高中生物的“数理化”教学

王玮

【摘要】针对高中生物课程设置与其他理科基础课程之间衔接的缺陷，在课堂教学中， 适当引入相关的数理化知识，帮助学生架构知识链条以有效的解决生物学问题。

【关键词】高中生物课程 数理化课程 课堂教学

【中图分类号】G633.91 【文献标识码】A 【文章编号】2095-3089（2014）02-0167-02

高中生物课程是高中科学学习领域中的一门学科。从课程结构的总体设置来看，高中生物课程与物理、化学等课程同为科学领域的一个科目，具有同等重要的地位。遵循课程方案的改革，高中生物新课程从高一年级开始就进入三个必修的模块的学习。这种课程模式的设置使初、高中生物教学有了更好的衔接，并对于进一步提高学生的生物科学素养，发展学生的科学探究能力，帮助学生理解生物科学、技术和社会的相互关系起到了积极的推进作用。但是，相关科学课程之间教材内容的横向衔接却存在一些不足之处。学生在学习部分生物学的核心概念和技术时，往往由于相关高中数理化基础知识学习的后置性，而反映出一定程度的认知难度。例如人教版新课标教材必修一第1章《组成细胞的分子》的教学安排比高中化学课程中有机化学的教学提前了近一个学年，这样使高一学生对于氨基酸、核苷酸等有机物结构的理解造成了很大的困难。如果在教学中，适当渗透一些数理化知识的学习，帮助学生建构相关的理化基础，那么他们便能顺利的达到对生物学知识技能的理解应用。

1.运用化学知识理解碳是细胞中的最基本元素

在“细胞中的元素和化合物”一节的教学中，教师通过资料分析和化学模型展示的方式可以帮助学生更好理解“碳为什么是细胞中的最基本元素”，并为认识蛋白质、核酸等生物大分子的结构奠定有机化学的基础。首先让学生在化学课本的元素周期表中查找碳元素处于什么位置？学生很快找到碳是第ⅣA族的位置，原子序数为6。利用初中化学知识可推导出碳原子核中含有6个质子，核外有6个电子。接下来呈现资料①由于电子排布的不同，在碳的最外层有4个电子。这样，碳原子就具有了4个成键的价电子。这样每个碳原子不仅可以和氢、氧、氮、硫等多种非金属原子形成4个共价键，而且碳原子之间也能以共价键相结合。②原子之间通过共用电子对所形成的相互作用力，叫做化学键。以共用电子对形成分子的化合物叫共价化合物。含碳元素的有机化合物都属于共价化合物。③多个碳原子可以相互结合成长短不一的碳链，碳链也可以带支链，还可以结合成碳环，碳链和碳环也可以相互结合。在学生阅读获取信息的前提下，教师利用板书画出最简单的有机物——甲烷结构式随后利用板书书写的形式组织引导学生比较认识有机物的结构式、结构简式和分子式的书写方法。

2.介绍同位素与同位素示踪技术

高中生物教材，从“细胞器”一节的学习中就应用了同位素标记技术进行分泌蛋白的合成和运输途径的示踪实验。由于学生还没有学过有关同位素的化学知识，就会不断地问：“什么是同位素？怎么标记的？”针对学生的疑问，教师可以简单介绍一下相关的化学知识：化学原子的质量数是质子数和质子数之和。同种原子的原子核中质子数是相同，但中子数不一定相同。质子数相同而中子数不同的同一元素的不同原子互称为同位素。 “同位”即指核素的质子数相同，在元素周期表中占有相同位置。同位素中有些具有放射性，称为放射性同位素。

3.建构数学概率论模型进行遗传现象的分析

孟德尔在分析豌豆杂交试验结果和推理的过程中，都应用了数理统计的方法和思想，尤其以概率论的有关知识为核心。在“遗传与进化”模块的学习中，学生也要运用概率知识进行杂种后代基因型和表现型的各种比值的求解以及推断人类中某对夫妇生下患遗传病后代的风险率。可是所涉及的概率论和统计学原理在高中数学课程中的学习却是滞后的。由于相应计算方法的欠缺，学生往往觉得遗传学是高中生物课程中最难学的部分，总是不能准确的求解。所以在教学中将相关的概率论等数学概念模型以举例的方式介绍给学生，并运用遗传实例反复引导学生进行演练。这样在教师搭建的学科知识之间联系的平台上，学生可以“挑一挑摘到桃子”了。首先提出概率是指某一事件发生的可能性的大小，用百分数或分数形式来表示多少。例如一对等位基因的杂合子（Dd）自交后代表现3：1的性状分离比，就是指在后代中显性性状个体出现的可能性为3/4。对于像这些结果不可事先预言的随机事件之间的关系一般包括：互不相容事件、对立事件、独立事件等。在上述例子中，自交后代中的一个显性个体而言，其基因型不可能同时为DD和Dd，这就是互斥事件。而后代中的表现显性的个体就是隐性个体的对立事件，它是互不相容事件的特例。独立事件是指A事件的出现并不影响B事件的出现。例如两对等位基因的杂合子（AaBb）在形成配子时，A移与B移向同一极是互不影响的，属于独立事件 。那么要计算这些事件之间发生的可能性大小，就要用到两个基本定律。

加法定律是指两个互斥事件共同发生的概率是其各自概率之和。Dd自交后代中，纯合子出现的概率为显性纯合子（DD）和隐性纯合子（dd）两者概率之和，即1/4+1/4=1/2。乘法定律是指两个相互独立的事件同时发生的概率是其各自概率的乘积。也就说两者组合的概率要小于单独发生的概率。AaBb自交后代中，AaBb出现的概率是：1/2Aa×1/2Bb=1/4。在接下来的学习活动中，教师就可以引导学生运用数学概念模型进行各类遗传问题的综合分析计算和灵活应用了。

生命科学是在数学、技术科学、物理学和化学等学科不断渗透交融的基础上突飞猛进发展起来的新兴学科。运用数理化知识理解掌握生物学的核心概念和解决生物学问题是高中生应该必备的一项重要技能。作为高中生物教师应该深入分析研究课程教材，了解學生理科各门课程的学习进度，把握好生物课程内容与相关数理化基础知识间联系的脉络。在此基础上，针对学生知识链上出现的中断环节，在课堂教学中适时的引入相关数理化的概念原理，帮助学生有效的迁移应用到对生命本质的探究问题上来。这样教学活动的开展，既达到实现有效教学的目标、提升生物教师的综合素养的同时，又可使学生从整体上、从科学知识的网络体系上了解和把握科学知识、解决实际问题[2]的同时，充分体验生命的理性之美！

参考文献：

[1]刘恩山，汪忠.2004.普通高中生物课程标准（实验）解读.南京：江苏教育出版社.82～83

[2]袁运开，蔡铁权.2003.科学课程与教学论.杭州：浙江教育出版社. 163～164