高中生物与自然学科教育的联系

　　一、与数学的联系
　　数学的很多分支学科，如统计学、数量遗传学、生物拓扑学、群论等都对生物学的高速发展作出了重要的贡献，并且仍在生物学中发挥着重要的作用，产生了许多分支学科和交叉学科，甚至有的科学家认为没有数学的生物学不能称为真正的科学。
　　1.用数学模型解释生物现象
　　对于生物学中许多重要的变化，虽然目前我们还不能完全用精确的数学语言来进行描述，但生物学领域中的诸多现象却可以运用数学模论文联盟http://收集整理型来进行圆满的解释，如生态环境、人口、资源、流行病等，无一不与数学密切相关。例如英国数学家哈代和德国医生温伯格通过各自的研究，分别发表的有关基因频率和基因型频率的基因平衡定律，该定律至今仍是群体遗传学的一个基本法则，也是杂交育种的理论基础。马尔萨斯利用数学推理，发现人口呈几何增长的趋势，而食物供应只有算术增长的趋势，从而提出了著名的“人口论”。
　　2.用数学原理来研究生物学问题
　　许多数学原理可以被用来解释生物学问题，如概率原理、互斥事件和独立事件可以很好地解释两对等位基因的遗传模式。生物可将每对等位基因中的任意一个基因，通过一个配子传给一个后代，即非等位基因之间是独立遗传的。通过同一个配子将两个非等位基因传给同一个后代的概率，是各自概率的乘积。
　　例：一只公兔和一只母兔的基因型都是bbmm。它们先后生了两只小兔，问：（1）母兔将基因bm同时传给一只小兔的概率是多少？（2）母兔和公兔同时将基因bm传给一只小兔的概率是多少？（3）基因型是bbmm的概率是多少？（4）它们先后所生的两只小兔基因型都是bbmm的概率是多少？
　　解析：两对非等位基因的遗传是独立的，母兔将bm同时传给一只小兔的概率是：1/2（b）×1/2（m）=1/4（bm）。wWW.11665.COM两只兔通过配子的遗传是独立的，它们同时将bm传给一只小兔的概率是：1/4（bm）×1/4（bm）=1/16（bbmm）。它们先后生两只小兔是独立遗传的，每只小兔基因型为bbmm的概率是：1/2（bb）×1/4（mm）=1/8（bbmm），两只小兔基因型都是bbmm的概率是：1/8×1/8=1/64。
　　二、与化学的联系
　　化学是与生物学联系最为密切的学科，常言道“生化不分家”，化学是生物学的基础，生物学是化学的延伸。两门学科在环境保护、人体健康、医学、农业生产、新材料和新能源等方面有很多交汇点。核酸的发现过程就是很好的例子。
　　瑞士青年米歇尔在德国时，在他工作的研究所的旁边正好有一个外科诊所，经常抛弃带脓的手术绷带。在普通人看来，这是绷带又脏又令人恶心，但米歇尔却把这些废物全部收集起来，并十分谨慎地从绷带上取下脓细胞。然后他用胃蛋白酶来分解这些脓细胞，结果发现胃蛋白酶虽能把细胞质中的蛋白质全部分解掉，可是对细胞核却无能为力。化学分析结果表明，细胞核主要是由一种含磷化合物所构成，米歇尔就把细胞核中这种含磷化合物起名为“核素”。后来人们才弄清楚，核素是一种酸性物质，因此又将其改名为“核酸”。德国著名化学家科赛尔小心地使核酸水解，得到了一些含氮化合物。他把这些含氮化合物叫做嘌呤和嘧啶。美国生物化学家列文又发现了核酸里由5个碳原子组成的五碳糖分子，明确地指出了核糖和脱氧核糖的差别，并把核酸分解成一些最基本的单位，即核苷酸，核苷酸按碱基、嘌呤或嘧啶、核糖或脱氧核糖、磷酸的顺序连接而成。美国科学家查哥夫经过精密测定，确定核苷酸的排列非常复杂，而且腺嘌呤的摩尔数永远等于胸腺嘧啶的摩尔数，鸟嘌呤的摩尔数永远等于胞嘧啶的摩尔数。这些研究为后来dna双螺旋模型的提出奠定了重要的基础。
　　一些化学规律可以帮助我们理解高中生物中的许多问题。“相似相溶原理”是物质溶解的一般规律，在物质互溶的分析中占有重要的地位。在进行“细胞膜的功能”教学时，我们可以引导学生用“相似相溶原理”来分析脂溶性的物质如何成膜，细胞膜为什么不会被水溶解而保持相对稳定，为什么会被溶解脂类物质的溶剂溶解等知识。在此过程中，学生用化学知识解决了生物学的问题，对知识的理解更到位，对理科思想方法的一致性也有了更深的体会。这样，在进行叶绿素提取实验时，学生根据叶绿体色素是有机物这一知识点就会很快分析并选择用有机溶剂作为提取液和分离液。
　　三、与物理的联系
　　第二次世界大战之后，物理学方法成为分子生物学研究的主要方法。物理技术，特别是射线晶体学技术、同位素示踪技术、超速离心技术、密度梯度离心技术等为分子生物学的革命性发展作出了巨大贡献。dna是遗传物质、dna双螺旋结构的发现、半保留复制的证明、遗传密码的破译，以及其后的操纵子模型的发现等都归功于这些方法和技术。德尔布吕克的噬菌体研究小组中的成员赫希和察斯用同位素示踪技术和物理震荡的方法证明dna而不是蛋白质是遗传物质，x-射线衍射技术和同位素示踪技术帮助双螺旋结构的发现，麦塞尔逊和斯塔尔用氯化盐密度梯度离心技术证明了dna的半保留复制，等等。
　　生物学中涉及的物理知识很广泛，如显微镜原理（凸透镜、凹透镜、光的成像原理）、光的电磁说、射线的高能量、同位素示踪、放射性衰变等。
　　例：同学们在做叶绿素提取分离实验时发现色素提取液在对着光线看时呈绿色，在背着光线看时呈红色，原因是什么？
　　分析：这个问题实际上是物理学问题。对着光源观察叶绿素提取液时，我们看到的是叶绿素的吸收光谱。由于叶绿素提取液吸收的绿光部分最少，因此用肉眼观察到的为绿色透射光红光，蓝紫光已被吸收。背光源观察叶绿素提取液时，看到的是反射光——叶绿素分子受激发后所产生的发射光谱。当叶绿素分子吸收光子后，就由最稳定的、能量最低的基态提高到一个不稳定的、高能量的激发态。由于激发态不稳定，因此发射光波即为荧光，反射到人的眼睛里。由“光子说”可知，光是以光子的形式不连续传播的，而波长与光子能量成反比。因此，反射出的光波波长比入射光波的波长长，故叶绿素提取液在背着光线看时呈红色。