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高中教学中寻找化学与生物学知识的交汇点


高中教学中寻找化学与生物学知识的交汇点
李慧容 江 梅
( 增城市增城中学 广东增城 511300)

  化学与生物学是两门联系十分密切 的自然学科, 化 学是生物学的基础, 生物学是化学的延伸。两门学科在 环境 保护、 体健康、 人 医学、 农业生 产、 材料和 新能源 新 等方面交汇点很多。教学中, 在有意识地立足于两学科 的基 础上

, 挖 掘出与两 学科交叉的 知识, 并进行 有关知 识的渗透, 使学生从化学、 生物学视角去观察、 分析和解 决生 活、 生产 和社会中 的各种实际 问题, 其效果 必定优 于单科教学。 那么教学中如何寻找化学与生物学知识的 交汇点, 使它们能有机地互相渗透、 互相融合呢? 1 从人体健康知识的角度去挖掘 人体是一个复杂的有机生命体, 每时每刻都要发生 无数 的生物化学 反应, 所以人体健 康知识与 化学、 生物 学知识联系十分密切。教学中可以从那些既比较 浅显、 又易于联系两门学科的知识入手。如: 煤气中毒的生理 过程 和急救方法; 吸烟、 酗酒过 程中所产 生的有 毒物质 及对 人体健康的 危害; 牙齿的主要 构成物质, 进 食后所 产生的物质是如何破坏牙齿的, 破坏的原理如何? 为什 么用 含氟的牙 膏有利于护 牙? 如何进行 牙齿的 卫生保 健; 碘元素在人体中的作用, 缺碘的危害和防治, 食盐加 碘的 意义, 碘 加入的形 式, 如何 用简单方 法鉴定 真假碘 盐; 糖尿病的 病因、 症状, 如 何检测 糖尿病, 如何 预防糖 尿病; 金属盐、 细菌、 矿物油和菇类等生化中毒及应急处 理。上述这些问题的解决, 充分运用了有关生物化学知 识, 初步实现两门学科的交融。 2 从农业生产的角度去挖掘 光合作用、 呼吸作用和矿质代谢等知识都可以应用 到农业生产过程中。 太阳光是绝大多数生命活动的最终 能量来源, 而绿色植物的光合作用是捕获太阳能的最有 效途 径。光能只有 转化为化学 能才能供 给生命 活动需 要, 光合作用被誉为地球上最重要的化学反应。呼吸作 用的实质是动植物把有机物转化和消耗 的过程, 生物体 的一 切生命活动 都离不开 呼吸作用分 解有机物 释放的 能量。光合作用和呼吸作用是 2 个生物过程, 但若能结 合上化学的反应原理和化学计算, 从定性和定量的角度 去进行分析, 将会使学生对这两部分知识的认识更深刻 和更透彻, 并能灵活地将它们运用到农业生产和现实生 活中。正因为如此, 近几年的高考题中常出现应用化学 方程 计算光合作 用和呼吸 作用过程中 有关物质 的生成 和 消耗 量, 如: 将 1株 植物 置于密 闭的 容器 中, 在暗 处 1 h 测得 CO2 增加了 44. 8 mL , 而在光照充分 的条件下 1 h, 测 得 CO2 减少 89. 6 mL , 根据上 述数据 回答: 1) 在 上述条件下, 这株植物在光下 1 h 总共制 造葡萄糖多少 克? 2) 在上述条件下, 这株植物在光 下 1 h 是否有有机

物积累? 积累多少克? 分析: 植物在光下 1 h 吸收 CO 2 总量为 134. 4 mL , 相当于 6×10- 3 mo l( 标准状况下 1 m ol CO 2 体积相当于 22. 4 L ) , 据光合作用反 应式, 求得 这植物在光下 1 h 总 共制造葡萄糖 0. 18 g 。 即: 6CO2 + 12H 2 O
酶 光

C 6H 12 O6 + 6H 2 O+ 6O 2

6 mol       180 g 6×10- 3 mo l    x g     x = 0. 18 g    据每小时光 下有机物 积累量= 总 光合生产 量/ h 呼吸消耗量/ h, 求得光下 1h 积累有机物 0. 12g / h。 我国是化肥使用特别多的国家之 一。化肥 的生产、 施用、 农作物对肥料的吸收及肥料对土壤的影响都是矿 质代谢的内容。目前所施用的肥料绝大部分是 氮肥, 关 于氮的固定有化学和生物 2 种方法, 它们的主要区别是 生物固氮不需要消耗能量和对环境没 有污染。 所以开发 生物固氮是很有前景的。那么固氮生物有哪些? 固氮原 理如何? 固氮生物能固氮的根本原因是什么? 如何将化 学固氮转化为生物固氮。 氮的化合物在土壤中如何被硝 化细菌氧化? 硝化细菌将氮的化合物氧化后将转化成什 么物质而被植物利用。 另外, 化肥可分为生理酸性、 生理 碱性和生理中性 3 种类型, 如长期施用生理酸性或碱性 的化肥, 必将改变土 壤的 pH 值, 使土壤 板结, 此时应该 如何处理; 肥料的施放应注意哪些? 应用举例如下: 1) 写出工业合成氮的化学方程式 。 2) 工业上如何制取( NH 4 ) 2 SO 4 。 3) 下列 物质 不能 跟硫酸 铵肥 料混 合施 放的 是(    ) 。 A . 碳酸氢 铵  B . 草木灰 C. 过磷酸钙  D . 氯化钾 4) 硫酸铵 被施于 土壤中, N H+ 被植物 根系吸 收的 4 过 程包 括 和 , 它 们都 与 根的 作 用有关, 长期 施用 硫酸 铵, 土 壤溶 液 中 会 有 许多 残 留, 从 而 使 土 壤 的 pH 值 , 因 而这种土 壤不应 再施生 理性盐 的肥料, 同时 应加入 改良土壤性能。 通过 上述内容的 小综合, 能使 学生初 步将化学、 生 物学理论知识应用到农业生产中, 加深了学生对大自然 的认识。 3 从环境保护的角度去挖掘 太阳 辐射、 空气、 壤和生物 之间相 互关联 形成自 土 然环境, 自然环境给人类带来恩惠, 但人类在生 产、 生活 中对资源的过量开采和不合理的利用 , 排放出大量的废 — 43 —

2002 年第 37 卷第 3 期         生 物 学 通 报

气、 废水、 渣和 有害 的物 质, 严重 污染 了地 球自 然环 废 境, 最终遭到地球无情的惩罚。 赤潮泛滥、 如: 酸雨肆虐、 大气 污染、 林锐减、 森 土地沙化、 球变暖、 全 臭氧 层空洞 及 大量动 植物 灭绝等, 这 些已 经危 及人 类的 健康 和生 存。 认识环境污染的根源和危害, 控制、 预防环境污染成 为化学、 生物学综合教学中丰富的题材。如氮和磷本是 生物 体内必需的 大量矿质 元素, 但 如果水体 中的氮、 磷 含量 过高时, 反而会引 起鱼类等生 物大量死 亡, 这就是 赤潮现象。 那么赤潮发生的原因是什么? 它有什么危害? 如何防治呢? 按照该思路, 可设计相关习题如下: 1) “ 赤潮” 水华” 或“ 的直接原因是什么? 2) “ 赤潮” 发生后鱼虾死亡的原因是什么? 3) 化肥对农作物产量的大幅度提高具有重要 作用, 但其危害是什么? 4) 洗衣粉对于人类文明也有贡献, 但其危害也极其 严重。举例说明其危害。 5) 如果让你治理一个已经富营养化的小池塘 , 你可 能采用的措施是什么? 其他环境问题也可以用类似的方法 进行综合学习, 实践证明, 其效果良好。 4 从新材料和新能源的角度去挖掘 一次性的塑料餐具和用品, 曾给人们带来极大的方 便, 但随之而来的是一连串难以解决的问题。如这些塑 料制 品都是难 以被微生物 降解, 也 不能焚烧 ( 焚 烧会产 生大量难于烧尽的烟煤及毒性最强的二 口 口 ) 。若被掩 恶 英 埋在地里会影响土壤的透气性, 阻碍水分的流动和农作 物根 系发育, 并占用大 量的耕地和 城市用地, 对 环境造 成严重的污染。目前当务之急是开发一些成本比 较低, 机械 强度较好, 能完全 被微生物降 解的新材 料, 如聚乳 酸、 淀粉塑料及麦秆和蔗渣餐具等。根据该内容可设计 出以下的练习: 1) 什么是乳酸? 2) 它可从什么物质中大 量 地、 廉价 地获取? 3) 它 可通过什 么反应得 到聚乳 酸? 4) 聚乳酸是如何被降解, 反应方程如何? 沼气是一种高效清洁的新能源, 在农村地区有很大 的推广价值。在农村有大量的农作物秸秆资源, 农民若 将这 些秸秆用做 原料进行 沼气发酵, 而不是 烧掉, 一方 面可 以促进物质 循环, 防止大气污 染, 另 一方面 可以用 上高效清洁的能源。那么如何发酵沼气? 发酵池中微生 物的类型变化如何? 生成的沼气的化学组成是什么? 燃 烧时所发生的化学反应和放出的热量值 是多少?通过对 这些 问题的解决 可以充分 地将化学和 生物学的 知识综 合在一起。 新材料和能源中还有许多类似这样 的例子, 它们为 生化知识综合提供大量新颖的素材。 充分挖掘这部分内 容, 有利于使中学基础知识与现代高科技知识接轨。

5 从实验角度去挖掘 化学与生物学都是以实验为基础 的自然学科, 许多 实验都是互相渗透, 融为一体的。如唾液淀粉酶水解淀 粉 的实验, 光 合作 用发 现实 验, 鉴定 骨成 分的 实验, 酿 酒, 根对矿质 元素离子 的交换吸附 现象, 从草木 灰中提 取钾盐等。凡是与社会生活联系越密切的实验 对化学、 生物学知识的综合要求越高。 目前高考题中所出现的化 学、 生物实验 设计题, 是不能单 纯利用生 物学或 化学知 识来解决的, 它需要化学、 生物学知识的高度综 合, 甚至 还需要物理学等其他学科知识。如下例: 血液中的钙离子在血液凝固过程 中起重要作用, 缺 乏则血液不能凝固。 草酸钾溶液能与血液中的钙离子发 生反 应形成草酸 钙沉淀, 起抗凝作 用, 请 根据提 供的实 验材料和用具, 简要写出第 2 步及以后的实验步骤和实 验结果, 验证钙离子在血液凝固中的作用, 并回 答问题: 1) 实 验材 料和 用具: 家兔; 生理 盐水; 酒精 棉; !适宜浓 度的草酸 钾溶液; ? 适宜浓 度的氯 化钙溶 液。 2) 实验步骤和 实验结果: 第 1 步: 在 A 、 试管中加 B 入等量的草酸钾溶液和生理盐水( 见下图) 。   第 2 步: ……

  问题: 设置 B 管的目的是 。 这是 一道开放性 的化学、 生物 学综合 实验设计 题。 题目给考生以较大的思维扩展空间, 有利于提高学生的 素质。该题也具有较大的区分度, 非常有利于高校选拔 人才。在综合科教学中, 如能增设类似这样模拟现实的 化学、 生物学 综合实验 设计题, 必然能使 学生对 知识的 认识更深入更具体, 同时也增强学生解决实际问题的能 力。 以上仅从健康、 环保、 农业生产、 新材料及实验等角 度对化生知识的交汇和综合进行探索 。 当然二者之间的 相融 点远不止这 些, 还 有许多内容 值得挖 掘, 它 需要化 学和 生物学教师 甚至其他 学科教师的 相互合作 和共同 努力。 经过近两年的努力, 我们的探索思路已取得一定的 成效, 综合科 考试成绩 在同类学校 中名列 前茅, 所编写 的化生综合题专题既典型又有一定创 新性。 学生使用后 普遍反映较好。 ( BZ )

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生 物 学 通 报         2002 年第 37 卷第 3 期


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