高中生物教学中渗透化学知识的尝试

张娜+张盼

还原糖的鉴定实验是高中生物的一个重要实验，也是考查学生实验能力的热点。如下面的选择题：某人进行有关酶特性的实验，操作如下表所示。

预计三支试管的颜色变化分别是（ ）。

A.Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ均为砖红色

B.Ⅰ、Ⅲ为无色；Ⅱ为砖红色

C.Ⅰ、Ⅲ为蓝色；Ⅱ为砖红色

D.Ⅰ、Ⅲ为砖红色；Ⅱ为无色

大多数学生错选了B项，说明这部分学生对实验所用的斐林试剂的作用原理的理解存在错误。斐林试剂的作用原理是：CuSO4溶液与NaOH溶液反应生成Cu（OH）2沉淀，而Cu（OH）2呈蓝色，具有氧化性，与还原糖中具有还原性的醛基反应，生成砖红色的Cu2O。该反应原理在高中生物学科和化学学科中都出现过；实验所用的CuSO4溶液与NaOH溶液也是高中化学实验中的常见试剂。在讲评这道题时，笔者转换了教学思路，让学生从化学的角度来思考：斐林试剂的有效成分是Cu（OH）2，它呈现什么颜色？它被还原糖的醛基还原后的产物又是什么颜色？学生结合自己已有的化学知识，很容易想到Ⅰ、Ⅲ溶液为蓝色，Ⅱ中发生了氧化还原反应，生成了砖红色沉淀。

在这道题的处理中我意识到，从数学、物理、化学等其他学科的角度来解释生物学科的难点知识，学生更容易理解和接受，具有事半功倍的效果，同时还能激发学生的学习兴趣，培养学生的知识迁移能力、问题分析解决能力。高中生物中的“细胞的物质基础”“细胞代谢”部分涉及了大量的生物化学知识，在教学这部分内容时我进行了以下的尝试。

1.从反应速率角度解读温度对酶活性的作用曲线

酶是“细胞代谢”部分的重要概念。酶是活细胞产生的具有生物催化作用的有机物，大多数是蛋白质，少数是RNA。酶发挥作用需要一定的条件，如温度、酸碱度等都会影响酶活性（酶对化学反应的催化效率称为酶活性）。

以往学习温度对酶活性的影响时，笔者通常让学生设计实验步骤、预期实验结果；然后给出具体的实验数据，让学生分析数据得出酶活性随温度的变化趋势；最后引导学生绘制出温度对酶活性的影响曲线。这样教学，学生虽然能识别温度对酶活性的影响曲线，但不理解为什么会出现这样的变化趋势和最适温度时酶活性最大。此时，可结合化学反应速率的相关知识对此进行如下解释：当温度升高时，与一般化学反应一样，酶促反应速率加快。同时，由于大多数酶是蛋白质，随着温度的升高，蛋白质逐渐变性失活，引起酶促反应速率下降。如果用酶促反应速率对反应温度作图，在这两方面的作用下，酶活性随温度的变化曲线为钟罩形（如图1），即当反应温度达到最适温度之前，随反应温度升高酶活性增加；当反应温度达最适温度时酶活性最大；当反应温度超过最适温度后，酶活性随反应温度增大而降低（曲线的最大值为酶的最适温度）。这样结合化学知识进行讲解，学生一目了然，教学效果非常好。

2.从化学组成角度比较脂肪和糖原

“糖类和脂质的种类和功能”是高中生物“细胞的结构基础”部分的一个重点内容。糖类是主要的能源物质，脂质中的脂肪是细胞内良好的储能物质，糖类和脂肪均由碳、氢、氧三种元素组成。习题中经常出现将糖原和脂肪进行比较的选项，比较的方向包括等质量的糖原和脂肪中各种原子比例的高低、完全氧化分解时释放能量的多少等。

【例1】 （2010年全国高考新课标卷第2题）下列关于呼吸作用的叙述，正确的是（ ）。

A.无氧呼吸的终产物是丙酮酸

B.有氧呼吸产生的[H]在线粒体基质中与氧结合生成水

C.无氧呼吸不需要O2的参与。该过程最终有[H]的积累

D.质量相同时，脂肪比糖原有氧氧化释放的能量多

教材中只介绍了1克糖原氧化分解释放出约17kJ的能量，1克脂肪可以放出约39kJ的能量。对于大多数学生来说，记住这组数据是困难且没有意义的。对此，笔者采用了这样的教学策略：介绍脂肪的化学本质——甘油三酯，然后让学生阅读高中化学选修5“有机化学基础”中的油脂部分，学生由教材中脂肪酸的分子式可以知道脂肪中碳原子、氢原子所占比例较大。学生再阅读教材中的糖类部分，由淀粉、纤维素的分子式[C6H7O2（OH）3]n可知，多个多糖中碳原子、氢原子所占比例较小，氧原子所占比例较大，糖原和淀粉、纤维素均是由葡萄糖脱水聚合形成的，应用类比推理法可知糖原也有以上性质。在燃烧时，糖原和脂肪中的碳原子与氧原子结合最终生成二氧化碳，氢原子与氧原子结合最终生成水，等质量脂肪因为氧原子含量较少，故需要更多氧气，生成的水多，释放出的能量也多。与糖原相比，每克脂肪储存的能量更多，是良好的储能物质。这样，学生对相关知识理解就显得轻松、容易多了。

3.结合化学知识选择实验材料及设计实验方案

“实验与探究能力”的一个考查方向就是考查学生对教材实验的目的、原理、方法和操作步骤的理解，并能将这些实验涉及的方法和技能进行综合运用。

【例2】 （2013年江苏省高考生物卷第23题）为了探究温度、pH对酶活性的影响，下列实验设计不合理的是（ ）。

A.实验① B.实验② C.实验③ D.实验④

方案①中，新鲜的肝脏研磨液含有过氧化氢酶，可以分解过氧化氢，其活性受到温度的影响，但温度在影响酶活性的同时也在影响反应物过氧化氢，学生在化学学习中知道过氧化氢受热分解，可以判断A不正确。方案③中，蔗糖酶不能催化淀粉水解，因此无法达到实验目的。方案④中，淀粉酶催化淀粉水解生成葡萄糖等还原糖，但该方案中选择斐林试剂来鉴定还原糖是不合适的。在人民教育出版社出版的高中化学教科书选修5“乙醛的性质”部分，学生学过以下方程式：CH3CHO+2Cu（OH）2+NaOH=CH3COONa+Cu2O↓+3H2O，

该反应所需的氢氧化铜在化学教材中有明确的制备方法：在试管里注入10%NaOH溶液2mL，再滴入2%CuSO4溶液4～5滴，振荡。由此可知：该反应需在碱过量的条件下完成，因此用斐林试剂来检测不同pH下还原糖的产生量是不合适的。

综上可知，在生物教学中渗透化学知识要注意以下几个问题。

第一，要注意“度”和“量”。在生物教学中渗透化学知识的目的是为了帮助学生更好地理解生物知识，调动学生的学习积极性，提高学生的迁移能力，因此要注意“度”和“量”。文中例1的教学目的是使学生理解脂肪的各种原子比例与糖原的区别，应用的化学知识是学生在化学课上学过的，学生容易接受；而等质量糖原和脂肪为什么所含能量不同则涉及了分子势能等问题，没有必要在高中生物课堂上讲解。

第二，要熟悉学生的理科知识结构。教师在学科之间的相互渗透中要选择好切入的时间和内容。如果学生没有有关的化学知识储备，生物教师却运用了这些知识，可能会增加学生的理解障碍。这就需要生物教师熟悉生物教材和化学教材有关内容的编排顺序和学生已具备的理科知识结构，找好新知识的“生长点”，创设好问题情境，调动学生的积极性和激发学生的创造力，使学生能更深刻地理解所学知识，提高自己的知识迁移能力和问题分析解决能力。

参考文献

[1]严兵.化学知识应用于中学生物教学时应注意的三个问题[J].抚州师专学报，1992（3）：131-134.

[2]朱玉佩.理科知识相互渗透教学初探[J].浙江师范大学学报（自然科学版），2001（1）：104-105.endprint

还原糖的鉴定实验是高中生物的一个重要实验，也是考查学生实验能力的热点。如下面的选择题：某人进行有关酶特性的实验，操作如下表所示。

预计三支试管的颜色变化分别是（ ）。

A.Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ均为砖红色

B.Ⅰ、Ⅲ为无色；Ⅱ为砖红色

C.Ⅰ、Ⅲ为蓝色；Ⅱ为砖红色

D.Ⅰ、Ⅲ为砖红色；Ⅱ为无色

大多数学生错选了B项，说明这部分学生对实验所用的斐林试剂的作用原理的理解存在错误。斐林试剂的作用原理是：CuSO4溶液与NaOH溶液反应生成Cu（OH）2沉淀，而Cu（OH）2呈蓝色，具有氧化性，与还原糖中具有还原性的醛基反应，生成砖红色的Cu2O。该反应原理在高中生物学科和化学学科中都出现过；实验所用的CuSO4溶液与NaOH溶液也是高中化学实验中的常见试剂。在讲评这道题时，笔者转换了教学思路，让学生从化学的角度来思考：斐林试剂的有效成分是Cu（OH）2，它呈现什么颜色？它被还原糖的醛基还原后的产物又是什么颜色？学生结合自己已有的化学知识，很容易想到Ⅰ、Ⅲ溶液为蓝色，Ⅱ中发生了氧化还原反应，生成了砖红色沉淀。

在这道题的处理中我意识到，从数学、物理、化学等其他学科的角度来解释生物学科的难点知识，学生更容易理解和接受，具有事半功倍的效果，同时还能激发学生的学习兴趣，培养学生的知识迁移能力、问题分析解决能力。高中生物中的“细胞的物质基础”“细胞代谢”部分涉及了大量的生物化学知识，在教学这部分内容时我进行了以下的尝试。

1.从反应速率角度解读温度对酶活性的作用曲线

酶是“细胞代谢”部分的重要概念。酶是活细胞产生的具有生物催化作用的有机物，大多数是蛋白质，少数是RNA。酶发挥作用需要一定的条件，如温度、酸碱度等都会影响酶活性（酶对化学反应的催化效率称为酶活性）。

以往学习温度对酶活性的影响时，笔者通常让学生设计实验步骤、预期实验结果；然后给出具体的实验数据，让学生分析数据得出酶活性随温度的变化趋势；最后引导学生绘制出温度对酶活性的影响曲线。这样教学，学生虽然能识别温度对酶活性的影响曲线，但不理解为什么会出现这样的变化趋势和最适温度时酶活性最大。此时，可结合化学反应速率的相关知识对此进行如下解释：当温度升高时，与一般化学反应一样，酶促反应速率加快。同时，由于大多数酶是蛋白质，随着温度的升高，蛋白质逐渐变性失活，引起酶促反应速率下降。如果用酶促反应速率对反应温度作图，在这两方面的作用下，酶活性随温度的变化曲线为钟罩形（如图1），即当反应温度达到最适温度之前，随反应温度升高酶活性增加；当反应温度达最适温度时酶活性最大；当反应温度超过最适温度后，酶活性随反应温度增大而降低（曲线的最大值为酶的最适温度）。这样结合化学知识进行讲解，学生一目了然，教学效果非常好。

2.从化学组成角度比较脂肪和糖原

“糖类和脂质的种类和功能”是高中生物“细胞的结构基础”部分的一个重点内容。糖类是主要的能源物质，脂质中的脂肪是细胞内良好的储能物质，糖类和脂肪均由碳、氢、氧三种元素组成。习题中经常出现将糖原和脂肪进行比较的选项，比较的方向包括等质量的糖原和脂肪中各种原子比例的高低、完全氧化分解时释放能量的多少等。

【例1】 （2010年全国高考新课标卷第2题）下列关于呼吸作用的叙述，正确的是（ ）。

A.无氧呼吸的终产物是丙酮酸

B.有氧呼吸产生的[H]在线粒体基质中与氧结合生成水

C.无氧呼吸不需要O2的参与。该过程最终有[H]的积累

D.质量相同时，脂肪比糖原有氧氧化释放的能量多

教材中只介绍了1克糖原氧化分解释放出约17kJ的能量，1克脂肪可以放出约39kJ的能量。对于大多数学生来说，记住这组数据是困难且没有意义的。对此，笔者采用了这样的教学策略：介绍脂肪的化学本质——甘油三酯，然后让学生阅读高中化学选修5“有机化学基础”中的油脂部分，学生由教材中脂肪酸的分子式可以知道脂肪中碳原子、氢原子所占比例较大。学生再阅读教材中的糖类部分，由淀粉、纤维素的分子式[C6H7O2（OH）3]n可知，多个多糖中碳原子、氢原子所占比例较小，氧原子所占比例较大，糖原和淀粉、纤维素均是由葡萄糖脱水聚合形成的，应用类比推理法可知糖原也有以上性质。在燃烧时，糖原和脂肪中的碳原子与氧原子结合最终生成二氧化碳，氢原子与氧原子结合最终生成水，等质量脂肪因为氧原子含量较少，故需要更多氧气，生成的水多，释放出的能量也多。与糖原相比，每克脂肪储存的能量更多，是良好的储能物质。这样，学生对相关知识理解就显得轻松、容易多了。

3.结合化学知识选择实验材料及设计实验方案

“实验与探究能力”的一个考查方向就是考查学生对教材实验的目的、原理、方法和操作步骤的理解，并能将这些实验涉及的方法和技能进行综合运用。

【例2】 （2013年江苏省高考生物卷第23题）为了探究温度、pH对酶活性的影响，下列实验设计不合理的是（ ）。

A.实验① B.实验② C.实验③ D.实验④

方案①中，新鲜的肝脏研磨液含有过氧化氢酶，可以分解过氧化氢，其活性受到温度的影响，但温度在影响酶活性的同时也在影响反应物过氧化氢，学生在化学学习中知道过氧化氢受热分解，可以判断A不正确。方案③中，蔗糖酶不能催化淀粉水解，因此无法达到实验目的。方案④中，淀粉酶催化淀粉水解生成葡萄糖等还原糖，但该方案中选择斐林试剂来鉴定还原糖是不合适的。在人民教育出版社出版的高中化学教科书选修5“乙醛的性质”部分，学生学过以下方程式：CH3CHO+2Cu（OH）2+NaOH=CH3COONa+Cu2O↓+3H2O，

该反应所需的氢氧化铜在化学教材中有明确的制备方法：在试管里注入10%NaOH溶液2mL，再滴入2%CuSO4溶液4～5滴，振荡。由此可知：该反应需在碱过量的条件下完成，因此用斐林试剂来检测不同pH下还原糖的产生量是不合适的。

综上可知，在生物教学中渗透化学知识要注意以下几个问题。

第一，要注意“度”和“量”。在生物教学中渗透化学知识的目的是为了帮助学生更好地理解生物知识，调动学生的学习积极性，提高学生的迁移能力，因此要注意“度”和“量”。文中例1的教学目的是使学生理解脂肪的各种原子比例与糖原的区别，应用的化学知识是学生在化学课上学过的，学生容易接受；而等质量糖原和脂肪为什么所含能量不同则涉及了分子势能等问题，没有必要在高中生物课堂上讲解。

第二，要熟悉学生的理科知识结构。教师在学科之间的相互渗透中要选择好切入的时间和内容。如果学生没有有关的化学知识储备，生物教师却运用了这些知识，可能会增加学生的理解障碍。这就需要生物教师熟悉生物教材和化学教材有关内容的编排顺序和学生已具备的理科知识结构，找好新知识的“生长点”，创设好问题情境，调动学生的积极性和激发学生的创造力，使学生能更深刻地理解所学知识，提高自己的知识迁移能力和问题分析解决能力。

参考文献

[1]严兵.化学知识应用于中学生物教学时应注意的三个问题[J].抚州师专学报，1992（3）：131-134.

[2]朱玉佩.理科知识相互渗透教学初探[J].浙江师范大学学报（自然科学版），2001（1）：104-105.endprint

还原糖的鉴定实验是高中生物的一个重要实验，也是考查学生实验能力的热点。如下面的选择题：某人进行有关酶特性的实验，操作如下表所示。

预计三支试管的颜色变化分别是（ ）。

A.Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ均为砖红色

B.Ⅰ、Ⅲ为无色；Ⅱ为砖红色

C.Ⅰ、Ⅲ为蓝色；Ⅱ为砖红色

D.Ⅰ、Ⅲ为砖红色；Ⅱ为无色

大多数学生错选了B项，说明这部分学生对实验所用的斐林试剂的作用原理的理解存在错误。斐林试剂的作用原理是：CuSO4溶液与NaOH溶液反应生成Cu（OH）2沉淀，而Cu（OH）2呈蓝色，具有氧化性，与还原糖中具有还原性的醛基反应，生成砖红色的Cu2O。该反应原理在高中生物学科和化学学科中都出现过；实验所用的CuSO4溶液与NaOH溶液也是高中化学实验中的常见试剂。在讲评这道题时，笔者转换了教学思路，让学生从化学的角度来思考：斐林试剂的有效成分是Cu（OH）2，它呈现什么颜色？它被还原糖的醛基还原后的产物又是什么颜色？学生结合自己已有的化学知识，很容易想到Ⅰ、Ⅲ溶液为蓝色，Ⅱ中发生了氧化还原反应，生成了砖红色沉淀。

在这道题的处理中我意识到，从数学、物理、化学等其他学科的角度来解释生物学科的难点知识，学生更容易理解和接受，具有事半功倍的效果，同时还能激发学生的学习兴趣，培养学生的知识迁移能力、问题分析解决能力。高中生物中的“细胞的物质基础”“细胞代谢”部分涉及了大量的生物化学知识，在教学这部分内容时我进行了以下的尝试。

1.从反应速率角度解读温度对酶活性的作用曲线

酶是“细胞代谢”部分的重要概念。酶是活细胞产生的具有生物催化作用的有机物，大多数是蛋白质，少数是RNA。酶发挥作用需要一定的条件，如温度、酸碱度等都会影响酶活性（酶对化学反应的催化效率称为酶活性）。

以往学习温度对酶活性的影响时，笔者通常让学生设计实验步骤、预期实验结果；然后给出具体的实验数据，让学生分析数据得出酶活性随温度的变化趋势；最后引导学生绘制出温度对酶活性的影响曲线。这样教学，学生虽然能识别温度对酶活性的影响曲线，但不理解为什么会出现这样的变化趋势和最适温度时酶活性最大。此时，可结合化学反应速率的相关知识对此进行如下解释：当温度升高时，与一般化学反应一样，酶促反应速率加快。同时，由于大多数酶是蛋白质，随着温度的升高，蛋白质逐渐变性失活，引起酶促反应速率下降。如果用酶促反应速率对反应温度作图，在这两方面的作用下，酶活性随温度的变化曲线为钟罩形（如图1），即当反应温度达到最适温度之前，随反应温度升高酶活性增加；当反应温度达最适温度时酶活性最大；当反应温度超过最适温度后，酶活性随反应温度增大而降低（曲线的最大值为酶的最适温度）。这样结合化学知识进行讲解，学生一目了然，教学效果非常好。

2.从化学组成角度比较脂肪和糖原

“糖类和脂质的种类和功能”是高中生物“细胞的结构基础”部分的一个重点内容。糖类是主要的能源物质，脂质中的脂肪是细胞内良好的储能物质，糖类和脂肪均由碳、氢、氧三种元素组成。习题中经常出现将糖原和脂肪进行比较的选项，比较的方向包括等质量的糖原和脂肪中各种原子比例的高低、完全氧化分解时释放能量的多少等。

【例1】 （2010年全国高考新课标卷第2题）下列关于呼吸作用的叙述，正确的是（ ）。

A.无氧呼吸的终产物是丙酮酸

B.有氧呼吸产生的[H]在线粒体基质中与氧结合生成水

C.无氧呼吸不需要O2的参与。该过程最终有[H]的积累

D.质量相同时，脂肪比糖原有氧氧化释放的能量多

教材中只介绍了1克糖原氧化分解释放出约17kJ的能量，1克脂肪可以放出约39kJ的能量。对于大多数学生来说，记住这组数据是困难且没有意义的。对此，笔者采用了这样的教学策略：介绍脂肪的化学本质——甘油三酯，然后让学生阅读高中化学选修5“有机化学基础”中的油脂部分，学生由教材中脂肪酸的分子式可以知道脂肪中碳原子、氢原子所占比例较大。学生再阅读教材中的糖类部分，由淀粉、纤维素的分子式[C6H7O2（OH）3]n可知，多个多糖中碳原子、氢原子所占比例较小，氧原子所占比例较大，糖原和淀粉、纤维素均是由葡萄糖脱水聚合形成的，应用类比推理法可知糖原也有以上性质。在燃烧时，糖原和脂肪中的碳原子与氧原子结合最终生成二氧化碳，氢原子与氧原子结合最终生成水，等质量脂肪因为氧原子含量较少，故需要更多氧气，生成的水多，释放出的能量也多。与糖原相比，每克脂肪储存的能量更多，是良好的储能物质。这样，学生对相关知识理解就显得轻松、容易多了。

3.结合化学知识选择实验材料及设计实验方案

“实验与探究能力”的一个考查方向就是考查学生对教材实验的目的、原理、方法和操作步骤的理解，并能将这些实验涉及的方法和技能进行综合运用。

【例2】 （2013年江苏省高考生物卷第23题）为了探究温度、pH对酶活性的影响，下列实验设计不合理的是（ ）。

A.实验① B.实验② C.实验③ D.实验④

方案①中，新鲜的肝脏研磨液含有过氧化氢酶，可以分解过氧化氢，其活性受到温度的影响，但温度在影响酶活性的同时也在影响反应物过氧化氢，学生在化学学习中知道过氧化氢受热分解，可以判断A不正确。方案③中，蔗糖酶不能催化淀粉水解，因此无法达到实验目的。方案④中，淀粉酶催化淀粉水解生成葡萄糖等还原糖，但该方案中选择斐林试剂来鉴定还原糖是不合适的。在人民教育出版社出版的高中化学教科书选修5“乙醛的性质”部分，学生学过以下方程式：CH3CHO+2Cu（OH）2+NaOH=CH3COONa+Cu2O↓+3H2O，

该反应所需的氢氧化铜在化学教材中有明确的制备方法：在试管里注入10%NaOH溶液2mL，再滴入2%CuSO4溶液4～5滴，振荡。由此可知：该反应需在碱过量的条件下完成，因此用斐林试剂来检测不同pH下还原糖的产生量是不合适的。

综上可知，在生物教学中渗透化学知识要注意以下几个问题。

第一，要注意“度”和“量”。在生物教学中渗透化学知识的目的是为了帮助学生更好地理解生物知识，调动学生的学习积极性，提高学生的迁移能力，因此要注意“度”和“量”。文中例1的教学目的是使学生理解脂肪的各种原子比例与糖原的区别，应用的化学知识是学生在化学课上学过的，学生容易接受；而等质量糖原和脂肪为什么所含能量不同则涉及了分子势能等问题，没有必要在高中生物课堂上讲解。

第二，要熟悉学生的理科知识结构。教师在学科之间的相互渗透中要选择好切入的时间和内容。如果学生没有有关的化学知识储备，生物教师却运用了这些知识，可能会增加学生的理解障碍。这就需要生物教师熟悉生物教材和化学教材有关内容的编排顺序和学生已具备的理科知识结构，找好新知识的“生长点”，创设好问题情境，调动学生的积极性和激发学生的创造力，使学生能更深刻地理解所学知识，提高自己的知识迁移能力和问题分析解决能力。

参考文献

[1]严兵.化学知识应用于中学生物教学时应注意的三个问题[J].抚州师专学报，1992（3）：131-134.

[2]朱玉佩.理科知识相互渗透教学初探[J].浙江师范大学学报（自然科学版），2001（1）：104-105.endprint