化學前沿學科知識在美國化學教材中的體現

王瑞政　周　青　闕麗麗

摘要：介紹了美國Prentice Hall《Chemistry》教材中關于藥物化學、酶化學、基因化學知識與基礎化學知識的三種融合方式。

關鍵詞：藥物化學；酶化學；基因化學；融合

文章編號：1005－6629(2009)01－0058－04中圖分類號：G633.8文獻標識碼：B

美國 2005年第七次修訂版高中化學教材Prentice Hall《Chemistry》[2]， 將化學前沿科學知識中的藥物化學、酶化學、基因化學與基礎化學學科知識有機地融合在一起，不僅為教師教學提供豐富的教學資源，而且也有助于開拓學生的思維與視野，促進學生科學素養和綜合能力的提高。

1Prentice Hall《Chemistry》教材中的藥物化學、酶化學與基因化學知識

Prentice Hall《Chemistry》教材共有25章，其中涉及藥物化學、酶化學和基因化學知識的共有9章，分別是：第1章（化學簡介）、第4章（原子結構）、第6章（元素周期表）、第9章（物質命名和分子式）、第10章（物質的量）、第18章（反應速率和化學平衡）、第19章（酸、堿和鹽）、第23章（官能團）、第24章（生命化學）；涉及到的化學學科知識有：化學的起源和衍生，化學的發展領域，物質的分類，物質的命名和分子式，物質的量，物質成分的百分比和化學公式，化學反應速率，鹵素取代物，蛋白質，氨基酸和核酸。

1.1藥物化學

教材中滲透藥物化學知識的內容有：含有醫藥成分的植物，如柳樹和香草等；含有醫藥成分的動物，如蝎子和毒蛙等；與醫藥有關的職業，如藥劑師；用作醫藥的麻醉劑，如三氟溴氯乙烷，醚類等；藥品，如阿司匹林、盤尼西林和砒霜等；藥物檢測，如運動員興奮劑的檢測。（詳見表1）

1.2 酶化學

教材中介紹酶化學的知識有：各種酶，例如，乳糖分解酶，尿毒酶，HIV蛋白酶，過氧化氫輔酶；酶的本質，即酶是一種蛋白質；酶在人體中的作用，例如，消化道酶可以加速脂肪的分解，充當化學催化劑的作用；酶的工作原理等。（詳見表2）

1.3基因化學

教材中介紹的基因化學知識有：DNA雙螺旋結構的發現及其分子表面的觀察；DNA和RNA在遺傳學上的作用；DNA和RNA的單體：單核苷酸；基因突變； DNA鑒定。（詳見表3）

2藥物化學、酶化學、基因化學知識與基礎化學知識融合的三種形式

2.1利用藥物化學、酶化學和基因化學知識導出基礎化學知識

教材的第9章介紹化學物質的命名和分子式時，就利用對藥物中毒的處理導出化學知識。

案例1：教材首先創設教學情境：在一般的家庭里我們都能找到可能大約上百種化學品，包括洗滌產品、醫用藥品和農藥。當這些化學品混在一起塊發生反應或家里的小孩不小心吞食而引起藥品中毒時，大多數人不知道該如何處理，這時可以撥打毒物控制中心的電話，他們會提供關于怎樣解救中毒者的信息。如果家庭成員能向毒物控制中心提供引起中毒的物質的一些信息，如中毒物質的名稱或化學式，則會更有利于中毒者的及時解救，由此引出學習化學物質的命名和分子式的重要性。

又如在第24章，“氨基酸及其聚合物”中酶的介紹。

案例2：許多人不能消化乳糖，也就是說他們不能消化牛奶或奶制品。這些人之所以不能消化乳制品是因為他們的體內不能產生足夠的乳糖酶來消化牛奶里的乳糖。如果他們食用了乳制品，就會引起胃漲和不適，要消除這種不適，他們可以在食用乳制品之前先服用一種藥片，這種藥片含有乳糖分解酵素，由此導出酶的概念及其在人體里功能的學習。

同樣在介紹本章的核酸時，也是通過創設情境，由基因化學知識導出化學知識：

案例3：也許有人告訴過你：“你長著媽媽的眼睛，爸爸的鼻子”。當然，照字面的意思理解，這種說法是不完全正確的。你的眼睛就是你的眼睛，你的鼻子就是你的鼻子，但你身體里的蛋白質，基因確實繼承于你的父母，由此導出核酸的學習。

以上幾個例子都是利用藥物化學、酶化學和基因化學知識來導出化學基本概念。從學生感興趣的形象、生動和具體的事實與經驗出發, 以學生熟悉的生活例子創設教學情境，使學生帶著對藥物化學、酶化學和基因化學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。

2.2基礎化學知識作為藥物化學、酶化學和基因化學知識的背景

“基礎化學知識作為藥物化學、酶化學和基因化學知識的背景”在該教材中也有很好的體現。

例如在第9章“物質的命名和化學式”中先介紹了化學物質的命名和書寫，接著以此作為背景，在“化學領域中的職業”板塊中引出藥劑師這一職業。

案例4：醫生會給病人開出處方藥的單子，然后由藥劑師去配藥，藥劑師要確保他們配的藥和藥的劑量不會危害到病人。一個具備一些化學知識和生物知識的人只能成為藥劑師的助理，要想成為一名藥劑師，需有大學藥劑學的學位證，這個學位證要求修完化學﹑生物﹑數學、統計學和藥物學等有關知識。

教材“化學領域中的職業”板塊的介紹不但有利于學生了解化學在實際生活中的應用 , 也有利于高中生了解各式各樣的職業 , 為將來的擇業提供更多的參考信息。

又如，在學習了18章“反應速率和化學平衡”中催化劑的基礎上，介紹了酶在人體中充當催化劑的作用。

案例5：酶是一種可以提高生命反應過程的催化劑，如果沒有酶的催化作用，人體的許多生命活動就會變得很慢。例如，當你吃了富含蛋白質的肉后，你消化道里的消化蛋白酶就會在幾小時之內分解這些蛋白質，如果沒有這種酶，這個消化過程在體溫條件下就需要花上幾年的時間。同樣在介紹DNA和RNA時，教材首先簡述了它們的結構和組成，然后從基因的角度講述了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重組以及克隆技術等。

這一形式基本是以藥物化學、酶化學和基因化學知識為主，通過簡單介紹相關化學知識， 著重講解相關的藥物化學、酶化學和基因化學知識。這樣編排使學生不僅認識到學習化學基礎知識的重要性，而且也會領悟到科學前沿知識在現實生活中的應用價值，以此激發他們的創新能力和求知欲望。

2.3藥物化學、酶化學和基因化學知識作為基礎化學知識的拓展

“藥物化學、酶化學和基因化學知識作為基礎化學知識的拓展”主要分布在各個章節的“社會與科技”板塊中，該板塊緊密聯系社會與科技的發展，并且結合了大量生動的彩圖來做說明。例如在第1章“化學簡介”中的“社會與科技”板塊，介紹了自然界中的藥物。

案例6：大約40%的現代藥物來源于植物或動物產生的化學物質。化學家必須先確認這些物質的成分和作用，然后提純這些物質并說明它們對人體的作用，科學家就是研究如何使這些藥物更有療效或毒性更小。例如：

柳樹皮：幾個世紀以來，人們飲用柳樹皮泡的茶來治療頭痛和其他小病痛。到1828年，科學家已經把柳樹皮的有效成分分離出來，70年后，化學家們又在這種有效成分的基礎上制得了阿司匹林。

毒蛙：化學家發現毒蛙的皮膚有一種毒物，并用這種物質來研究人的神經系統。結果表明，該物質是類似于嗎啡一種較強的去痛藥，但不會使人上癮。

由此可知，早期的藥物許多是由偶然性和經驗性發現的，而且來源于自然界。為了使學生對這些天然藥物有更清晰和更直觀的認識，在這些藥物彩圖的一旁還有相應的文字說明。由化學起源和衍生將化學知識拓展到藥物化學上。

又如24章（生命化學），在“酶是如何工作的”中，為我們解釋了引起艾滋病病毒中的HIV蛋白酶是如何工作的，同時在介紹了酶的化學知識后，為我們拓展了“輔酶”知識。

案例7：一些酶不需要其他的物質就能對生物體中的物質直接催化，而有些酶則需要非蛋白質的輔酶來共同完成催化過程。輔酶可以是金屬離子、有機小分子或水溶性維他命，例如VB，就是一種輔酶。作為輔酶的金屬陽離子有：鎂離子﹑鉀離子﹑鐵離子和鋅離子。在過氧化氫酶的結構中包含有三價離子，它能催化雙氧水的分解,得到水和氧氣。

同樣是24章，在介紹核酸的化學知識中，又為我們呈現了“DNA指紋鑒定”的知識。

案例8：DNA指紋鑒定的取樣可以從頭發﹑皮膚細胞或體液中得到，DNA排列的順序，如指紋，對每個人來說都是獨一無二的，這種檢驗方法稱為DNA指紋鑒定。要進行DNA指紋鑒定，首先，科學家會先從取樣中分離出DNA，只要很少的樣就能進行DNA指紋鑒定。酶用于分開在特別的堿基對順序之間的DNA鏈，使得DNA從樣品中分開，由此得到較大數量的DNA片段（這些DNA片段的長度和堿基對組成都是不一樣的），然后通過對照已知的DNA樣，從而得出DNA指紋鑒定是否和已知一致。

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藥物化學、酶化學與基因化學知識，有利于鞏固所學的化學知識。所選取的藥物化學、酶化學與基因化學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學習和思維空間，便與繼續探索和鉆研。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。

3 結論

3.1為教師教學提供豐富的素材

與我國高中化學教材相比, Prentice Hall《Chemistry》教材內容覆蓋面較寬,呈現方式豐富多彩，特別是關于“21世紀化學發展趨勢”的教學內容。教材中的化學前沿知識可以作為教師引入新知識的背景材料，也可以作為課堂教學相關資料插入，還可以作為拓展性閱讀材料和作為科技活動素材等等，不僅大大豐富教師的教學素材，改進教師的教學思路，而且在教學過程中可以拉近高科技與基礎化學教育的距離，使學生多了解本學科甚至是交叉學科領先的科學技術，從而達到學生學得輕松，教師教的愉快的效果，提高教學質量。

3.2有利于學生的STS教育

Prentice Hall《Chemistry》將代表化學21世紀化學發展趨勢的現代科技和社會的一些重大問題及時地滲透到化學教學中,把化學教學與科學、技術和社會有機的結合起來,不僅使學生掌握化學的一些前沿知識,更重要的是使學生懂得這些知識和技能的實用價值和社會價值,懂得在社會中如何應用這些知識技能。通過STS 教育使學生廣泛了解社會，接觸社會,參與到社會生活中的一些重大問題之中,不僅可以培養他們的道德觀念和社會責任感,使他們成為了解社會和關心社會的人,而且可以使學生形成正確的價值觀和人生觀。

3.3有利于培養學生的綜合素質

Prentice Hall《Chemistry》教材中編入有關21世紀化學發展趨勢的前沿性知識的方式，順應了現代教材所倡導的課程綜合化與融合性。教材沒有配套的專門手冊，也沒有用專門的章節來講解，而是采取內容的鑲嵌式處理，如教材中穿插在歷史上有重要影響的化學重大事件，有利于學生了解化學研究的文化背景，了解化學這門學科各領域的大致演變歷程及其發展方向，感受化學是一門“核心、實用和創造性”的科學，并取得了巨大的成功。

參考文獻：

[1]周青, 姚林娜，楊輝祥. 美國化學教材中的經濟觀念教育的啟示[J]. 課程·教材·教法, 2005, (12): 82-86.

[2]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與啟示》[J]. 化學教學,2005, (3): 28-29.

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

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

[5]Paul DeHart Hurd. Modernizing science education[J]. Journal of Research in Science Teaching, 2002, (12): 3-9.