鄭小毛

在中學(xué)各學(xué)科學(xué)習(xí)中，生物學(xué)科具有“文理兼容、聯(lián)系生產(chǎn)”的特點(diǎn)。所以，在中學(xué)生物學(xué)教學(xué)中，教師采取“學(xué)科交叉、建模簡(jiǎn)化、思維整合”處理技巧，既培養(yǎng)了學(xué)生的創(chuàng)新意識(shí)和創(chuàng)新能力，也提高了學(xué)生的學(xué)習(xí)效果和教師的教學(xué)效果。

1 物理思維在生物學(xué)習(xí)中的滲透

在高中生物教學(xué)過(guò)程中，筆者經(jīng)常借助物理、化學(xué)知識(shí)解決一些生物問(wèn)題，引導(dǎo)學(xué)生從多角度、多層面思考問(wèn)題。實(shí)踐證明學(xué)生的收獲非同尋常。

1.1 利用物理知識(shí)，明晰生物概念

生物學(xué)的某些概念的理解可以與物理學(xué)中的相關(guān)概念進(jìn)行類(lèi)比，幫助學(xué)生突破生物思維上的障礙。

例如在講授細(xì)胞周期概念時(shí)，學(xué)生往往難以理解。教師可以利用物理學(xué)中的振動(dòng)周期概念與細(xì)胞周期的概念進(jìn)行類(lèi)比，收到很好的教學(xué)效果。振動(dòng)周期的概念是：做簡(jiǎn)諧振動(dòng)的物體完成一次全振動(dòng)所需的時(shí)間，物體從A→O→B→O→A為一次全振動(dòng)。細(xì)胞周期的概念是：進(jìn)行連續(xù)分裂的細(xì)胞，從一次分裂完成時(shí)開(kāi)始到下一次分裂完成時(shí)為止。學(xué)生對(duì)振動(dòng)周期的概念在高一時(shí)已經(jīng)掌握。此時(shí)，筆者把振動(dòng)周期的概念演化為：進(jìn)行連續(xù)做簡(jiǎn)諧振動(dòng)的物體，從一次全振動(dòng)完成時(shí)開(kāi)始到下一次全振動(dòng)完成時(shí)為止（圖1）。那么，細(xì)胞周期的概念也就迎刃而解了。

1.2 利用物理知識(shí)，解釋生物現(xiàn)象

從物理學(xué)的角度來(lái)解釋生物體的生命現(xiàn)象是生物學(xué)教學(xué)過(guò)程中經(jīng)常遇到的事情。現(xiàn)列表總結(jié)如表1所示。

用物理知識(shí)解釋生物現(xiàn)象，其作用關(guān)鍵在于能夠滿(mǎn)足學(xué)生的情感需要，能激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣。每次碰到學(xué)科間知識(shí)相互滲透時(shí)，就是上課的一個(gè)興奮點(diǎn)。教育和心理學(xué)家贊可夫指出：教學(xué)法一旦觸及學(xué)生的情緒和意志領(lǐng)域，觸及學(xué)生的精神需要，這種教學(xué)方法就能發(fā)揮高度有效的作用。

1.3 利用物理知識(shí)，透析生物生理過(guò)程

對(duì)某些生物生理過(guò)程的理解，教師必需要滲透物理知識(shí)才能向?qū)W生解釋清楚。例如植物生理中有關(guān)根的向地性的問(wèn)題。水平桌面上放一豆芽菜，請(qǐng)預(yù)測(cè)一段時(shí)間后根的生長(zhǎng)方向。教師引導(dǎo)學(xué)生分析：根內(nèi)生長(zhǎng)素由于受到重力作用，向地面生長(zhǎng)素分布較多，背地面生長(zhǎng)素分布較少，而由于根對(duì)生長(zhǎng)素敏感，較多生長(zhǎng)素對(duì)根起抑制作用，所以一段時(shí)間后豆芽菜根向地生長(zhǎng)（圖2）。如果把豆芽菜放到一正在做勻加速轉(zhuǎn)動(dòng)的圓盤(pán)上（圖3），請(qǐng)預(yù)測(cè)一段時(shí)間后根的生長(zhǎng)方向。教師引導(dǎo)學(xué)生分析：豆芽菜放到一正在做勻加速轉(zhuǎn)動(dòng)的圓盤(pán)上后，對(duì)豆芽菜的受力情況進(jìn)行分析，發(fā)現(xiàn)豆芽菜水平方向上受力情況與靜止?fàn)顟B(tài)下比較有變化，而在豎直方向上受力情況與靜止?fàn)顟B(tài)下相同，所以一段時(shí)間后根向地生長(zhǎng)。如果把圖2所示裝置移至太空中，豆芽菜處于失重狀態(tài)，則根水平向左生長(zhǎng)。以上問(wèn)題均要借助于物理學(xué)中的動(dòng)力學(xué)知識(shí)才能解釋清楚。

再如，在講到成熟植物細(xì)胞滲透吸水時(shí)，要用到物理學(xué)中的分子運(yùn)動(dòng)論知識(shí)；在講到基因突變——人工誘變時(shí)，涉及到原子物理學(xué)知識(shí)等。

運(yùn)用物理知識(shí)分析生物學(xué)問(wèn)題，可以培養(yǎng)學(xué)生的知識(shí)遷移能力。

1.4 利用物理知識(shí)，突破生物難點(diǎn)

在解決生物教學(xué)中的某些難點(diǎn)時(shí)，物理知識(shí)可以起到畫(huà)龍點(diǎn)睛的作用。例如植物通過(guò)光合作用把光能轉(zhuǎn)變成電能的過(guò)程，教科書(shū)上是這樣解釋的：在光的照射下，少數(shù)處于特殊狀態(tài)下的葉綠素a連續(xù)不斷地丟失電子和獲得電子，從而形成電子流，使光能轉(zhuǎn)換成電能。僅僅這樣解釋?zhuān)瑢W(xué)生還是較難理解。為了突破此難點(diǎn)，教師圖文并茂地加以分析，并引入最初電子供體和最終電子受體等生物名詞進(jìn)行解釋?zhuān)Ｍ麑W(xué)生能夠理解和掌握。但是，得失電子的知識(shí)在化學(xué)學(xué)科中涉及較多，在學(xué)生的腦海里很難形成電流模型。如果教師在此時(shí)加上一句物理學(xué)電學(xué)中的話(huà)：電荷的定向移動(dòng)形成電流。學(xué)生就會(huì)有一種豁然開(kāi)朗的感覺(jué)，并且還可以得出電流的方向是從輔酶Ⅱ→葉綠素a→H2O。

再如，動(dòng)物的神經(jīng)調(diào)節(jié)是高中生物教學(xué)中的一個(gè)難點(diǎn)，有關(guān)神經(jīng)調(diào)節(jié)的問(wèn)題學(xué)生較難掌握。如圖4所示，在C點(diǎn)給神經(jīng)纖維以刺激，靈敏電流計(jì)指針偏轉(zhuǎn)幾次？如何偏轉(zhuǎn)？用生物學(xué)和物理學(xué)電學(xué)知識(shí)分析如下：在神經(jīng)纖維上C點(diǎn)受刺激后，刺激處的膜內(nèi)外電荷變?yōu)橥庳?fù)內(nèi)正，興奮以局部電路回流的形式從C點(diǎn)在神經(jīng)纖維上向左向右傳導(dǎo)。當(dāng)興奮傳到a點(diǎn)時(shí)，由于a點(diǎn)和b點(diǎn)之間存在電勢(shì)差，所以靈敏電流計(jì)指針偏轉(zhuǎn)一次。當(dāng)興奮傳到b點(diǎn)時(shí)，a點(diǎn)和b點(diǎn)之間存在電勢(shì)差，所以靈敏電流計(jì)指針又偏轉(zhuǎn)一次。靈敏電流計(jì)指針偏轉(zhuǎn)方向與靈敏電流計(jì)本身內(nèi)部構(gòu)造有關(guān)，應(yīng)檢測(cè)后才能確定其指針偏轉(zhuǎn)方向。

借用物理知識(shí)突破生物難點(diǎn)，學(xué)生容易理解和掌握所學(xué)內(nèi)容，并且印象深刻。

2 數(shù)學(xué)思維在生物學(xué)習(xí)中的滲透

生物體的代謝、生長(zhǎng)、繁殖等生命活動(dòng)的規(guī)律隱蔽抽象，遺傳學(xué)中遺傳概率、蛋白質(zhì)中氨基酸的排列方式等數(shù)量關(guān)系錯(cuò)綜復(fù)雜，這些都給生物學(xué)的教與學(xué)帶來(lái)了一定的難度。教學(xué)實(shí)踐表明，引進(jìn)數(shù)學(xué)理念對(duì)相關(guān)問(wèn)題進(jìn)行定量分析，遠(yuǎn)比空洞的定性描述更富說(shuō)服力和感染力；巧用數(shù)學(xué)思想，則可化抽象為具體，變模糊為清晰，使復(fù)雜成簡(jiǎn)單。

2.1 極限思想的應(yīng)用

在雜交育種中，為了獲得能穩(wěn)定遺傳的類(lèi)型，常常要讓帶有隱性基因的雜合個(gè)體不斷自交，經(jīng)過(guò)多次的選擇、淘汰，直到后代不再出現(xiàn)性狀分離為止，對(duì)此，可用極限思想解決。

【例1】 現(xiàn)有一含一對(duì)等位基因的雜合子，要利用它得到純合顯性品種，請(qǐng)分析純合體的比例y與自交代數(shù)n的數(shù)量變化關(guān)系。

解析：含有一對(duì)等位基因的雜合個(gè)體連續(xù)自交n次，后代中純合子的比例y=1-■。當(dāng)n→∞時(shí)，y→1，隨著自交代數(shù)n數(shù)目的增加，y的值將越來(lái)越大，當(dāng)自交代數(shù)趨于無(wú)窮大時(shí)，后代基本上都為純合體。這也證明了雜交育種耗時(shí)長(zhǎng)的不足，要縮短育種年限，可用單倍體育種等方法。

2.2 函數(shù)思想的應(yīng)用

生物學(xué)中許多數(shù)量關(guān)系相互關(guān)聯(lián)，互為因果。教師若將它們聯(lián)系在一起，充分利用它們的制約關(guān)系，可解決不少常規(guī)方法不能解決的問(wèn)題。

【例2】 已知氨基酸的平均分子量為128，測(cè)得某蛋白質(zhì)的分子量為5 646，試判斷形成該蛋白質(zhì)的氨基酸數(shù)和肽鏈數(shù)。

解析：蛋白質(zhì)的分子量確定后，氨基酸的數(shù)量與肽鏈的數(shù)量存在著必然的函數(shù)關(guān)系，如設(shè)氨基酸的數(shù)量與肽鏈的條數(shù)分別為x和y，則有128x-18（x-y）=5 646。

盡管1個(gè)方程包含2個(gè)未知數(shù)，但x和y必須都為自然數(shù)且1≤y

2.3 反證法思想的應(yīng)用

在生物學(xué)教學(xué)中，有些問(wèn)題直接從正面考慮很難解決，這時(shí)若教師改變思維方向，從結(jié)論入手，或從結(jié)論的反面入手反而有利于問(wèn)題的解決。

【例3】 父母正常，女兒患病，問(wèn)這種病屬什么遺傳方式？

解析：父母正常，女兒患病，致病基因必為隱性，且不可能在Y染色體上。究竟是常染色體遺傳，還是X染色體遺傳呢？假設(shè)是X染色體遺傳，則女兒的基因型必為XbXb，這樣，父親的基因型就為XbY，與題意不符，所以該假設(shè)不能成立，因而該病是常染色體隱性遺傳病。

2.4 集合思想的應(yīng)用

生物學(xué)中的一些概念內(nèi)涵相似，外延交叉；有些計(jì)算中數(shù)量關(guān)系含蓄，巧用集合的知識(shí)，可以直觀(guān)而簡(jiǎn)潔地解決這些問(wèn)題。

【例4】 在一次對(duì)ABO血型的調(diào)查中，共檢驗(yàn)了6 000名居民的血液，其中2 527人為A型血，2 234人有抗原B，1 846人無(wú)抗原，問(wèn)AB血型的人有多少？

解析：ABO血型是由紅細(xì)胞表面的抗原決定的，AB血型即指A、B二種抗原都有的人。據(jù)題意可畫(huà)出如圖5所示的集合圖解（圖5）：集合A有2 527人，集合B有2 234人，陰影部分為補(bǔ)集1 846人，交集AB即為AB血型的人，據(jù)圖可以很明了地求出：2 527+2 234+1 846-6 000=607（人）。

2.5 定量分析思想的應(yīng)用

在生物學(xué)理論知識(shí)的教學(xué)中，教師應(yīng)用數(shù)學(xué)計(jì)算引導(dǎo)學(xué)生進(jìn)行定量分析，可使晦澀含蓄的問(wèn)題變得生動(dòng)鮮明。

如同類(lèi)的哺乳動(dòng)物，在寒冷地帶生活的個(gè)體比熱帶的個(gè)體大，這是生物界的一個(gè)基本事實(shí)。為了解釋此現(xiàn)象，筆者引導(dǎo)學(xué)生依上述方法計(jì)算，個(gè)體大的動(dòng)物相對(duì)體積大，表面積小，因而表面積與體積的比值小，細(xì)胞代謝速率減小，這樣便有利于減少熱量的散失和保持體溫的恒定；相反，在熱帶生活的動(dòng)物表面積與體積的比值大，有利于散熱和保持體溫的恒定?？梢?jiàn)，動(dòng)物體型和生活環(huán)境這種抽象隱含的關(guān)系通過(guò)鮮明的數(shù)學(xué)計(jì)算，其原理昭然若揭。

【例5】 如圖6表示5種哺乳動(dòng)物代謝速率與體形大小的關(guān)系。據(jù)圖分析，下列說(shuō)法中錯(cuò)誤的是（ ）

A. 鼠和兔比馬和象每克體重消耗的能量多

B. 狗和兔相比單位體積釋放的熱量要多

C. 圖中所有動(dòng)物都能通過(guò)輻射散熱

D. 在缺乏食物時(shí)，大型動(dòng)物比小型動(dòng)物存活時(shí)間長(zhǎng)

解析：5種動(dòng)物體形大小與體重的比較圖中十分明確，狗表面積與體積的比值比兔小，細(xì)胞代謝速率相應(yīng)也減小。

答案：B。

3 利用“建模”思想，輕松學(xué)習(xí)生物學(xué)知識(shí)

模型是原型經(jīng)過(guò)抽象化后形成的，在某種意義上是原型的替代。模型的建立是具體知識(shí)理論化、形象化的過(guò)程。模型屬于表象，在經(jīng)驗(yàn)中并不存在事物，可以依據(jù)符號(hào)、標(biāo)志的影響構(gòu)造出事物的形象，這是想象中的表象。建立模型可以簡(jiǎn)化許多復(fù)雜的程序和理順混亂的線(xiàn)條，使復(fù)雜東西簡(jiǎn)單化、抽象事物形象化，進(jìn)而便于學(xué)生的理解。正是基于此，建模已經(jīng)成為了許多學(xué)科領(lǐng)域的重要思想，“建?！彼枷朐谥袑W(xué)數(shù)學(xué)、物理、化學(xué)、生物等學(xué)科中得到了廣泛應(yīng)用；數(shù)學(xué)建模、物理建模思想和方法在中學(xué)生物學(xué)習(xí)和解題中也得到了廣泛應(yīng)用。

3.1 數(shù)學(xué)建模的應(yīng)用

所謂數(shù)學(xué)建模，就是通過(guò)計(jì)算得到的結(jié)果來(lái)解釋實(shí)際問(wèn)題，并接受實(shí)際的檢驗(yàn)，來(lái)建立教學(xué)模型的全過(guò)程。在生物學(xué)科教學(xué)中，構(gòu)建數(shù)學(xué)模型，對(duì)理科思維培養(yǎng)也起到一定的作用。

3.2 物理建模的應(yīng)用

為了形象、簡(jiǎn)捷地處理物理問(wèn)題，人們經(jīng)常把復(fù)雜的實(shí)際情況轉(zhuǎn)化成容易接受的簡(jiǎn)單的物理情境，從而形成一定的經(jīng)驗(yàn)性規(guī)律，即建立物理模型。模型化階段是物理問(wèn)題解決過(guò)程中最重要的一步，模型化正確與否或合理與否，直接關(guān)系到問(wèn)題解決的質(zhì)量。培養(yǎng)模型化能力，即是在問(wèn)題解決過(guò)程中依據(jù)物理情景的描述，正確選擇研究對(duì)象，抽象研究對(duì)象的物理結(jié)構(gòu)，抽象研究對(duì)象的過(guò)程模式。在中學(xué)生物教學(xué)中，許多地方也涉及到物理模型的應(yīng)用，如光合作用。許多生理過(guò)程都可以通過(guò)抽象建立物理模型，達(dá)到輕松理解生物知識(shí)的目的。

在中學(xué)生物學(xué)教學(xué)中，培養(yǎng)學(xué)生的多種思維，倡導(dǎo)“學(xué)科交叉、思維整合”，引入其他學(xué)科思維服務(wù)于生物教學(xué)和生物學(xué)習(xí)，無(wú)論是對(duì)中學(xué)教學(xué)，還是對(duì)生物科學(xué)進(jìn)一步學(xué)習(xí)基礎(chǔ)的奠定，都有著重要的現(xiàn)實(shí)意義和深遠(yuǎn)的潛在意義。

在中學(xué)生物學(xué)教學(xué)中，通過(guò)采取“學(xué)科交叉、建模簡(jiǎn)化、思維整合”處理技巧，能實(shí)現(xiàn)“復(fù)雜知識(shí)簡(jiǎn)單化、零亂知識(shí)系統(tǒng)化、抽象知識(shí)具體化”，進(jìn)而降低了問(wèn)題的難度，讓問(wèn)題變得容易理解和掌握，無(wú)論是適應(yīng)當(dāng)前新一輪課程改革的需要，還是打造高效課堂，都無(wú)疑是一條行之有效的思路和方法。