美國Ｐｒｅｎｔｉｃｅ Ｈａｌｌ高中化學教材中生物知識與化學學科的整合

摘要：介紹美國Prentice Hall利用生物知識導出化學知識，生物知識作為化學知識的拓展，化學知識作為生物知識的背景以三種方式將化學知識與生物知識合理、自然地融合。

關鍵詞：生物；化學；學科交叉；綜合

文章編號：1005－6629(2007)12－0051－04中圖分類號：G633.8 文獻標識碼：B

生物學與化學是最為相近的學科，生物與化學都屬于自然學科范疇，二者有各自的學科發展空間，但更多的發展還是兩者間的交叉與融合。生物學是研究生物各個層次的種類、結構、功能、行為、發育和起源進化以及生物與周圍環境的關系等的科學。化學是研究物質的性質、組成、結構、變化和應用的科學[4]。化學指導生物的研究，解釋機理，同時，生物為化學提供研究的課題，生物學的發展給化學研究開辟了新的領域。現代科學已經淡化了學科間的界線，那么中學課程也應順應時代發展，體現學科的交叉與融合。

1 Prentice Hall《Chemistry》教材中生物與化學知識

1.1 融合的生物與化學知識

2005年版由世界著名的教育書籍出版公司Pearson Prentice Hall出版的高中化學教材Prentice Hall《Chemistry》（化學）是將生物與化學知識教學內容很好整合的一個范例。教材有6章內容涉及了生物與化學知識的融合點（見表1）：前言、15章（水和溶液體系）、16章（溶液）、 18章（反應速率和平衡）、 19章（酸、堿、鹽）、 22章（碳氫化合物）和第24章（生命化學）。

（1）生物知識

教材中涉及到的生物知識有（詳見表1）：生理。例如，細胞內部和人體血液的pH、人體器官、人體中的微量元素、血液等；植物，例如，土壤的pH影響植物生長狀況、植物生長時發生的化學反應、葉綠體、β-胡蘿卜素等；動物，例如：蜘蛛等；細胞學，例如細胞膜的重要組成部分及功能、植物表層的蠟膜等；遺傳學，例如DNA和RNA在遺傳學上的作用、DNA的鑒定及其重組等。

（2）化學知識

與生物知識相融合的化學知識有：物質的形態、氣體壓力、水及其性質、溶解、化學反應中的自發反應與非自發反應、熵和自由能、pH、酸堿指示劑、緩沖溶液、碳氫化合物、空氣的組成、碳水化合物、氨基酸、聚合物、磷脂的結構、核酸：化學能量、 氮的循環、人工固氮等。詳見表1：

2 生物知識與化學知識整合的三種形式

2.1 利用生物知識導出化學知識

教材“前言”中在介紹化學學科以及現代化學的發展時，就利用生物知識導出化學知識，介紹了化學學科的的五個分支：物理化學、無機化學、有機化學、分析化學和生命化學。教材首先展示了一名正在踢球的足球運動員的圖片，取其身體的五個部分。

案例1：肺—“物理化學”研究影響人在運動時呼吸速率的因素；膝關節—無機化學可以解釋缺乏Ca會影響骨骼的生長和修復；呼吸道—“有機化學”來詮釋運動員吸入藥物以控制哮喘過程；腿部肌肉—生命化學研究能量如何產生和儲備以用于肌肉的收縮；血液—分析化學檢測體內血液判斷器官是否正常工作。

又如在第19章，“酸、堿、鹽”中pH的介紹。

案例2：如果改變土壤的pH就會影響植物的生長狀況，繡球花在酸性土壤中呈藍色，而在堿性土壤中開粉色的花。土壤的pH過與偏向堿性，常青類的植物會得缺綠病使其葉子褪去綠色而變黃。

同樣在介紹本章的緩沖溶液時，也將生物知識作為化學知識的背景：

案例3：生物體細胞內部液體的pH接近7，因為細胞內部的化學反應對液體pH的變化非常敏感，甚至一個輕微的改變都會傷害到它，人體血液正常時的pH一般維持在7.4，如果在幾分鐘內pH降到6.8或升到7.8，這時沒有人能夠存活下來。

以上幾個例子都是利用生物知識來導出化學基本概念。以自然界中各種生物形態作為例子，使學生帶著對生物知識的疑問來學習化學知識，很容易激起學生學習化學的興趣與熱情。同時導出化學基本概念的相關生物知識都簡單易懂，有利于提高學生學習的積極性，使學生間接鞏固和掌握了許多生物知識，也為生物課程的學習奠定了基礎。

2.2 生物知識作為化學知識的拓展

“生物知識作為化學知識的拓展”主要分布在各個章節的“社會與科技”板塊中，結合了大量的圖片來做說明。例如在第16章“溶液”一章中的“社會與科技”板塊，介紹了如何治療腎衰。

案例4：血液在體內運輸氧氣和其他營養物質的同時，也從細胞中帶走廢棄物并將它們運輸到腎臟，而腎臟的作用就是將血液中的有毒物質過濾掉并通過尿液將這些廢棄物排泄掉。如果腎臟失去功能，那些威脅生命的毒素就會不斷在體內積累。治療這種疾病就需要利用血液循環，在體外利用藥物清理血液，這種治療方法叫做血液透析。

為了使學生對血液透析有更清晰、更直觀的認識，在文字一旁還有相應的整個血液透析過程的模型圖，并繪出了血管中紅細胞、白細胞和廢棄物在此過程中的變化。將化學知識溶解拓展到生物醫學上。

又如在“氣體”一章中的“社會與科技”板塊，解釋了潛水員為什么容易患上“減壓病”。這主要與體內的氮氣有關。

案例5：第一，氮氣的分解。潛水員在潛入深水時為了使體內外各部分的壓強處于平衡，必須吸入壓強跟周圍水壓相等的壓縮空氣（組成與普通空氣相同），這就使得潛水員呼吸時吸入的氮氣增多，引起更多的氮氣溶解在血液中。第二，氮氣的麻醉。過量的氮氣造成神經細胞膜的興奮障礙，對潛水人員會引起一種麻醉作用。第三，“減壓病”。當潛水員從水中快速上浮時，壓強從幾個大氣壓突然下降，這時氮氣從組織中釋放出來形成不溶解的氣泡。這種氣泡在小血管中形成栓塞，阻止血液流過。這會引起肌肉和關節疼痛，如果中樞神經系統發生栓塞，甚至會出現麻痹，厲害時甚至會導致癱瘓或死亡，這就是減壓病。潛水員就是利用反復性潛水時間表來決定再次潛入水中的最佳潛水時間以確保自身的安全。書中將化學中的氣體壓力知識點作為鋪墊引出生物學上的相關知識，開拓了學生的視野。

這種形式是以化學知識作為基礎，利用化學知識拓展出與之相關的生物知識，有利于對所學的化學知識的鞏固。所選取的生物知識相對來說都有一定的難度，使學生在掌握化學知識點后，增加課外知識來拓寬他們的視野，給學有余力的學生留下更大的思維和學習空間，便于繼續探索和鉆研。同時這種形式克服了學科本位的思想，用化學知識來解釋不同領域中遇到的問題，使學生認識到化學學科的實用性及普遍性，體現了自然學科的整體性和相融性。

2.3 化學知識作為生物知識的背景

“化學知識作為生物知識的背景”主要體現在有機化學這一章中。由于有機化學與生物聯系很緊密，而學生對這部分知識較為陌生，教材利用了大量的生物圖片及表格呈現知識。比如在第24章“生命化學”脂類化合物一節中，先介紹了磷脂的構成元素和結構，接著以此作為背景引出細胞膜的基本骨架—磷脂雙分子層，并進一步利用圖片詳細地介紹了細胞膜的構造及其功能。同樣在介紹DNA和RNA時，教材首先簡述了它們的結構和組成，然后從生物的角度講述了DNA和RNA的作用。，還引出了一系列與遺傳相關的內容：核苷酸、DNA分子的雙螺旋結構、DNA鑒定、DNA重組、克隆等。

這一形式基本是以生物知識為主，通過簡單介紹有機物的化學結構， 著重講解相關的生物熱點問題。這樣編排使學生認識到化學與生物這兩個學科是共同發展、相互依賴的，同時也了解到有機化學是發展空間巨大、與生物聯系最為密切的化學分支。教材通過當今發生的生物重大事件，讓學生以化學為橋梁，吸收更多生物科學前沿知識，認識到科學發展對人類的重要性。

3 結論

3.1 有利于學生的全面發展

實現化學與生物學科之間的交叉與融合，將枯燥的化學元素符號和理論與自然界中的植物、動物和醫藥等相關知識聯系在一起，可以使學生從多方面認識和了解化學，從不同的角度觀察問題、解決問題，有利于學生的全面發展。在化學教材中增添生物知識使原本的知識體系擴大，學生的視野也從深度和廣度上有了很大的延伸，增加了學生的未知知識領域，給予他們想象的空間，激發他們的創新能力和求知欲望。

3.2有利于跨學科人才的培養

綜合學科是科學發展的必然趨勢，也是社會發展的必然要求。生物學科與化學學科的交叉與滲透越來越緊密，化學不僅僅是生物學的基礎學科，未來的學科發展需要從事化學和生物學專業的學生都具備化學和生物學的基本知識體系。在教材中重視培養學生科學知識的形成過程，使學的知識更接近現代生活實際。美國化學教材Prentice Hall《Chemistry》（化學）通過：1.利用生物知識導出化學知識；2.生物知識作為化學知識的拓展；3.化學知識作為生物知識的背景，將生物知識與化學學科知識有機融合在一起，有利于學生將來的跨學科培養。在新的形勢下，培養跨學科的人才，建立交叉學科的研究領域，是生物學和化學學科發展的必由之路。

參考文獻：

[1]周立威，趙鐵橋. 兩種日本高中生物學教材的比較[J]. 生物學教學，2005，（11）：P32.

[2]張梅. 化學教學加強學科間滲透例談[J]. 教育實踐與研究， 2002， （8）P58.

[3]占小紅. 美國高中化學教材《化學：與變化著的世界相聯系》特色分析及啟示[J]. 化學教學，2005，（3）：P28-29.

[4]Susan Carey. Science Education as Conceptual Change. Journal of Applied Developmental Psychology[J]， 2000， (2): 13-19.

[5]Peter Goodhew . Education moves to a new scale[J] . Nano Today ， 2006， (5): 40-43.

[6]Antony C Wilbraham ， Dennis D Staley ， Michael SMatta ， etc. Chemist ry [M] . NJ : Pearson PrenticeHall ， US. 2005.