高中理科综合学习中化学与生物学的差异性描述问题探讨

董向文

[摘   要]高考理科综合试卷中经常出现化学与生物学内容交叉的情况，有部分知识两学科存在差异性描述，如酶、斐林试剂与新制氢氧化铜悬浮液、多肽和蛋白质等。从不同学科、不同角度探讨化学与生物学的差异性描述问题，有助于培养学生深度学习和科学探究的能力。

[关键词]化学;生物学;理科综合;差异性描述

[中图分类号]   G633.8        [文献标识码]   A        [文章编号]   1674-6058（2019）32-0054-02

在2018年普通高等学校招生全国统一考试中，理科综合全国Ⅰ卷选择题化学部分出现了这样一道题目：

8.下列说法错误的是（）。

A.蔗糖、果糖和麦芽糖均为双糖

B.酶是一种具有高选择性能的蛋白质

C.植物油含不饱和脂肪酸酯，能使 Br2/CCl4褪色

D.淀粉和纤维素水解的最终产物为葡萄糖

题目一出，在全国引起了轩然大波，很多教师对此提出了看法。有的认为题目不严谨，A、B项均可选;有的认为该题为化学试题，B选项的描述没有问题，所以仅选A。最终各省考试院统一口径，选A或B均可得分。

但是问题并没有从根本上得到解决，在高考理科综合考试中，仍存在化学与生物学在不同物质或不同知识上的差异性描述问题。本文拟从两个方面对这一现象进行探讨。

一、化学与生物学差异性描述的由来

化学与生物学这两门学科形成的时间并不长。在人类历史上，绝大部分时间都是多门学科混杂在一起的，并没有明显的学科分界线，也没有学科的概念。随着人类对世界和自然的不断认识，逐渐产生了自然科学研究，于是在很早以前形成了一门学科——博物学，我们所熟知的达尔文，就是博物学家。博物学是自然科学研究的鼻祖，也是化学与生物学之母。

20世纪以后，随着人类对自然的认识越来越丰富，学科之间也分得越来越细，庞大的博物学，最终根据它的内在特征和研究方向，分为研究物体的物理、研究物质的化学和研究物种的生物学以及其他现在常见的学科。由于化学与生物学本出同源，很多的物质和知识都在化学和生物学中大量使用，但随着学科的渐行渐远，最终产生了一些对同一物质或知识的差异性描述，导致学生在学习和考试中出现差错。

二、中学化学与生物学常见的差异性描述

中学化学与生物学是学习化学和生物学的入门阶段，学生的认知程度有限，教材过分浅显，教师钻研的深度不够，都会导致学生学习上的迷惘和困惑。下面对高中理科综合学习中常见的化学与生物学的差异性描述问题进行归纳和探讨。

1.酶

2018年全国Ⅰ卷理科综合中出现的差异性描述问题集中在化学与生物学对酶的描述上。人教版化学必修2第81页是这样描述的：“酶是一类特殊的蛋白质，是生物体内重要的催化剂。”[1]苏教版化学必修2第78页则提到：“酶是一类具有催化作用的蛋白质。”[2]鲁科版化学必修2对酶的定义没有专门的叙述。因此，很多教师据此提出文章开头提及的高考题没有错，酶就是一种蛋白质。

可是在三个版本的化学选修教材中，对酶的叙述却和必修部分不一样。人教版化学选修5第91页提到：“酶是一类……具有催化作用的有机物，其中绝大多数是蛋白质。”[3]苏教版化学选修《有机化学基础》第107页提到：“酶是由活细胞产生的一类具有催化功能的生物分子，绝大多数的酶是蛋白质。”[4]鲁科版化学选修《有机化学基础》第89页提到：“酶是一种高效的生物催化剂……，大多数酶都属于蛋白质。”[5]可见，即使是中学化学教材，也没有否认部分酶不是蛋白质。

在这一方面，人教版生物必修1第81页有一个“资料分析”，专门叙述了“关于酶本质的探索”，从最初人类认为生物催化作用是化學过程，和生物无关，到后面认为是细胞起催化作用，再到推测酶是蛋白质，最终在20世纪80年代，科学家发现了少数RNA也具有催化作用。

因此，两个学科对酶的定义并没有歧义，我们认为，现代科学对酶的定义可归纳为“一种高效的生物催化剂，其中绝大多数是蛋白质，也有一些是RNA”，这样才更加精确。

2.斐林试剂与新制氢氧化铜悬浊液

在高中化学教材中，检验醛基的还原性使用的是银氨溶液或者新制氢氧化铜悬浊液，其中新制氢氧化铜悬浊液使用方便，效果明显，成功率高，很受学生的喜欢。而在糖类的学习中，检验还原性糖，主要就是检验糖分子中存在的醛基，因此使用的也是新制氢氧化铜悬浊液。

但是生物教材中却是用一种叫“斐林试剂”的药品来检验还原性糖的。那么什么是“斐林试剂”呢？斐林试剂是德国化学家斐林在1849年发明的，常用于鉴定可溶性还原性糖的存在。使用时准备两支试管，一支装甲液（0.1 g/mL NaOH溶液），另一支装乙液（0.05 g/mL CuSO4溶液），将甲、乙两液等量混合均匀（即现配现用——新制），接着再注入还原性糖，加热后出现砖红色沉淀。

由此可见，斐林试剂就是化学上使用的新制氢氧化铜悬浊液，它们是一个物质的不同名称。由于新制氢氧化铜悬浊液（斐林试剂）在检验醛基上的显著作用，学生在化学和生物学的学习中都必须认真地掌握。

我们还发现，生物教材中常用到的双缩脲试剂与新制氢氧化铜悬浊液相似，极易混淆。它也使用两支试管，分别盛装0.1 g/mL NaOH溶液（A液）和0.01 g/mL CuSO4溶液（B液），但是在使用时先加A液1 mL，摇匀;再加B液3～4滴，摇匀，而且不需加热，现象是溶液变紫色。可见，双缩脲试剂其实是分别利用 NaOH和CuSO4的性质，逐步反应，用于鉴定蛋白质，与新制氢氧化铜悬浊液有本质上的区别。

3. 多肽和蛋白质

关于蛋白质，教材提到最多的是：蛋白质水解的最终产物是氨基酸，而氨基酸之间通过缩合生成多肽。现在新的问题就出现了：到底什么是多肽？什么是蛋白质？多肽和蛋白质有什么区别和联系？

在现行三个版本的化学必修教材中均没有对多肽进行描述，只有苏教版化学必修2提了一句：“在一定条件下，氨基酸之间能发生反应，合成更复杂的化合物（多肽），构成蛋白质。”（第78页）[2]但对此并没有更多的解释。

而在选修教材中，人教版化学选修5提到：“多种氨基酸分子按不同的排列顺序以肽键相互结合，可以形成千百万种具有不同的理化性质和生理活性的多肽链。相对分子质量在10000以上的，并具有一定空间结构的多肽，称为蛋白质。”（第87页）[3]苏教版化学选修《有机化学基础》则专门提到：“蛋白质和多肽都是由氨基酸构成的有机化合物，它们之间没有严格的界限。”（第103页）[4]鲁科版化学选修《有机化学基础》没有对多肽和蛋白质的不同进行描述。

但是三个版本的化学选修教材均介绍了蛋白质的空间结构，详细地点出了氨基酸分子脱水形成多肽时，是按照一定的线性顺序进行的，按这种顺序形成的是蛋白质的一级结构，再经过多肽链的折叠、卷曲，氢键、二硫键等的结合，最终形成蛋白质的四级结构，从而具备理化性质和生理活性。

高中生物教材中对多肽和蛋白质的描述与化学选修教材差不多，也提到：“多肽通常呈鏈状结构，叫作肽链。肽链能盘曲、折叠，形成有一定空间结构的蛋白质分子。许多蛋白质分子含有几条肽链……”（人教版生物必修1第22页）[6]并在“知识链接”中指出蛋白质中氨基酸的排列顺序，是由细胞核中贮存的遗传信息决定的。

由此我们可以得出结论：从相对分子质量来看，虽然多肽相对分子质量小一些，蛋白质大一些，但没有明显的本质区别;从结构看，它们之间还是有较大差别的，多肽结构简单，通常呈链状，蛋白质则结构复杂，而且不同的蛋白质分子和不同的多肽链也有很大的区别。因此，如果简单地说蛋白质比多肽分子大也是错误的。

综上，化学和生物学在对同一物质或知识的描述上存在一定的差异，是因为化学主要研究物质的组成、结构与性质，而生物学主要研究物质在生命活动中的作用，研究方向不同，着重点就不同，虽然它们本出同源，但在不断的发展中自然就会产生一定的差异。因此在指导学生学习时，教师应博采众长，从不同学科、不同角度进行深入探讨，培养学生深度学习和科学探究的能力。

[  参   考   文   献  ]

[1]  宋心琦.普通高中课程标准实验教科书·化学（必修2）[M].北京：人民教育出版社，2007.

[2]  王祖浩.普通高中课程标准实验教科书·化学（必修2）[M].南京：江苏教育出版社，2015.

[3]  宋心琦.普通高中课程标准实验教科书·化学（选修5）[M].北京：人民教育出版社，2007.

[4]  王祖浩.普通高中课程标准实验教科书·化学（有机化学基础·选修）[M].南京：江苏教育出版社，2014.

[5]  王  磊，陈光巨.普通高中课程标准实验教科书·化学（有机化学基础·选修）[M].济南：山东科学技术出版社，2011.

[6]  朱正威，赵占良.普通高中课程标准实验教科书·生物（必修1）[M].北京：人民教育出版社，2007.

（责任编辑 罗   艳）