實驗教學可以提高學生的學習遷移能力，從而培養和提高學生的綜合能力。例如，在“檢測生物組織中糖類、脂肪和蛋白質”實驗中，教師應提醒學生在水浴加熱時，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。學生在隨后的化學實驗中也會自然而然的有所注意。這就是高中生物實驗教學對高中化學實驗的正遷移，在實驗過程中，無意識地進行了學科之間的滲透，潛移默化地提高了學生的綜合能力。

高中生物實驗教學并不僅僅以生物學知識為教學內容，其中也包含了許多其他學科的知識內容。例如，“綠葉中色素的提取和分離”實驗中實驗操作及器皿的使用，涉及是化學實驗的教學內容；“細胞大小與物質運輸的關系”實驗蘊含了物理知識；“探究影響酶活性的條件”實驗中的圖表繪制是對數學中統計學的反映。在實驗的過程中，學生能將新的知識與原有的知識體系進行重新匯總、構建，融會貫通，從而實現綜合能力的提高。

在高中生物實驗教學中，為提高學生的綜合能斗力，為學生今后的進一步學習打好基礎，創造更豐富的知識容量，教師應充分整合本學科與相關學科的教學內容，通過巧妙的學科知識滲透將多學科知識穿插內b融合，讓學生做到舉一反三，觸類旁通。只有教師善于觀察和挖掘，并豐富自己的教學內容和實驗方法，K 在教學過程中尋找合適的切入點，實施滲透教學促進學生學習，才能最大限度地提高學生的綜合能力。在課堂上，教師應根據不同的課型采取不同的教學方法，思維方法訓練要靈活。在解決生物問題過程中，教師應引導學生，從不角度、不同側面去分析問題，做到一題多思，一題多變，一題多解,多題一解，教師應當有目的對學生進行各種思維訓練。

著名物理學家海森伯認為：“在人類思想史上，重大成果的發現常常發生在兩條不同的思維路線的交叉點上。”1986年，諾貝爾基金會主席在頒獎致詞中說：“從近幾年諾貝爾獎獲得者的人選可明顯看到，物理學和化學之間，舊的學術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區，甚至在生物學和醫學等其它學科，也發生了同樣的關系。”DNA雙螺旋結構的分子模型建立于1953年，是當代學科交叉研究的結晶。這也是L.C.波林、生物學家J.D.沃森、物理學家F.H.C.克里克、R.富蘭克林和M.H.F.威爾金斯等合作的結果。高中生物實驗教學是各個學科所學知識及能力的充分體現，如問題分析、實驗思路歸納、動手操作、團隊合作和探討交流等。這些過程不斷強化學生的各項智能，使之協調發展。因此，在教學過程中，教師不能將教育目標和內容局限化，要注重學科之間的交叉滲透，發現和發展學生的優勢和特長，不斷提高他們的綜合能力。

2.學科交叉的運用

在高中生物學教學中會經常碰到生物學與物理、化學等學科交叉的內容，這些學科交叉的內容綜合性較強，如果沒有一定的多學科基礎作為支撐，是難以在這些方面有所突破有所提高的。為了切實解決綜合性的生物學難點，提高學科交叉題型的解題技巧與能力，下面結合幾個例題來談談學科交叉在生物學解題上的應用。這是一道生物與化學中化學反應和結構式的學科交叉在解題中的應用：

例.雙縮脲試劑可以鑒定蛋白質，是由于蛋白質有（ ）

A.肽鍵 B.氨基酸 C.羧基 D.氨基

解析：首先要區別雙縮脲試劑和雙縮脈，然后是雙縮脲反應。雙縮脲試劑的成分是質量濃度為0.lg/m的氫氧化鈉溶液和質量濃度為0.01g/mL的硫酸銅溶液（都是無機物）雙縮脲NHL-CO-NH-C0-NHI是由2分子尿素（NH-C0-NHE）失去1分子氨后的縮合產物（有機物）。雙縮脲反應是指具有兩個或兩個以上肽鍵的化合物在堿性條件下與Cu反應，生成紅紫色的絡合物。由于蛋白質分子中含有很多與雙縮保結構相似的肽鍵，也能發生雙縮脲反應，因此，蛋白質中的雙縮服（HLNOC ANIF-CONt） 結構在堿性溶液（NaOE）中與硫酸銅溶液中的r作用，發生顏色反應形成紫色的絡合物。所以雙縮照試劑可以簽定蛋白質是由于蛋白質中有很多與雙縮脲結構相似的肽鍵，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） .斐林試劑由質量濃度為0.1g/mL. 的氫氧化鈉溶液和質量濃度為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，而葡簡糖本身氧化成葡萄糖酸。反應式為：

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

再看這個生物與物理光學部分的學科交叉在解題中的應用

例：如果在載玻片上依次寫上b. d. p. q四個字母，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胞是高考考綱實驗部分的要求。此題考查的是顯微鏡的成像原理，利用光學中光的折射和反射，經兩塊凸透鏡（物鏡和目鏡）的兩次放大，即被檢物體在物鏡下形成一個倒立放大的實像，這個像正好位于目鏡的一倍焦距以內，經目鏡第二次放大為正立放大的虛像（此時的正立方向與第-次放大后的實像方向一致，即實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：即線性（直徑或半徑，長度或寬度）放大，而不是面積或體積的放大。總的放大倍數等f物鏡放大的倍數乘以目鏡放大的倍數。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。這就是其他學科和生物學結合的產物，能夠用其他學科內容研究生物學問題，研究生命過程的數學規律。

早期，人們只是利用統計學、幾何學和一些初等的解析方法對生物現象做靜止的、定量的分析。20世紀20年代以后，人們開始建立數學模型,模擬各種生命過程。現在生物數學在生物學各領域如生理學、遺傳學、生態學、分類學等領域中都起著重要的作用，使這些領域的研究水平迅速提高,另一方面，生物數學本身也在解決生物學問題中發展成一獨立的學科。中學生物多個章節的知識與數學關系密切，在題目設計進行知識考查時，作為工具學科數學方法在生物教學中得到廣泛應用，例如：光合作用和呼吸作用中的計算；生物生殖和發育中的計算；遺傳的物質基礎中的計算；生物進化中的計算；生態學中的計算，在這其中，學科交叉應用是非常廣泛的。

總結

物理學家、量子論的創始人M·普朗克也深刻地認識到：“科學是內在的整體，被分解為單獨的部門不是取決于事物的本質，而是取決于人類認識能力的局限性。實際上存在著由物理學到化學、通過生物學和人類學到社會科學的鏈條，這是一個任何一處都不能被打斷的鏈條。”科學上的新理論、新發明的產生，新的工程技術的出現，經常是在學科的邊緣或交叉點上，重視交叉學科將使科學本身向著更深層次和更高水平發展，這是符合自然界存在的客觀規律的。學科交叉大大地推動了科學進步，體現了科學向綜合性發展的趨勢。學科交叉逐漸形成一批交叉學科，這具有歷史性意義。學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。學科交叉是眾多學科之間的相互作用，而交叉形成的理論體系，構成交叉學科；眾多交叉學科構成了交叉科學。惟有從多視角，采取交叉思維的方式，進行跨學科研究，才可能形成正確完整的認識。也只有通過學科交叉，在高中生物實驗課堂中學生們才能更完整全面的汲取知識。