淺談高中生物教材中的化學知識及其處理策略
——以人教生物必修1為例

鄒倩冰

廣東省中山市第一中學(528403)

在新高考的背景下,生物與化學成為了選考科目,與以往將物理、化學和生物學組合成理綜學習不同,雖然學生有了更靈活的選科方式,但是生物學以實驗為基礎的特殊性注定它與化學知識聯系密切。近20年的諾貝爾化學獎中,有10次獲獎研究領域都是生物化學方向,如基因組編輯方法、DNA修復機制研究、G蛋白偶聯受體研究等。此外,《普通高中生物學課程標準(2017年版2020年修訂)》要求,學校開設的課程既要重視對學生學科素養的培養還要重視跨學科素養的培養。這都說明,生物學與化學之間聯系緊密。在高中生物教學中,哪些知識點涉及化學知識,在學科交叉內容上如何處理,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的聯系及其教學策略。

1 高中生物教材中的化學知識

高中生物課程標準指出,自然界作為統一的整體,其中自然科學如物理學、化學、生物學等多門學科在基本的思維方式、原理、研究內容方面有密切的聯系。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系,它們相輔相成,加強學科間的橫向聯系,有利于促進學生對知識的深化理解,有利于學生建立科學的生命觀和系統觀。因此新版生物教材中,增加了學科交叉這一模塊并且以楷體字的形式補充相關的化學基礎內容,以便于學生更好地理解物質的結構及其功能。

生物作為一個系統的物質體,其中不斷發生著各種各樣的生化反應。因此生物學與化學的學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物質和生化反應兩大類。

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

2 高中生物教材中化學知識的處理策略

根據表1可知,高中生物必修1教材中涉及到了許多化學知識,主要是化學教材必修2及選擇性必修3中相關的內容。由于學生在高一上學期就要掌握生物必修1“分子與細胞”中的知識點,而相關的化學知識在下學期才開始學習,部分學生會出現涉及到學科交叉內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、物理等自然科學都是為了研究自然現象而產生的學科,因此學科之間存在交叉聯系不可避免。并且,這些聯系可以更好地解釋自然現象的本質,這是相輔相成的好事。教師要正確看待生物教材中的學科交叉內容,讓理化知識服務于生物內容,分清主次,把控好教學重點。如生物必修1第2章“細胞中的無機物”這一節內容,教材闡述水的功能之一是細胞內良好的溶劑。由于水的分子結構決定了它的特性——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。這樣設計是為了讓學生更好地理解水的功能與特性,教師在講授時應突出水的功能,勿將過多時間和精力放在解釋水分子的結構上,以免把生物課上成化學課。

2.2 巧用類比簡單化

和初中相比,高中階段的生物教學更加注重本質和原理的學習。部分高一學生在學期初還未適應高中的學習方式,當接觸到跨學科知識時,會感到困難和產生退縮情緒。因此,對于生物教材中的化學知識,教師要簡單化處理,采取靈活的教學方式。例如在學習“蛋白質是生命活動的主要承擔者”時,需要學生掌握氨基酸的結構通式,這是本節內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構通式在黑板上邊講解邊畫。結構通式好比人體,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,靠什么來區分不同的人?就是頭部(R基)。這樣學生可以形象地將氨基酸的結構通式記住,并且也為之后氨基酸脫水縮合類比成氨基酸手拉手結合在一起埋下伏筆。

2.3 多重表征好理解

為了讓學生更直觀地學習,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生理解。如講解氨基酸結構時,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,并且會讓學生產生上化學課的錯覺。此時可從學生初中學過的甲烷入手,通過課件和球棍模型結合展示四面體結構,而氨基酸的結構只是氨基、羧基、R基分別取代了其中的3個氫原子,它的空間結構還是四面體。因此氨基酸的結構通式中4個基團的位置是可以變換的。

2.4 善用跨學科前概念

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

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