高中理科綜合學習中化學與生物學的差異性描述問題探討

董向文

[摘? ?要]高考理科綜合試卷中經常出現化學與生物學內容交叉的情況，有部分知識兩學科存在差異性描述，如酶、斐林試劑與新制氫氧化銅懸浮液、多肽和蛋白質等。從不同學科、不同角度探討化學與生物學的差異性描述問題，有助于培養學生深度學習和科學探究的能力。

[關鍵詞]化學;生物學;理科綜合;差異性描述

[中圖分類號]? ?G633.8? ? ? ? [文獻標識碼]? ?A? ? ? ? [文章編號]? ?1674-6058（2019）32-0054-02

在2018年普通高等學校招生全國統一考試中，理科綜合全國Ⅰ卷選擇題化學部分出現了這樣一道題目：

8.下列說法錯誤的是（）。

A.蔗糖、果糖和麥芽糖均為雙糖

B.酶是一種具有高選擇性能的蛋白質

C.植物油含不飽和脂肪酸酯，能使 Br2/CCl4褪色

D.淀粉和纖維素水解的最終產物為葡萄糖

題目一出，在全國引起了軒然大波，很多教師對此提出了看法。有的認為題目不嚴謹，A、B項均可選;有的認為該題為化學試題，B選項的描述沒有問題，所以僅選A。最終各省考試院統一口徑，選A或B均可得分。

但是問題并沒有從根本上得到解決，在高考理科綜合考試中，仍存在化學與生物學在不同物質或不同知識上的差異性描述問題。本文擬從兩個方面對這一現象進行探討。

一、化學與生物學差異性描述的由來

化學與生物學這兩門學科形成的時間并不長。在人類歷史上，絕大部分時間都是多門學科混雜在一起的，并沒有明顯的學科分界線，也沒有學科的概念。隨著人類對世界和自然的不斷認識，逐漸產生了自然科學研究，于是在很早以前形成了一門學科——博物學，我們所熟知的達爾文，就是博物學家。博物學是自然科學研究的鼻祖，也是化學與生物學之母。

20世紀以后，隨著人類對自然的認識越來越豐富，學科之間也分得越來越細，龐大的博物學，最終根據它的內在特征和研究方向，分為研究物體的物理、研究物質的化學和研究物種的生物學以及其他現在常見的學科。由于化學與生物學本出同源，很多的物質和知識都在化學和生物學中大量使用，但隨著學科的漸行漸遠，最終產生了一些對同一物質或知識的差異性描述，導致學生在學習和考試中出現差錯。

二、中學化學與生物學常見的差異性描述

中學化學與生物學是學習化學和生物學的入門階段，學生的認知程度有限，教材過分淺顯，教師鉆研的深度不夠，都會導致學生學習上的迷惘和困惑。下面對高中理科綜合學習中常見的化學與生物學的差異性描述問題進行歸納和探討。

1.酶

2018年全國Ⅰ卷理科綜合中出現的差異性描述問題集中在化學與生物學對酶的描述上。人教版化學必修2第81頁是這樣描述的：“酶是一類特殊的蛋白質，是生物體內重要的催化劑。”[1]蘇教版化學必修2第78頁則提到：“酶是一類具有催化作用的蛋白質。”[2]魯科版化學必修2對酶的定義沒有專門的敘述。因此，很多教師據此提出文章開頭提及的高考題沒有錯，酶就是一種蛋白質。

可是在三個版本的化學選修教材中，對酶的敘述卻和必修部分不一樣。人教版化學選修5第91頁提到：“酶是一類……具有催化作用的有機物，其中絕大多數是蛋白質。”[3]蘇教版化學選修《有機化學基礎》第107頁提到：“酶是由活細胞產生的一類具有催化功能的生物分子，絕大多數的酶是蛋白質。”[4]魯科版化學選修《有機化學基礎》第89頁提到：“酶是一種高效的生物催化劑……，大多數酶都屬于蛋白質。”[5]可見，即使是中學化學教材，也沒有否認部分酶不是蛋白質。

在這一方面，人教版生物必修1第81頁有一個“資料分析”，專門敘述了“關于酶本質的探索”，從最初人類認為生物催化作用是化學過程，和生物無關，到后面認為是細胞起催化作用，再到推測酶是蛋白質，最終在20世紀80年代，科學家發現了少數RNA也具有催化作用。

因此，兩個學科對酶的定義并沒有歧義，我們認為，現代科學對酶的定義可歸納為“一種高效的生物催化劑，其中絕大多數是蛋白質，也有一些是RNA”，這樣才更加精確。

2.斐林試劑與新制氫氧化銅懸濁液

在高中化學教材中，檢驗醛基的還原性使用的是銀氨溶液或者新制氫氧化銅懸濁液，其中新制氫氧化銅懸濁液使用方便，效果明顯，成功率高，很受學生的喜歡。而在糖類的學習中，檢驗還原性糖，主要就是檢驗糖分子中存在的醛基，因此使用的也是新制氫氧化銅懸濁液。

但是生物教材中卻是用一種叫“斐林試劑”的藥品來檢驗還原性糖的。那么什么是“斐林試劑”呢？斐林試劑是德國化學家斐林在1849年發明的，常用于鑒定可溶性還原性糖的存在。使用時準備兩支試管，一支裝甲液（0.1 g/mL NaOH溶液），另一支裝乙液（0.05 g/mL CuSO4溶液），將甲、乙兩液等量混合均勻（即現配現用——新制），接著再注入還原性糖，加熱后出現磚紅色沉淀。

由此可見，斐林試劑就是化學上使用的新制氫氧化銅懸濁液，它們是一個物質的不同名稱。由于新制氫氧化銅懸濁液（斐林試劑）在檢驗醛基上的顯著作用，學生在化學和生物學的學習中都必須認真地掌握。

我們還發現，生物教材中常用到的雙縮脲試劑與新制氫氧化銅懸濁液相似，極易混淆。它也使用兩支試管，分別盛裝0.1 g/mL NaOH溶液（A液）和0.01 g/mL CuSO4溶液（B液），但是在使用時先加A液1 mL，搖勻;再加B液3～4滴，搖勻，而且不需加熱，現象是溶液變紫色。可見，雙縮脲試劑其實是分別利用 NaOH和CuSO4的性質，逐步反應，用于鑒定蛋白質，與新制氫氧化銅懸濁液有本質上的區別。

3. 多肽和蛋白質

關于蛋白質，教材提到最多的是：蛋白質水解的最終產物是氨基酸，而氨基酸之間通過縮合生成多肽。現在新的問題就出現了：到底什么是多肽？什么是蛋白質？多肽和蛋白質有什么區別和聯系？

在現行三個版本的化學必修教材中均沒有對多肽進行描述，只有蘇教版化學必修2提了一句：“在一定條件下，氨基酸之間能發生反應，合成更復雜的化合物（多肽），構成蛋白質。”（第78頁）[2]但對此并沒有更多的解釋。

而在選修教材中，人教版化學選修5提到：“多種氨基酸分子按不同的排列順序以肽鍵相互結合，可以形成千百萬種具有不同的理化性質和生理活性的多肽鏈。相對分子質量在10000以上的，并具有一定空間結構的多肽，稱為蛋白質。”（第87頁）[3]蘇教版化學選修《有機化學基礎》則專門提到：“蛋白質和多肽都是由氨基酸構成的有機化合物，它們之間沒有嚴格的界限。”（第103頁）[4]魯科版化學選修《有機化學基礎》沒有對多肽和蛋白質的不同進行描述。

但是三個版本的化學選修教材均介紹了蛋白質的空間結構，詳細地點出了氨基酸分子脫水形成多肽時，是按照一定的線性順序進行的，按這種順序形成的是蛋白質的一級結構，再經過多肽鏈的折疊、卷曲，氫鍵、二硫鍵等的結合，最終形成蛋白質的四級結構，從而具備理化性質和生理活性。

高中生物教材中對多肽和蛋白質的描述與化學選修教材差不多，也提到：“多肽通常呈鏈狀結構，叫作肽鏈。肽鏈能盤曲、折疊，形成有一定空間結構的蛋白質分子。許多蛋白質分子含有幾條肽鏈……”（人教版生物必修1第22頁）[6]并在“知識鏈接”中指出蛋白質中氨基酸的排列順序，是由細胞核中貯存的遺傳信息決定的。

由此我們可以得出結論：從相對分子質量來看，雖然多肽相對分子質量小一些，蛋白質大一些，但沒有明顯的本質區別;從結構看，它們之間還是有較大差別的，多肽結構簡單，通常呈鏈狀，蛋白質則結構復雜，而且不同的蛋白質分子和不同的多肽鏈也有很大的區別。因此，如果簡單地說蛋白質比多肽分子大也是錯誤的。

綜上，化學和生物學在對同一物質或知識的描述上存在一定的差異，是因為化學主要研究物質的組成、結構與性質，而生物學主要研究物質在生命活動中的作用，研究方向不同，著重點就不同，雖然它們本出同源，但在不斷的發展中自然就會產生一定的差異。因此在指導學生學習時，教師應博采眾長，從不同學科、不同角度進行深入探討，培養學生深度學習和科學探究的能力。

[? 參? ?考? ?文? ?獻? ]

[1]? 宋心琦.普通高中課程標準實驗教科書·化學（必修2）[M].北京：人民教育出版社，2007.

[2]? 王祖浩.普通高中課程標準實驗教科書·化學（必修2）[M].南京：江蘇教育出版社，2015.

[3]? 宋心琦.普通高中課程標準實驗教科書·化學（選修5）[M].北京：人民教育出版社，2007.

[4]? 王祖浩.普通高中課程標準實驗教科書·化學（有機化學基礎·選修）[M].南京：江蘇教育出版社，2014.

[5]? 王? 磊，陳光巨.普通高中課程標準實驗教科書·化學（有機化學基礎·選修）[M].濟南：山東科學技術出版社，2011.

[6]? 朱正威，趙占良.普通高中課程標準實驗教科書·生物（必修1）[M].北京：人民教育出版社，2007.

（責任編輯 羅? ?艷）