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高中生物新教材“细胞中的无机物”解读

新教材在本章调整了组成细胞的四类化合物的介绍顺序。现行教材

是先抓最重要的蛋白质和核酸，最后讲无机物；新教材则是先讲比较

简单的水和无机盐，最后讲难度较大的蛋白质和核酸。两种处理在逻

辑上都有一定的道理。如若从学生认知的角度来看，从简单到复杂的

处理更符合学生的认知规律和学习特点。

1问题探讨

新教材和现行教材类似，都通过运动饮料成分的例子引入。为了让

该情境更真实，我觉得还可以把普通饮用水带进教室，将普通饮用水

的化学成分也给学生展示一下，进行相互比较。不管是喝普通饮用水

还是运动饮料都能给身体补充水，水在细胞中起什么作用呢？运动饮

料中添加的这些成分除了糖分能够供能，其余主要是无机盐，运动饮

料中为什么要添加这些无机盐呀？无机盐在细胞中又有什么样的作

用？

2细胞中的水

2.1生物体内的水和细胞中的水

现行教材开门见山地把细胞内的水分为自由水和结合水，然后进行

分别介绍。这种做法有一个困境：多细胞生物体的绝大多数细胞必须

浸润在以水为基础的液体环境中；水在生物体内流动运输营养物质和

代谢废物——这两个功能涉及到的水并不位于细胞内，而是位于细胞

外。如果把自由水定义为细胞内的水，上述两个功能都不属于自由水

的，但确实又是水在生物体内的重要作用。为了调和这个矛盾，新教

材先介绍了水在生物体内的作用，然后再提出细胞内

（主要是细胞外）

的水分为自由水和结合水。

其实将自由水的范围扩大到细胞外也是可以的。但是考虑到新教材

第二章需要建立的概念是“细胞由多种多样的分子构成……”，也就

是说这一章重点强调的是细胞这一系统的组成，从建立这个概念的角

度出发，重点介绍细胞内的水更为合适，适当提及水在生物体内（细

胞外）的作用。

2.2水的特性

新教材这一部分的内容是新加的，其主旨是希望学生从水的结构出

发，理解水是良好的溶剂并解释水中的氢键，然后在氢键的基础上解

释水的流动性和高比热容。这样的设计有助于学生形成结构和功能相

适应的观念。学生学习时只有初中化学基础，教师需要视学生的具体

情况来确定这部分教学内容的深度。

新教材解释了水是极性分子之后，谈到“带有正电荷或负电荷的分

子（或离子）都容易与水结合”，以此来说明水是良好的极性溶剂。

教师可以提一下不带电的极性分子在水中也有很好的溶解性，诸如葡

萄糖之类的极性分子由于电子不对称分布也很容易与水结合。（顺带

提一句，“带有正电荷或负电荷的分子”这个表述是会被化学老师一

脚踹出教室的，化学中分子是电中性的。生物中确实常出现DNA带负

电这样的表述，咱既然入了生物的坑，也就随波逐流吧。）

氢键是相邻水分子之间弱的吸引力，如果这种吸引力太强，水分子

就会失去流动性。但是由于氢键相对较弱，易被破坏，且只能维持极

短的时间，水分子才有了移动的机会。氢键不断断裂，又不断重新形

成，使水在常温下能够维持液体状态，具有流动性。

“由于氢键的存在，水具有较高的比热容”，教材这个表述的唯

一的缺点就是不太好理解。升高温度时水分子运动加剧，但氢键的存

在会束缚水分子的运动，这需要提供更多的能量才能“克服”氢键，

因此水具有较高的比热容。

2.3自由水和结合水

种子晒干时失去的是自由水，将晒干的种子烘干就会连结合水也失

去。这个例子常被拿来导入自由水和结合水。需要注意的是，晒干的

种子虽然失去了大量自由水，但是晒干的种子仍能正常代谢，这表明

晒干的种子中同样含有自由水。将晒干的种子烘干时，失去的水并不

完全是结合水，也包括自由水。

与这种仅仅建立在感性认识上的简介不同，新教材对自由水和结合

水的介绍建立在水的特性基础之上。结合水主要与“蛋白质、多糖等

物质结合，这样，水就失去了流动性和溶解性，成为生物体的构成成

分”。由于水是极性分子，蛋白质、核酸或多糖等亲水性分子可以与

其结合，这些结合水有助于维持蛋白质、核酸等生物大分子的构象。

如果失去了这些结合水，生物大分子的构象就会遭到破坏，从而失去

相应的功能，因此失去结合水将导致细胞结构的破坏引起细胞死亡。

自由水能够流动，可以参与化学反应，也能够作为良好的溶剂，这

些功能主要与细胞代谢直接相关。因此自由水含量越高，细胞代谢就

越旺盛；反之，结合水含量越高，细胞抵抗不良环境的能力就越强。

新教材讲了