高中生物实验教学谈学科交叉的重要性及运用

王成海

（武威市天祝藏族自治县第二中学 甘肃 天祝 733299）

在生物学中普遍用数学的方法研究生物学问题，研究生命过程的数学规律，以此为依托发展起来的数学生物学是一门以实验为基础的独立学科，具有很强的实践性和科学的严谨性。匡廷云院士认为，学科交叉是“跨学科”研究活动，其结果导致的知识体系构成了学科交叉。

1.学科交叉的重要性

通过高中生物实验教学可以提高学生的学习迁移能力，从而培养和提高学生的综合能力。例如，在“检测生物组织中糖类、脂肪和蛋白质”实验中，教师应提醒学生在水浴加热时，试管底部不可触及烧杯底，以防止试管受热不均匀而爆裂；并提醒学生试管口不能够朝向自己或他人，防止沸腾的溶液冲出试管造成烫伤。学生在随后的化学实验中也会自然而然的有所注意。这就是高中生物实验教学对高中化学实验的正迁移，在实验过程中，无意识地进行了学科之间的渗透，潜移默化地提高了学生的综合能力。

高中生物实验教学并不仅仅以生物学知识为教学内容，其中也包含了许多其他学科的知识内容。例如，“绿叶中色素的提取和分离”实验中实验操作及器皿的使用，涉及是化学实验的教学内容；“细胞大小与物质运输的关系”实验蕴含了物理知识；“探究影响酶活性的条件”实验中的图表绘制是对数学中统计学的反映。在实验的过程中，学生能将新的知识与原有的知识体系进行重新汇总、构建，融会贯通，从而实现综合能力的提高。

在高中生物实验教学中，为提高学生的综合能斗力，为学生今后的进一步学习打好基础，创造更丰富的知识容量，教师应充分整合本学科与相关学科的教学内容，通过巧妙的学科知识渗透将多学科知识穿插内b融合，让学生做到举一反三，触类旁通。只有教师善于观察和挖掘，并丰富自己的教学内容和实验方法，K 在教学过程中寻找合适的切入点，实施渗透教学促进学生学习，才能最大限度地提高学生的综合能力。在课堂上，教师应根据不同的课型采取不同的教学方法，思维方法训练要灵活。在解决生物问题过程中，教师应引导学生，从不角度、不同侧面去分析问题，做到一题多思，一题多变，一题多解,多题一解，教师应当有目的对学生进行各种思维训练。

著名物理学家海森伯认为：“在人类思想史上，重大成果的发现常常发生在两条不同的思维路线的交叉点上。”1986年，诺贝尔基金会主席在颁奖致词中说：“从近几年诺贝尔奖获得者的人选可明显看到，物理学和化学之间，旧的学术界限已在不同的方面被突破。它们不仅相互交叉，而且形成了没有鲜明界限的连续区，甚至在生物学和医学等其它学科，也发生了同样的关系。”DNA双螺旋结构的分子模型建立于1953年，是当代学科交叉研究的结晶。这也是L.C.波林、生物学家J.D.沃森、物理学家F.H.C.克里克、R.富兰克林和M.H.F.威尔金斯等合作的结果。高中生物实验教学是各个学科所学知识及能力的充分体现，如问题分析、实验思路归纳、动手操作、团队合作和探讨交流等。这些过程不断强化学生的各项智能，使之协调发展。因此，在教学过程中，教师不能将教育目标和内容局限化，要注重学科之间的交叉渗透，发现和发展学生的优势和特长，不断提高他们的综合能力。

2.学科交叉的运用

在高中生物学教学中会经常碰到生物学与物理、化学等学科交叉的内容，这些学科交叉的内容综合性较强，如果没有一定的多学科基础作为支撑，是难以在这些方面有所突破有所提高的。为了切实解决综合性的生物学难点，提高学科交叉题型的解题技巧与能力，下面结合几个例题来谈谈学科交叉在生物学解题上的应用。这是一道生物与化学中化学反应和结构式的学科交叉在解题中的应用：

例.双缩脲试剂可以鉴定蛋白质，是由于蛋白质有（ ）

A.肽键 B.氨基酸 C.羧基 D.氨基

解析：首先要区别双缩脲试剂和双缩脉，然后是双缩脲反应。双缩脲试剂的成分是质量浓度为0.lg/m的氢氧化钠溶液和质量浓度为0.01g/mL的硫酸铜溶液（都是无机物）双缩脲NHL-CO-NH-C0-NHI是由2分子尿素（NH-C0-NHE）失去1分子氨后的缩合产物（有机物）。双缩脲反应是指具有两个或两个以上肽键的化合物在碱性条件下与Cu反应，生成红紫色的络合物。由于蛋白质分子中含有很多与双缩保结构相似的肽键，也能发生双缩脲反应，因此，蛋白质中的双缩服（HLNOC ANIF-CONt） 结构在碱性溶液（NaOE）中与硫酸铜溶液中的r作用，发生颜色反应形成紫色的络合物。所以双缩照试剂可以签定蛋白质是由于蛋白质中有很多与双缩脲结构相似的肽键，答案选A.另外要注意双缩脲试剂与斐林试剂尽管成分相同，但二者的溶液浓度、使用方法及原理不同。斐林试剂用来检验生物组织中可溶性的还原糖（还原糖是指具有还原性的糖类，在糖类分子中含有游离醛基或酮基的单糖和含有游离醛基的二糖都具有还原性，葡萄糖分子中含有游离醛基，果糖分子中含有游离酮基，乳糖和麦芽糖分子中含有游离的醛基，故它们都是还原糖） .斐林试剂由质量浓度为0.1g/mL. 的氢氧化钠溶液和质量浓度为0.05 g/mL.的硫酸铜溶液配制而成，二者混合后,立即生成淡蓝色的Cu（OH）：沉淀。Cu（OHD：与加入的葡萄糖在加热的条件下，能够生成砖红色的Cu0沉淀，而葡简糖本身氧化成葡萄糖酸。反应式为：

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

再看这个生物与物理光学部分的学科交叉在解题中的应用

例：如果在载玻片上依次写上b. d. p. q四个字母，那么在显微镜目镜的视野中从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：使用显微镜观察多种多样的细胞是高考考纲实验部分的要求。此题考查的是显微镜的成像原理，利用光学中光的折射和反射，经两块凸透镜（物镜和目镜）的两次放大，即被检物体在物镜下形成一个倒立放大的实像，这个像正好位于目镜的一倍焦距以内，经目镜第二次放大为正立放大的虚像（此时的正立方向与第-次放大后的实像方向一致，即实际还是倒立的放大的虚像） ，那么眼睛所看到的最终效果是倒立放大的虚像，则可以看到字母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过来了，即从右往左依次是字母q.p.d.b，那么从左往右依次看到的是字母b.d.p.q。除了考查成像原理外，还比较多的考查显微镜的放大倍数：即线性（直径或半径，长度或宽度）放大，而不是面积或体积的放大。总的放大倍数等f物镜放大的倍数乘以目镜放大的倍数。如2005年高考上海生物卷第28题就考查了显微镜的放大倍数。这就是其他学科和生物学结合的产物，能够用其他学科内容研究生物学问题，研究生命过程的数学规律。

早期，人们只是利用统计学、几何学和一些初等的解析方法对生物现象做静止的、定量的分析。20世纪20年代以后，人们开始建立数学模型,模拟各种生命过程。现在生物数学在生物学各领域如生理学、遗传学、生态学、分类学等领域中都起着重要的作用，使这些领域的研究水平迅速提高,另一方面，生物数学本身也在解决生物学问题中发展成一独立的学科。中学生物多个章节的知识与数学关系密切，在题目设计进行知识考查时，作为工具学科数学方法在生物教学中得到广泛应用，例如：光合作用和呼吸作用中的计算；生物生殖和发育中的计算；遗传的物质基础中的计算；生物进化中的计算；生态学中的计算，在这其中，学科交叉应用是非常广泛的。

总结

物理学家、量子论的创始人M·普朗克也深刻地认识到：“科学是内在的整体，被分解为单独的部门不是取决于事物的本质，而是取决于人类认识能力的局限性。实际上存在着由物理学到化学、通过生物学和人类学到社会科学的链条，这是一个任何一处都不能被打断的链条。”科学上的新理论、新发明的产生，新的工程技术的出现，经常是在学科的边缘或交叉点上，重视交叉学科将使科学本身向着更深层次和更高水平发展，这是符合自然界存在的客观规律的。学科交叉大大地推动了科学进步，体现了科学向综合性发展的趋势。学科交叉逐渐形成一批交叉学科，这具有历史性意义。学科交叉的方式多种多样；交叉的跨度，日益增大；交叉的层次，不断加深。学科交叉是众多学科之间的相互作用，而交叉形成的理论体系，构成交叉学科；众多交叉学科构成了交叉科学。惟有从多视角，采取交叉思维的方式，进行跨学科研究，才可能形成正确完整的认识。也只有通过学科交叉，在高中生物实验课堂中学生们才能更完整全面的汲取知识。