高中生物与自然学科教育的联系

本文是一篇生物学论文范文,关于生物学毕业论文开题报告,关于高中生物与自然学科教育的联系相关学年毕业论文范文。适合生物学及高中生物及自然学科方面的的大学硕士和本科毕业论文以及生物学相关开题报告范文和职称论文写作参考文献资料下载。

摘 要：综合能力考试的测试能力,不是各学科考试能力的考核,而是考查学生学科内及学科间知识的内在联系,强调理论联系实际.生物教学中要注重加强生物与自然学科的联系,将学生所学知识进行整合,既拓展了学生的思维,又能培养学生的综合能力,进而提高体素质.

关 键 词：高中生物教学自然学科联系

一、与数学的联系

数学的很多分支学科,如统计学、数量遗传学、生物拓扑学、群论等都对生物学的高速发展作出了重要的贡献,并且仍在生物学中发挥着重要的作用,产生了许多分支学科和交叉学科,甚至有的科学家认为没有数学的生物学不能称为真正的科学.

1.用数学模型解释生物现象

对于生物学中许多重要的变化,虽然目前我们还不能完全用精确的数学语言来进行描述,但生物学领域中的诸多现象却可以运用数学模型来进行圆满的解释,如生态环境、人口、资源、流行病等,无一不与数学密切相关.例如英国数学家哈代和德国医生温伯格通过各自的研究,分别发表的有关基因频率和基因型频率的基因平衡定律,该定律至今仍是群体遗传学的一个基本法则,也是杂交育种的理论基础.马尔萨斯利用数学推理,发现人口呈几何增长的趋势,而食物供应只有算术增长的趋势,从而提出了著名的“人口论”.

2.用数学原理来研究生物学问题

许多数学原理可以被用来解释生物学问题,如概率原理、互斥事件和独立事件可以很好地解释两对等位基因的遗传模式.生物可将每对等位基因中的任意一个基因,通过一个配子传给一个后代,即非等位基因之间是独立遗传的.通过同一个配子将两个非等位基因传给同一个后代的概率,是各自概率的乘积.

例：一只公兔和一只母兔的基因型都是BbMm.它们先后生了两只小兔,问：（1）母兔将基因BM同时传给一只小兔的概率是多少?（2）母兔和公兔同时将基因BM传给一只小兔的概率是多少?（3）基因型是Bbmm的概率是多少?（4）它们先后所生的两只小兔基因型都是Bbmm的概率是多少?

解析：两对非等位基因的遗传是独立的,母兔将BM同时传给一只小兔的概率是：1/2（B）×1/2（M）等于1/4（BM）.两只兔通过配子的遗传是独立的,它们同时将BM传给一只小兔的概率是：1/4（BM）×1/4（BM）等于1/16（BBMM）.它们先后生两只小兔是独立遗传的,每只小兔基因型为Bbmm的概率是：1/2（Bb）×1/4（mm）等于1/8（BBMM）,两只小兔基因型都是Bbmm的概率是：1/8×1/8等于1/64.

二、与化学的联系

化学是与生物学联系最为密切的学科,常言道“生化不分家”,化学是生物学的基础,生物学是化学的延伸.两门学科在环境保护、人体健康、医学、农业生产、新材料和新能源等方面有很多交汇点.核酸的发现过程就是很好的例子.

瑞士青年米歇尔在德国时,在他工作的研究所的旁边正好有一个外科诊所,经常抛弃带脓的手术绷带.在普通人看来,这是绷带又脏又令人恶心,但米歇尔却把这些废物全部收集起来,并十分谨慎地从绷带上取下脓细胞.然后他用胃蛋白酶来分解这些脓细胞,结果发现胃蛋白酶虽能把细胞质中的蛋白质全部分解掉,可是对细胞核却无能为力.化学分析结果表明,细胞核主要是由一种含磷化合物所构成,米歇尔就把细胞核中这种含磷化合物起名为“核素”.后来人们才弄清楚,核素是一种酸性物质,因此又将其改名为“核酸”.德国著名化学家科赛尔小心地使核酸水解,得到了一些含氮化合物.他把这些含氮化合物叫做嘌呤和嘧啶.美国生物化学家列文又发现了核酸里由5个碳原子组成的五碳糖分子,明确地指出了核糖和脱氧核糖的差别,并把核酸分解成一些最基本的单位,即核苷酸,核苷酸按碱基、嘌呤或嘧啶、核糖或脱氧核糖、磷酸的顺序连接而成.美国科学家查哥夫经过精密测定,确定核苷酸的排列非常复杂,而且腺嘌呤的摩尔数永远等于胸腺嘧啶的摩尔数,鸟嘌呤的摩尔数永远等于胞嘧啶的摩尔数.这些研究为后来DNA双螺旋模型的提出奠定了重要的基础.

一些化学规律可以帮助我们理解高中生物中的许多问题.“相似相溶原理”是物质溶解的一般规律,在物质互溶的分析中占有重要的地位.在进行“细胞膜的功能”教学时,我们可以引导学生用“相似相溶原理”来分析脂溶性的物质如何成膜,细胞膜为什么不会被水溶解而保持相对稳定,为什么会被溶解脂类物质的溶剂溶解等知识.在此过程中,学生用化学知识解决了生物学的问题,对知识的理解更到位,对理科思想方法的一致性也有了更深的体会.这样,在进行叶绿素提取实验时,学生根据叶绿体色素是有机物这一知识点就会很快分析并选择用有机溶剂作为提取液和分离液.

三、与物理的联系

第二次世界大战之后,物理学方法成为分子生物学研究的主要方法.物理技术,特别是射线晶体学技术、同位素示踪技术、超速离心技术、密度梯度离心技术等为分子生物学的革命性发展作出了巨大贡献.DNA是遗传物质、DNA双螺旋结构的发现、半保留复制的证明、遗传的破译,以及其后的操纵子模型的发现等都归功于这些方法和技术.德尔布吕克的噬菌体研究小组中的成员赫希和察斯用同位素示踪技术和物理震荡的方法证明DNA而不是蛋白质是遗传物质,X-射线衍射技术和同位素示踪技术帮助双螺旋结构的发现,麦塞尔逊和斯塔尔用氯化盐密度梯度离心技术证明了DNA的半保留复制,等等.

生物学中涉及的物理知识很广泛,如显微镜原理（凸透镜、凹透镜、光的成像原理）、光的电磁说、射线的高能量、同位素示踪、放射性衰变等.

例：同学们在做叶绿素提取分离实验时发现色素提取液在对着光线看时呈绿色,在背着光线看时呈红色,原因是什么?

分析：这个问题实际上是物理学问题.对着光源观察叶绿素提取液时,我们看到的是叶绿素的吸收光谱.由于叶绿素提取液吸收的绿光部分最少,因此用肉眼观察到的为绿色透射光红光,蓝紫光已被吸收.背光源观察叶绿素提取液时,看到的是反射光——叶绿素分子受激发后所产生的发射光谱.当叶绿素分子吸收光子后,就由最稳定的、能量最低的基态提高到一个不稳定的、高能量的激发态.由于激发态不稳定,因此发射光波即为荧光,反射到人的眼睛里.由“光子说”可知,光是以光子的形式不连续传播的,而波长与光子能量成反比.因此,反射出的光长比入射光波的波长长,故叶绿素提取液在背着光线看时呈红色.四、高中生物与自然学科交叉的种类

1.知识上的交叉

这是最明显的一类交叉形式,特别是高中生物知识与物理、化学知识的交叉表现得更为明显,也是目前大家最为关注的.物理和化学知识是我们理解生命现象的基础.例如在光合作用过程中就涉及了光能或太阳能（物理现象）转化为化学能（化学现象）,然后贮存在生物体内又转化为生物能（生物现象）的变化过程,中间有许多物质参与进行,并经历了众多化学变化,如卡尔文循环等.一切生命现象基本都与酶的活动有关,而酶一般都是蛋白质,它具有一般化学催化剂的共同特点,如只需少量即可改变化学反应的速度但不影响化学平衡的移动,而其本身的质和量并不发生改变.但酶还具有一般化学催化剂不具备的特点,如专一性等.在教学中教师如果能把酶与化学中的催化剂联系起来对比讲授,可以使学生温故而知新,从而更快地建立新概念.高中生物教材中涉及的数学知识相对较少,主要表现在分析生物的遗传现象时要用到一些简单的概率知识,在教学过程中教师要结合学生的实际,引导学生进行正确的推算.

2.研究方法上的交叉

生物学同其他学科在一些研究方法上也有很多相似之处,特别是很多化学和物理的研究方法在生物学研究中被广泛应用.但有一些交叉往往不易被发现和引起注意,如同位素示踪法.同位素示踪法是研究生物代谢最有效和最常用的方法,比如在研究光合作用的原理时,1939年美国科学家鲁宾和卡门利用18同位素示踪法确定了氧气来源于水,而卡尔文则利用14同位素示踪法探明了CO中的碳在光合作用过程中转化成有机物中碳的途径,即卡尔文循环.在物理学中也有类似的方法.我们把红墨水滴入静止的热水和冷水中,观察分子扩散与温度的关系,把高锰酸钾放入正在加热的水中,观察水的对流情况,在粒子物理探测中,云室、气泡室都留下了粒子的踪迹.这些示踪方法都形象、直观、及时地显示出了物理过程.

模拟法也是一种研究生命起源过程的常用方法,这是由于很多时候研究对象不允许进行直接实验,或者我们无法还原到当时的情境中,例如原始大气的状态.在高中物理实验中,电场中等势线的描绘就是利用的模拟法,用电流场来模拟静电场.同时生命起源模拟实验的设计和把实验结果反推到生命起源过程,还要运用类比法和类比推理,化学元素氦的发现和物理学中光的波动说的提出也都巧妙地利用了类比法.

3.能力培养上的交叉

从认知的功能角度来看,知识的传授主要是解决继承问题,而能力的培养则是要解决能动性和创造性的问题,因此注重培养学生的综合能力是生物和其他学科教学的共同要求.

高中生物与各个自然学科之间有许多交叉之处和共同点.以学生观察能力的培养为例,在高中生物课本的4个必做实验中,有3个实验是观察实验.观察是发现和解决问题的开端,进行观察的方法有顺序观察法（观察植物细胞的有丝分裂过程实验）、对比观察法（观察根对矿质元素离子的交换吸附）、跟踪观察法（叶绿体中色素的提取和分离）等,而具有良好的观察能力也是做好物理和化学实验所必须具备的能力.在解答分析生物的遗传现象时,我们常常运用排除法、逆推法、分解组合法等,这些方法也同样适用于解答数学、物理和化学问题.