化学教育中生命教育的渗透_读一本美国化学教材的启示.pdf

1994 2010 China Academic Journal Electronic Publishing House All rights reserved 课程与教材研讨 化学教育中生命教育的渗透 3 读 本美国化学教材的启示 汪荪萸 王伟群33 苏州大学材料与化学化工学部 江苏苏州 215123 摘要 生命教育的本质是唤醒人的生命感和价值感 在科学教育中渗透生命教育有非常重要 的意义 美国化学教材 Chemistry the Central Science 采用专题与专栏结合的方式编排渗透生命 教育 从生命的组成 过程与保护3个视角选取生命教育的内容 体现了生命的神奇 生命的脆弱 化 学对生命的价值 激发学生尊重生命 珍惜生命和爱护生命等观念 关键词 化学教育 生命教育 教材编排 化学键理论 现代材料 自生命教育由美国学者杰 唐纳 华特士提出 后 在世界范围内引起关注并迅速展开 近年来 我 国教育界也开始关注生命教育 虽然针对不同的学 科 不同的研究角度 生命教育的内涵不同 但一个 基本的观点是 生命教育要关注生命质量 凸现生 命价值 着眼生命成长 化学作为一门基础学科 研究物质的组成 结 构 性质 合成及能量变化 而生命一般被认为是生 物体的存在状态 是由高分子的核酸蛋白体和其他 物质组成的生物体所具有的特有现象 它所具有新 陈代谢 繁殖后代 适应环境能力的特点都与化学反 应密切相关 2 因此生命研究的重要内容是生命物 质和生命过程中的化学变化 而由于生命的特殊意 义和生命本身存在诸多未解之谜 生命化学也成为 现代化学研究的热门领域 化学与生命的密切关系 为化学教育中进行生命教育奠定了物质基础 然而 对于人而言 生命不仅有生物学的一般特征 还具有 社会属性 体现在人们对生命存在的感悟 生命价值 的实现 3 而长期的应试教育使人们只关注应试所 需的知识和技能 对情感态度价值观教育的缺失 让 生命教育远离化学课堂 4 如何在化学教育中渗透 生命教育 利用化学与生命相关的丰富资源 让学生 认识生命 提升对生命的理解 进而珍惜和爱护生 命 是化学教育研究中一个非常有意义的课题 美国Pearson Education Prentice Hall出版 社出版的化学教材 化学 中心科学 Chemistry the Central Science 作为全球最受欢迎的普通化学 教材之一 适用于中学生和大学非化学专业的学生 畅销20多年 目前已是第10版 主编布朗 Theo2 dore Brown 是一位资深教授 无机化学研究成果卓 著 是美国科学促进协会和艺术与科学研究院的成 员 另外2位主编雷米 H 1Eugene Lemay 和彭士 顿 Bruce E1Bursten 也是非常优秀的教授 荣获杰 出教师荣誉 有非常丰富的普通化学的教学经验 本文特别从生命教育的角度 分析该书将生命教育 有机地融入到化学教育中 为我们研究化学教育中 的生命教育提供直接的经验 1 化学 中心科学 中生命教育内容的编排 化学 中心科学 是一本以化学学科中心为体 系编写的化学教材 共有25章 介绍化学学科的基 础知识和基本技能 同时联系现代化学的发展 介绍 化学的最新进展和化学研究的热点问题 教材诸多 方面涉及生命教育 具体内容如表1所示 表1 生命教育内容的编排 章名专题 化学与生命 专栏其他形式 11 物质与测量 化学家的工作 一些药物都有 简单的化学成分 21 原子 分子 离子生物体的必需元素 31 化学式和化学方程式的计算 习题 计算汽车安全气囊中NaN3 合理的量 71 2010年第2期 化 学 教 育 3 33 江苏省高校哲学社会科学研究项目 苏南地区 人与自然和谐发展 教育对策研究 的阶段性成果 通讯联系人 E2mail wangweiqun suda1edu1cn 1994 2010 China Academic Journal Electronic Publishing House All rights reserved 续表 章名专题 化学与生命 专栏其他形式 41 水的反应与溶解水喝太多会致死 化学家的工作 胃酸及其治疗胃 病的方法和药品 51 化学热力学518 食物和燃料 人体体温的调节引言 能量为所有生命存在之必需 61 原子的电子结构核磁共振成像 71 元素周期性不同大小的离子在生物体 中竟如此不同 锂盐药物难以置信的发展 81 化学键的基本概念 引言 餐桌上貌似的食盐和糖形成的 化学键不同 91 分子几何学与化学键理论视觉中的化学 101 气体血压 111 分子间作用力 液体 固体 习题 解释为什么流汗可以帮助散发 热量 保持体温 121 现代材料1218医疗材料 131 溶液的性质脂溶性和水溶性维生素 血中气体和深海潜水 镰刀形细胞贫血症 141 化学动力学固氮和固氮酶 151 化学平衡 161 酸碱平衡 氨基酸的两重性 引言 各种水果富含酸性的维他命C 化学家的工作 碱性的胺及其盐是 一些药物的活性成分 171 水溶液中的其他平衡作为缓冲溶液的血液 污水池 蛀牙和加氟作用 181 环境化学1811地面的大气 1813臭氧层 1814污染气体 1815海水 1816洁净的水 191 化学热力学 熵和生命 不自发反应的促发 201 电化学心跳与心电图仪 211 核化学2119放射线对生物的影响放射性示踪药物的使用 放射治疗 221 非金属化学高氯酸盐多少算过量 硝酸甘油与心脏病 饮用水中的砷 231 金属与冶金学 现代发展 记忆合金制作的牙根 241 配合物化学2412生命体系中的金属螯 合物 生命体系对铁的争夺 251 生命化学 有机与生物化学 2517有机物的手性 2518生物化学概要 2519蛋白质 25110糖类 25111核酸 生命体系中手性的由来 81 化 学 教 育 2010年第2期 1994 2010 China Academic Journal Electronic Publishing House All rights reserved 从生命教育的角度看 化学 中心科学 主要采 用专题与专栏结合的方式渗透生命教育 教材中共 有14个专题涉及该章节化学知识与生命研究的关 系 如 食物和燃料 是在 化学热力学 一章中 介绍 了各种营养物质的能量转化和各种食物的燃烧热 教材最有特色的是设置了 化学与生命 专栏 有26 个课题 选取一些引人入胜的话题 极易激发学生对 化学和生命关系的关注和兴趣 如 熵和生命 栏目 把化学中一个极抽象的定义 熵 与生命的自组织行 为联系在一起 揭示了生命的神奇 教材还注意见 缝插针 在引言 习题和其他的栏目中也有关于化学 与生命关系的诠释 教材的这种编排方式 在保证 本学科知识体系完善的基础上 把化学与生命自然 地联系起来 既满足了化学学科的教学要求 又能有 针对性地进行了生命教育 当然 这种渗透教育不 同于专门的生命科学教学 缺乏系统性 但由于注意 渗透 突出潜移默化 没有强制性 也就有了主动性 有利于学生在学习中对生命产生稳定的兴趣和感 情 无疑是生命教育的一种重要途径 2 化学 中心科学 中生命教育的选材视角 化学与生命有千丝万缕的联系 本教材依据初 学化学者的知识水平和心理特征 从生命的物质组 成 生命的过程 生命的保护等几个方面 阐述化学 与生命的关系 211 生命的组成 自然界任何生物体都是由化学元素和化学物质 组成的 生物体的必需元素 在第2章 原子 分子 和离子 的基础上 结合元素周期表 用不同颜色介 绍了人类生命的必需元素 包括最多量的元素 常量 元素和微量元素 发现人体几乎含有自然界存在的 各种元素 氨基酸的两重性 介绍了氨基酸兼有酸 性和碱性的两重特征 是构成生命基础物质蛋白质 的基础 生命体系对铁的争夺 介绍了铁是活的生 命体系内部必须争取的物质 缺少铁就可能引起缺 铁性贫血等疾病 而在第25章以专题的形式 比较 详细地介绍了蛋白质 脂肪 碳水化合物 核酸等在 生物活体中的作用 教材从不同侧面揭示了化学元 素及其形成的生物分子是构成生命的物质基础 维 持着生命的生理功能 212 生命的过程 生命的过程是新陈代谢的过程 从化学的视角 看 人体内每一次生理活动的调节 都涉及到成千上 万次的化学反应 并伴随着能量的转换 以人体体 温的调节来说 人体体温的调解 将人体视为一个 热力学系统 人体从外部摄取的食物中储存能量 通 过体温调节中枢对节皮层下血液的流速 皮肤肌肉 的收缩等生理 生化的过程来实现对体温的调节 视觉化学 讨论了视觉反应过程中所涉及到的化学 过程的一些化学键特性 固氮和固氮酶 在化学动 力学知识基础上 介绍了存在于豆科植物根部的某 些微生物可以在固氮酶的作用下 把空气中的N2 转化为NH3 不自发反应的促发 介绍的是生物 体如何把一些不自发的反应通过能量的转化或吸收 转变为可以发生的反应 生命体系中的金属螯合 物 以专题的形式介绍肌血球素 叶绿素等螯合物以 其独特的结构在生命过程中显示独特的功能 教材 展示生命过程的复杂和神奇 揭示了新陈代谢过程 就是一系列复杂的化学反应过程 213 生命的保护 利用化学保护生命 提高生命的质量 是早期化 学研究的主要目的 也是现代人们对化学的共同期 盼 教材列举众多事实 说明化学研究的成果对生 命的保护作用 如 锂盐药物难以置信的发展 描述 了近年来锂盐药物由于在治疗情感性精神障碍中的 作用飞速发展 第13章在讲述溶液的性质基础上 利用栏目介绍脂溶性维生素与夜盲症的治疗 水溶 性维生素与坏血病治疗的关系 第22章讲述非金属 化学时 通过栏目介绍了硝酸甘油可用来治疗心脏 病 核磁共振成像 在本章学习电子的基础上介绍 了核磁共振在医学中的应用 描述了核磁共振仪在 不损伤人体组织的前提下 获得关于人体内组织器 官的清晰成像图片 大大地提高了检测疾病的能力 挽救了无数的生命 而第12章在介绍现代材料的 基础上以专题的形式介绍 医疗材料 它们有的是 用于诊断疾病 有的是用于治疗 材料种类繁多 功 能各异 教材向学生展示了利用化学可以实现对生 命的保护 现代化学的发展促进人们保护生命的能 力 3 化学 中心科学 中生命教育的特点 生命教育从本质而言是一种情感态度的教育 但内化的情感与态度仅靠堆砌的理论说教是难以形 成的 潜移默化的教育有时有更好的效果 化学 中心科学 在化学的学科教育中渗透生命教育 引导 学生一点点体验 一步步感悟 培养对生命的积极态 度 升华着对生命的情感 311 生命的神奇 尊重生命 生命之所以神奇 是因为自古以来生命的许多 现象没办法被人们解释 尽管时代变化了 科技也 发展了 但生命还有许多奥秘未解 人们对生命奥 秘探索越多 遇到挑战越多 就越感到生命的神奇 如血液是人的生命之源 从生理医学的角度看血液 是由血浆 红细胞 白细胞等成分组成 它有效地把 氧和各种养分输送到各个组织器官 维持细胞 组织 结构的生理功能 再把各种废物运出 但非常有趣 91 2010年第2期 化 学 教 育 1994 2010 China Academic Journal Electronic Publishing House All rights reserved 的是血液的p H一般都维持在7135 7145范围 从 而维持了生命内部环境的稳定 这是为什么呢 教 材以 血液也是一种缓冲溶液 为专题解开了这个谜 团 血液中存在的主要缓冲系统是H2CO3 HCO 3 系统 像所有的缓冲溶液一样 少量的酸和碱不会对 溶液的酸碱性产生大的影响 这就维持了血液的酸 碱平衡 血液中酸碱的平衡是维持生命活动的重要 基础 它使得各种对酸碱都十分敏感的酶能够顺利 的进行各种化学反应 而与一般的缓冲溶液不同的 是 血液中H2CO3 HCO 3系统是很精细的缓冲 系统 它的调节需要肺 肾脏等器官的参与 同样也 离不开血液中血红蛋白 钠钾等无机盐 水等多种化 学成分的参与 并进行着非常复杂的化学反应 这 种以解谜的方式诠释化学与生命的关系 是教材 化 学与生命 栏目的一个特点 它能使学生感受生命的 神奇 培养学生敬畏生命的态度 激发尊重生命的意 识 312 生命的脆弱 珍惜生命 面对自然环境的恶化 生态的失衡 各种危机不 断困扰人类的生存现状 我们不禁感慨 当人类直接 面对自然的时候 生命是非常脆弱的 暂不说前面 的各种危机可能给人带来毁灭性的打击 即使是日 常生活中喝水这样的小事 如果不当也会引起生命 衰竭甚至死亡 水喝太多也会致死 专栏从化学的 视角告诉学生 如果短时间内饮水过多 就可能引起 血液中钠离子浓度的下降 当血液中钠离子浓度低 于120 mmol L时 就会引发脑水肿 引起脑组织的 压迫 进而对生命造成致命的威胁 相反 如果短时 间内机体内失水过多而又没有及时饮水 就可能引 起血液中钾离子浓度的增高 当钾离子浓度大于 515 mmol L 会引起心跳骤停 呼吸衰竭 也给生命 带来极大的影响 而 不同大小的离子在生物体内 竟如此不同 专栏 让学生认识到离子大小的一点小 差别就能导致金属离子对生物体的作用完全不同 锌是生命必需的微量元素 镉却对人体有很大的毒 性 为什么同是第2副族元素 形成的都是二价离 子 为什么生物特性截然相反呢 原来离子大小不 同是至关重要的原因 Zn2 比Cd2 小 Zn2 半径 是74 pm Cd2 半径是95 pm 在碳脱水酶中 Zn2 离子通过静电作用与蛋白质成键 促进二氧化碳 CO 2 和水生成碳酸氢根 HCO 3 的反应 使剧烈 运动时细胞中的氧化葡萄糖或者其他原料产生的 CO2不会大量留在血液中 引起失衡 研究证明 Cd2 比Zn2 更容易以此方式与蛋白质结合 因此取 代了Zn2 但是Cd2 取代Zn2 后 就不能促进 CO2与水的反应发生 更糟的是 Cd2 抑制肾脏功 能必需的反应 教材多处设计这种意想不到的事 情 让人们认识生命有时是非常脆弱的 生命脆弱的 学习体验可以培养学生爱惜生命 珍惜生命的意识 与行为 313 化学的价值 爱护生命 像科学本身一样 化学对生命也是一把双刃剑 化学研究的成果在给生命带来福音的同时 一些化 学品和化学的生产也给生命带来伤害 教材并不回 避一些化学品或化学生产过程对生命的伤害 如环 境化学一章 以一定的笔墨讨论了大气和水体的化 学污染 但教材更强调的是化学研究对生命的积极 意义 同样是环境化学一章 教材更详细介绍的是 化学家通过研究揭示大气和水体化学污染的本质 怎样利用化学的方法治理环境 通过绿色化学减少 环境污染 从而保护生命 通过专题 放射线对生物 的影响 和专栏 放射性示踪药物的使用 放射治 疗 让学生了解放射线对生命会有伤害 但通过科 学家对放射性元素和放射性的研究 可以变废为宝 放射线成为诊断与治疗许多疑难疾病的有力武器 第20章讲述电化学时 介绍了金