新教材：“细胞中的无机物”的解读
今天读书内容“细胞中的无机物”。这部分内容与现行教材相比，改动很大，我个人尤为喜欢。
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。
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？
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（主要是细胞外）的作用，然后再提出细胞内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。
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。
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。
新教材讲了冬小麦减少自由水以避免结冰伤害的例子。这里需要注意结合水是不结冰的，真正结冰的是自由水，自由水在结冰后体积增大，细胞内结冰形成的冰晶就可能导致膜结构被刺破。降低自由水的含量能减少冰晶的形成，有利于提高冬小麦的抗寒性。
细胞中的无机盐种类繁多，概括无机盐的功能也比较困难。教材设计了思考与讨论，并列举了大量例子，以供学生归纳概括无机盐的作用。同时新教材还设计了一个旁栏，让学生思考摄入食盐过多或过少对人体健康的危害，引导学生利用所学知识指导生活实践，意识到健康饮食的重要性。
本节需要学生掌握两个概念：指出水大约占细胞重量的2/3，以自由水和结合水的形式存在，赋予了细胞许多特性，在生命中具有重要作用；举例说出无机盐在细胞内含量虽少，但与生命活动密切相关。两个概念最终还是要归结到细胞这一生命系统的组成上来。
新教材加入了水的结构与特性的相关内容。从水分子的结构视角出发解释水是良好的溶剂、具有较好的流动性以及较高的比热容。从水的特性出发本质上区分了自由水和结合水，这有助于学生明确自由水的功能主要与参与细胞代谢直接相关；结合水则可以稳定生物大分子的结构，是细胞结构的重要组成部分。这些内容有助于学生形成结构和功能相适应的观念。
从水的功能出发，学生能够明确每天需要摄入足量的水以保证代谢废物的排出。同时摄入食盐过多或过少，对健康都是不利的。这些内容有助于学生认识到健康生活方式的重要性，成为健康中国的促进者和实践者。
来源：生命科学教育