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摘要:在教学中应淡化学科边界,突出问题解决,使不同学科之间的知识架构相互贯通,形成立交,相关的知识点相互链接、相互融合,这正是新课改所倡导的,是培养综合能力和问题解决能力的必由之路。生物教学中应注重生物与化学的沟通,巧妙应用化学知识,既有利于教师的教也有利于学生的学,从而提高课堂教学有效性。
关键词:化学知识;生物教学;应用
作者简介:黄志云(1971-),女,江苏如东人,江苏省江都职业教育中心校,讲师,主要研究方向:生物学与化学教学、学生工作。(江苏 江都 225200)
新陈代谢是生物的基本特征,而新陈代谢又是生物体内全部有序的化学变化的总称,由此可见,只要是生物体就离不开化学反应,化学知识的应用在生物教学中更是不可或缺。笔者根据多年中学和中等职校的生物和化学课程教学经验,现将教学中如何融合和应用化学知识的一些经验与做法总结如下。
一、生物教学中对化学分子学知识的应用
1.关于元素的异同
组成生物体的化学元素与化学课程中的相关元素有何异同?在讲到这一知识点时,可以先引申到化学课程中有关化学元素的特征,然后再通过比较的方法,让学生理解和掌握生物体内组成化合物的元素和自然界中的元素在种类和含量之间的区别。例如在介绍元素含量差异时,碳元素在生物细胞干重中占55.59%,而在地壳中碳元素的含量只有0.087%的事例就能让学生对组成细胞的元素有更清晰的理解,可以帮助学生加深理解并做到深刻记忆。
2.关于化合物的异同
在讲授组成生物体的化合物这一知识点时,可通过自然界的化合物可分为无机化合物和有机化合物两大类,引出组成生物体的化合物也是分为无机化合物和有机化合物两大类,但是生物体内的化合物种类远远没有自然界多。化学中无机化合物大致可分为氧化物、酸、碱、盐等,生物体内无机化合物包括水和无机盐两大类。化学中根据有机物分子中所含官能团的不同,又分为烷、烯、炔、芳香烃和醇、醛、羧酸、酯等等,根据有机物分子的碳架结构,还可分成开链化合物、碳环化合物和杂环化合物三类。生物学中有机化合物分为糖类、脂质、蛋白质和核酸四大类。另外在含量上两者也有显著的差异。这正说明了生物是自然的一部分,两者有统一的一面,同时又存在着差异性。
3.关于生物大分子的异同
生物大分子是组成生物体的主要物质,当讲到这一知识点时就可以与化学分子进行比较。以蛋白质为例:化学中也详细讲解了有关蛋白质的知识,包括蛋白质的组成元素、组成单位氨基酸、结构、性质、变性等,但组成生物体的蛋白质和化学中的蛋白质有许多不同之处。例如组成单位氨基酸,在化学知识中只要含有氨基和羧基的化合物就称为氨基酸,而生物体内组成蛋白质的氨基酸只有约20种,它们都是L型α-氨基酸。在蛋白质的结构上要特别强调组成生物体的蛋白质有特定的空间结构,空间结构一旦破坏蛋白质就不再是原来的蛋白质。在性质上要强调蛋白质的生物活性,这是生物蛋白质最重要的性质,蛋白质一旦失去生物活性,就不能完成生物体的各项功能。在讲到蛋白质的变性时,可通过化学中讲到的变性条件,物理因素可以是加热、加压、脱水、搅拌、振荡、紫外线照射、超声波作用等;化学因素有强酸、强碱、尿素、重金属盐、十二烷基磺酸钠(SDS)等,再结合生物体实际情况讲解生物体内的蛋白质变性。
二、生物教学中催化原理的应用
生物体内的化学反应能快速有效地进行,当讲到这一章节时,可以通过应用化学中的催化剂原理进行讲解。根据化学中的定义催化剂是指使化学反应变快或减慢或者在较低的温度环境下进行化学反应,而它本身的组成、结构和化学性质在反应前后保持不变的物质。生物体内发生的各种各样的化学反应正因为有了酶这种催化剂才能快速有效地进行。酶是一种特殊的催化剂,它和化学中的催化剂有着许多区别:首先从化学本质上看,绝大多数酶是特殊的蛋白质,而化学催化剂大多数是简单的化合物;其次从催化特点看,酶只能加快化学反应速率,并且一种酶只能催化一种或一类化学反应,而化学催化剂既有加快化学反应速率的,也有减慢化学反应速率的,并且可以催化多种化学反应;最后从催化效率看,酶是一种高效催化剂,它的催化效率是普通催化剂的1010～1013倍。从这几个方面一比较,学生就能很容易地掌握酶的多样性、高效性和微量性的特点。
三、生物教学中氧化还原原理的应用
生物体内发生的反应大多是氧化还原反应,例如光合作用、呼吸作用等,如能很好地利用氧化还原原理,对掌握生物体内发生的化学变化大有帮助。例如以有氧呼吸过程为例,如果我们掌握了氧化还原反应过程中得失电子总数相等的原理,我们就能很容易地推出1molC6H12O6完全氧化需要6molO2参与,而6molO2完全被还原成H2O需要24mol[H],这就说明在有氧呼吸过程的第二阶段必须有6molH2O参加反应生成[H],这样才能保证电子得失的平衡。
四、生物教学中溶解原理的应用
化学中提到的溶解原理简单地说就是结构相似相溶的原理,在生物教学中讲到细胞膜结构时巧妙应用结构相似相溶的原理。两层磷脂分子都是极性头朝外,因为细胞内外环境都是水环境,水是极性分子,磷脂分子的极性头和水分子结构相似,因而能很好地溶解在一起,保证具有这种细胞膜结构的细胞能很好地生活在水环境中。另外两层磷脂的非极性尾都朝内,而在细胞膜中存在着大量的有机分子,如蛋白质分子、糖分子等,它们都是非极性分子,磷脂的非极性尾和这些分子结构相似,因而也能很好地溶解在一起。这样的结构很好保证了细胞膜结构的稳定性,也保证了细胞能顺利完成各项生理功能。
五、生物教学中化学反应原理的应用
化学反应能否进行取决于化学物质本身的结构和性质,有些反应能够进行,有些反应则不能进行,有些反应是某些物质的特征反应,化学上常用这些反应来进行物质的鉴别。生物教学中在探究生物体内反应原理时,为了探究反应的步骤和反应的中间产物,常常需要鉴别某些反应的中间产物。例如酵母菌是一种兼性厌氧型生物,它在有氧和无氧条件下都能生存。为了探究酵母菌发酵产生酒精的反应条件是有氧还是无氧,我们要分别对有氧和无氧条件下的产物进行鉴定。首先我们要鉴定二氧化碳的产生,我们要用到化学中二氧化碳的鉴别方法——使澄清石灰水变浑浊,来观察二氧化碳产生的速度。其次要探究酵母菌是在无氧条件下发酵产生酒精,还是在有氧条件下产生酒精,我们要探究两种不同条件下是否都能产生酒精。要鉴别酒精的产生也要用到化学中酒精的鉴别方法——橙色的重铬酸钾溶液在酸性条件下与酒精发生化学反应变成灰绿色。
在生物实验教学中,检测生物组织中各种物质的种类时也会应用到很多化学知识。例如,在检测还原糖存在时必须要知道还原糖与斐林试剂的特征反应;在检测脂肪存在时,需要应用苏丹III染液与脂肪的显色反应;要检测蛋白质存在时,需要应用蛋白质与双缩尿试剂的显色反应;在检测淀粉的存在时,需要应用淀粉与碘液的特征反应等等。
六、生物教学中化学键知识的应用
化学中讲到氢键的概念:与电负性大的原子X(氟、氧、氮等)共价结合的氢,如与负电性大的原子Y(与X相同的也可以)接近,在X与Y之间以氢为媒介,生成X-H…Y型的键。这种键称为氢键。氢键的结合能是2～8千卡。在生物教学中讲到有机物的结构时要用到氢键的知识,例如在蛋白质的a-螺旋的情况下是N-H…O型的氢键,蛋白质的同一多肽链中的氨基和酰基之间可以形成氢键或肽链间形成氢键,使得这一多肽链具有一定的构型,包括α-螺旋、β-折叠、β-转角等,这些称为蛋白质的二级结构。又如DNA的双螺旋情况下两条肽链之间是N-H…O,N-H…N型的氢键,因为这种氢键很多,因此这些结构是稳定的。
因为生物和化学两门课程密切相关,而学生通过初中的化学以及同步进行的高中化学的学习对化学知识已不陌生,从学生熟悉的化学知识出发,从原理到现象,再从现象到规律,让学生去了解和掌握生物学知识,温故而知新,可谓一举两得。
参考文献:
[1]刘满希.高中生物同步导学[M].南京:江苏教育出版社,2008.
[2]谢昕.高职高专教材-有机化学[M].郑州:黄河水利出版社,
2008.
(责任编辑:麻剑飞)
关键词:化学知识;生物教学;应用
作者简介:黄志云(1971-),女,江苏如东人,江苏省江都职业教育中心校,讲师,主要研究方向:生物学与化学教学、学生工作。(江苏 江都 225200)
新陈代谢是生物的基本特征,而新陈代谢又是生物体内全部有序的化学变化的总称,由此可见,只要是生物体就离不开化学反应,化学知识的应用在生物教学中更是不可或缺。笔者根据多年中学和中等职校的生物和化学课程教学经验,现将教学中如何融合和应用化学知识的一些经验与做法总结如下。
一、生物教学中对化学分子学知识的应用
1.关于元素的异同
组成生物体的化学元素与化学课程中的相关元素有何异同?在讲到这一知识点时,可以先引申到化学课程中有关化学元素的特征,然后再通过比较的方法,让学生理解和掌握生物体内组成化合物的元素和自然界中的元素在种类和含量之间的区别。例如在介绍元素含量差异时,碳元素在生物细胞干重中占55.59%,而在地壳中碳元素的含量只有0.087%的事例就能让学生对组成细胞的元素有更清晰的理解,可以帮助学生加深理解并做到深刻记忆。
2.关于化合物的异同
在讲授组成生物体的化合物这一知识点时,可通过自然界的化合物可分为无机化合物和有机化合物两大类,引出组成生物体的化合物也是分为无机化合物和有机化合物两大类,但是生物体内的化合物种类远远没有自然界多。化学中无机化合物大致可分为氧化物、酸、碱、盐等,生物体内无机化合物包括水和无机盐两大类。化学中根据有机物分子中所含官能团的不同,又分为烷、烯、炔、芳香烃和醇、醛、羧酸、酯等等,根据有机物分子的碳架结构,还可分成开链化合物、碳环化合物和杂环化合物三类。生物学中有机化合物分为糖类、脂质、蛋白质和核酸四大类。另外在含量上两者也有显著的差异。这正说明了生物是自然的一部分,两者有统一的一面,同时又存在着差异性。
3.关于生物大分子的异同
生物大分子是组成生物体的主要物质,当讲到这一知识点时就可以与化学分子进行比较。以蛋白质为例:化学中也详细讲解了有关蛋白质的知识,包括蛋白质的组成元素、组成单位氨基酸、结构、性质、变性等,但组成生物体的蛋白质和化学中的蛋白质有许多不同之处。例如组成单位氨基酸,在化学知识中只要含有氨基和羧基的化合物就称为氨基酸,而生物体内组成蛋白质的氨基酸只有约20种,它们都是L型α-氨基酸。在蛋白质的结构上要特别强调组成生物体的蛋白质有特定的空间结构,空间结构一旦破坏蛋白质就不再是原来的蛋白质。在性质上要强调蛋白质的生物活性,这是生物蛋白质最重要的性质,蛋白质一旦失去生物活性,就不能完成生物体的各项功能。在讲到蛋白质的变性时,可通过化学中讲到的变性条件,物理因素可以是加热、加压、脱水、搅拌、振荡、紫外线照射、超声波作用等;化学因素有强酸、强碱、尿素、重金属盐、十二烷基磺酸钠(SDS)等,再结合生物体实际情况讲解生物体内的蛋白质变性。
二、生物教学中催化原理的应用
生物体内的化学反应能快速有效地进行,当讲到这一章节时,可以通过应用化学中的催化剂原理进行讲解。根据化学中的定义催化剂是指使化学反应变快或减慢或者在较低的温度环境下进行化学反应,而它本身的组成、结构和化学性质在反应前后保持不变的物质。生物体内发生的各种各样的化学反应正因为有了酶这种催化剂才能快速有效地进行。酶是一种特殊的催化剂,它和化学中的催化剂有着许多区别:首先从化学本质上看,绝大多数酶是特殊的蛋白质,而化学催化剂大多数是简单的化合物;其次从催化特点看,酶只能加快化学反应速率,并且一种酶只能催化一种或一类化学反应,而化学催化剂既有加快化学反应速率的,也有减慢化学反应速率的,并且可以催化多种化学反应;最后从催化效率看,酶是一种高效催化剂,它的催化效率是普通催化剂的1010～1013倍。从这几个方面一比较,学生就能很容易地掌握酶的多样性、高效性和微量性的特点。
三、生物教学中氧化还原原理的应用
生物体内发生的反应大多是氧化还原反应,例如光合作用、呼吸作用等,如能很好地利用氧化还原原理,对掌握生物体内发生的化学变化大有帮助。例如以有氧呼吸过程为例,如果我们掌握了氧化还原反应过程中得失电子总数相等的原理,我们就能很容易地推出1molC6H12O6完全氧化需要6molO2参与,而6molO2完全被还原成H2O需要24mol[H],这就说明在有氧呼吸过程的第二阶段必须有6molH2O参加反应生成[H],这样才能保证电子得失的平衡。
四、生物教学中溶解原理的应用
化学中提到的溶解原理简单地说就是结构相似相溶的原理,在生物教学中讲到细胞膜结构时巧妙应用结构相似相溶的原理。两层磷脂分子都是极性头朝外,因为细胞内外环境都是水环境,水是极性分子,磷脂分子的极性头和水分子结构相似,因而能很好地溶解在一起,保证具有这种细胞膜结构的细胞能很好地生活在水环境中。另外两层磷脂的非极性尾都朝内,而在细胞膜中存在着大量的有机分子,如蛋白质分子、糖分子等,它们都是非极性分子,磷脂的非极性尾和这些分子结构相似,因而也能很好地溶解在一起。这样的结构很好保证了细胞膜结构的稳定性,也保证了细胞能顺利完成各项生理功能。
五、生物教学中化学反应原理的应用
化学反应能否进行取决于化学物质本身的结构和性质,有些反应能够进行,有些反应则不能进行,有些反应是某些物质的特征反应,化学上常用这些反应来进行物质的鉴别。生物教学中在探究生物体内反应原理时,为了探究反应的步骤和反应的中间产物,常常需要鉴别某些反应的中间产物。例如酵母菌是一种兼性厌氧型生物,它在有氧和无氧条件下都能生存。为了探究酵母菌发酵产生酒精的反应条件是有氧还是无氧,我们要分别对有氧和无氧条件下的产物进行鉴定。首先我们要鉴定二氧化碳的产生,我们要用到化学中二氧化碳的鉴别方法——使澄清石灰水变浑浊,来观察二氧化碳产生的速度。其次要探究酵母菌是在无氧条件下发酵产生酒精,还是在有氧条件下产生酒精,我们要探究两种不同条件下是否都能产生酒精。要鉴别酒精的产生也要用到化学中酒精的鉴别方法——橙色的重铬酸钾溶液在酸性条件下与酒精发生化学反应变成灰绿色。
在生物实验教学中,检测生物组织中各种物质的种类时也会应用到很多化学知识。例如,在检测还原糖存在时必须要知道还原糖与斐林试剂的特征反应;在检测脂肪存在时,需要应用苏丹III染液与脂肪的显色反应;要检测蛋白质存在时,需要应用蛋白质与双缩尿试剂的显色反应;在检测淀粉的存在时,需要应用淀粉与碘液的特征反应等等。
六、生物教学中化学键知识的应用
化学中讲到氢键的概念:与电负性大的原子X(氟、氧、氮等)共价结合的氢,如与负电性大的原子Y(与X相同的也可以)接近,在X与Y之间以氢为媒介,生成X-H…Y型的键。这种键称为氢键。氢键的结合能是2～8千卡。在生物教学中讲到有机物的结构时要用到氢键的知识,例如在蛋白质的a-螺旋的情况下是N-H…O型的氢键,蛋白质的同一多肽链中的氨基和酰基之间可以形成氢键或肽链间形成氢键,使得这一多肽链具有一定的构型,包括α-螺旋、β-折叠、β-转角等,这些称为蛋白质的二级结构。又如DNA的双螺旋情况下两条肽链之间是N-H…O,N-H…N型的氢键,因为这种氢键很多,因此这些结构是稳定的。
因为生物和化学两门课程密切相关,而学生通过初中的化学以及同步进行的高中化学的学习对化学知识已不陌生,从学生熟悉的化学知识出发,从原理到现象,再从现象到规律,让学生去了解和掌握生物学知识,温故而知新,可谓一举两得。
参考文献:
[1]刘满希.高中生物同步导学[M].南京:江苏教育出版社,2008.
[2]谢昕.高职高专教材-有机化学[M].郑州:黄河水利出版社,
2008.
(责任编辑:麻剑飞)