关于化学在中学生物中的应用

生物是一门自然科学，它是以各门学科为基础，尤其是化学知识。细胞代谢是生物的基本特征，而细胞代谢又是生物体内全部有序化学变化的总称，由此可见，只要是生物体就离不开化学反应，化学知识的应用在生物教学中更是不可或缺。笔者根据多年中学生物和化学课程教学经验，现将如何融合和应用化学知识的一些做法总结如下：

一、生物教学中对化学分子学知识的应用

1. 关于元素的异同

组成生物体的化学元素与化学教材中的相关元素有何异同？在讲到这一知识点时，可以先引申到化学教材中有关化学元素的特征，然后再通过比较，让学生理解和掌握生物体内组成化合物的元素和自然界中的元素在种类和含量之间的区别。如在介绍“元素含量差异”时，列举出碳元素在生物细胞干重中占55.59%，而碳元素在地壳中含量只有0.087%的事例，就能让学生对组成细胞的元素有清晰的认识，可以帮助学生加深理解并做到深刻记忆。

2. 关于化合物的异同

在讲授组成生物体的化合物这一知识时，可通过自然界的化合物可分为无机化合物和有机化合物两大类，引出组成生物体的化合物也可分为无机化合物和有机化合物两大类，但生物体内的化合物种类远远没有自然界的多。化学中无机化合物大致分为氧化物、酸、碱、盐等；而生物体内无机化合物包括水和无机盐两类。化学中根据有机物分子中所含官能团，分为烷烃、烯烃、炔烃、芳香烃和醇、醛、羧酸、酯等，根据有机物分子中的碳架结构，可分为开链化合物、碳环化合物和杂环化合物三大类；而生物中有机化合物分为糖类、脂肪、蛋白质和核酸四大类。另外在含量上两者也有显著差异。这就说明了生物是自然界的一部分，两者有统一的一面，同时又存在着差异性。

3. 关于生物大分子的异同

生物大分子是组成生物体的主要物质，当讲到这一知识点时就可以与化学分子进行比较。以蛋白质为例，化学中讲解了蛋白质的知识，如蛋白质的组成元素、组成单位氨基酸、结构、性质、变性等，但组成生物体的蛋白质和化学中的蛋白质有许多不同之处。例如，组成单位氨基酸，在化学中只要含有氨基和羧基的化合物就称为氨基酸，而生物体内组成蛋白质的氨基酸只有约20种，它们都是α—氨基酸。在结构上要特别强调组成生物体的蛋白质有特定的空间结构，空间结构一旦被破坏，蛋白质就不是原来的蛋白质。在性质上要强调蛋白质的生物性，就是一旦失去生物活性，就不能完成生物体的各项功能。在讲到蛋白质的变性时，可通过化学中讲到的变性条件，物理因素可以是加热、加压、紫外线照射、超声波作用等；化学因素有强酸、强碱、重金属盐等，再结合生物体实际情况讲解生物体内的蛋白质变性知识。

二、生物教学中催化原理的应用

生物体内的化学反应能快速有效地进行，当讲到这一章节时，可以通过应用化学中的催化剂原理进行讲解。化学中的催化剂是指使化学反应变快或减慢或者在较低温度环境下进行化学反应，而它本身的质量和化学性质在反应前后保持不变的物质。 生物体内发生的各种化学反应正因为有了酶这种催化剂才能快速有效地进行。酶是一种特殊的催化剂，它与化学中的催化剂有着许多区别：从化学本质上看，绝大多数酶是特殊的蛋白质，而化学催化剂大多数是简单的化合物；从催化特点看，酶只能加快化学反应速率，并且一种酶只能催化一种或一类化学反应，而化学催化剂既有加快化学反应速率，也有减慢化学反应速率，并且可以催化多种化学反应；从催化效率看，酶是一种高效催化剂，它的催化效率是普通催化剂的10～100倍。从这几方面比较，学生就容易掌握酶的多样性、高效性和微量性的特点。

三、生物教学中氧化还原原理的应用

生物体内发生的反应大多是氧化还原反应，如光合作用、细胞呼吸等，若能巧妙利用氧化还原原理，对掌握生物体内发生的化学变化有很大帮助。以有氧呼吸过程为例，如果我们掌握了氧化还原反应过程中得失电子总数相等的原理，我们就能很容易推出1 mol葡萄糖完全氧化需要6 mol氧气参与，而6 mol氧气完全被还原成水需要24 mol [H]，这就说明在有氧呼吸过程的第二阶段必须有6 mol水参加反应才能生成20 mol [H]，这样才能保证电子得失守恒。

四、生物教学中化学反应原理的应用

化学反应能否进行取决于化学物质本身的结构和性质，有些反应能够进行，有些反应不能进行，有些反应是某些物质的特征反应，化学上常利用这些反应来进行物质的鉴别。生物教学中在探究生物体内反应原理时，为了探究反应的步骤和反应的中间产物，常常需要鉴别某些反应的中间产物。例如酵母菌是一种兼性厌氧型生物，它在有氧和无氧条件下都能生存。为了探究酵母菌发酵产生酒精的反应条件是有氧还是无氧，我们要分别对有氧和无氧条件下的产物进行鉴定。首先要鉴定二氧化碳的产生，要用到化学中二氧化碳的鉴别方法（使澄清石灰水变浑浊）来观察二氧化碳产生的速度。其次要探究酵母菌是在无氧条件下发酵产生酒精，还是在有氧条件下产生酒精，要探究两种不同条件下是否都能产生酒精。要鉴别酒精的产生要用到化学中酒精的鉴别方法（在酸性条件下，橙色的重铬酸钾溶液与酒精发生化学反应变成灰绿色）。在生物实验教学中，检测生物组织中各种物质的种类时也会用到很多化学知识，如在检测还原糖存在时必须要知道还原糖与斐林试剂的特征反应等。

五、化学方程式的应用（生理反应式和化学反应式的异同）

细胞中的化学反应式是生命特有的一种现象，用现在观点说是基因的选择性表达，是有一定的生物目的，如提供能量、形成某种物质参与机体的构建等，基本上都是有机反应，且都是在常温常压下进行的酶促反应。而化学反应（化学角度）是一种非生命现象的过程，不具有特定的生命目的，且大多数反应条件苛刻。因此在书写生理反应式时要注明反应的场所，注明反应条件和目的，如以下三个反应是以能量代谢为目的：

光合作用：6CO2＋12H2O C6H12O6＋6H2O＋6O2

有氧呼吸：C6H12O6＋6O2＋6H2O 6CO2＋12H2O＋大量能量

无氧呼吸：C6H12O6 2CO2＋2C2H5OH＋能量或C6H12O6 2C3H6O3＋能量

总之，要学好生物，除了掌握必要的生物知识外，还应具有一定的化学知识做基础，这样才能深入到生命现象本质之中，真正体现融合贯通的目的。