借化學和生物教材異同，抓核心素養落實

王惠英

摘 要：高中化學教材和高中生物教材中有不少內容存在交集。在教學中，教師要善于抓住契機，從突出學科特點、抓住問題背景、強調實驗目的和重視分析原理幾個角度來進行學科間的相互滲透和協調，在對比分析中落實核心素養。

關鍵詞：化學；生物；教材；異同；核心素養

教材文本是是培養學生核心素養具體而生動的載體。作為高中化學教師，你肯定碰到過這樣的情況：在考察如何檢驗葡萄糖時，學生給出的試劑是菲林試劑，條件是水浴加熱；列舉還原糖時都提到了果糖；學習糖類時，學生說蔗糖是大分子不能透過半透膜……諸如此類聯系生物和化學的內容，都出自教材，有的內容是相通的、互補的，有的卻看似矛盾。教學中如何抓住契機在老師講清楚、學生不糊涂的基礎上，做好學科之間的延續和借鑒，把培養學生核心素養落到實處？本文從幾個頗有爭議的內容談談處理方法。

一、研究對象不同時 ，突出學科特點——落實結構決定性質

案例1：糖類和碳水化合物的關系

在生活中很多人不知道碳水化合物主要指糖類，在學習中，不少中學生又錯把糖類和碳水化合物等同。人教版高一生物《必修1》：“糖類分子都是由C、H、O三種元素構成的，因為多數糖類分子中氫原子和氧原子個數之比是2︰1，類似水分子，因而糖類又稱為‘碳水化合物”。這一內容大多數學校的學生在高一上學期就接觸到。

人教版高二化學《選修5》：“從分子結構上看，糖類可定義為多羥基醛、多羥基酮和它們的脫水縮合物。因為，并不是所有的糖分子中H和O的比例都是2︰1，而有些由C、H、O三種元素構成，其中H和O按2︰1組成的從結構上看卻不是糖，所以稱糖類為‘碳水化合物并不準確，但因沿用已久，迄今仍然在某些學科中使用”。這一概念不僅體現元素組成更強調了結構和官能團，有利于形成“結構決定性質” 的觀念。鑒于化學上接觸糖類的概念在生物之后，教學時老師要有預見性，對學生已形成的概念和存在的局限要及時糾正和規范。

可見，由于學科研究對象不同，對同一概念的描述也會存在差異。生物學科的定義立足于元素組成和原子個數比，化學學科不僅研究物質的組成還強調物質的結構和性質。教學中教師要引導學生精讀教材，逐字逐句進行概念剖析，把核心素養中的 “能從元素和原子、分子水平認識物質的組成、結構、性質和變化”這一具體要求落到實處。

二、 判斷標準不同時，抓問題背景——落實證據意識

案例2：果糖究竟是不是還原糖

中學生物老師認為果糖屬于還原糖，而多數化學教師則認為果糖分子中不存在醛基，屬于非還原糖，那學生如何回答呢？先看看各科教材對還原糖的描述：

人教版高一生物《必修1》：“糖類中的還原糖（如葡萄糖和果糖），與菲林試劑發生作用，生成磚紅色沉淀”。而全日制普通高級中學教科書（必修）生物第一冊（2003版）：“還原糖是分子結構中含有還原性基團（游離醛基或游離酮基）的糖”。顯然，還原性基團包含了游離酮基，果糖屬于還原糖，不少生物教師也依此為據進行教學。無論是新舊教材，這一內容大多數學校的學生在高一上學期就接觸到。

人教版高二化學《選修5》：科學探究——“葡萄糖是醛糖，有還原性，果糖是酮糖，請設計實驗證明其是否有還原性”。結合該學段學生已有知識，在教學中我們會設計3組對比實驗讓學生完成：葡萄糖、果糖和丙酮分別與新制氫氧化銅（或者銀氨溶液）反應，前兩者實驗時出現了紅棕色沉淀，而丙酮實驗時沒有產生紅棕色沉淀。通過查閱資料得知：果糖能被菲林試劑氧化的實質是：堿性環境中，果糖可以通過差向異構作用轉化為葡萄糖和甘露糖，果糖中的酮基經過烯醇化轉化為醛基，所以堿性環境中果糖溶液其實是果糖、葡萄糖（含醛基）和甘露糖（含醛基）三者的混合物，其實質是堿性環境中已經存在含醛基的葡萄糖和甘露糖了。在酸性環境中果糖不能發生差向異構作用，不能被菲林試劑氧化，不具有還原性。

結合實驗分析不同學科對還原糖的界定，不難看出分歧在區分還原糖的標準上，中學化學一般根據是否含有醛基來判斷，果糖不含醛基，所以不是還原糖；中學生物則把游離醛基和游離酮基都歸為還原基團，所以果糖屬于還原糖。在教學中，如果教師能把劃分還原糖的標準以及果糖能被菲林試劑氧化的實質給學生介紹清楚，學生就可以根據問題設問的角度來回答，而不是像有些教師簡單粗暴地告訴學生：化學中果糖是非還原糖，生物中果糖是還原糖。同時也提醒我們，設問時要注意問題背景，單純地提出果糖是不是還原糖，學生確實不好回答，如果化學教師是從檢驗是否存在醛基的角度來設問，不僅問題指向明確，突出本學段重點即醛基的性質。同時還可以在研讀教材的過程中落實核心素養的內涵——“具有證據意識”，能基于證據對物質組成、結構及其變化提出可能的假設，通過分析推理加以證實或證偽，在學習過程中體現具有化學學科特質的思想和方法。

三、 實驗條件不同時，強調實驗目的——落實變化觀念

案例3：新制氫氧化銅氧化還原糖究竟用什么方式加熱

生物和化學教材上檢驗還原糖在描述和實驗條件上也存在不同。

人教版高一生物《必修1》描述：…… 2mL待測組織液（蘋果或梨勻漿），1mL菲林試劑（甲、乙液等量混合均勻再注入），放入50～65℃溫水的大燒杯中加熱約2min。

人教版高二化學 《選修5》實驗4-1：……2mL10%葡萄糖溶液，2mL10%NaOH溶液、5%的CuSO4溶液5滴，加熱。此處的“加熱”，教學過程中都采取直接用酒精燈加熱。

高一生物教材中用菲林試劑檢驗還原糖，高二化學教材上檢驗醛基用“新制氫氧化銅”， 中學階段，由于沒統一要求配合物知識，因此，為了避免造成不必要的麻煩就用新制的氫氧化銅代替斐林試劑，但有一點，二者起作用的都是Cu（OH）42-。分歧在實驗時的加熱方法。

究竟用水浴加熱還是酒精燈直接加熱，水浴溫度有限制嗎？教師對學生提出此類問題要有預見性，雖然該實驗靈敏性極高，無論水浴加熱還是酒精燈直接加熱都能看到磚紅色沉淀產生，但是鼓勵學生要具有對比和質疑的態度還是需要的。其次，要明確生物和化學教材上該實驗的目的不同，化學教材上的演示實驗，要達到驗證醛基的存在、分析磚紅色沉淀產生、沉淀變黑以及強調實驗的規范操作等目的，所以在短時間內要達到以上目的當然就用酒精燈直接加熱。而生物教材上要達到的實驗目的是檢驗醛基的存在，甚至還要有意避免磚紅色沉淀變黑的現象，因為Cu（OH）2分解不在本節生物教材討論范圍，所以就選擇55～65℃水浴加熱。由此可見，實驗條件的選擇由實驗目的決定。抓住此類問題可以在對比不同實驗條件的過程中實時滲透核心素養的“變化觀念”——知道化學變化需要一定的條件，并遵循一定規律。

四、實驗現象不同時，重視分析原理——落實科學探究

案例4：蔗糖能否透過半透膜

蔗糖能否透過半透膜，在生物教材上的運用比化學教材上多。生物教材中在講物質的跨膜運輸時就以蔗糖分子不能透過玻璃紙的實驗說明滲透現象。人教版高一生物《必修1》 ：“玻璃紙（又叫賽璐玢）是一種半透膜，水分子可以透過它，而蔗糖分子則不能”。化學教科書中涉及的相關內容出現在人教版全日制普通高級中學教科書《必修加選修》化學第三冊：“半透膜有非常細小的孔，只能允許較小的離子、分子透過，膠體分散質的粒子不能透過半透膜”。

學生出現的疑惑通常集中在：生物上蔗糖不能透過半透膜，它屬于大分子，與化學中的高分子等同嗎？化學上蔗糖分散在水中不形成膠體，它應該能透過半透膜？面對這些疑問，化學教師可以從原理出發引導學生進行分析：首先，半透膜指的是一類孔徑有區別的膜，玻璃紙（賽璐玢）和雞蛋內膜就是兩種常見的半透膜，不同的半透膜其孔徑大小是有細微差別的，用酸處理過的雞蛋內膜其孔徑也會發生變化。蔗糖不容易（不是不能）透過雞蛋內膜，它和水都含—OH，靠氫鍵形成較大分子束，但不穩定，所以透過速率慢[1]；其次，生物中的大分子和化學中的高分子是有區別的，生物大分子是為了區別化學高分子以及相對分子質量較小的有機分子而提出的。生物上，蔗糖習慣歸于大分子，在化學上它不屬于高分子（高分子的相對分子質量從幾千開始）；最后，蔗糖分散在水中形成溶液而不是膠體，這很好驗證。有了以上理論的支撐，學生才能從問題和假設出發，確定探究目的——是半透膜孔隙大小還是蔗糖分子大小的原因？不能透過還是透過速率慢？并據此設計探究方案，進行實驗探究。

諸如以上聯系化學和生物的內容還有不少。作為教師，我們在研讀本學科教材的同時，也要串串其他學科的門，把學科間的分歧協調統一，從不同學科中吸收和轉化課程資源。當然，在處理教材時，教師既要做到“形散”——博覽不同版本、不同學段、不同學科對相關知識的描述，又要“神聚”——收集和處理素材的目的是為本學段的重點、難點服務。對學生而言，不同學科的差異可以拓展他們的眼界，初步體會學術爭論的樂趣。閱讀、對比、思考是人們終身學習必須掌握的技能，是學生素養中最基礎、最核心的部分，對學生的學習與成長具有重要的意義，教師用好這些教學素材，教材就會成為滋養學生核心素養的沃土。

參考文獻：

[1]劉懷樂. 關于蔗糖分子能否透過半透膜的探討[J].教學儀器與實驗，1993（4）：16.