借化学和生物教材异同，抓核心素养落实

□王惠英

（昆钢第一中学，云南安宁 650302）

教材文本是是培养学生核心素养具体而生动的载体。作为高中化学教师，你肯定碰到过这样的情况：在考察如何检验葡萄糖时，学生给出的试剂是菲林试剂，条件是水浴加热；列举还原糖时都提到了果糖；学习糖类时，学生说蔗糖是大分子不能透过半透膜……诸如此类联系生物和化学的内容，都出自教材，有的内容是相通的、互补的，有的却看似矛盾。教学中如何抓住契机在老师讲清楚、学生不糊涂的基础上，做好学科之间的延续和借鉴，把培养学生核心素养落到实处？本文从几个颇有争议的内容谈谈处理方法。

一、研究对象不同时，突出学科特点——落实结构决定性质

案例1：糖类和碳水化合物的关系

在生活中很多人不知道碳水化合物主要指糖类，在学习中，不少中学生又错把糖类和碳水化合物等同。人教版高一生物《必修1》：“糖类分子都是由C、H、O三种元素构成的，因为多数糖类分子中氢原子和氧原子个数之比是2∶1，类似水分子，因而糖类又称为‘碳水化合物’”。这一内容大多数学校的学生在高一上学期就接触到。

人教版高二化学《选修5》：“从分子结构上看，糖类可定义为多羟基醛、多羟基酮和它们的脱水缩合物。因为，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三种元素构成，其中H和O按2∶1组成的从结构上看却不是糖，所以称糖类为‘碳水化合物’并不准确，但因沿用已久，迄今仍然在某些学科中使用”。这一概念不仅体现元素组成更强调了结构和官能团，有利于形成“结构决定性质”的观念。鉴于化学上接触糖类的概念在生物之后，教学时老师要有预见性，对学生已形成的概念和存在的局限要及时纠正和规范。

可见，由于学科研究对象不同，对同一概念的描述也会存在差异。生物学科的定义立足于元素组成和原子个数比，化学学科不仅研究物质的组成还强调物质的结构和性质。教学中教师要引导学生精读教材，逐字逐句进行概念剖析，把核心素养中的“能从元素和原子、分子水平认识物质的组成、结构、性质和变化”这一具体要求落到实处。

二、判断标准不同时，抓问题背景——落实证据意识

案例2：果糖究竟是不是还原糖

中学生物老师认为果糖属于还原糖，而多数化学教师则认为果糖分子中不存在醛基，属于非还原糖，那学生如何回答呢？先看看各科教材对还原糖的描述：

人教版高一生物《必修1》：“糖类中的还原糖（如葡萄糖和果糖），与菲林试剂发生作用，生成砖红色沉淀”。而全日制普通高级中学教科书（必修）生物第一册（2003版）：“还原糖是分子结构中含有还原性基团（游离醛基或游离酮基）的糖”。显然，还原性基团包含了游离酮基，果糖属于还原糖，不少生物教师也依此为据进行教学。无论是新旧教材，这一内容大多数学校的学生在高一上学期就接触到。

人教版高二化学《选修5》：科学探究——“葡萄糖是醛糖，有还原性，果糖是酮糖，请设计实验证明其是否有还原性”。结合该学段学生已有知识，在教学中我们会设计3组对比实验让学生完成：葡萄糖、果糖和丙酮分别与新制氢氧化铜（或者银氨溶液）反应，前两者实验时出现了红棕色沉淀，而丙酮实验时没有产生红棕色沉淀。通过查阅资料得知：果糖能被菲林试剂氧化的实质是：碱性环境中，果糖可以通过差向异构作用转化为葡萄糖和甘露糖，果糖中的酮基经过烯醇化转化为醛基，所以碱性环境中果糖溶液其实是果糖、葡萄糖（含醛基）和甘露糖（含醛基）三者的混合物，其实质是碱性环境中已经存在含醛基的葡萄糖和甘露糖了。在酸性环境中果糖不能发生差向异构作用，不能被菲林试剂氧化，不具有还原性。

结合实验分析不同学科对还原糖的界定，不难看出分歧在区分还原糖的标准上，中学化学一般根据是否含有醛基来判断，果糖不含醛基，所以不是还原糖；中学生物则把游离醛基和游离酮基都归为还原基团，所以果糖属于还原糖。在教学中，如果教师能把划分还原糖的标准以及果糖能被菲林试剂氧化的实质给学生介绍清楚，学生就可以根据问题设问的角度来回答，而不是像有些教师简单粗暴地告诉学生：化学中果糖是非还原糖，生物中果糖是还原糖。同时也提醒我们，设问时要注意问题背景，单纯地提出果糖是不是还原糖，学生确实不好回答，如果化学教师是从检验是否存在醛基的角度来设问，不仅问题指向明确，突出本学段重点即醛基的性质。同时还可以在研读教材的过程中落实核心素养的内涵——“具有证据意识”，能基于证据对物质组成、结构及其变化提出可能的假设，通过分析推理加以证实或证伪，在学习过程中体现具有化学学科特质的思想和方法。

三、实验条件不同时，强调实验目的——落实变化观念

案例3：新制氢氧化铜氧化还原糖究竟用什么方式加热

生物和化学教材上检验还原糖在描述和实验条件上也存在不同。

人教版高一生物《必修1》描述：……2mL待测组织液（苹果或梨匀浆），1mL菲林试剂（甲、乙液等量混合均匀再注入），放入50～65℃温水的大烧杯中加热约2min。

人教版高二化学《选修5》实验4-1：……2mL10%葡萄糖溶液，2mL10%NaOH溶液、5%的CuSO4溶液5滴，加热。此处的“加热”，教学过程中都采取直接用酒精灯加热。

高一生物教材中用菲林试剂检验还原糖，高二化学教材上检验醛基用“新制氢氧化铜”，中学阶段，由于没统一要求配合物知识，因此，为了避免造成不必要的麻烦就用新制的氢氧化铜代替斐林试剂，但有一点，二者起作用的都是Cu（OH）42-。分歧在实验时的加热方法。

究竟用水浴加热还是酒精灯直接加热，水浴温度有限制吗？教师对学生提出此类问题要有预见性，虽然该实验灵敏性极高，无论水浴加热还是酒精灯直接加热都能看到砖红色沉淀产生，但是鼓励学生要具有对比和质疑的态度还是需要的。其次，要明确生物和化学教材上该实验的目的不同，化学教材上的演示实验，要达到验证醛基的存在、分析砖红色沉淀产生、沉淀变黑以及强调实验的规范操作等目的，所以在短时间内要达到以上目的当然就用酒精灯直接加热。而生物教材上要达到的实验目的是检验醛基的存在，甚至还要有意避免砖红色沉淀变黑的现象，因为Cu(OH)2分解不在本节生物教材讨论范围，所以就选择55～65℃水浴加热。由此可见，实验条件的选择由实验目的决定。抓住此类问题可以在对比不同实验条件的过程中实时渗透核心素养的“变化观念”——知道化学变化需要一定的条件，并遵循一定规律。

四、实验现象不同时，重视分析原理——落实科学探究

案例4：蔗糖能否透过半透膜

蔗糖能否透过半透膜，在生物教材上的运用比化学教材上多。生物教材中在讲物质的跨膜运输时就以蔗糖分子不能透过玻璃纸的实验说明渗透现象。人教版高一生物《必修1》：“玻璃纸(又叫赛璐玢)是一种半透膜，水分子可以透过它，而蔗糖分子则不能”。化学教科书中涉及的相关内容出现在人教版全日制普通高级中学教科书《必修加选修》化学第三册：“半透膜有非常细小的孔，只能允许较小的离子、分子透过，胶体分散质的粒子不能透过半透膜”。

学生出现的疑惑通常集中在：生物上蔗糖不能透过半透膜，它属于大分子，与化学中的高分子等同吗？化学上蔗糖分散在水中不形成胶体，它应该能透过半透膜？面对这些疑问，化学教师可以从原理出发引导学生进行分析：首先，半透膜指的是一类孔径有区别的膜，玻璃纸（赛璐玢）和鸡蛋内膜就是两种常见的半透膜，不同的半透膜其孔径大小是有细微差别的，用酸处理过的鸡蛋内膜其孔径也会发生变化。蔗糖不容易（不是不能）透过鸡蛋内膜，它和水都含—OH，靠氢键形成较大分子束，但不稳定，所以透过速率慢[1]；其次，生物中的大分子和化学中的高分子是有区别的，生物大分子是为了区别化学高分子以及相对分子质量较小的有机分子而提出的。生物上，蔗糖习惯归于大分子，在化学上它不属于高分子（高分子的相对分子质量从几千开始）；最后，蔗糖分散在水中形成溶液而不是胶体，这很好验证。有了以上理论的支撑，学生才能从问题和假设出发，确定探究目的——是半透膜孔隙大小还是蔗糖分子大小的原因？不能透过还是透过速率慢？并据此设计探究方案，进行实验探究。

诸如以上联系化学和生物的内容还有不少。作为教师，我们在研读本学科教材的同时，也要串串其他学科的门，把学科间的分歧协调统一，从不同学科中吸收和转化课程资源。当然，在处理教材时，教师既要做到“形散”——博览不同版本、不同学段、不同学科对相关知识的描述，又要“神聚”——收集和处理素材的目的是为本学段的重点、难点服务。对学生而言，不同学科的差异可以拓展他们的眼界，初步体会学术争论的乐趣。阅读、对比、思考是人们终身学习必须掌握的技能，是学生素养中最基础、最核心的部分，对学生的学习与成长具有重要的意义，教师用好这些教学素材，教材就会成为滋养学生核心素养的沃土。

［1］刘怀乐.关于蔗糖分子能否透过半透膜的探讨［J］.教学仪器与实验，1993（4）：16.