生物学中渗透的其他学科.doc

新课改下生物学与其他学科的渗透
（朱红梅 资中二中）
摘要：生物学中渗透着化学如斐林试剂、班氏试剂的配置和应用，地理如植物的移栽，数学如遗传学概率计算，语文如探讨诗句中蕴含的生物知识，这对生物教师的要求会随着教改二越来越高。
关键字：渗透 斐林试剂 班氏试剂 日照 概率

新课程内容的第二部分要求根据基础教育课程的均衡性、综合性与选择性原则，重建新的课程结构。通过三方面改革来实现：一是建立由分科课程、综合课程、综合实践活动课程构成的新课程结构。课程设计的共同原则是：以学生的学习态度、能力培养为主线，精选对终身学习与发展必备的基础知识、基本技能，体现教育内容的现代化，以及与社会经济、学生生活的联系，强调实践与探究，同时提供广博的科学知识背景。生物学作为一门科学类的学科，含有较多生活实践类知识，通于其他理科类学科有着密切的联系。在该标准中强化了学科综合能力的重要性，在生物中包含有大量化学、地理、数学的知识。
一、生物学中渗透的化学知识
生物与化学可谓是“孪生兄弟”，化学学习为生物学习奠定了良好的基础，生物学中渗透最多的也是化学知识。比如：生物学中讲到了构成蛋白质的氨基酸，是一个中心碳原子上接了一个羧基、一个氨基、一个氢原子和一个Ｒ基团。实际上这仅仅是化学中提到的a-氨基酸，化学中将所有具有氨基和羧基的含碳化合物叫做氨基酸。因此在生物的考题中都强调是构成蛋白质的氨基酸。
又如鉴定还原性糖是用到了斐林试剂和班氏试剂。斐林试剂由质量浓度为0.1g/mL的氢氧化钠溶液和质量浓度为0.05g／mL的硫酸铜溶液配制而成，二者混合后，立即生成淡蓝色的Cu（OH）2沉淀。Cu（OH）2与还原性糖在加热的条件下，能够生成砖红色的Cu2O沉淀。在斐林试剂使用时要求现配现用即马上要鉴定还原性糖时才将氢氧化钠与硫酸铜混合。因为斐林试剂实际是指氢氧化铜和氢氧化钠的混合液。当pH≈11－12时，一少部分Cu(OH)2溶解转化为Cu(OH)42-，溶液变为浅蓝色。当pH≈14时，溶液的绛蓝色加深，说明有更多的Cu(OH)2转化为Cu(OH)42-。pH＞14，Cu2+有相当一部分是以Cu(OH)42-形式存在的。Cu(OH)42-离子和糖类溶液的反应才是均相反应，反应速度较快。否则，固体Cu(OH)2颗粒和糖类反应，即使有Cu2O生成，它沉积覆盖包裹在Cu(OH)2颗粒上，隔离了两种反应物，使反应不能继续进行。如果形成砖红色的Cu2O后继续加热，试管内会逐渐变黑，是由于加热过度,氧化亚铜与空气中的氧气反应,生成黑色的氧化铜。[1]
班氏试剂（又名本尼迪特试剂）由柠檬酸纳86.5g和无水碳酸钠50g放入1000 mL三角烧瓶中，加水350 mL，加热溶解。待冷至室温。另用100 mL三角烧瓶加入硫酸铜8.65 g，加水约50 mL，加热溶解，待冷至室温。将硫酸铜溶液慢慢倒入前液，随时搅匀，并补足水量至500 mL。[2]其中柠檬酸钠和碳酸钠均为强碱弱酸盐，在水中它们均可水解产生OH-，与柠檬酸钠-碳酸钠溶液和CuSO4溶液混合时，Cu2+和OH-结合，生成Cu（OH）2，Cu（OH）2与葡萄糖中的醛基反应生成砖红色沉淀。由于柠檬酸钠-碳酸钠为一对缓冲物质，产生的OH-数量有限，与CuSO4溶液混合后产生的浓度相对较低，不易析出，因此该试剂可长期保存。
再如蛋白质鉴定时使用的双缩脲试剂。双缩脲是两个分子脲经180℃左右加热，放出一个分子氨后得到的产物。碱性条件下，双缩脲NH2-CO-NH-CO-NH2可以和Cu2+作用生成紫色络合物。双缩脲中的—CO—NH—和蛋白质中的肽键一致，因此蛋白质在碱性条件下也可与铜离子作用下发生紫色的反应。[3]双缩脲试剂中溶液NaOH（双缩脲试剂A）的浓度为0.1g/ml，溶液CuSO4（双缩脲试剂B）的浓度为0.01g/ml。双缩脲试剂使用时，先加入NaOH溶液（2mL），振荡摇匀，造成碱性的反应环境，然后再加入3~4滴CuSO4溶液，振荡摇匀后观察现象。络合物是由一些带负电的基团或电中性的极性分子，同金属离子或原子形成的配位键化合物。

双缩脲的制备 双缩脲的结构式
二、生物中渗透的地理知识
生物中长涉及到将植物由南方移栽到北方或由北方移栽到南方的问题，这涉及到大量的地理知识，一直是学习中难点。
日照长度是指白昼的持续时间。在北半球，从春分到秋分是昼长夜短（白昼时间长于12小时），夏至昼最短；即在北半球从春分到夏至，白昼逐渐变短；从夏至到秋分，白昼逐渐变长。从秋分到春分时昼短夜长（白昼时间短于12小时），冬至夜最长；即在北半球从秋分到冬至，白昼逐渐变短；从冬至到春分，白昼逐渐变长。日照长度的变化对植物有重要的生态作用。
根据植物对日照长度的要求分为长日照植物和短日照植物。长日照植物：暗期必须短于某一时数才能形成花芽的植物。否则不能形成花芽，只停留在营养生长阶段。长日照植物有冬小麦、大麦、油菜、萝卜等，纬度超过60°的地区，多数植物是长日照植物。短日照植物： 只有当日照长度短于其临界日长时才能开花的植物。在一定范围内，暗期越长，开花越早，如果在长日照下则只进行营养生长而不能开花。许多热带、亚热带和温带春秋季开花的植物多属短日照植物，如大豆、玉米、水稻、紫花地丁等。
从远地引进新的作物或品种时，首先要了解被引种作物的光周期特性。短日照植物在我国是在秋冬季节开花，此时我国北方和南方都具备短日条件，但北方地区日照时间比南方地区相对较短。因为植物必须积累一定的日照量才能开花，而在相同的生长期内，短日照植物在北方所受的光照量要少于南方，移植到北方的植物为了积累相同的日照量，就必须延长生长期，所以推迟开花或不开花。因此，要保证结实，一般引早熟品种为好。如南方大豆在北京种植时，从播种到开花时间长，枝叶很繁茂，但由于开花期太晚，天气冷了，果实结得不多，产量不高。一些麻类（如黄麻等）也是短日植物，人们主要取其茎杆上的纤维，南麻北种，由于开花推迟，生长期延长，可以增加植株高度，提高纤维产量。
长日照植物在我国是在春夏季节开花，此时我国北方和南方都具备长日条件，但北方地区日照时间比南方地区相对较长，南种北引在较短的时间内就能获得足够的光照量，所以提前开花。又因为在这种情况下，结实前的生长期过短，营养积累少，植株很小就开花了，所以产量也不高，出现“花”而不实，未老先衰的现象。为了提高作物的产量，应引种晚熟品种为好。
①长日照植物 → 南种北引：生育期缩短 → 引迟熟种
②长日照植物 → 北种南引：生育期延长 → 引早熟种
③短日照植物 → 南种北引：生育期延长 → 引早熟种
④短日照植物 → 北种南引：生育期缩短 → 引迟熟种
三、生物学中渗透的数学知识
数学中概率计算中所用的方法同样适用于生物学中的遗传学该类型题。互斥事件是指A、B两事件不能同时发生，有性质P（A＋B）=P（A）＋P（B）即一种情况的发生的机率是由互斥事件概率之和；独立事件是指事件A（或B）是否发生对事件B（或A）发生没有影响，有性质P（A·B）=P（A）P（B）即一种情况发生的机率是各个独立事件概率之乘积。[4]
例1：已知小麦抗锈病是由显性基因（A）控制的。让一株杂合小麦自交获得F1，淘汰掉其中不抗病的植株后，再自交获得F2.从理论上计算，F2中不抗病植株占总数的多少？果蝇灰身（B）对黑身（b）为显性。现将纯种灰身果蝇与黑身果蝇杂交，产生的F1代再自交产生F2代，将F2代中所有黑身果蝇除去，让灰身果蝇自由交配，产生F3.问F3代中灰身与黑身果蝇的比例是多少？
解析：上述两种现象看似一样，其实是有很大的不同。小麦自然条件下是自花受粉，F1为Aa自交的产物，其基因型应为1/4AA、1/2Aa、1/4aa，淘汰掉不抗病的植株后，则有1/3AA、2/3Aa，它们自交后代F2中不抗病的植株仅来自2/3Aa的自交后代中，由于F1与F2两代之间互相独立，所以概率为2/3×1/4＝1/6,其余均为抗病品种。而对于果蝇，则是雌雄之间杂交。F2中基因型应为1/4为BB，1/2为Bb，1/4为bb。当除去全部黑身后，所有灰身基因型应为1/3BB、2/3Bb，在雄性中Bb的可能性为2/3，雌性中Bb的可能性也为2/3。让这些灰身果蝇自由交配时，黑身果蝇出现的概率应为2/3Bb×2/3Bb×1/4＝1/9，灰身应为8/9，所以F3中性状分离比为灰身：黑身＝8:1。
例2：现有10种α－氨基酸，能构成有三个不同氨基酸单元的三肽多少种?能构成只有二种不同氨基酸的三肽多少种?
解析：本题涉及到数学中的排列、组合，生物的氨基酸的知识。首先α－氨基酸形成肽键时可只有－ＣＯＯＨ参加，也可能只有－ＮＨ２参加或－ＮＨ２和－ＣＯＯＨ同时参加。从10种不同的α－氨基酸中任取三个的组合是：取Ａ、Ｂ、Ｃ三个α－氨基酸，则Ａ、Ｂ、Ｃ三个α－氨基酸构成的三肽有如下六种情况：Ａ－Ｂ－Ｃ、Ａ－Ｃ－Ｂ、Ｂ－Ａ－Ｃ、Ｂ－Ｃ－Ａ、Ｃ－Ａ－Ｂ、Ｃ－Ｂ－A。即A、Ｂ、Ｃ这三个α－氨基酸构成不同的三肽是一个“排列”问题，这样的三肽种数为＝７２０种。从10种不同的α－氨基酸任意取2个是：取出Ａ、Ｂ；若Ａ、Ｂ构成三肽，则其中A重复或B重复，即两个A一个B和两个B一个A两种情况，那么两个A一个B构成的三肽有：Ａ－Ａ－Ｂ、Ａ－Ｂ－Ａ，Ｂ－Ａ－Ａ三种，两个B一个A构成的三肽也有三种有：Ｂ－Ｂ－Ａ、Ｂ－Ａ－Ｂ、Ａ－Ｂ－Ｂ，这类三肽的种数为２７０种。因此答案为７２０种 和２７０种。[5]
四、生物学中渗透的语文知识
诗词是中国古代文学园中一朵奇葩，以其绚丽的色彩，迷人的风姿，醉人的芬芳，一直为炎黄子孙所瞩目，诗词中还有许多描述生物学现象的句子。
“停车坐爱枫林晚，霜叶红于二月花。”这是描写枫叶呈现红色，而叶子的颜色主要取决于叶绿素，但叶子中不只有叶绿素，叶绿体中还有叶黄素和胡萝卜素，液泡中还有花青素；秋天时叶绿素分解，叶子中的花青素呈现出来，所以叶子就变成了红色。
“落红不是无情物，化作春泥更护花”，渗透着生态学原理，落叶落下后，溶入土中，被土中的细菌分解成无机物，被植物体重新吸收，为植物体提供营养。
“日出江花红似火，春来江水绿如蓝。”河流中由于N、P富集，使大量藻类繁殖，而使江水呈现的颜色。
“春色满园关不住，一枝红杏出墙来。”红杏将枝条伸向围墙外是为了获取更多的阳光，从形态学生分析为向光性，从生理学分析为应激性，从生态学分析为适应性。除此之外还有：
人间四月芳菲尽，山寺桃花始盛开。——生物与海拔的关系
春蚕到死丝方尽，蜡炬成灰泪始干。——昆虫变态发育
近水楼台先得月，向阳花木早逢春。——生物生长与温度的关系
落红不是无情物，化作春泥更护花。——物质的循环
相逢不用忙归去，明日黄花蝶也愁。——植物的光周期
癫狂柳絮随风舞，轻薄桃花逐水流。——种子的传播
生物学中除渗透化学、地理、数学、语文外，还渗透有物理、政治、人文等知识。传统教学往往只重视知识的获得，而对于知识的获得过程和获得知识后的应用重视不够，因此造成死记硬背、机械记忆的学习状况，学到的知识是死知识，学科之间无法贯通，知识呈分块状态，不能付诸于实践。这也是本次课改解决的主要问题之一，现在的课堂无论是学生提出问题，无论是哪门学科渗透而来的，都要通过老师和学生合作学习，找到问题的答案，让学生从身边的生活实际中体会到生物知识的重要性，直观的感觉到生物与各科都有着密不可分的联系，科目间是一种相辅相成的关系。所以要求生物老师除了钻研生物知识本生外还要多涉猎其余各科知识，才能及时调整好自己的位置，快速适应新课程标准，同时丰富完善自身知识。

主要参考文献：
[1]梁彬.对高中生物与化学教材中若干争议问题的探讨.理科考试研究：高中版,2013,(12).[2]宋茂卿.浅谈高中生物知识与化学知识的有机整合[J].教学创新，2007，（10）.
[3]杨丽萍.化学知识在生物学科中的渗透[J].中国化学会关注中国西部地区中学化学教学发展论坛，2007.
[4]毕军.数学方法在高中生物学中的应用.课程教材教学研究（教育研究）,2011,(5).
[5] 刘正金.数学知识在高中生物学中的应用.生物学教学，2007（11）.