高中生物和物理化学学科间的知识渗透

现代社会对人才质量的要求愈来愈高，仅用专业知识育人是不够的，培养学生跨学科能力是提高受教育者全面素质的途径之一。因为生物学中许多重大课题研究经常需要不同专业的学者承担，随着科学技术的进步，学科之间的交叉渗透逐渐增加，在21世纪将得到进一步加强。而学科知识的划分，虽然极大地促进了人们对已有知识的学习，但过分强调学科知识反而使人们局限于分割的条块知识，使人们对事物的认识产生了片面性。另外从高一级学校反馈信息看，学生的综合素质较差，实际应用知识的能力较弱。这也是分科教学的弊端。随着各门学科的联系越来越密切，对学生的要求也越来越高。要求学生能从不同角度、层次、用不同方法来研究科学，从整体上把握科学，培养从多角度分析问题的习惯和能力。这就要求教师有宽厚的知识结构，不仅应该有扎实的生物学知识，还应具备跨学科知识，具有将多学科间知识交叉的授课能力。世界上大多数国家，小学、初中理科是采用综合理科教学，高中理科是采用分科教学，我国高中和大部分初中，虽然未开设综合理科课程，但高考开始了理科综合考试。面对改革作为中学教师，在生物单科教学中，既要加强生物学科基础，也应有意识地进行综合渗透教学，把其它学科知识内容融入到生物教学中，要突破学科的封闭性，进行开放式教学，对于一个问题的解决，不但从本学科而且尽可能联系类比相关学科。提高学科之间的迁移能力。把适于进行跨学科渗透的知识找出来，逐一进行研究，培养综合意识。

　　一、物理学科的渗透

　　生物教材中介绍科学家在研究光合作用中释放的氧气是来自水还是二氧化碳，以及噬菌体侵染细菌的过程中真正的遗传物质是DNA还是蛋白质，采用同位素标记法。另外基因诊断中检测疾病的DNA探针是用放射性同位素、荧光分子标记。这些内容涉及到近代物理学中同位素、放射性、半衰期、探测射线的依据、放射性同位素作为示踪原子的运用等知识点。由于这部分知识点属高三物理范畴，与高二生物内容渗透不同步，所以教学中，高二可提前引入，高三可复习时迁移。则有助于深化理解。特别是 放射性同位素，作为示踪原子的运用，要强调用放射性同位素制成的各种化合物，它的原子跟通常的化合物(非放射性元素构成的化合物)一样，参与所有化学反应，但是却带有“放射性”标记，用仪器可以探测出来。另外X射线衍射结果，给沃森和克里克提出DNA分子双螺旋结构模型提供了依据，物理因素与人工诱变，提高了基因的突变率，为选育、培育出优良的生物品种创造了条件。这里又涉及到光学中的衍射现象，光的本质是一种电磁波，以及电磁波中紫外线、X射线、Y射线的特点等知识点。

　　光合作用中许多内容涉及到物理知识，如：有关叶绿体色素的吸收光谱，温室栽培蔬菜采用什么颜色的玻璃做顶棚更能提高产量，可启发学生将初中物理光的色散、物体的颜色等知识点从大脑记忆库中提取出来，加以分析；即白光不是单色的，而是由各种色光混合成的，一束白光经过棱镜后，会分解成各种颜色的光(形成七色光谱)。当把盛有色素提取液的试管放在可见光和棱镜之间，在连续光谱上出现暗带，说明有些波长的光被吸收了。另外光射到物体上时，一部分光被物体反射，一部分光被物体吸收，如果物体是透明的，还有一部分光透过物体。透明体的颜色是由它透过的色光决定的。有色不透明体的颜色是由反射光决定的。所以无色玻璃与蓝紫色玻璃、红色玻璃、绿色玻璃相比，无色玻璃更能提高产量。而光能在叶绿体中的转换，可联系近代物理学中，光的波粒二象性、光子、量子、基态、激发态等知识点。启发学生回忆，原子在吸收光子获得能量后，则从较低能级向较高能级跃迁，由于原子处于基态时最稳定，所以处于较高能级时会自发地向较低能级跃迁。同样少数叶绿素a吸收光的量子后，由最稳定、最低能量的基态提高到一个不稳定的、高能状态的激发态。由于激发态极不稳定，迅速射出一个高能电子，失去电子的叶绿素a出现电子亏缺，就由来自水的电子补充，叶绿素a不断地丢失电子，又不断地得电子，形成电子流，光能就转变成电能。

　　教材中介绍中耕松土的意义时，除了了解通气促进根的呼吸作用，还要强调保水。保水的原理涉及物理热学部分毛细现象的知识。可引导学生分析：土壤板结就形成很多毛细管，地下的水会沿着毛细管上升到地面大量散失，中耕的目的就是破坏土壤里的毛细管，保存地下的水分。

　　此外，还有许多生物内容可渗透物理学知识。如噪声污染、电磁污染和放射性污染，而生态系统的能量流动可用热力学定律来解释。人体体温调节中，阐述皮肤是主要的散热器官，有调节体温的功能时，可联系热学中热传递的三种方式(传导、对流、辐射)，液体蒸发的特点。由于散热效率主要取决于皮肤与外界的温度差，可联系热传递热量计算公式Q=cmt。

　　二、化学学科的渗透

　　有些内容在生物教材中只是概括的提一下，无过多的解释。教学中可联系相关学科的知识适当拓展、延伸，有助于知识的透彻理解。如：组成生物体的化学元素，碳是最基本的元素。可引导学生联系化学中碳元素的化学性质，以及它形成的化合物来分析；碳元素原子半径小，有六个电子，两个电子层，最外层有四个电子，它具有较强的在碳与碳原子之间形成共价键的能力，所以碳原子之间可以通过共价键形成碳链或碳环成为有机物的基本骨架，再结合氢、氧、氮等各种元素，形成结构多样的有机物。另外组成生物体的化学元素，说明生物界与非生物界除了具有统一性，还具有差一性。可以比较碳、氢、氮这三种元素在地壳里和生物细胞中的质量分数。

　　氧化还原反应的本质是电子发生了转移。．在光合作用和呼吸作用教学中，通过分析反应式中化合价的升降、反应过程中是否有电子转移、可渗透氧化、还原、氧化剂、还原剂的概念。加深理解光合作用和呼吸作用实际是氧化还原反应过程。

　　生物教材有许多知识，还可渗透化学中极性键，非极性键，极性分子和非极性分子，分子间作用力和氢键等知识点。如：组成生物体的化合物之一水，它的存在形式及作用都与水是极性分子有关。教学中可以和学生一起讨论分析；由于水分子的极性，它可以和多种极性分子和极性表面结合，在活细胞中，水可以和纤维素、淀粉和蛋白质等多种分子结合。具体到原生质，由于化学成分主要是蛋白质，蛋白质分子形成空间结构时，疏水基包在分子内部，而许多亲水基(如-NH2，COOH等)暴露在分子的表面，则原子层具有显著的亲水性，其表面吸引着很多水分子，这些水分子不能自由流动，成为结合水，成为细胞结构的重要组成成份。另外自由水是良好的溶剂，也与水分子的极性有关。生命系统中很多分子都是电解质或是极性分子。如：糖类分子，它们都能溶于水。而没有极性的分子，如：脂类分子不溶于水，是生物膜的主要成份，由于它们的疏水性，膜才能存在而不被水溶解。

　　蒸腾拉力是水分上升的主要动力，也可渗透氢键的知识来加深理解。教学中启发学生，蒸腾拉力要使水分在茎内上升，导管的水分必须形成连续的水柱，能否形成连续的水柱呢?分析由于水分子之间可以形成氢键，虽然这种氢键很脆弱，但破开得快，形成的也快，结果水分子总是以不稳定的氢键连成一片，使水有较强的内聚力和表面张力。由于内聚力，水可以在根、茎、叶的导管形成连续的水柱，从根部一直上升到参天大树的树梢。

　　学习细胞膜的功能时，知道脂溶性的物质可以通过自由扩散优先通过细胞膜，并且细胞膜会被溶解脂类物质的溶剂溶解。在叶绿体色素提取、分离的实验中，提取色素为什么用丙酮等有机溶剂，分离的色素在滤纸条上的位置为什么由上而下依次是胡萝卜素、叶黄素、叶绿素a、叶绿素b。可渗透物质相似相溶原理(非极性溶质一般能溶于非极性溶剂，极性溶质一般能溶于极性溶剂)。分析生物膜的基本骨架是磷脂双分子层，其表面是磷脂分子的亲水端，内部是磷脂分子疏水的脂肪酸链。使膜两侧的水溶性物质不能自由通过，脂溶性物质易通过。而叶绿体中四类色素都是脂溶性化合物，在叶绿体中与类囊体膜类脂相结合不溶于水，可通过范德华力与有机溶剂相互吸引，故必须用有机溶剂提取。而四种色素在层析液中(脂溶性很强的有机溶剂)溶解度不同，扩散速度不同。胡萝卜素分子最小，且是单纯的碳氢化合物，溶解度最大，扩散速度最快。叶黄素中有两个-OH、极性增加，其分子量稍大于胡萝卜素，低于叶绿素，所以扩散速度仅次于胡萝卜素。叶绿素a、叶绿素b都有一个亲水的“头部”，扩散速度慢，但叶绿素a扩散速度快于叶绿素b，所以叶绿素b扩散的最慢　

　　另外，环境污染的危害，可渗透的化学知识点有：化石燃料、臭氧的化学性质、臭氧的生态意义、臭氧层被破坏的原因、卤代烃中氟氯烃的化学性质，以及它破坏臭氧层的原理，尾气的吸收、污水处理、废渣利用可迁移到生态环境保护内容上。高三教材在阐述生物膜的意义时，提到科学家研制的透析型人工肾(一种人工合成的膜材料)替代人体的病变器官行使正常的生理功能。其透析原理同化学上讲的胶体的渗析类似。发酵工程中产品的分离提纯，酶工程中酶的固定化(葡萄糖异构酶吸附到离子交换树脂上)，可渗透化学知识，离子交换法、蒸馏、萃取。让学生联系化学上硬水软化的方法——离子交换法等。

　　还有许多化学教材内容与生物教材内容部分重叠，有的较为深入。教学中可将二者综合，引导学生讨论。使获得的知识更加丰满。如：化学中酸雨的危害、空气中二氧化硫的主要来源、污染源的治理，以及环境保护水污染物的种类、光化学烟雾污染的问题、碘化物的用途(在人体中的生理作用)。

　　三、多角度，多层次、全方位

　　生物教材中除了能联系其它学科的内容向外延伸，来培养学生的综合能力，还可以就某一个具体问题引导学生用物理、化学、生物等学科知识去分析，培养综合意识。如：涉及到糖类，生物学角度让学生了解糖的类别、分子式、生理功能，了解葡萄糖氧化分解释放能量的过程，了解糖类通过光合作用产生的过程，了解血糖在人体内的代谢过程，血糖的调节，生物

　　<<高中生物学科中的化学知识>>

　　一般我们说生物与化学是不可分的，在高中知识中就体现了这一点。

　　首先说物质的组成是化学元素：如Ca、P是骨骼、牙齿的主要元素, 糖类、脂类、核酸的主要组成成分C、H、O等，I是组成甲状腺激素的主要成分，Mg是组成叶绿素的必不可少的元素之一，Fe是血红蛋白中的主要功能元素。总的来说生物体是由元素构成各种化合物，化合物在彼此之间相互作用有机的结合在一起就构成了具有生物功能的、形态各异的生物体。

　　其次在生物体中也存在着许多化学反应：如物质的消化、吸收；光合作用与呼吸作用；蛋白质、核酸等物质的合成与分解；能量的贮存与释放中都有复杂的化学变化过程，这就是说生命活动是建立在各种化学反应上的。当出现低血糖症状或缺氧时首先是头部表现症状——头晕，原因是人在站或坐时首先使脑部组织中反应物不足，反应不能正常进行从而造成能量不足而出现症状。

　　还有在生物与化学中讲述时侧重点是不同的，所以有的学生就认为是生物与化学讲的不一样。其实化学的重点是在物质的结构与性质上，而在生物教学中则是在生物体中的作用与利用。化学中也提一些作用，但是专门说生物体中的作用较少，提到的有无机盐离子HCO3-、H2PO4-是调节体内酸碱度（PH值）的重要物质,但只提K、Na金属单质的作用，钙只提钙离子的一些性质，都没有涉及到在人体中的有关生命活动的调节作用，如调解渗透压、血压、泌尿、肌肉收缩等。还有人体中缺少碘时能引起地方性甲状腺肿，但在提到患地方甲状腺肿原因时化学中我们说的是因缺少碘元素，而在生物中则说体内甲状腺激素不足，引起甲状腺不足的原因中有缺碘这一原因。而有的学生则认为生物中讲的与化学中的相互矛盾。生物与化学中讲述的知识实际上是不矛盾的，但是学生在学习过程中不能加以区分，如我们在讲述氨基酸时：生物中氨基酸的通式定义为每种氨基酸分子至少都含有一个氨基（-NH2）和一个羧基（-COOH），并且都有一个氨基和一个羧基连在同一个碳原子上。而化学中说的是同时含有氨基和羧基的有机物。这样学生就认为生物中讲得和化学中不一样，其实并不是这样的，在生物课本中有这样一句话：“组成蛋白质的氨基酸大约有20种。这些氨基酸分子的结构怎样？”通过这句告诉我们生物中讲的只是构成生物体中蛋白质的氨基酸结构。实际上是化学中讲的是所有氨基酸，而生物中只是讲的其中一部分（α-氨基酸）。另外，生物中所讲的还有就是蛋白质的形成过程即氨基酸形成多肽再形成蛋白质。

　　总之，知识的内容都是正确的，但是由于所侧重的方向不同所涉及的内容不同，也可以说我们现在学习的知识还很少不能面面俱到，所以我们要不断的通过学习来丰富我们的知识。