化学前沿学科知识在美国化学教材中的体现

摘要：介绍了美国Prentice Hall《Chemistry》教材中关于药物化学、酶化学、基因化学知识与基础化学知识的三种融合方式。

关键词：药物化学；酶化学；基因化学；融合

文章编号：1005－6629(2009)01－0058－04中图分类号：G633.8文献标识码：B

美国 2005年第七次修订版高中化学教材Prentice Hall《Chemistry》[2]， 将化学前沿科学知识中的药物化学、酶化学、基因化学与基础化学学科知识有机地融合在一起，不仅为教师教学提供丰富的教学资源，而且也有助于开拓学生的思维与视野，促进学生科学素养和综合能力的提高。

1Prentice Hall《Chemistry》教材中的药物化学、酶化学与基因化学知识

Prentice Hall《Chemistry》教材共有25章，其中涉及药物化学、酶化学和基因化学知识的共有9章，分别是：第1章（化学简介）、第4章（原子结构）、第6章（元素周期表）、第9章（物质命名和分子式）、第10章（物质的量）、第18章（反应速率和化学平衡）、第19章（酸、碱和盐）、第23章（官能团）、第24章（生命化学）；涉及到的化学学科知识有：化学的起源和衍生，化学的发展领域，物质的分类，物质的命名和分子式，物质的量，物质成分的百分比和化学公式，化学反应速率，卤素取代物，蛋白质，氨基酸和核酸。

1.1药物化学

教材中渗透药物化学知识的内容有：含有医药成分的植物，如柳树和香草等；含有医药成分的动物，如蝎子和毒蛙等；与医药有关的职业，如药剂师；用作医药的麻醉剂，如三氟溴氯乙烷，醚类等；药品，如阿司匹林、盘尼西林和砒霜等；药物检测，如运动员兴奋剂的检测。（详见表1）

1.2 酶化学

教材中介绍酶化学的知识有：各种酶，例如，乳糖分解酶，尿毒酶，HIV蛋白酶，过氧化氢辅酶；酶的本质，即酶是一种蛋白质；酶在人体中的作用，例如，消化道酶可以加速脂肪的分解，充当化学催化剂的作用；酶的工作原理等。（详见表2）

1.3基因化学

教材中介绍的基因化学知识有：DNA双螺旋结构的发现及其分子表面的观察；DNA和RNA在遗传学上的作用；DNA和RNA的单体：单核苷酸；基因突变； DNA鉴定。（详见表3）

2药物化学、酶化学、基因化学知识与基础化学知识融合的三种形式

2.1利用药物化学、酶化学和基因化学知识导出基础化学知识

教材的第9章介绍化学物质的命名和分子式时，就利用对药物中毒的处理导出化学知识。

案例1：教材首先创设教学情境：在一般的家庭里我们都能找到可能大约上百种化学品，包括洗涤产品、医用药品和农药。当这些化学品混在一起块发生反应或家里的小孩不小心吞食而引起药品中毒时，大多数人不知道该如何处理，这时可以拨打毒物控制中心的电话，他们会提供关于怎样解救中毒者的信息。如果家庭成员能向毒物控制中心提供引起中毒的物质的一些信息，如中毒物质的名称或化学式，则会更有利于中毒者的及时解救，由此引出学习化学物质的命名和分子式的重要性。

又如在第24章，“氨基酸及其聚合物”中酶的介绍。

案例2：许多人不能消化乳糖，也就是说他们不能消化牛奶或奶制品。这些人之所以不能消化乳制品是因为他们的体内不能产生足够的乳糖酶来消化牛奶里的乳糖。如果他们食用了乳制品，就会引起胃涨和不适，要消除这种不适，他们可以在食用乳制品之前先服用一种药片，这种药片含有乳糖分解酵素，由此导出酶的概念及其在人体里功能的学习。

同样在介绍本章的核酸时，也是通过创设情境，由基因化学知识导出化学知识：

案例3：也许有人告诉过你：“你长着妈妈的眼睛，爸爸的鼻子”。当然，照字面的意思理解，这种说法是不完全正确的。你的眼睛就是你的眼睛，你的鼻子就是你的鼻子，但你身体里的蛋白质，基因确实继承于你的父母，由此导出核酸的学习。

以上几个例子都是利用药物化学、酶化学和基因化学知识来导出化学基本概念。从学生感兴趣的形象、生动和具体的事实与经验出发, 以学生熟悉的生活例子创设教学情境，使学生带着对药物化学、酶化学和基因化学知识的疑问来学习化学知识，很容易激起学生学习化学的兴趣与热情。

2.2基础化学知识作为药物化学、酶化学和基因化学知识的背景

“基础化学知识作为药物化学、酶化学和基因化学知识的背景”在该教材中也有很好的体现。

例如在第9章“物质的命名和化学式”中先介绍了化学物质的命名和书写，接着以此作为背景，在“化学领域中的职业”板块中引出药剂师这一职业。

案例4：医生会给病人开出处方药的单子，然后由药剂师去配药，药剂师要确保他们配的药和药的剂量不会危害到病人。一个具备一些化学知识和生物知识的人只能成为药剂师的助理，要想成为一名药剂师，需有大学药剂学的学位证，这个学位证要求修完化学﹑生物﹑数学、统计学和药物学等有关知识。

教材“化学领域中的职业”板块的介绍不但有利于学生了解化学在实际生活中的应用 , 也有利于高中生了解各式各样的职业 , 为将来的择业提供更多的参考信息。

又如，在学习了18章“反应速率和化学平衡”中催化剂的基础上，介绍了酶在人体中充当催化剂的作用。

案例5：酶是一种可以提高生命反应过程的催化剂，如果没有酶的催化作用，人体的许多生命活动就会变得很慢。例如，当你吃了富含蛋白质的肉后，你消化道里的消化蛋白酶就会在几小时之内分解这些蛋白质，如果没有这种酶，这个消化过程在体温条件下就需要花上几年的时间。同样在介绍DNA和RNA时，教材首先简述了它们的结构和组成，然后从基因的角度讲述了DNA和RNA的作用，还引出了一系列与遗传相关的内容：核苷酸、DNA分子的双螺旋结构、DNA鉴定、DNA重组以及克隆技术等。

这一形式基本是以药物化学、酶化学和基因化学知识为主，通过简单介绍相关化学知识， 着重讲解相关的药物化学、酶化学和基因化学知识。这样编排使学生不仅认识到学习化学基础知识的重要性，而且也会领悟到科学前沿知识在现实生活中的应用价值，以此激发他们的创新能力和求知欲望。

2.3药物化学、酶化学和基因化学知识作为基础化学知识的拓展

“药物化学、酶化学和基因化学知识作为基础化学知识的拓展”主要分布在各个章节的“社会与科技”板块中，该板块紧密联系社会与科技的发展，并且结合了大量生动的彩图来做说明。例如在第1章“化学简介”中的“社会与科技”板块，介绍了自然界中的药物。

案例6：大约40%的现代药物来源于植物或动物产生的化学物质。化学家必须先确认这些物质的成分和作用，然后提纯这些物质并说明它们对人体的作用，科学家就是研究如何使这些药物更有疗效或毒性更小。例如：

柳树皮：几个世纪以来，人们饮用柳树皮泡的茶来治疗头痛和其他小病痛。到1828年，科学家已经把柳树皮的有效成分分离出来，70年后，化学家们又在这种有效成分的基础上制得了阿司匹林。

毒蛙：化学家发现毒蛙的皮肤有一种毒物，并用这种物质来研究人的神经系统。结果表明，该物质是类似于吗啡一种较强的去痛药，但不会使人上瘾。

由此可知，早期的药物许多是由偶然性和经验性发现的，而且来源于自然界。为了使学生对这些天然药物有更清晰和更直观的认识，在这些药物彩图的一旁还有相应的文字说明。由化学起源和衍生将化学知识拓展到药物化学上。

又如24章（生命化学），在“酶是如何工作的”中，为我们解释了引起艾滋病病毒中的HIV蛋白酶是如何工作的，同时在介绍了酶的化学知识后，为我们拓展了“辅酶”知识。

案例7：一些酶不需要其他的物质就能对生物体中的物质直接催化，而有些酶则需要非蛋白质的辅酶来共同完成催化过程。辅酶可以是金属离子、有机小分子或水溶性维他命，例如VB，就是一种辅酶。作为辅酶的金属阳离子有：镁离子﹑钾离子﹑铁离子和锌离子。在过氧化氢酶的结构中包含有三价离子，它能催化双氧水的分解,得到水和氧气。

同样是24章，在介绍核酸的化学知识中，又为我们呈现了“DNA指纹鉴定”的知识。

案例8：DNA指纹鉴定的取样可以从头发﹑皮肤细胞或体液中得到，DNA排列的顺序，如指纹，对每个人来说都是独一无二的，这种检验方法称为DNA指纹鉴定。要进行DNA指纹鉴定，首先，科学家会先从取样中分离出DNA，只要很少的样就能进行DNA指纹鉴定。酶用于分开在特别的碱基对顺序之间的DNA链，使得DNA从样品中分开，由此得到较大数量的DNA片段（这些DNA片段的长度和碱基对组成都是不一样的），然后通过对照已知的DNA样，从而得出DNA指纹鉴定是否和已知一致。

这种形式是以化学知识作为基础，利用化学知识拓展出与之相关的药物化学、酶化学与基因化学知识，有利于巩固所学的化学知识。所选取的药物化学、酶化学与基因化学知识相对来说都有一定的难度，使学生在掌握化学知识点后，增加课外知识来拓宽他们的视野，给学有余力的学生留下更大的学习和思维空间，便与继续探索和钻研。同时这种形式克服了学科本位的思想，用化学知识来解释不同领域中遇到的问题，使学生认识到化学学科的实用性及普遍性，体现了自然学科的整体性和相融性。

3 结论

3.1为教师教学提供丰富的素材

与我国高中化学教材相比, Prentice Hall《Chemistry》教材内容覆盖面较宽,呈现方式丰富多彩，特别是关于“21世纪化学发展趋势”的教学内容。教材中的化学前沿知识可以作为教师引入新知识的背景材料，也可以作为课堂教学相关资料插入，还可以作为拓展性阅读材料和作为科技活动素材等等，不仅大大丰富教师的教学素材，改进教师的教学思路，而且在教学过程中可以拉近高科技与基础化学教育的距离，使学生多了解本学科甚至是交叉学科领先的科学技术，从而达到学生学得轻松，教师教的愉快的效果，提高教学质量。

3.2有利于学生的STS教育

Prentice Hall《Chemistry》将代表化学21世纪化学发展趋势的现代科技和社会的一些重大问题及时地渗透到化学教学中,把化学教学与科学、技术和社会有机的结合起来,不仅使学生掌握化学的一些前沿知识,更重要的是使学生懂得这些知识和技能的实用价值和社会价值,懂得在社会中如何应用这些知识技能。通过STS 教育使学生广泛了解社会，接触社会,参与到社会生活中的一些重大问题之中,不仅可以培养他们的道德观念和社会责任感,使他们成为了解社会和关心社会的人,而且可以使学生形成正确的价值观和人生观。

3.3有利于培养学生的综合素质

Prentice Hall《Chemistry》教材中编入有关21世纪化学发展趋势的前沿性知识的方式，顺应了现代教材所倡导的课程综合化与融合性。教材没有配套的专门手册，也没有用专门的章节来讲解，而是采取内容的镶嵌式处理，如教材中穿插在历史上有重要影响的化学重大事件，有利于学生了解化学研究的文化背景，了解化学这门学科各领域的大致演变历程及其发展方向，感受化学是一门“核心、实用和创造性”的科学，并取得了巨大的成功。

参考文献：

[1]周青, 姚林娜，杨辉祥. 美国化学教材中的经济观念教育的启示[J]. 课程·教材·教法, 2005, (12): 82-86.

[2]占小红. 美国高中化学教材《化学：与变化着的世界相联系特色分析与启示》[J]. 化学教学,2005, (3): 28-29.

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[4]Peter Goodhew . Education moves to a new scale[J] . Nano Today, 2006, (5): 40-43.

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