浅谈高中生物教材中的化学知识及其处理策略——以人教生物必修1为例

邹倩冰

广东省中山市第一中学(528403)

在新高考的背景下,生物与化学成为了选考科目,与以往将物理、化学和生物学组合成理综学习不同,虽然学生有了更灵活的选科方式,但是生物学以实验为基础的特殊性注定它与化学知识联系密切。近20年的诺贝尔化学奖中,有10次获奖研究领域都是生物化学方向,如基因组编辑方法、DNA修复机制研究、G蛋白偶联受体研究等。此外,《普通高中生物学课程标准(2017年版2020年修订)》要求,学校开设的课程既要重视对学生学科素养的培养还要重视跨学科素养的培养。这都说明,生物学与化学之间联系紧密。在高中生物教学中,哪些知识点涉及化学知识,在学科交叉内容上如何处理,这是值得探讨的问题。因此,本文以人教版高中生物必修1《分子与细胞》为例研究生物教材与化学的联系及其教学策略。

1 高中生物教材中的化学知识

高中生物课程标准指出,自然界作为统一的整体,其中自然科学如物理学、化学、生物学等多门学科在基本的思维方式、原理、研究内容方面有密切的联系。故严格地将各科目划分开是不可能的,各科目之间都有一定的联系,它们相辅相成,加强学科间的横向联系,有利于促进学生对知识的深化理解,有利于学生建立科学的生命观和系统观。因此新版生物教材中,增加了学科交叉这一模块并且以楷体字的形式补充相关的化学基础内容,以便于学生更好地理解物质的结构及其功能。

生物作为一个系统的物质体,其中不断发生着各种各样的生化反应。因此生物学与化学的学科交叉是无处不在的,在人教版高中生物必修1中大致可分为生物体中的化学物质和生化反应两大类。

表1展示了人教生物必修1教材中主要涉及到的化学知识及该内容在化学教材中的位置。

2 高中生物教材中化学知识的处理策略

根据表1可知,高中生物必修1教材中涉及到了许多化学知识,主要是化学教材必修2及选择性必修3中相关的内容。由于学生在高一上学期就要掌握生物必修1“分子与细胞”中的知识点,而相关的化学知识在下学期才开始学习,部分学生会出现涉及到学科交叉内容就不理解或者听不懂的情况。因此,本文提出以下处理策略,希望能对解决该问题提供可参考的思路。

2.1 正确定位分主次

生物、化学、物理等自然科学都是为了研究自然现象而产生的学科,因此学科之间存在交叉联系不可避免。并且,这些联系可以更好地解释自然现象的本质,这是相辅相成的好事。教师要正确看待生物教材中的学科交叉内容,让理化知识服务于生物内容,分清主次,把控好教学重点。如生物必修1第2章“细胞中的无机物”这一节内容,教材阐述水的功能之一是细胞内良好的溶剂。由于水的分子结构决定了它的特性——有极性,因此带电荷的分子或离子都容易与水结合,这就是水是良好溶剂的缘由,并从电荷相互作用的角度解释了水具有流动性的本质。这样设计是为了让学生更好地理解水的功能与特性,教师在讲授时应突出水的功能,勿将过多时间和精力放在解释水分子的结构上,以免把生物课上成化学课。

2.2 巧用类比简单化

和初中相比,高中阶段的生物教学更加注重本质和原理的学习。部分高一学生在学期初还未适应高中的学习方式,当接触到跨学科知识时,会感到困难和产生退缩情绪。因此,对于生物教材中的化学知识,教师要简单化处理,采取灵活的教学方式。例如在学习“蛋白质是生命活动的主要承担者”时,需要学生掌握氨基酸的结构通式,这是本节内容的重点和难点之一。教师在讲解时可采用类比的方式,对照着课本氨基酸分子结构通式在黑板上边讲解边画。结构通式好比人体,中心碳原子是身体,左右有两只手,一只是氨基,一只是羧基,下边的氢原子像两条腿,人与人的身体都差不多,靠什么来区分不同的人?就是头部(R基)。这样学生可以形象地将氨基酸的结构通式记住,并且也为之后氨基酸脱水缩合类比成氨基酸手拉手结合在一起埋下伏笔。

2.3 多重表征好理解

为了让学生更直观地学习,教师除了利用教材的资源外,还可利用多媒体、模型与建模等多种方式促进学生理解。如讲解氨基酸结构时,单纯从原子最外层电子平衡角度讲解中心碳原子需要4个共价键有些枯燥,并且会让学生产生上化学课的错觉。此时可从学生初中学过的甲烷入手,通过课件和球棍模型结合展示四面体结构,而氨基酸的结构只是氨基、羧基、R基分别取代了其中的3个氢原子,它的空间结构还是四面体。因此氨基酸的结构通式中4个基团的位置是可以变换的。

2.4 善用跨学科前概念

跨学科前概念是指某学科的知识为今后另一个学科接受新知识起到一定作用,或者有一定影响的某学科知识,成为另一个学科知识学习的前概念[1]。虽然在高一阶段,更多的是生物学科内容可作为化学学习的前概念,教师仍可采用先行组织者策略有意识地将初中化学知识为课堂所用。如初中化学学习过将二氧化碳通入澄清石灰石会产生白色沉淀,原理在于CO2+Ca(OH)2→CaCO3+H2O,这一内容即可作为探究呼吸作用时检测二氧化碳是否产生的前概念。

新高考背景下,教师要深入研究比较学科间相同的内容侧重点,或者跨学科知识间的讲授顺序,有意识地引用跨学科前概念,建立学科联系。