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生物科与物理、化学学科之间的联系和综合


生物科与物理、化学学科之间的联系和综合
1 生物学与物理、化学之间的联系 中学理科课程中,生物学与物理、化学之间本来就有很广泛的联系,生物与物理、化学之间的关系是: 基础 物理



桥梁 化学



前沿 生物

,三者的知识交叉点,如右图所示:

/>2 生物学科知识与物理、化学之间的联系和综合点 2.1 生物学与物理学(见表 1) 表 1 生物学与物理学之间的联系 内容 生物 物理

显微镜

显微镜的构造和使用方法

显微镜的成像、放大原理、放大倍数的计算

光 合 作 用

三棱镜,吸收光谱,光波长,光子,光子的 叶绿素等色素对各色光的吸收情况;叶绿素 能量与光波长的关系,可联系透射光、反射 等色素吸收的光能的用途和转换 光解释叶绿素溶液的荧光和磷光现象,叶和 叶绿素溶液的颜色

光合作用中碳原子、氧原子的转移

放射性同位素示踪原理

呼吸作用

气体交换过程,有机物的氧化分解后能量的 涉及分子运动知识,理想气体状态方程,能 释放、转移和利用 量形式及相互转换和有关计算

植物根的向 植物根的向地性、 茎的背地性与生长素的关 重力、旋转对生长素分布的影响,宇宙飞船 地性与茎的 系 中植物根、茎的生长情况 背地性 人工诱变 辐射诱变或激光诱变、航天育种 各种射线、激光作用的剂量和作用原理

生命的起源

地质年代;生命起源的过程

利用放射性碳(14C)的半衰期测定化石的年 龄,各种物理因素对生命起源的作用,利用 各种先进物理仪器探索外星球生命起源的 情况

生物与环境

环境的污染与保护

各种射线、噪声等物理因素对环境的影响

2.2 生物学与化学(见表 2) 表 2 生物学与化学的联系
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内容 细 胞 的 化 学 成 分

生物

化学

构成细胞的化学元素和各种化合物;水的存 有关化学元素、化合物的知识;水的理、化 在形式、生理功能;无机盐的存在形式、生 性质,水的电离平衡;无机盐的化学性质及 理功能;糖类的种类和生理功能;氨基酸的 对细胞酸碱性的影响;糖类的基本组成和结 结构通式、来源及氨基转换、脱氨基作用; 构、主要性质和用途;以氨基酸为例,了解 蛋白质的化学组成、空间结构、功能;酶的 氨基酸的组成、命名和化学性质;蛋白质的 特性 基本组成和结构、主要性质和用途

细胞的 细胞膜的化学组成、结构和功能;原生质层 结构和 的结构和功能;半透膜 功能 矿质元 素的吸 收 矿物元素的存在形式、吸收过程

细胞膜的透性;渗透作用

CO2 的化学性质,碳酸的电离

光合作 光合作用和呼吸作用(包括发酵)的化学式、 光合作用和呼吸作用的概念、过程,ATP 和 用和呼 应用和有关计算,可逆反应的特点,ATP 和 ATP 的互变、作用 吸作用 ADP 的化学结构和性质 内 环 境 内环境的组成及相对稳定的意义
PH

值,维持血液 PH 值稳定的缓冲对

生命活 生长素的发现、生理作用;激素的种类、分 生长素的化学成分,合成激素的化学成分, 动的调 泌作用及应用 人工合成 节 DNA 的化学组成、空间结构;DNA 的复制、 碱基对之间的氢键及形成机理,氢键对化学 遗传和 RNA 和蛋白质的合成;基因突变的概念、原 性质的影响,聚合、缩合反应和有关计算, 变异 因及应用 诱发基因突变的化学因素 生命的 起源 生命起源的化学进化过程 由硫的氧化物、氮的氧化物引起 有关的化学反应 酸雨对环境的危害,植物对 SO2 的吸收及监 测环境

温度效应,CO2 带来的生态问题,光合作用 大气中 CO2 含量上升来自化石燃料的燃烧、 和呼吸作用对空气中 CO2 含量的影响 沼泽地释放的 CH4 等 生 物 与 环 境 N、P 富集,藻类增殖与死亡及消耗水中的溶 来自化肥的不合理使用,含磷洗衣粉等的排 解氧等,“赤潮”“水华”,形成机理及危害 放等 臭氧层在环境保护中的作用,紫外线对生物 氟氯烃、 对臭氧层的破坏机理及防治问题 NO 的影响 光化学烟雾,对环境的污染,对机体的危害 重金属 Cd2 、Pb2 、Cr3 、Hg2 、As 等在食 物链的传递、富集与转化 3 理、化、生三学科的综合热点问题 (1)环境污染与保护方面。 (2)能源方面。 (3)日常生活方面:物理侧重各种电器、材料,生活中声、 电、波等;化学侧重各种化学用品(塑料、橡胶、纤维、电池、厨房用品等) ;生物侧重食品及药品等。 (4)
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- + + -

烟雾的成分与形成机理及烃的污染 来自电镀厂、废旧干电池及冶金厂

自然现象:物理侧重天体运动、闪电、潮汐等;化学侧重矿物风化、物质(元素)循环等;生物侧重光合 作用、生物的遗传变异等。 (5)工农业生产问题。 (6)实验问题。 (7)前沿科学:纳米技术、超导技术、 生物技术、近几年诺贝尔(生理、化学、医学)奖。 4 理、化、生三科研究方法体系上的综合 4.1 认识规律上的综合 理、化、生三门学科都是研究自然规律的科学,尽管它们是从不同领域、不同角度、用不同方法和 手段来研究自然科学, 但自然界本身是和谐统一的, 三门学科对自然现象的研究遵循相同的认识规律, 即: 提出问题,收集材料,经过分析研究,去粗取精,去伪存真,然后提出假说,再设计实验,进行深入研究, 检验和修正假说,从而归纳、总结,上升为正确的理论。充分认识到三门学科在认识规律上的结合点和重 要性,有助于学生学好理科知识,处理好理科综合问题,提高综合能力。 4.2 实验方法上的综合 实验是自然科学的重要方法和手段。观察和实验是发现科学真理的惟一方法,三门学科在实验方法 上也有不少的结合点。 (1)三门学科对学生实验能力的要求相同:独立完成实验发能力;能根据要求灵活运用已学过的 自然科学理论、实验方法和仪器,设计简单的实验方案并处理相关的实验问题( 《2004 年新课程版理科考 试大纲》。 )(2)三门学科的实验中,有的实验相互渗透的利用,如生物学实验中“提取和分离叶绿体的色 素”实验,用到了化学上的纸上层析法;观察细胞的有丝分裂必须用光学显微镜。 (3)三门学科的实验类 型中,都是既有学生实验,又有演示实验;既有验证性实验,又有设计、探索性实验。 4.3 研究方法上的综合 三门学科的研究方法上也有许多相同之处,并且能够相互结合、补充,具体说有下列常用方法。 (1)模型法:模型法是科学研究中一种十分重要的研究方法。它对于上些复杂的自然现象和过程,根 据已掌握的事实材料,首先建立一个适当的模型加以描述,使研究对象形象化、具体化。如生物学中的细 胞模型、DNA 模型;物理学中电场线、磁感线、原子的核式结构型等。 (2)理想化法:理想化法是一种 科学抽象的方法。它通过源于实际又高于实际的科学抽象,排除次要因素的干扰,使研究条件达到理想化 程度,以便抓住事物及其变化规律的本质。三门学科中,理想化方法的具体体现是提出理想模型和设计理 想化实验。前者如理想气体,后者如惯性定律实验和模拟仿生实验。 (3)移植法:移植法是将一个学科领 域中发现的新原理或新技术,应用或移植到其他学科领域中去。在化学中,利用物理学气体的性质,研究 温度、压强对化学反应的影响;利用电荷移动的原理和电荷守恒定律,研究电解液电解、导电的特性;研 究物质的成分时,移植光谱知识;生物教学中,将光学中的显微技术、光谱等知识移植来,分析生物的构 成;利用放射性元素的特征,在生物学和化学上作为示踪原子,研究化学反应的进行和生物大分子的结构 及其功能。 在上述方法中,充分体现了各学科知识的相互结合和渗透,奠定了自然科学和各学科相互综合的基础。
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